Кулачок привода клапана

 

Г

Ii, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5012452/06 (22) 02.07.91 (46) 15.10.93 Бюл. Мя 37 — 38 (71) Волгоградский политехнический институт (72) Григорьев ЕА; Васильев А.В. (73) Волгоградский политехнический институт (54) КУЛАЧОК ПРИВОДА КЛАПАНА (57) Использование: двигатели внутреннего сгорания. Сущность изобретения: кулачок имеет поверхность подъема и поверхность опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка. На каждой из поверхностей подъема и опускания кривая второй (в) RU (и) 2001291 С1 ! 51) 8 производной состоит из участка положительных и участка отрицательных значений, причем участки выполнены в виде кусочно-линейных функций угла повората кулачка с заданными значениями подъема и его производных по углу поворота кулачка до (и—

1) — го порядка включительно в начале участка положительных и конце участка отрицательных значе— ний. В точках стыка смежных отрезков, образующих участков, выбраны максимальные по модулю значе— ния второй производной, допускаемые заданными ограничениями не только на производные второго и более высоких порядков до и-го включительно, но и на радиус кривизны профиля. 1 ил.

2001291

Изобретение относится к машиностроению, может быть использовано в механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания, Известен кулачок, содержащий поверхности подъема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка и состоящие из участка положительных и участка отрицательных значений. При этом, с целью повышения эффективности и снижения динамичности нагрузок, участки выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участка положительных значений и конце участка отрицательных значений, а значения второй производной в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений на производные второго и более высоких порядков.

Недостатком данного кулачка является невозможность учета ограничения на радиус кривизны рабочего участка профиля.

Вследствие этого возможно получение вогнутого профиля, который является неработоспособным в паре с толкателем, имеющими плоскую контактную поверхность.

Если же наличие вогнутого участка профиля является допустимым (например, при работе в паре с цилиндрическим толкателем), то и в этом случае следует ограничить минимальную по модулю величину радиуса кривизны вогнутого участка, исходя из радиуса шлифовального круга, используемого при изготовлении профиля.

Следует отметить, что выполнение ограничения на радиус кривизны вогнутого участка профиля может быть достигнуто у известного кулачка путем варьирования ограничений на производные от перемещения толкателя по углу поворота кулачка.

Однако при этом возможно заметное снижение его эффективности, определяемой площадью под кривой подъема толкателя.

Целью изобретения является повышение эффективности кулачка при обеспечении его работоспособности и технологической возможности изготовлений профиля с помощью шлифовального круга заданного диаметрй.

Цель достигается тем, что у кулачка привода клапана механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащего поверхности подъема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка и состоящие иэ участка

55 положительных и участка отрицательных значений, участка выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участка положительных значений и конце участка отрицательных значений, причем значения второй производной в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений как на производные второго и более высоких порядков, так и на радиус кривизны профиля кулачка.

На чертеже приведена кривая второй производной от перемещения толкателя по углу поворота кулачка, образующая профиль его участка подьема.

Кулачок содержит поверхности подъема и опускания, образованные кривой второй производной перемещения толкателя по углу поворота кулачка и состоящие из участков положительных 1, 2 и участков отрицательных 3, 4 значений, Участки 1, 2, 3 и 4 выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка, содержащих конечное число отрезков с наперед заданными начальными условиями в начале участка положительных значений 1, 2 и конце участка отрицательных значений 3, 4, Значения второй производной в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны при выполнении ограничений на радиус кривизны профиля, величина которого вычисляется по известным соотношениям в зависимости от типа используемого толкателя (cM.,íàïðèìåð, Корчемный Л,В. Механизм газораспределения автомобильного двигателя. — М.: Машиностроение, 1981.— с.21, 7), а также ограничений на производные второго и более высоких порядков. которые определены соотношением (Ä) Sf<- 1) :, >)

P — P — 1 где Si — производная к-го порядка (k>2) в (М)

I-й точке стыка отрезков;

Ы, Яи — производные (k-1)-го по,„1,,„1) рядка соответственно в 1-й и (1-1)-й точках стыка отрезков;

p . p — 1 — углы поворота кулачка соответственно в I и и (I-1)-й точках стыка отрезков, Рассмотрим пример реализации применительно к схеме с рычажным толкателем, имеющим цилиндрическую поверхность контакта (см., например, Корчемный Л.В.

