ПРИВОД НАВЕСНЫХ АГРЕГАТОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B63/04 F02B67/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к конструкциям приводов навесных агрегатов двигателей внутреннего сгорания, главным образом зарядных генераторов.

Известно, что двигатели внутреннего сгорания оснащены рядом вспомогательных или навесных агрегатов, приводимых в действие во вращение, от шестеренчатой передачи или коленчатого вала двигателя (водяной, масляный, топливный насос, воздушный компрессор, зарядный генератор и т.п.).

Большинство приводных навесных агрегатов имеют сравнительно небольшую массу движущихся частей и не требует специальной защиты от инерциальных сил, возникающих при работе двигателя внутреннего сгорания не установившихся нестационарных режимах.

В ряде случаев привод большинства из агрегатов осуществляется клиноременной передачей, которая сама по себе обладает демпфирующими свойствами, и проблем с приводом агрегатов не возникнет.

Особенно желательно применение клиноременной передачи в приводе зарядного генератора, который имеет повышенную частоту вращения, как правило, превышающую частоту вращения коленчатого вала и существенную маховую массу ротора, являющуюся источником повышенных инерциальных сил в приводе в случае неустановившейся по частоте работе двигателя внутреннего сгорания [1]
В этом случае клиноременная передача (характерная, например, для большинства автомобильных двигателей) удовлетворительно защищает как сам генератор, так и приводную часть двигателя от инерционных перегрузок.

В силу ряда причин (в том числе и из соображений пожарной безопасности, например, на судовых и некоторых специальных двигателях), применение клиноременных передач в ряде случаев может быть ограничено.

При этом для защиты вращающихся частей генератора и его привода от возникающих динамических перегрузок в деталях привода необходимо предусматривать применение различного рода защитных муфт.

В особый класс можно выделить применяемые в приводе зарядных генераторов гидравлические турбомуфты. Все эти устройства в приводе зарядных генераторов усложняют и удорожают конструкцию привода, а также увеличивают трудоемкость изготовления и сборки двигателя внутреннего сгорания.

Известно конструктивное решение привода зарядного генератора, существенно упрощающее устройство и его габариты [2]
Такой известный привод представляет собой гибкий торсионный вал, зажимаемый с одного конца якоря генератора и расположенный по его центру в полой виточке. Другой конец этого вала заканчивается шлицами, входящими в соответствующее гнездо в приводе дизеля.

Крутящий момент от работающего двигателя внутреннего сгорания передается через шлицевой конец на гибкий торсионный вал, который заставляет вращаться якорь зарядного генератора через имеющуюся заделку. Неравномерность частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, набор и сброс оборотов компенсируются соответствующим закручиванием гибкого торсионного вала, что предохраняет весь механизм привода и якорь генератора от чрезмерных напряжений. Запас прочности на кручение в торсионном вале выбирается исходя из величины массы якоря и возможных угловых ускорений вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Существенным недостатком такого известного привода является наличие резонансных зон в его работе.

В самом деле, податливый торсионный вал и масса якоря генератора представляют собой известную механическую крутильную колебательную систему, которая имеет собственную частоту колебаний, при совпадении которой с частотой крутильных колебаний коленчатого вала дизеля система переходит в резонансный режим работы. При этом напряжения закручивания в торсионном вале растут неограниченно и последний ломается.

Для защиты от резонансного режима торсионный вал нуждается в постановке дополнительной муфты предельного крутящегося момента или муфты фрикционного типа или подобной ей, что усложняет и удорожает конструкцию привода.

Задача изобретения состоит в том, чтобы сохранив простоту и компактность торсионного привода, предотвратить развитие в нем резонансных режимов работы.

Задачу отстройки от резонансного режима можно решить путем выполнения торсионного вала, обеспечивающего собственную частоту колебаний выше, чем частота крутильных колебаний двигателя.

Однако при этом вал якоря должен увеличить свою жесткость и фактически перестать играть роль демпфирующего элемента.

Задачей изобретения является конструкция привода с использованием в нем торсионного вала с требуемой податливостью, не требующий применения специальной муфты в составе дизеля для защиты от резонансных режимов работы.

