Кулачок механизма газораспределения Советский патент 1992 года по МПК F01L1/08 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах газораспределения с роликовыми толкателями двигателей внутреннего сгорания.

Известен кулачок с поверхностью подъема и поверхностью опускания, состоящих из участков, определяемых второй произ водной подъема толкателя по углу поворота кулачка, которая на участке разбега (х 0) постоянна и равна наибольшему допустимому значению, а на участке выбега изменяется по линейному закону.

Данный кулачок позволяет достичь предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя и

OW :

заданном запасе клапанной пружины по силам инерции.

Однако данный кулачок обуславливает наличие мгновенных значений второй производной подъема толкателя, что характеризуется значительными динамическими нагрузками, а следовательно, снижением надежности и возможными отказами механизма привода клапанов в работе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является кулачок с поверхностью подъема и поверхностью опускания, образованных из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, кривая выполнена в виде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подъема толкателя, представляющих собой

VI Јь

О

VI о

равнобедренную трапецию, и сопряженного с ветвями квадратных парабол отрезка наклонной прямой 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.

Однако для кулачкового механизма с роликовым толкателем уройень наибольших положительных ускорений, определяемый из условия допустимых контактных напряжений, значительно выше уровня наибольших положительных ускорений, определяемого из условия заданного допустимого минимального радиуса кривизны вогнутой части профил я кулачка если участок разбега определен кривой второй производной подъема толкателя, выполненной в виде равнобедренной трапеции, что не позволяет достичь предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя, заданном запасе клапанной пружины по силам инерцией заданном минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка.

Указанный недостаток снижает эффективность применения кулачков реализующих данный закон изменения ускорений толкателя, при применении их в механизмах привода клапанов с-толкателями, снабженными роликами.

Предлагаемый кулачок позволяет устранить указанный недостаток

Цель изобретения - достижение предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя,

запасе клапанной пружины по силам инерции и минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка.

Сущность изобретения заключается в том, что в кулачки механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания с роликовым толкателем, содержащем рабочую часть, образованную двумя участками, описываемыми кривой второй производной подъема толкателя причем первый участок

выполнен в области положительных значений и образован тремя отрезками, первый и третий из которых выполнены в виде наклонных прямых, а второй участок выполнен в области отрицательных значений и образован тремя отрезками, выполненными в виде сопряженных отрезком наклонной прямой двух ветвей квадратных парабол, второй отрезок первого участка выполнен в виде квадратной параболы с минимальной

ординатой в начале отрезка и максимальной - в конце, а продолжительность первого и второго участков определяется по следующим зависимостям1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов привода клапанов с роликовыми толкателями двигателей внутреннего сгорания. Цель изобретения - достижение предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя, заданном запасе клапанных пружин по силам инерции и заданном минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка. Цель достигается выполнением кулачка с поверхностью подъема (ABCDEFG) и поверхностью опускания (A1 B C D E F G),которые состоят из участков, определяемых кривой второй производной подъема толкателя по углу поворота кулачка, которая в области положительных значений выполнена в виде отрезков наклонных прямых (АВ и СО.А В и C Cfy, представляющих собой боковые стороны трапеции, сопряженные в верхней части ветвью квадратной параболы (ВС, ВС). 2 ил. (Л

а

I

Aw-M-% - HI

-- -J- УJ-L.--L-.-- -r--j -.Sk(n-c) j

9(

9(

о b

ab

+ 8k()

ч,ak з, P, ---cMr s) (га;Ут,т(

(«-a bkKsVP,

Hk/b1

где а Јl b (m + 2)2. С , d - К + 1

A2К + 1

- продолжительность участка положительных значений второй производной подъема толкателя;

tpi - продолжительность участка отрицательных значений второй производном подъема толкателя;

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

9(

ab

+ 8k()

Х2 - наибольший заданный уровень до- пустимых отрицательных значений второй производной подъема толкателя;

Ф| - протяженность отрезка, на котором вторая производная 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; m - коэффициент, зависящий от типа и геометрических размеров кулачкового механизма привода клапанов и подбирается из условия соблюдения заданного минимального радиуса кривизны вогнутой части профиля кулачка;

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

На фиг.1 показан контур возможного варианта описываемого кулачка, образованный дугой окружности затылочной части АА с радиусом R0, другой окружности СОС при вершине с радиусом RBC и соединяющими их профильными кривыми ABCDEFG и А В1 С D Е% F G , которые, например, могут быть симметричны; на фиг,2 изображены графики высоты подъема X толкателя, а также первой X и второй X производной подъема толкателя по углу поворота кулачка.

Профилируемая поверхность подъема ABCDEFG (см. фиг.1) на первом участке (X 0) ABCD определяется кривой второй производной подъема толкателя X с нулевыми значениями в начале участка и в конце, состоящей из отрезков наклонных прямых (АВ и CD), в верхней части сопряженные ветвью квадратной параболы (ВС), минимальная ордината которой (-), определяеm

мая из условия соблюдения заданного минимального радиуса кривизны вогнутой части профиля кулачка, максимальная ордината Xi определяется из условия соблюдения заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя Xi и заданного минимального радиу- са1кривизны вогнутой части профиля кулачка, а на втором участке (X 0) определяется кривой DEFG с нулевыми значениями производной в начале и в конце участка, состоящей из сопряженного с ветвями квад- ратных 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 значению второй производной подъема толкателя в области отрицательных значений Хз. Значение Яа находится из соотношения°

Х2 - Хз/К (

где К- коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины, подбирается из условия обеспечения заданного запаса по силам инерции. Значения величин X, X и X (см. фиг.2) по участкам вычисляются по следующим зависимостям: Участок I 0 (р Ф

Участок I

Xi

1 6тФ Участок II О р Ф2

ft + Сир + Cnp + Ci2

X,,-x1Mllll + ll тФ22

т

Xn -fcJl + ЗтФ22. т

ir Xi т 1 / + Ау + С21 р 4- С22 12тФ2l m

Участок III О ,

Х|||-Х1- 1Р.