Механизм газораспределения автомобиль2001291 р ф (-1000,0) 45 ного двигателя. — И.: Машиностроение, 1981. с.42-51). Профилирование кулачка осуществлялось при следующих значениях параметров кулачкового привода: радиус начальной окружности кулачка 21,5 мм; максимальное перемещение толкателя 10 мм; расстояние между осями вращения кулачка и рычажного толкателя 70 мм, расстояние между осью вращения рычажного толкателя и осью его цилиндрической поверхности контакта с кулачком 54 мм; радиус цилиндрической поверхности толкателя, контактирующей с кулачком 25 мм.

В качестве ограничения на радиус кривизны р, связанного с диаметром шлифовального круга, было принято

Здесь отрицательный знак радиуса кривизны соответствует вогнутости профиля.

Величина радиуса кривизны профиля р оп- ределяется по известной формуле (см., например, Корчемный Л.В. Механизм газораспределения автомобильного двигателя. — М.: Машиностроение, 1981, с.21).

Длина отрезков, образующих кусочнолинейные функции участков положительных и отрицательных значений второй производной, равна 0.5 градуса угла р поворота кулачка.

Участки положительных 1, 2 и отрицательных 2, 3 значений второй производной сформированы пошагово с достаточно малым шагом 0,5 градуса по углу поворота кулачка, начиная соответственно от начала участка 1, 2 положительных значений и конца участка 2, 3 отрицательных значений, в которых заданы начальные условия: значения подъема и его производных по углу поворота по(п-1)-й порядок включительно, где и — наивысший порядок производной, на которую налагаются ограничения (п 2).

Формула изобретения кулАчокприводА клАпднА механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания, содержащий поверхности подъема и опускания, образованные второй производной перемещения толкателя по углу поворота и состоящие из участка положительных и участка отрицательных значений, при этом участки выполнены в виде кусочно-линейных функций угла поворота кулачка. содержащих конечное число отрезков с напередзаданными начальными условиями в начале участка положительВнутри отрезка производная изменяется линейно.

Максимизация площади под кривой подъема толкателя достигается путем мак5 симизации модулей значений второй производной е точках стыка отрезков на участке положительных 1, 2 и участке отрицательных 2,,3 значений второй производной с учетом ограничений на производные второ10 го и более высоких порядков, вычислительных по приведенным соотношениям, а также вышеприведенного ограничения на радиусе кривизны профиля.

На фиг.1 видно, что в диапазоне изме15 нения угла поворота кулачка р от -68,5 до

-63 ограничение на радиус кривизны профиля является активным для предлагаемого технического решения (сплошная линия), и величина радиуса кривизны является здесь

20 предельно допускаемой (-1000 мм).

В то же время у известного кулачка заданный диапазон изменения радиуса кривизны профиля может быть достигнут только изменением ограничений на вы25 сшее производные, например, на вторую производную S" от подъема толкателя по углу поворота кулачка. При этом предельно допускаемое значение радиуса кривизны профиля достигается только в одной

30 точке — при p=-68,5 (штриховая линия), а на участке значительной протяженности

p E (-68,5 -63 ) уровень положительного ускорения толкателя снижается, что отрицательно сказывается на величине площади

35 под кривой подъема толкателя.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет повысить коэффициент наполнения двигателя, снизить удельный эффективный расход топлива и тепловую

40 напряженность деталей, (56) Авторское свидетельство СССР

N 335425, кл. F 01 L 1/08, 1972. ных значений и конце участка отрицательных значений, а значения второй

5р производной в точках стыка смежных огреэков по модулю максимальны при выполнении ограничений на производные второго и более высоких порядков, отличающийся тем, что значения второй произ55 водной в точках стыка смежных отрезков по модулю максимальны также при выполнении ограничения на радиус кривизны профиля кулачка.

2001291 7 ии/рад

20 р,мл

/000

-2000

-20

-5000

-7O -б У70

Составитель Е.Григорьев

Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Гедактор Л.Волкова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3121

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