Решение задачи осуществляется за счет того, что в приводе навесных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, преимущественно зарядных генераторов, имеющем торсионный валик, расположенный в полом вале якоря генератора, один колец которого заделан в вал якоря генератора, а другой конец снабжен шлицевым соединением, передающим крутящий момент от передачи двигателя внутреннего сгорания, торсионный вал на стороне подвода к нему крутящего момента через, например, шлицевое соединение имеет по меньшей мере еще одни дополнительные шлицы, выступы и впадины которых входят соответственно во впадины и выступы, выполненные на внутренней поверхности полого вала якоря с обеспечением бокового зазора с обеих сторон каждого из шлицев.

На фиг. 1 изображен привод навесных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1.

В якоре 1 зарядного генератора торсионный вал 2 одним концом через конус 3 и шпоночное соединение 4 закреплен с валом 5 якоря генератора. Другой конец торсионного вала 2 свободен и оканчивается шлицами 6, при помощи которых якорь 1 генератора приводится во вращение от передачи двигателя. На этом же свободном конце торсионного вала 2 выполнены шлицы 7, выступами и впадинами заходящими в соответствующие впадины и выступы вала 5 с боковыми зазорами В с обеих сторон каждого из шлицев.

Привод навесных агрегатов двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

Через шлицы 6 от передачи двигателя якорь 1 генератора приводится во вращение.

Возникающая в системе угловые ускорения от неравномерности вращения коленчатого вала двигателя, а также от изменения частоты вращения коленчатого вала (разгон, замедление) компенсируются соответствующей закруткой торсионного вала 2 вокруг своей оси, предохраняя тем самым детали передачи двигателя и якорь генератора от динамических нагрузок, которые для торсионного вала 2 для эксплуатационных режимов двигателя должны быть доступными, кроме резонансных режимов работы.

При резонансном режиме работы, когда собственная частота крутильных колебаний торсионного вала 2 совместно с якорем 1 генератора совпадает с частотой крутильных колебаний коленчатого вала двигателя, амплитуда угловой закрутки торсионного вала 2 существенно возрастает. При этом зазор В между впадинами и выступами дополнительных шлицев 7 будет выбран, частотная характеристика системы вал-якорь будет резко изменена и резонансный режим работы исчезает. Если двигатель к этому времени от резонансного режима работы отойдет, то привод будет работать в обычном режиме с невыбранными зазорами В.

Если двигатель будет продолжать работать на резонансном режиме, то система вал-якорь будет периодически выбирать зазоры В в одну или в другую сторону, но каждый раз торсионный вал 2 будет защищен от чрезмерных закруток и разрушения наличием упоров в дополнительных шлицах 7.

Практика показывает, что колебательная система торсионный вал-якорь бывает настроена на участок первоначального набора числа оборотов двигателя или выбега перед остановкой, т.е. ниже холостого числа оборотов коленчатого вала.

Из этого следует, что резонансный режим работы является весьма кратковременным, неустановившимся режимом, проход которого не вызовет интенсивных износов боковых поверхностей зазоров В шлицев 7.

Изобретение может быть использовано в приводе навесных агрегатов, не требующих применения муфты в составе двигателя для защиты от резонансных режимов работы. Сущность изобретения: привод навесных агрегатов содержит торсионный валик 2, расположенный в полом вале якоря 1 генератора. Один конец торсионного валика 2 заделан в вал якоря 1, на другом его конце выполнены шлицы 6, при помощи которых якорь 1 приводится во вращение от передачи двигателя. Рядом со шлицами 6 дополнительно выполнены шлицы 7, выступы и впадины которых входят соответственнно во впадины и выступы на внутренней поверхности полого якоря 1 с обеспечением бокового зазора с обоих сторон каждого из шлицев 7. При резонансном режиме работы двигателя указанный зазор впадинами и выступами дополнительных шлицев 7 будет выбран, частотная характеристика системы вал якорь будет резко уменьшена и резонансный режим работы исчезнет. 3 ил.

ПРИВОД НАВЕСНЫХ АГРЕГАТОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ преимущественно зарядных генераторов, имеющий торсионный валик, расположенный в полом валу якоря генератора, один конец которого заделан в вал якоря генератора, а другой конец снабжен шлицевым соединением, передающим крутящий момент от передачи двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что торсионный валик имеет на свободном конце по крайней мере еще одни шлицы, выступы и впадины которых предназначены для взаимодействия соответственно со впадинами и выступами, на внутренней поверхности полого вала якоря с обеспечением бокового зазора с обеих сторон каждого из шлицев.