Кулачок механизма газораспределения

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов привода клапанов с роликовыми толкателями двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - достижение предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя, заданном запасе клапанных пружин по силам инерции и заданном минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка. Цель достигается выполнением кулачка с поверхностью подъема (ABCDEFG) и поверхностью опускания (A1 B C D E F G),которые состоят из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка , которая в области положительных значений выполнена в виде отрезков наклонных прямых (АВ и СО.А В и C Cfy, представляющих собой боковые стороны трапеции, сопряженные в верхней части ветвью квадратной параболы (ВС, ВС). 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (я)л F 01 L 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР - Ч

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4759589/06 (22) 20 11.89 (46).15.06.92, Бюл, N 22 (71) Харьковский институт инженеров железнодорожного транспорта им. С.M,Êèðoва (72) В.И.Мороз, А.В.Братченко и Ю.И.Гурьев . (53) 621.43-33 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1624195, кл. F 01 1 1/08, 1989. (54) КУЛАЧОК МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов привода клапанов с роликовыми толкателями двигателей внутреннего сгорания, Цель изобретения — достижение предельных значейий

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения с роликовыми толкателями двигателей внутреннего сгорания.

Известен кулачок с поверхностью подьема и поверхностью опускания, состоящих из участков, определяемых второй произо водной подъема толкателя по углу поворота кулачка, которая на участке разбега (1(> О) постоянна и равна наибольшему допустимому значению, а на участке выбега изменяется по линейному закону.

Данный кулачок позволяет достичь предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя и

„„. Ж„„1740710 А1 коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя, заданном запасе клапанных пружин по силам инерции и заданном минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка. Цель достигается выполнением кулачка с поверхностью подъема (ABCDEFG) и поверхностью опускания (А В С D Е F G),êîòîðûå состоят из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, которая в области положительных значений выполнена в виде отрезков наклонных прямых (АВ и CD,А В и С б), првдставляющих собой боковые стороны трапеции, сопряженные в верхней части ветвью квадратной параболы (ВС, ВС). 2 ил. заданно запасе клапанной пружины по силам инерции.

Однако данный кулачок обуславливает наличие мгновенных значений второй производной подъема толкателя, что характеризуется значительными динамическими нагрузками, а следовательно, снижением надежности и возможными отказами механизма привода клапанов в работе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кулачок с поверхностью подъема и поверхностью опускания, образованных из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, кривая выполнена в аиде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подьема толкателя, представляющих собой

1740710 Р3(<-kl en l mi5 1 гп3ь) «Р k(+Я !+-)13(4@ +-take(m-i) J — -48 —.. X kc

3 ) b ) (.3 а-Ь Х

9(т+5Цvn () аЬ равнобедренную трапецию, и сопряженного с ветвями квадратных,парабол отрезка ( наклонной прямой в области отрицательных значений второй проиЗводнсй подьема толкателя с нулевыми знэчениями второй производной подъема толкателя в начале подъема при наибольшем значении первой производной подъема толкателя и в конце его подъема, Однако для кулачкового механизма с роликовым толкателем уровень наибольших положительных ускорений, определяемый из условия допустимых контактных напряжений, значительно выше уровня наибольших положительных ускорений, определяемого из условия заданного допустимого минимального 3адиуса кривизны вогнутой части профиля кулачка. если участок разбега определен кривой второй производной подьема толкателя. выполненной в виде равнобедренной трапеции, что не позволяетдостичь предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подьема толкателя, заданном запасе клапанной пружины по силам инерции и заданном.минимальном радиусе кривизны вогнутой час( ти профиля кулачка.

Указанный недостаток. снижает эффективность применения кулачков. реализующих данный закон изменения ускорений

1 толкателя, при применении их в механизат 1 693, о (Я-2P> — Р)- — Ы Я а Ь

Х> 2 К гдеа =,Ь=(гп+2), С =-,— — — с1-. К+1

Хр K+1 р1 — продолжительность участка положительных значений второй производной подъема толкателя;

pz — продолжительностЬ участка отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

X1 — наибольший заданный уровень допустимых положительных з ачений второй производной подъема толка еля: мах привода клапанов с толкателями, снабженными роликами.

Предлагаемый кулачок позволяет устранить указанный недостаток.

5 Цель изобретения — достижение предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя, 10 запасе клапанной пружины по силам инерции и минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка.

