Кулачок для привода клапана
Изобретение относится к машиностроению , в частности к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов привода клапанов двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - уменьшение динамических нагрузок и достижение предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя и заданном запасе клапанной пружины по силам инерции. Это достигается профилем кулачка, поверхность подъема ABCDEFG и поверхность опускания А1 В1 С D1 Е1 F1 G1 которого состоят из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, выполненной в виде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подъема толкателя, представляющих собой равнобедренную трапецию ABCD (A B C DO, и сопряженного с ветвями квадратных парабол DE (D1 Е1) и FG (F1 G1) отрезка наклонной прямой EF (Е1 F1) в области отрицательных значений второй производной подъема толкателя с нулевыми значениями второй производной подъема толкателя в начале подъема, при наибольшем значении первой производной подъема толкателя, и в конце его подъема. 2 ил. г Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!15 F 01 1/08
ГОСУДАРСТВЕН1ЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ у-(рр!«, p(g
ПГ, Ã. еь ;; ЧЛИЦ
Е :;".. -10 . .«A
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4644917/06 (22) 01.02.89 (46) 30.01.91. Бюл. Ч. 4 (71) Харьковский институт инженеров железнодорожного транспорта им. С.М.Кирова (72j В.И.Мороз, А.В.Братченко и А,В.Суранов (53) 621.43 — 38(088.8) (56) Нейман И.Ш. Динамика авиационных двигателей, М-Л.: Оборонгиэ, 1950, т, 2. с. 416 — 417. (54) КУЛАЧОК ДЛЯ ПРИВОДА KIlAflAHA (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов привода клапанов двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения — уменьшение динамических нагрузок и достижение предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй проиэводИзобре-.ение относится к машиностроеwe, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов привода клапанов двигателей внутреннего сгорания.
Цель изобретения — уменьшение динамических нагрузок и достижение предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя и заданном запасе клапанной пружины по силам инерции.
На фиг.1 показан контур возможного варианта описываемого кулачка, образованÄÄ5LJÄÄ 1624195 А1 ной подъема толкателя и заданном запасе клапанной пружины по силам инерции. Это достигается профилем кулачка, поверхность подъема ABCDEFG и поверхность опускания А В С 0 Е F G которого состоят иэ ! ! ! участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, выполненной в виде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подъема толкателя, представляющих собой равнобедренную трапецию ABCD (А В С 0 ), и сопряженного с ветвями квадратных парабол DE (О Е ) и
FG (F G ) отрезка наклонной прямой EF (Е
F ) в области отрицательных значений вто-! рой производной подъема толкателя с нулевыми значениями второй производной подъема толкателя в начале подъема, при наибольшем значении первой производной подъема толкателя, и в конце его подъема, 2 ил. ный дугой окружности затылочной части АА с радиусом Ro, дугой окружности GOG npu
1 вершине с радиусом Вес и соединяющими их профильными кривыми ADCDEFG и А B
C D Å F G, которые, например, могут быть симметричны; на фиг.2 — графики высоты подъема Х толкателя, а также первой Х и второй Х производной подъема толкателя по углу поворота кулачка.
Профилируемая поверхность подъема
ABCDEFG (фиг.1) на участке разбега (X > О)
ABCD определяется кривой второй производной подъема толкателя Х с нулевыми значениями в начале участка и в конце, состоящей иэ сопряженных между собой от1624195
1О
25
Хмакс
Ф
Хмакс реэков (АВ, ВС и CD), представляющих собой равнобедренную трапецию ABCD (фиг.2в) с высотой, равной наибольшему допустимому заданному значению второй производной подъзма толкателя Х1. а на участке выбега (Х < 0 ) определяется кривой
DEFG с нулевыми значениями второй про,изводной в начале и в конце участка, состоящей из сопряженного с ветвями квадратных парабол (DE и FG) отрезка наклонной прямой (EF), при этом экстремум квадратной параболы (отрезок DE) по оси ординат равен Xz, а экстремум квадратной параболы на отрезке FG по оси ординат равен наибольшему допустимому заданному значению второй производной подъема толкателя в области отрицательных значений Хэ. Значение Х2 находится из соотношения
Xz - Хз/К, где К вЂ” коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины и подбирается из условия обеспечения заданного запаса по силам инерции.
