Кулачок механізму газорозподілу

Кулачок механізму газорозподілу, який має робочу частину, утворену двома ділянками, що описуються кривою другої похідної переміщення штовхача, причому перша ділянка виконана в області додатних значень і утворена трьома відріз 3 38779 профільної поверхні відносно центру обертання кулачка. Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату полягають у наступному: - відповідно до описання другої похідної підйому штовхача в області додатних значень на протязі другого відрізка кривою ступеневої функції увігн ута частина профільної поверхні має змінні радіуси кривизни, які суттєво збільшуються за профільною поверхнею, починаючи від мінімального обмежувального значення, встановленого з урахуванням технологічних обмежень, що визначає суттєві втрати за часом-перерізом клапанів у порівнянні з увігнутою ділянкою профільної поверхні постійного радіусу кривизни; - подовження ділянки додатних значень другої похідної підйому штовхача для збільшення часуперерізу клапанів приводить до перевищення граничних значень кута тиску в кулачковому механізмі, що визначає суттєве підвищення сил тертя в парі штовхач-напрямна. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення кулачка механізму газорозподілу, в якому шляхом забезпечення на всьому протязі другого відрізка ділянки додатних значень другої похідної підйомів штовхача постійного радіусу кривизни встановленої граничної величини для увігнутої робочої частини профілю, а також забезпечення в кінці третього відрізка встановленої граничної величини кута тиску досягається гранична величина часу-перерізу клапанів механізму газорозподілу при виконанні умов за мінімальним радіусом кривизни увігнутої ділянки профілю кулачка і максимальним кутом тиску в кулачковому механізмі, поточні значення яких за кутом обертання кулачка є функцією переміщення штовхача і першої та другої його похідних. Поставлена задача вирішується тим, що в кулачку механізму газорозподілу, який має робочу частину, утворену двома ділянками, що описуються кривою другої похідної підйому што вхача, причому перша ділянка виконана в області додатних значень і утворена трьома відрізками, перший з яких при заданій довжині за кутом обертання кулачка описаний кривою ступеневої функції і в кінці його забезпечується рівняння розрахункового радіуса кривизни прийнятому граничному значенню, для другого відрізка в будь-якій точці за його заданою довжиною забезпечується рівняння розрахункового радіуса кривизни прийнятому граничному значенню при описанні на кожному кроці розрахунків другої похідної кривою ступеневої функції, третій відрізок описаний кривою ступеневої функції з нульовим значенням другої похідної підйому штовхача в кінці відрізка, довжина якого визначається за умов рівняння розрахункового кута тиску прийнятому граничному значенню в кінці відрізка Друга ділянка виконана в області від'ємних значень і утворена трьома відрізками, виконаними у вигляді сполучених кривих ступеневих функцій при безрозривності третьої похідної підйомів (пульсу) на всьому протязі обох ділянок. Введення нових ознак при взаємодії з відомими забезпечують досягнення граничної величини 4 часу-перерізу клапанів механізму газорозподілу при виконанні обмежень за граничним (мінімальним) радіусом кривизни увігнутої ділянки профілю кулачка і граничним (максимальним) кутом тиску в кулачковому механізмі, поточні значення яких за кутом обертання кулачка є функцією переміщення штовхача і першої та др угої його похідних. На Фіг.1 показаний контур пропонованого кулачка, який утворено дугою кола потиличної частини (1-1') радіусу R0, дугою кола (8-9-8') при вершині радіусу RВВ, які з'єднуються двома профільними кривими (1-2-3-4-5-6-7-8) та (1'-2'-3'4'-5'-6'-7'-8'), яка, наприклад, можуть бути симетричні і мають увігнуті ділянки (3-4 і 3'-4') дугою кола R1 встановленого граничного значення: на Фіг.2-4 показані графіки переміщення s штовхача, а також першої та другої його похідних за кутом v = ds / d j aq = d2s / dj 2 обертання кулачка - q і . Кулачок механізму газорозподілу має поверхні підйому та опускання, які складаються з двох ділянок компенсації теплового зазору і робочих профільних поверхонь. Вони визначаються другою похідною переміщення штовхача за кутом обертання кулачка на ділянках додатних і від'ємних значень у вигляді відрізків, описаних кривими ступеневих функцій з безперервністю третьої похідної в точках сполучення окремих кривих, причому на ділянці додатних значень довжина відрізків за кутом обертання кулачка і рівні другої похідної переміщень задаються з урахуванням відповідних вимог і обмежень, а довжина ділянки від'ємних значень і максимальний рівень від'ємного значення другої похідної переміщення штовхача визначаються за умовами досягнення за певний кут обертання кулачку максимального заданого переміщення штовхача та нульових значень першої та другої його похідних за кутом обертання кулачка при контролі виконання