Кулачок для привода клапана Советский патент 1991 года по МПК F01L1/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов привода клапанов двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - уменьшение динамических нагрузок и достижение предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при задан- чых наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя и заданном запасе клапанной пружины по силам инерции.

На фиг. 1 показан контур возможного варианта описываемого кулачка, образованный дугой окружности затылочной части АА с радиусом RO, дугой окружности СОС при вершине с радиусом RBC и соединяющими их профильными кривыми ADCDEFG и А В C D E F G, которые, например, могут быть симметричны; на фиг.2 - графики высоты подъема X толкателя, а также первой X и второй X производной подъема толкателя по углу поворота кулачка.

Профилируемая поверхность подъема ABCDEFG (фиг.1) на участке разбега (X О) ABCD определяется кривой второй производной подъема толкателя X с нулевыми значениями в начале участка и в конце, состоящей из сопряженных между бобой отрезкое (АВ, ВС и CD), представляющих собой равнобедренную трапецию ABCD (фиг.2в)с высотой, равной наибольшему допустимому заданному значению второй производной прдъзма толкателя Xi. а на участке выбега (X 0 ) определяется кривой DEFG с нулевыми значениями второй производной в начале и в конце участка, состо- ящей из сопряженного с ветвями квадратных парабол (DE и FG) отрезка наклонной прямой (EF), при этом экстремум квадратной параболы (отрезок DE) по оси ординат равен Х2, а экстремум квадратной параболы на отрезке FG по оси ординат равен наибольшему допустимому заданному значению второй производной подъема толкателя в области отрицательных значений Хз. Значение находится из соотношения

Х2 Хз/К,

где К - коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины и подбирается из условия обеспечения заданного запаса по силам инерции.

Значения величин X, X и X (фиг.2) по участкам вычисляются по следующим зависимостям:

участок I

О

-&-.

v Xi

Xi

V +Cii ,

Х| - У +Cnp + Cl2

участок II О р фг

Х1/) + С21 ,

Хи 0,5Xi C2iy + С22 , участок HI О vf Ф1

«

xm xi-|L-sp,

)-- -y+Сз1

4

ti

Xm 0,5Xi - -if + C31p

участок IV О p Фз

-& -Ј «

10

vЛ3

Xiv -V

Кф§ К-Ч т

+ С42,

ЗКФ§ r K4

5

5

участок V О р Фц

Y - v (K-1 ) КФ,

V

Хз

0

vv--v, (K-j) XV Хз

Xv -X3i4

-Ј-y + C51,

:fcJV-Јv +

+ Csip + C52 ,

участок VI О р Фз

Xv,, Ф

Xv,

0

Xv,

,.

- p 0,5X3 + Сб1р + Сб2 ,

где Cll, C12, C21, C22.C31, С32. C41. C42. C51,

Cs2. Сб1, Сб2 - постоянные интегрирования, определяются из соблюдения условия плавного сопряжения участков профиля кулачка, т.е. равенства подъемов X. первых производных X и вторых производных подъема толкателя X на границах сопрягаемых участков.

Для плавного сопряжения профиля кулачка ABCDEFG (фиг.1) с участком верхнего

стояния GOG необходимо выдерживать следующие соотношения: Xi(

1Х31 () (Зу2-2Фа) х

6К

макс

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов привода клапанов двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - уменьшение динамических нагрузок и достижение предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя и заданном запасе клапанной пружины по силам инерции. Это достигается профилем кулачка, поверхность подъема ABCDEFG и поверхность опускания А1 В1 С D1 Е1 F1 G1 которого состоят из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, выполненной в виде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подъема толкателя, представляющих собой равнобедренную трапецию ABCD (A B C DO, и сопряженного с ветвями квадратных парабол DE (D1 Е1) и FG (F1 G1) отрезка наклонной прямой EF (Е1 F1) в области отрицательных значений второй производной подъема толкателя с нулевыми значениями второй производной подъема толкателя в начале подъема, при наибольшем значении первой производной подъема толкателя, и в конце его подъема. 2 ил. г Ё

макс

Ob0l +„, + К() ()2(5K4-7}4-4 I i -3()2 , .u, (K + 1)(3fa-2 h)

заданная величинг подъема тол-

где Хмакс

кателя;

Хмакс наибольшее значение первой производной подъема толкателя по углу поворота кулачка.

Исходя из приведенных соотношений и заданных наибольших допустимых уровней второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка и заданного запаса лапанной пружины по силам инерции, про51624195

должительность участков положительных илачка

зависи

отрицательных значений второй производной подъема толкателя по углу поворота куV ГХ,к(1.5Ф,-4ъ)-1Хз1.(к + 1) I -§-Ф.( с-и)-зх,кФ.1--1Мт(к-1)Ф,гч. Vi ,.-.т-к-т;Ъ к

Ll,5IXjl(K-M ) + 2XiK(1 + , +к )1.51Хэ1 (К + 1 ) + 2Х,К( 1 + i ц )

х« к (1.5Ф1 - Фа) -1 xj i ( к +1)

, I Хз I ( К + 1 ) + 2Х)К ( 1 + к )

р - продолжительность участка положительных значений второй производной подъема толкателя;

(pi - продолжительность участка отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

Xi - наибольший заданный уровень допустимых положительных значений второй производной подъема толкателя;

Хз - наибольший заданный уровень допустимых отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

К - коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины;

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 параболы.