Значения величин Х, Х и Х (фиг.2) по участкам вычисляются по следующим зависимостям: участок I
0 <Р<Ф1
Х1
Xi =- — p, Ф1
Х1
Xi = — P+C11, 2Ф1
Xi = Ф1 уг1+ С11р+ С12.
Х1
6Ф1 участок И
0 «<р<%
Хл =X1, Xii = X1P + С21.
Xii = 0,5X1pР + С21р+ Сгг, участок Ш
О Р<Ф1
° - X1
Х 11 =X1
° °
° " Х1
Xiii — — X1p — — ф" + Сз1, 2Ф1 где Хмакс заданная величина подъема толкателя;
Хмакс наибольшее значение первой производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, Ф д - ф + СЗ1 Р + Сз2, участок IV
0 < Р < Фз
Хз 2Хз 9 д — У
Х1 P — — @;-дР+ С
Хэ 2Хэ а ° а
XiV P @ P C41(P + С42
ХЗ 4 ХЗ
12КФ) ЗКЖ участок Ч
0<Р<Ф4
1I — 1 Хэ
Хч = — Хэ
КФ4 . К
У7 ——
К вЂ” 1 Хэ
Xv = — Хз у" — — р + С51
xv = — xs -i — i- p — - p +
6КФ4 2К
+ C51rP + С52, участок Vl
P < <Фз
Xw — p — Хз, Xw — ф — Хзр + C61, за
Хз
Хч — Р— 0,5ХЭР2 + С61Р + С62, 12 Я где С», С12. Сг1, Czz,Cç1, Сзг. С и1. С42. С51, 35С52,С61,C62 — постоянные интегрирования оп ределя ются из соблюдения условия плавного сопряжения участков профиля кулачка, т.е. равенства подъемов Х, первых производных Х и вторых производных подъема толкателя Х на границах сопрягаемых участков.
Для плавного сопряжения профиля кулачка ABCDEFG (фиг.1) с участком верхнего стояния GOG необходимо выдерживать
1 следующие соотношения:
Х1(Р1 — Ф1) =
К+1
=1 Хз I (Зфг — 2Фз) = Хмакс
Исходя из приведенных соотношений и заданных наибольших допустимых уровней второй производной подъема толкателя па углу поворота кулачка и заданного запаса
"лапанной пружины по силам инерции, про5 1624195
6 должительность участков положительных и лачка определяется отрицательных значений второй проиэвод- зависимостям; ной подъема толкателя по углу поворота купо следующим г 12M„, — + (I x, I (к + 1 ) Ф вЂ” зх q кф, ), ((к — 1 ) Ф, + — - -"- — к з K+I } з
1 x iA { к - } 1* К(1+ )j (1,51Х1 (К + 1 ) + 2Х
Xr К 1.5Ф вЂ” % — I Õç 1 Фз К + 1
1,51)() l(K+1)+2x,K (1+ 1+ к ) 1,51X11(K + 1) + 2X>K (1+ ) (З р — 2ф), Формула изобретения !
55 где pi — продолжительность участка положительных значений второй производной подъема тол кателя; уз2 — п родолжител ь ность участка отрицательных значений второй производной подъема Tollêàòåëÿ;
X1 — наибольший заданный уровень допустимых положительных значений второй производной подъема тол кател я;
Хз — наибольший заданный уровень допустимых отрицательных значений второй производной подъема тол кателя;
К вЂ” коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины;
Ф1 — протяженность отрезка, на котором вторая производная подьема толкателя в области положительных значений изменяется по линейному закону;
4 — протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя в области отрицательных значений изменяется по закону квадратной параболы.