Сущность изобретения заключается в том. что в кулачки механизма газораспреде15 ления двигателя внутреннего сгорания с роликовым толкателем, содержащем рабочую часть, образованную двумя участками, описываемыми кривой второй производной подъема толкателя, причем первый участок

20 выполнен в области положительных значений и образован тремя отрезками. первый и . третий из которых выполнены в виде наклонных прямых, а второй участок выполнен в области отрицательных значений и обра25 зован тремя отрезками, выполненными в виде сопряженных отрезком наклонной прямой двух ветвей квадратных парабол, второй отрезок первого участка выполнен в виде квадратной параболы с минимальной

30 ординатой в начале отрезка и максимальной— в конце, а продолжительность первого и второго участков определяется по следующим зависимостям:

Х2 — наибольший заданный уровень до35 пустимых отрицательных значений второй и роизводной подъема толкателя;

Ф1 — протяженность отрезка, на котором вторая производная толкателя в области положительных значений изменяется по

40 линейному закону;

Фз — протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя в области отрицательных значений изменяется по закону квадратной параболы;

45 m — коэффициент, зависящий от типа и геометрических размеров кулачкового механизма привода клапанов и подбирается из условия соблюдения заданного мини1740710

Участок 1

° X1

Ф у

Х1= дР + С11

2mФ1

У часток 11

Участок 11!

0 < Р Ф1, 40 Участок 1Ч

0 у в, X2 = Хз(К, Участок V

0 <Р<Ф4, мального радиуса кривизны вогнутой части профиля кулачка, к — коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины, подбирается из условия обеспечения заданного запаса по силам инерции, На фиг.1 йоказан контур возможного варианта описываемого кулачка, образованный дугой окружности затылочной части

АА с радиусом !4, другой окружности СОС при вершине с радиусом Ввс и соединяющими их профильными кривыми ABCDEFG и А В С D Е F G которые, например. . могут быть симметричны; на фиг,2 изображены графики высоты подъема Х толкателя, а также первой Х и второй X производной подьема толкателя по углу поворота кулачка.

Профилируемая поверхность подъема

ABCDEFG (см. фиг,1) на первом участке (Х > О) ABCD определяется кривой второй производной подъема толкателя Х с нулевыми значениями в начале участка и в конце, состоящей из отрезков наклонных прямых (AB и CD), в верхней части сопряженные ветвью квадратной параболы (ВС), миниХ1 мальная ордината которой (— ), определяеm мая из условия соблюдения заданного минимального радиуса кривизны вогнутой части профиля кулачка, максимальная ордината Х1 определяется из условия соблюдения заданных наибольших допустимых . уровнях второй производной подьема толкателя Х1 и заданного минимального радиуса кривизны вогнутой части профиля кулачка, а на втором участке (Х < О) определяется кривой DEFG с нулевыми значениями производной в начале и в конце участка, состоящей из сопряженнОго с ветвями квадратных парабол (0Е и FG) отрезка наклонной прямой (EF), при этом экстремум квадратной параболы (отрезок 0Е) по оси ординат равен Хг, а экстремум квадратной параболы на отрезке FG по оси ординат равен наибольшему допустимому значению второй производной подьема толкателя в области отрицательных значений Хз. Значение Хг находится из соотношения гдв К- коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины, подбирается иэ условия обеспечения заданного запаса по силам инерции. Значения величин Х, Х и

Х (см. фиг.2) по участкам вычисляются по следующим зависимостям;

Участок 0 < р < Ф

Х1 р + С» p + С1г .

Х1 бmФ

0

i °

° ю m Х1

Хц =X1 фг + щ г п1

f °

Хц =Xl

m — 1 3 Х1

У + — P+ С21, 3m%2

Хц= Х1

m — 1 ц Х1. у + (+С21у +Сгг

1Рщф22 2т

Xlll = Х1- @"-„-ф, Хц! = X1 rp — yF + C31, Х1

Х1 3.

Xlli = 0,5Х1 pã — — ф + Сз1 <р + C32 бФ!

Х2 Р 2 Х3

Хгн =

45 К 2 К4Р

° ° ° °, Х!н ф уР + C41

Хз 3 ХЗ

3 K Ь

Х!н= 2 т ф + C41p+ С42

12 Кф

° °

° - К вЂ” 1 Х3

Xv = — Хз ю

К Ф4

1740710

Участок Vl

О <р<ф, I

ХЧ1 = Р2 — Х3, Хз ф,г

ХЧ1 = — p — X3 p +- Си

Хз 3

3 Ф32

Х" ((2р,-Р,) («2) P j а (к )

-х, . (>y,-àÐ )= >(,„,, г

Хмакс

® (ж -у,) (1- п . Яср, (р,(«1) -Р,{к+ <Ц+ Д, (1-к) — { -12 2ц, (snag)-Р,(п1 g) (1) (ЪС 2-2РЗ) а ((Ж-4»l — а,) — — и t.я

ХЧ вЂ” Х3,p — p + С31

К вЂ” 1 Х3

2КФ4 К, (° °

Хч

X3 K 1) 3 Х3

6КФ4 2К

° р — р2 + С„1p где Xmax — заданная величина подьема толкателя; (Х вЂ” наибольшее значение первой производной подъема тол кателя по углу поворота кулачка, Исходя иэ приведенных выше соотношений, заданных наибольших допустимых уровней второй производной подъема тол— (Э Pz 2ß+ (+ 5) Р, dm

2 4Ь где

" ) > л1+ )> С-- q =К+1 х j< х

p1 — продолжительность участка положительных значений второй г1роизводной подъема толкателя;

p2 — продолжительность частка отрицательных значений второй роизводной подъема толкателя;

