КОРОМЫСЛО ПРИВОДА КЛАПАНА С ОПОРОЙ Российский патент 2001 года по МПК F01L1/18 

Изобретение относится к поршневым машинам, в частности к коромыслам привода клапанов.

Коромысло привода клапанов поршневых машин является одним из самых нагруженных элементов поршневой машины. От его работоспособности в значительной мере зависят надежность и ресурс машины.

Для снижения издержек производства конструкция коромысла и его опоры должна быть высокотехнологичной, а применяемые материалы - дешевыми.

В патентной и специальной литературе приводятся различные конструкции коромысел привода клапанов и их опор.

В устройстве [1] коромысло привода клапана выполнено из тонколистовой металлической заготовки с двумя боковыми противолежащими стенками, в которых выполнены отверстия с кольцевыми фланцами для оси коромысла. Боковые стенки коромысла соединены концевой стенкой, выполненной с ними за одно целое.

Для повышения жесткости коромысла его боковые стенки соединены приваренными к ним пальцами. На концах коромысла находятся элементы, взаимодействующие с толкателем и штоком клапана.

Такая усложненная конструкция коромысла имеет пониженную работоспособность из-за низкой несущей способности сварных соединений пальцев со стенками в условиях динамического нагружения коромысла, имеющего место при работе поршневой машины.

Кроме того, необходимы специальные конструктивные меры для снабжения смазкой цилиндрической пари трения коромысло-ось.

Известно также устройство [2] - седло для кинематической пары со сферической контактной поверхностью.

Кинематическая пара, состоящая из двух деталей, одна из которых имеет полную выпуклую сферическую форму или только часть ее поверхности в зоне контакта с другой деталью, а другая деталь служит вогнутым седлом для сферической поверхности первой детали.

Донная часть детали, служащей седлом, представляет собой вогнутую сферическую поверхность, диаметр которой меньше, чем диаметр выпуклой части другой детали. Вогнутая часть седла, расположенная выше его донной части поверхности, имеет диаметр больше, чем выпуклая часть.

Различие в диаметрах контактирующих сферических поверхностей, а именно когда диаметр выпуклой сферической поверхности больше диаметра контактирующей с ней вогнутой сферической поверхности, приводит к ограниченной площади контакта и, следовательно, к повышенным контактным нагрузкам, снижающим работоспособность кинематической пары, ее надежность и ресурс. Подвод смазки к зоне контакта затруднен.

Известно коромысло [3], являющееся наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению, с углублением в центральной части его днища в виде полусферы с отверстием, его опора с резьбовым отверстием имеет выпуклую контактную поверхность в виде полусферы, экваториальное сечение которой перпендикулярно оси резьбового отверстия, и ее ось симметрии совпадает с осью резьбового отверстия.

Подвод смазки к зоне контакта затруднен.

Задачей изобретения является повышение работоспособности коромысла привода клапана с опорой, его надежности и ресурса с обеспечением высокой технологичности конструкции.

Решение указанной задачи достигается выбором оптимальных размеров и формы тонкостенного цельноштампованного коромысла и его опоры со сферическими контактными поверхностями, материалов и покрытий коромысла и опоры.

На чертеже показаны коромысло и его опора.

Коромысло 1 привода клапана выполнено в виде тонкостенного желоба с симметричным переменным профилем. В центральной части его днища имеется углубление 2 для опоры 3 в виде полусферы с овальным отверстием 4, ориентированным своей большой осью в плоскости симметрии коромысла.

На одном конце коромысла на его днище выполнен выступ 5, контактирующий со штоком клапана 6, а на другом конце - углубление 7 в виде полусферы, контактирующее со штангой толкателя 8.

Опора 3 коромысла 1 с резьбовым отверстием 9 имеет выпуклую контактную поверхность в виде полусферы 10, экваториальное сечение которой перпендикулярно оси резьбового отверстия, а ось симметрии совпадает с осью резьбового отверстия.

Номинальные величины радиусов сферических поверхностей коромысла и опоры равны, а допуски на их изготовление заданы для опоры - на уменьшение радиуса сферы, а для коромысла - на его увеличение.