На фиг.1 изображен кулачок с поверхностью подъема A8CDEFG и поверхностью опускания А1 В1 С1 D1 E1 F1 G1, которые симметричны.

Однако поверхность подъема и поверхность 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.

Кулачок работает следующим образом.

При вращении кулачка, контактируя с последним в районе затылочной по дуге АА (фиг.1), толкатель (не показан) неподвижен.

При набегании выступа кулачка на толкатель последний начинает двигаться, причем при контакте с поверхностью профиля кулачка на отрезке АВ (фиг.1) вторая производная подъема толкателя X (фиг.2) изменяется от 0 до наибольшего допустимого заданного значения XL на участке ВС - постоянна и равна наибольшему доп заданному значению XL на участ меняется от 0, на участке D

15 няется от 0 до Xz, на участке EF - и от Х2 до наибольшего допустимого го значения Хз, на участке FG - из от Хз до 0.

В конце участка FG толкатель

20 ется на заданную высоту X макс (фи чем первая и вторая производные толкателя по углу поворота кулач мают нулевые значения (фиг.2 б,в) такте толкателя с профилем кулач

25 GOG1 (участок верхнего стояния) неподвижен.

При контакте толкателя с пове опускания А1 В1 С1 D1 E1 F1 G1, симм поверхности подъема ABCDEFG, толкателя совершается в обратной вательности.

Применение предлагаемого механизме привода клапана п уменьшить динамические нагруз стичь предельного значения коэф

35 полноты диаграммы подъема толк заданных уровнях наибольших до значений второй производной под кателя и заданной величине запас ной пружины по силам инер

40 обуславливает повышение эконо двигателя, увеличение надежности ние уровня шума при работе.

30

45

50

55

Формула изобретен

I

Кулачок для привода клапана в ме газораспределения двигателя него сгорания с поверхностью п поверхностью опускания, образов участков, определяемых кривой вт изводной подъема толкателя по у рота кулачка, отличающийся с целью снижения динамических н достижения предельных значений циента полноты диаграммы подъе теля при заданных наибольших до уровнях второй производной под кателя и заданном запасе клапанн ны по силам инерции, кривая вып

лачка

определяется зависимостям:

по следующим

12ХМ..С

стоянна и равна наибольшему допустимому заданному значению XL на участке CD -изменяется от 0, на участке DE - изме5 няется от 0 до Xz, на участке EF - изменяется от Х2 до наибольшего допустимого заданного значения Хз, на участке FG - изменяется от Хз до 0.

В конце участка FG толкатель поднима0 ется на заданную высоту X макс (фиг.2а), причем первая и вторая производные подъема толкателя по углу поворота кулачка принимают нулевые значения (фиг.2 б,в). При контакте толкателя с профилем кулачка по дуге

5 GOG1 (участок верхнего стояния) толкатель неподвижен.

При контакте толкателя с поверхностью опускания А1 В1 С1 D1 E1 F1 G1, симметричной поверхности подъема ABCDEFG, движение толкателя совершается в обратной последовательности.

Применение предлагаемого кулачка в механизме привода клапана позволяет уменьшить динамические нагрузки и достичь предельного значения коэффициента

5 полноты диаграммы подъема толкателя при заданных уровнях наибольших допустимых значений второй производной подъема толкателя и заданной величине запаса клапанной пружины по силам инерции, что

0 обуславливает повышение экономичности двигателя, увеличение надежности и снижение уровня шума при работе.

0

Формула изобретения

I

Кулачок для привода клапана в механизме газораспределения двигателя внутреннего сгорания с поверхностью подъема и поверхностью опускания, образованных из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, отличающийся тем, что, с целью снижения динамических нагрузок и достижения предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя и заданном запасе клапанной пружины по силам инерции, кривая выполнена в

виде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подъема толкателя, представляющих собой равнобедренную трапецию, и сопряженного с ветвями квадратных парабол отрезка наклонной прямой в области отрицательных значений второй производной подъема толкателя с нулевыми

НИ

К0..|1(-М) Л ( + 1) 1 1-зх 11СФ11-Т1Г}тт (11-1)в + ,|5Ы(к+) + «( +-РПГ ./

Х, У(1.5Ф1-ф)-1хз1Фа(к + 1)

) (-№).

6XiK

где р - продолжительность участка положительных значений второй производной подъема толкателя;

р2 - продолжительность участка отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

..

Xi - наибольший заданный уровень допустимых положительных значений второй производной подъема толкателя;

значениями второй производной подъема толкателя в начале подъема, при наибольшем значении первой производной подъема толкателя и в конце его подъема, при этом продолжительность участков положительных и отрицательных значений второй ПРОИЗВОДНОЙ подъема толкателя находится по зависимостям

IZXtuic

1) 1 1-зх 11СФ11-Т1Г}тт (11-1)

Хз - наибольший заданный уровень допустимых отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

К - коэффициент, зависящий от характе- ристики клапанной пружины;

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 параболы.

fBQdF1

&

Фиг. 1

i

Ф,

%

r,

FGC F

ъ

к 6

Фиг. 2