XlU Xi + СЭ1,

Xiu 0,5Xi ft + Сз1 р + C32

Участок IV О р(рз,

Xiv

ЗКФз2К «

+ C4 + C42

Фз Участок V О р Ф

.... (V

I I IЛЗ

Х(2СР(,1 „ (,

,

у I 2 МЈКС

мако(Ј, Г (cf.-g,. -I ((K + 0:) + P|(l-l) 2l 2qv(rn+2bP,(W5)j +((3()

где Xmax - заданная величина подьема тол-кателя по углу поворота кулачка, заданного кателя;запаса клапанной пружины по силам инер- X - наибольшее значение первой произ-20 ции и заданного минимального радиуса кри- водной подъема толкателя по углу поворотавизны вогнутого участка профиля кулачка кулачка.продолжительность участков положительных и отрицательных значений второй происходя из приведенных выше соотнЪ-изводной подъема толкателя по углу шений, заданных наибольший допустимых25 поворота кулачка определяется по следую- уровней второй производной подъема тол-щим зависимостям:

Ча

, -н;;ЧТ(« Нл-Ч

l-51J-™.Bk((,e)IMm.5ldm48|()

JQb

ak(39,.tr,()1

)drr.k(44- Q b

-(3tf2-2 6)tk(rn+5)J(X1 - наибольший заданный уровень

Ч1 SLk JTдопустимых положительных значений

Гдевторой производной подъема толкатео,А ,&() , /сИ.30 ля- „

XL 1 км ч Хз - наибольший заданный уровень - продолжительность участка поло-пустимых отрицательных значений второй

жительных значений второй (фоизводнойпроизводной подъема толкателя : подъема толкателя; jФ1 - протяженность отрезка, на кото(pi - продолжительность участка отри- 35 ром вторая производная подъема толкателя

цательных значений второй фроизводнойв области положительных значений изменяподъема толкателя;. .ется 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 ABCDEFG и поверхностью опускания А В С D E F G , которые симметричны. Однако поверхности подъема и 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

Предлагаемый кулачок pa6oTaet следующим образом. При вращении кулачка, контактируя с последним в районе затылочной по дуге АА , толкатель (на чертеже не показан) неподвижен. При набегании кулачча на толкатель последний начинает двигаться, причем при контакте с поверхностью профиля кулачка на отрезке АВ вторая производная подъема толкателя X изменяется от

уY

О до - на участке ВС - изменяется от -- mm

до наибольшего допустимого заданного значения.Xi на участке CD - изменяется от до 0, на участке DE - изменяется от 0 до Х2 , на участке EF - изменяется Х2 до наибольшего допустимого заданного значе- ния Хз, на участке FG - изменяется от Хз до О, В конце участка FG толкатель поднимается на заданную высоту Хтах. причем первая и вторая производная подъема толкателя по углу поворота кулачка принимают нулевые значения (фиг.2б,в).

При контакте толкателя с профилем кулачка по дуге СОС (участок верхнего стояния), толкатель неподвижен

При контакте толкателя с поверхностью опускания А , В С D E F G симметричЧ

Г27 Т 6

р., + Ф, drnfrruS)

К™ 5) d Tin

8k(ltc)

о-Ь

27 т

1

)

..

п.

а-Ь (344-2,)k(

HnnSldm сГЬ

+8k(uc)

pi - продолжительность участка п жительных значений второй производ подъема толкателя,

Ч,

П4Т

где a

d K+ 1

Ј.Ь-(т + 2) с г|,

0

5

0

5

0 5

0

ной поверхности подъема ABCDEFG, движение толкателя совершается в обратной последовательности.

По сравнению с прототипом применение предлагаемого кулачка позволяет при заданных ограничениях получить предельное значение коэффициента полно ты диаграммы подъема толкателя, что обуславливает достижение наибольшего время - сечение клапана. Последнее приводит к повышению КПД газораспределения двигателя внутреннего сгорания. Формула изобретения Кулачок механизма газораспределения двигателя внутреннего сгорания с роликовым толкателем, содержащий рабочую часть, образованную двумя участками, описываемыми кривой второй производной подъема толкателя причем первый участок выполнен в области положительных значений и образован тремя отрезками, первый и третий из которых выполнены в виде на-, клонных прямых, а второй участок выполнен в области отрицательных значений и образован тремя отрезками, выполненными в виде сопряженных отрезком наклонной прямой двух ветвей квадратных парабол, отличающийся тем. что, с целью достижения предельных значений коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя запасе клапанной пружины по силам инерции и минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка, второй отрезок первого участка выполнен в виде квадратной параболы с минимальной ординатой в начале отрезка и максимальной в конце, а продолжительность первого и второго участков определяется по следующим зависимостям

HnnSldm сГЬ

+8k(uc)

pi - 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;

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

Ф) - протяженность отрезка, на котором вторая производная подъема толкателя в области положительных значений изменяется по линейному закону;

/ a QG F

я

6

Фз протяженность отрезка, на котором вторая производная подьема толкателя в области отрицательных значений изменяется по закону квадратной параболы;

К - коэффициент, зависящий от геометрических размеров кулачкового механизма привода клапанов, подбирается из условия соблюдения заданного запаса по силам инерции.

Qk

А1

fiue.i