Для исключения контакта в зоне овального отверстия 4 коромысла 1 полусфера 10 на опоре 3 выполнена неполной, т.е. без сегмента в ее донной части.

Для обеспечения свободы качания коромысла 1 на полусфере 10 опоры 3, начиная с кругового сечения менее экваториального, выполнена коническая фаска 11.

Материал коромысла и опоры - малоуглеродистая сталь с химико-термической обработкой поверхности для повышения износостойкости:
- коромысло - цементация кругом глубиной 8 - 20% толщины материала;
- опора - цианирование наружной поверхности.

Смазка контактных поверхностей коромысла и опоры осуществляется маслом, конденсирующимся ни поверхности коромысла из окружающего его масляного тумана.

Опытные образцы коромысла с опорой, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, были подвергнуты всесторонним лабораторным исследованиям. Стендовые испытания их в составе поршневого двигателя с имитацией максимальных возможных эксплуатационных нагрузок и длительные испытания на надежность (безотказность) на номинальной мощности подтвердили их высокую работоспособность.

При изготовлении опытных образцов коромысла и опоры подтверждено, что их конструкция отличается высокой технологичностью.

Источники информации
1. Патент США N 5010857, МКИ⁵ F 01 L 1/18 "Рычаг привода клапана".

2. Заявка N 2-22205, Япония, МКИ⁵ F 01 L 1/18, 1/46, F 16 C 11/06 "Изобретение стран мира". Реферативный журнал. Роспатент, выпуск 64, N 2,1992 г.

3. Патент США N 4517935, МПК F 01 L 1/18.

Клапан может быть использован в поршневых машинах. Коромысло привода клапана выполняют из тонколистовой металлической заготовки. Коромысло имеет на своих концах элементы, взаимодействующие с толкателем и штоком клапана. Коромысло выполняют в форме желоба с симметричным переменным профилем. Овальное отверстие, выполненное в центральной части его днища, ориентировано своей большой осью в плоскости симметрии коромысла. Опора коромысла с резьбовым отверстием имеет выпуклую контактную поверхность в виде полусферы, экваториальное сечение которой перпендикулярно оси резьбового отверстия, и ее ось симметрии совпадает с осью резьбового отверстия. Полусфера выполнена без сегмента в ее донной части и имеет коническую фаску с кругового сечения менее экваториального. Номинальные величины радиусов сферических поверхностей коромысла и опоры равны. Допуски на их изготовление заданы: для опоры - на уменьшение радиуса сферы, а для коромысла - на его увеличение. В качестве материала для коромысла и опоры выбирается малоуглеродистая сталь с химико-термической обработкой их поверхностей: коромысло - цементация кругом на глубину 8 - 20% толщины материала, а опора - цианирование наружной поверхности. Такое выполнение повышает работоспособность коромысла привода клапана, его надежность и ресурс с обеспечением высокой технологичности конструкции. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Коромысло привода клапана из тонколистовой металлической заготовки с противолежащими боковыми стенками и имеющее на своих концах элементы, взаимодействующие с толкателем и штоком клапана, углубление в центральной части своего днища в виде полусферы с отверстием, опору коромысла с резьбовым отверстием, имеющую выпуклую контактную поверхность в виде полусферы, экваториальное сечение которой перпендикулярно оси резьбового отверстия, а оси симметрии резьбового отверстия и полусферы совпадают, отличающееся тем, что коромысло имеет форму желоба с симметричным переменным профилем, а отверстие в углублении в виде полусферы в центральной части его днища выполнено овальным, причем большая ось отверстия ориентирована в плоскости симметрии коромысла, полусфера опоры коромысла выполнена без сегмента в ее донной части и имеет коническую фаску с кругового сечения менее экваториального. 2. Коромысло по п.1, отличающееся тем, что номинальные величины радиусов сферических поверхностей коромысла и опоры равны, а допуски на их изготовление заданы: для опоры - на уменьшение радиуса сферы, а для коромысла - на его увеличение. 3. Коромысло по п.1 отличающееся тем, что материалы коромысла и опоры - малоуглеродистая сталь с химикотермической обработкой их поверхностей: коромысло - цементация кругом на глубину 8 - 20% толщины материалов, а опора - цианирование наружной поверхности.