Хч1 = p — 0,5 Х3 уР + С61 (р + С62, ХЗ 4

12 Ф3 где С11, С12 С21 С22 С31, С32, С41, С42, С51, Сь2, Cs1, Cs2 постоянные интегрирования, Определяются из.соблюдения условия плавного сопряжения участков профиля кулачка, т.е. равенство подьемов Х, первых производных Х и вторых производных подъема толкателя Х на границах сопрягаемых участков. Для данного случая С» и С12 равны О, Для плавного сопряжения профиля кулачка ABCDEFG (см. фиг.1) с участком верхнего стояния СОС необходимо выдерживать следующие соотношения: кателя по углу поворота кулачка, заданного запаса клапанной пружины по силам инер20 ции и заданного минимального радиуса кривизны вогнутого участка профиля кулачка продолжительность участков положительных и отрицательных значений второй производной подъема толкателя по углу

25 поворота кулачка определяется по следующим зависимостям;.а

X1 — наибольший заданный уровень допустимых положительных значений второй производной подъема толкате30 ля;

Х3 — наибольший заданный.уровень допустимых отрицательных значений второй производной подъема толкателя ;

Ф1 — протяженность отрезка, на кото35 ром вторая производная подьема толкателя в области положительных значений изменяется по линейному закону;

1740710

Ч2

9(% i5lgïú (Cg - 2 9Ц i k (m + 5) Р, где а= ГХ1

Хг

d - =K

Ф вЂ” 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 О Е F G, которые симметричны. Однако поверхности подъема и 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. . Предлагеемый кулачок работает следующим образом, При вращении кулачка, кон-. тактируя с последним в районе затылочной по дуге АА, толкатель (на чертеже не показан) неподвижен. При набегании кулач <а на толкатель последний начинает двигаться, причем при контакте с поверхностью профиля кулачка на отрезке АВ вторая производная подъема толкателя X изменяется от

Х1 Х1

О до — на участке.ВС вЂ” изменяется от—

Ill ГП до наибольшего допустимого заданного значения. Х1 на участке CD — изменяется от

Х1 до О, на участке DE — изменяется от 0 до

Хг, на участке EF — изменяется Хг до наибольшего допустимого заданного значения Хз, на участке FG — изменяется от Хэ до

О, В конце участка FG толкатель поднимается на заданную высоту Хп „„, причем первая и вторая производная подъема толкателя по углу поворота кулачка принимают нулевые значения (фиг.26, в).

При контакте толкателя с профилем кулачка по дуге СОС (участок верхнего стояния), толкатель неподвижен.

При контакте толкателя с поверхностью опускания А, В С D Е F G, симметричо (Ж -ФР—, 5) - д (.>I

27 1 69y аь, b = (m + 2), С = — —.—, К

К+1 ной поверхности подъема ABCDEFG, движение толкателя совершается в обратной последовательности.

По сравнению с прототипом примене5 ние предлагаемого кулачка позволяет при заданных ограничениях получить предельное значение коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя, что обуславливает достижение наибольшего

10 время — сечение клапана. Последнее приводит к повышению КПД газораспределения двигателя внутреннего сгорания.

Формула изобретения

Кулачок механизма газораспределения

15 двигателя внутреннего сгорания с роликовым толкателем, содержащий рабочую часть, образованную двумя участками, описываемыми кривой второй производной подъема толкателя. причем первый участок .

20 выполнен в области положительных значений и образован тремя отрезками, первый и третий иэ которых выполнены в виде на-. клонных прямых, а второй участок выполнен в области отрицательных значений и обра25 зован тремя отрезками, выполненными в виде сопряженных отрезком наклонной прямой двух ветвей квадратных парабол, отличающийся тем. что, с целью достижения предельных значений коэффи30 циента полноты диаграммы подьема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя, запасе клапанной пружины по силам инерции и минимальном радиусе

35 кривизны вогнутой части профиля кулачка, второй отрезок первого участка выполнен в виде квадратной параболы с минимальной ординатой в начале отрезка и максимальной в конце, а продолжительность первого и

40 второго участков определяется по следующим зависимостям:

<р1 — продолжительность участка положительных значений второй производной подъема толкателя;

45 — продолжительность участка отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

1740710

1 °

X1 — наибольший заданный уровень допустимых положительных значений второй производной подъема толкателя;

Хз — наибольший заданный уровень допустимых отрицательных значений второй производной толкателя;

Ф1 — протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя в области положительных значений изменяется по.линейному закону;

Фз — протяженность отрезка. на котором вторая производная подъема толкателя в области отрицательных значений изменяется по закону квадратной парабо5 лы;

К вЂ” коэффициент, зависящий от геометрических размеров кулачкового механизма привода клапанов, подбирается иэ условия соблюдения заданного запаса по силам

10 инерции.

1740710 60&

Составитель В.Мороз

Редактор В.Фельдман Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т.Малец

Заказ 2065 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101