Устройство для включения вентилятора
Владельцы патента RU 2432471:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для включения и выключения вентилятора охлаждающей системы двигателей внутреннего сгорания. Технический результат - повышение надежности работы устройства и упрощение конструкции привода вентилятора. Указанный технический результат достигается в устройстве для включения вентилятора, содержащем ведущий вал, за счет того, что оно снабжено ведомым диском, жестко соединенным с ведомым валом, свободно входящим в осевое отверстие ведущего вала с возможностью осевого перемещения и вращения, на свободном конце ведомого вала закреплена шаровая опора и соединена с датчиком, выполненным из материала с памятью формы, имеющим вид ступенчатого сильфона, между ведомым и ведущим дисками расположена пружина, причем торцы шкивов, связанных со ступицами, обращены оппозитно друг другу и выполнены в виде косозубого зубчатого зацепления. 2 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для включения и выключения вентилятора охлаждающей системы двигателя внутреннего сгорания.
Известно устройство [1] для включения вентилятора, которое снабжено гидравлической муфтой, передающей вращение за счет адгезии высоковязкой жидкости. Рабочие и резервные полости гидравлической муфты разделены перегородкой, установленной с возможностью вращения вокруг центральной оси. В зависимости от температуры окружающей среды биметаллическая спираль воздействует на указанную перегородку, которая прекращает доступ вязкой жидкости в рабочую полость муфты, обеспечивая ее отключения.
Недостатком данного устройства является низкая надежность работы муфты из-за возможной проточки рабочей жидкости в процессе эксплуатации.
Известен гидравлический привод вентилятора [2] с автоматическим поддержанием оптимального температурного режима двигателя, содержащий гидромуфту и регулятор-выключатель режима ее работы. Гидромуфта привода вентилятора обеспечивает передачу крутящего момента от коленчатого вала к вентилятору. Она позволяет осуществлять автоматическое регулирование частоты вращения вентилятора путем изменения расхода масла, проходящего через рабочую полость муфты, за счет регулятора-выключателя, а следовательно, его производительности. В зависимости от температуры жидкости в системе охлаждения двигателя происходит регулирование изменения количества масла в корпусе гидромуфты, соответственно включения и выключения вентилятора.
Недостатками данного привода вентилятора является сложность конструкции, низкая надежность регулятора-выключателя из-за частого включения золотника в регуляторе и износа резиновой манжеты уплотнения утечки масла в корпусе гидромуфты.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания устройства с автоматическим поддержанием оптимального температурного режима охлаждения двигателя с высокой надежностью и упрощенной конструкции привода.
Технический результат - повышение надежности работы устройства и упрощение конструкции привода вентилятора.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для включения вентилятора содержит ведущий вал.
Особенностью устройства является то, что оно снабжено ведомым шкивом, жестко соединенным с ведомым валом, свободно входящим в осевое отверстие ведущего вала с возможностью осевого перемещения и вращения; на свободном конце ведомого вала закреплена шаровая опора и соединена с датчиком, выполненным из материала с памятью формы, имеющим вид ступенчатого сильфона, между ведомым и ведущим шкивами расположена пружина, причем торцы шкивов, связанных со ступицами, обращены оппозитно друг другу и выполнены в виде косозубого зубчатого зацепления.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено устройство, на фиг.2а и б - состояние датчика в свободном и рабочем состоянии.
Устройство содержит ведомый шкив 1, который насажен на ведомый вал 2 со ступицей 3 и жестко соединен с вентилятором 4, один конец ведомого вала свободно входит в осевое отверстие 5 ведущего вала 6 с возможностью осевого перемещения и вращения на подшипниках скольжения 7, между ними расположена пружина 8, другой конец вала 2 соединен через шаровую опору 9 с датчиком 10, выполненным из материала с памятью формы, имеющим вид ступенчатого сильфона, торец датчика 10 расположен на незначительном расстоянии от радиатора 11 и закреплен через кронштейн 12 к блоку цилиндров двигателя. Ведущий 6 и ведомый 2 валы жестко насажены на ступицы 13 и 3, которые соединены через торцевое косозубое зубчатое зацепление 15 и 16 с ведущим 14 и ведомым 1 шкивами для привода вентилятора 4.
Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии, когда температура охлаждающей жидкости t° в радиаторе 11 ниже 80°С, датчик 10 имеет форму, показанную на фиг.2a, и длину, равную h. Пружина 8 находится в свободном состоянии, шкивы 1 и 14 отделены друг от друга, зубья расцеплены, шаровая опора 9 находится в контакте с ведомым валом 2, вентилятор 4 отключен.
При достижении температуры t° охлаждающей жидкости более 80°С в радиаторе 11 датчик 10 скачкообразно изменяет форму, показанную на фиг.2б и имеет длину, равную величине h+s, где s - приращение длины датчика 10, достаточную для вхождения в зацепление зубьев 15 и 16 ведущей ступицы 13 и ведомой 3. В процессе удлинения датчика 10 через шаровую опору 9, которая воздействует на ведомый вал 2, перемещает его по подшипнику скольжения 7 вовнутрь ведущего вала 6 на величину s. При этом ведомый вал 2 сжимает пружину 8, и ведомая ступица 3 входит в зацепление с зубьями 16 и 15 ведущей ступицы 13, которая передает крутящий момент Тεδ от двигателя к ведомому шкиву 1, жестко соединенному с вентилятором 4. С понижением температуры t° датчик 10 и пружина 8 принимают свободное положение, происходит отключение зубчатого зацепления 15 и 16 ведомой ступицы 3 от ведущей 13, вентилятор 4 прекращает вращение.
Перемещение ведомого вала 2, получаемое от датчика 10, в большинстве случаев имеет достаточную мощность, чтобы непосредственно привести в зацепление зубья зубчатого зацепления 15 и 16 ступицы 3 и 13. Динамические свойства устройства для включения вентилятора 4 в целом соответствуют передаточной функции. При воздействии датчика 10 на ведомый вал 2 и нулевых начальных условиях передаточную функцию можно отнести к апериодическому звену
,
где Y(S) - линейное перемещение ведомого вала; X(S) - линейное перемещение датчика в зависимости от температуры охлаждающей жидкости; T - постоянная времени датчика.
Апериодическое звено можно представить дифференциальным уравнением
,
где t - время воздействия датчика на ведомый вал.
Решение этого уравнения при нулевых начальных условиях и x(t)=[1] имеет вид переходной функции
.
Характеристика переходной функции (фиг.2б) указывает устойчивость работы устройства.
Применение в устройстве датчика, выполненного из материала с памятью формы, позволит значительно упростить конструкцию и повысить надежность его работы.
Устройство для включения вентилятора, содержащее ведущий вал, отличающееся тем, что оно снабжено ведомым шкивом, жестко соединенным с ведомым валом, свободно входящим в осевое отверстие ведущего вала с возможностью осевого перемещения и вращения, на свободном конце ведомого вала закреплена шаровая опора и соединена с датчиком, выполненным из материала с памятью формы, имеющим вид ступенчатого сильфона, между ведомым и ведущим дисками расположена пружина, причем торцы шкивов, связанных со ступицами, обращены оппозитно друг другу и выполнены в виде косозубого зубчатого зацепления.