На фиг.1 изображен кулачок с поверхностью подъема ABCDEFG и поверхностью опускания А В С 0 Е F G, которые сим1 метричны.
Однако поверхность подъема и поверхность опускания могут быть не симметричны, если они определяются различными по величине уровнями наибольших положительных и отрицательных значений второй производной подъема толкателя при соблюдении всех ранее оговоренных ограничений.
Кулачок работает следующим образом.
При вращении кулачка, контактируя с последним в районе затылочной по дуге АА
1 (фиг.1), толкатель (не показан) неподвижен.
При набегании выступа кулачка на толкатель последний начинает двигаться, причем при контакте с поверхностью профиля кулачка на отрезке АВ (фиг.1) вторая производная подъема толкателя )((фиг.2) изменяется от 0 до наибольшего допустимого заданного значения )4, на участке BC — по15
40 стоянна и равна наибольшему допустимому заданному значению Я1, на участке CD — изменяется от Х1 до О, на участке ОŠ— изменяется от 0 до Х2, на участке EF — изменяется от Х2 до наибольшего допустимого заданного значения Хз, на участке FG — изменяется оТ Х3 до О.
В конце участка FG толкатель поднимается на заданную высоту Х макс (фиг.2а), причем первая и вторая производные подьема толкателя по углу поворота кулачка принимают нулевые значения (фиг,2 б,в). При контакте толкателя с профилем кулачка по дуге
GOG (участок верхнего стояния) толкатель неподвижен.
При контакте толкателя с поверхностью опускания А В С О Е F G, симметричной
1 1 1 1 1 1 1 поверхности подъема ABCDEFG, движение толкателя совершается в обратной последовательности.
Применение предлагаемого кулачка в механизме привода клапана позволяет уменьшить динамические нагрузки и достичь предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных уровнях наибольших допустимых значений второй производной подъема толкателя и заданной величине запаса клапанной пружины по силам инерции, что обуславливает повышение экономичности двигателя, увеличение надежности и снижение уровня шума при работе.
Кулачок для привода клапана в механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания с поверхностью подьема и поверхностью опускания, образованных иэ участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, отличающийся тем, что, с целью снижения динамических нагрузок и достижения предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подьема толкателя и заданном запасе клапанной пружины по силам инерции, кривая выполнена в
1624195 а -2 Ф I 3 (+ )Ф,— д K4hl — „ l(K-l)el+ () (-+г 1.5 l хз (к + i ) + х ф (с + -;- — „)
t х,к ф -фз - хз1Фд к+
ssi4t(a+ )+ах к(+-,+„-) (З щ — 2+ ), виде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подъема толкателя, представляющих собой равнобедренную трапецию, и сопряженного с ветвями квадратнь:х парабол отрезка наклонной прямой в области отрицательных значений второй производной подъе.4а толкателя с нулевыми где p1 — продолжительность участка положительных значений второй производной подъема тол кателя; р — и родолжи ельность участка отрицательных значений второй производной подъема тол кателя;
X> — наибольший заданный уровень допустимых положительных значений второй производной подъема толкателя; значениями второй производной подъема толкателя в начале подъема, при наибольшем значении первой производной подьема толкателя и в конце его подъема, при этом продолжительность участков положительных и отрицательных значений второй производной подъема толкателя находится по зависимостям
Хэ — наибольший заданный уровень допустимых отрицательных значений второй производной подъема толкателя;
К вЂ” коэффициент, зависящий от характеgp ристики клапанной пружины;
Ф вЂ” протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя в области положительных значений изменяется по линейному закону;
25 Ф вЂ” протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя в области отрицательных значений изменяется по закону квадратной параболы. !
Составитель К;Агафонов
Редактор М.Бандура Техред М.Моргентал Корректор Л.Палий
Заказ 178 Тираж Подписное
8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС и ГКНТ ССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская на6„4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