певних вимог до роботи механізму газорозподілу. Профільна поверхня підйому (1-2-3-45-6-7-8) (Фіг.1) на першій ділянці (1-2-3-4-5) визначається сукупністю сполучених в точках (2, 3, 4) відрізків кривих в області додатних значень другої похідної переміщення штовхача за кутом обертання кулачка (Фіг.4) і складається з півхвилі синусоїF ди (1-2) при довжині ділянки 12 , кривої ступенеF вої функції (2-3) при заданій довжині відрізка 23 і a = a q2 = 0 a = a q3 ординатах точок (2) q і (3) q за умови рівняння розрахункового радіусу кривизни R (s, v q, a q ) = R1 увігн утої частини профілю кр , сукупністю послідовно сполучених кривих ступеневих F функцій за відрізком 3-4 заданої довжини 34 з a ординатою точки (4) q 4 при виконанні в кожній R ( s , v , a ) = R1 точці сполучення умови крi i qi qi рахунок підбору ординат точок, кривої ступеневої фунa = a q5 = 0 кції (4-5) з ординатою точки (5) q при F 45 підборі довжини відрізка за умов рівняння розрахункового кута тиску в точці (5) встановле 5 b(s, v q, aq ) = b max ному граничному значенню , а на другій ділянці (5-6-7-8) визначається кривою другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка у від'ємній області з нульовими ординатами на початку і в кінці ділянки (точки 5, 8), яка складається зі сполучених в точках (5, 6, 7, 8) описаних кривими ступеневих функцій відрізків (5-6) F при заданій довжині відрізка 56 і ординаті точки a = a q6 F (6) q , (6-7) довжиною 67 і ординаті точки a = a q6 × k1 (7) q , (7-8) при заданій довжині відрізка a F 78 F з визначенням довжини 67 і рівня q6 при k заданій величині коефіцієнта 1 за умов забезпечення в точці (8) максимального заданого переміs щення штовхача max при нульових значеннях v = 0 aq = 0 його першої та другої похідних - q , і на протязі всієї ділянки (5-6-7-8) прийнятної величини коефіцієнта запасу клапанних пружин за силами інерції. Поточні значення кінематичних параметрів v s переміщення штовхача i , а також першої qi та a другої qi його похідної за кутом обертання кулачка дію кожного відрізка (Фіг.2-4) визначаються за формулами: 0 £ ji £ F12 Для відрізка 1-2: aqi = B12 × sin(k × ji ); B12 [1- cos(k × ji )]; k B é 1 ù si = 12 ê j - sin(k × ji )ú, k ë k û p s ×k k= ; B12 = 2 F12 F12 де коефіцієнти s2 - задана величина теплового зазору. 0 £ ji £ F23 Для відрізка 2-3: vqi = aqi = A 23 × ji3 + B23 × j2 + C23 × ji ; i A B C vqi = 23 j4 + 23 j3 + 23 ji2 + v q2 ; i i 4 3 2 A 23 5 B23 4 C 23 3 si = ji + ji + ji + v q2 × ji + s2 , 20 12 6 a де q3 - величина другої похідної переміщення штовхача в кінці відрізка 2-3 визначається за ji F 23 = умови виконання при рівняння Rкр (s, vq , a q= R 1 ) , vq 2 - значення першої похідної переміщення штовхача в кінці попередньої ділянки, коефіцієнти aq3 aq3 aq3 A23 = 3 ; B 23 = - 3 2 ; C23 = 3 . F 23 F23 F23 Для відрізка 3-4: 0 £ ji £ F34 38779 6 a qi = a q(i -1) + Da qi ; vq1 = a q( i-1) × Dj + Da qi × Dj + v q(i -1); 2 2 sqi = aq( i-1) × Dj / 2 + Da qi × Dj / 2 + v q(i-1) × Dj + s(i-1) , де Dj - заданий крок рахунку поточних знаa s v чень i , qi , і qi , за довжиною відрізка 3-4 від ji = 0 j = F 34 до i , a q(i -1) vq( i-1) s(i -1) , , - для кожного наступного кроку розрахунку попередні значення кінематичних параметрів, Da qi - крок зміни величини другої похідної переміщення штовхача, величина якого для кожного ji назначається за умови виконання прирівняння Rкрі ( si, v qi , a qi ) = R1 . 0 £ ji £ F45 Для відрізка 4-5: aqi = A 45 × ji2 + B45 × ji + aq4 ; A 45 3 B45 2 ji + ji + aq 4 × ji + v q4; 3 2 a A B si = 45 ji4 + 45 j3 + q4 j2 + v q4 × ji + s4 , i i 12 6 2 F де 45 - довжина відрізка 4-5, що призначається за умов забезпечення в точці (5) рівняння розрахункового кута тиску заданому граничному b(s, v q, aq ) = b max значенню при величині другої a q5 = 0 похідної , s 4, vq 4, a q 4 - переміщення штовхача та перша і друга його похідні в кінці попередньої ділянки в точці (4), коефіцієнти vqi = A 45 = 634,46 × a q4 B2 × 10 5 45 ; B 45 = . 4 × a q4 F 45 Для відрізка 5-6: 0 £ ji £ F56 aqi = A56 × j3 + B56 × j2 + C 56 × ji; i i A 56 4 B56 3 C56 2 ji + ji + ji + v q5; 4 3 2 A B C si = 56 j5 + 56 ji4 + 56 ji3 + v q5 × j + s5 ; i 20 12 6 s5 vq5 де , - переміщення штовхача та перша його похідна в кінці попередньої ділянки в точці (5) коефіцієнти aq6 3 × aq 6 3 × aq6 A 4 = - 3 ; B56 = 2 ; C56 = . F 56 F 56 F56 vqi = Для відрізка 6-7: 0 £ ji £ F67 7 aqi = A67 j3 + C67 ; i A 67 4 ji + C 67 × j + vq 6; 4 A C si = 67 j5 + 67 ji2 + v q6 × j + s6 ; i 20 2 s6 vq 6 де , - переміщення штовхача та перша його похідні в кінці попередньої ділянки в точці (6), aq6 × (k1 - 1) A67 = ; C67 = -aq6 . F3 67 коефіцієнти 0 £ ji £ F78 Для відрізка 7-8: vqi = aqi = A78 × ji2 + B78 × ji + C78 ; A 78 3 B78 2 ji + ji + C 78 × ji + v q7 ; 3 2 A B C si = 78 ji4 + 78 j3 + 78 j2 + vq7 × ji + s7; i i 12 6 2 v s де 7 , q7 - переміщення штовхача та перша його похідна в кінці попередньої ділянки в точці (7), коефіцієнти vqi = A78 = k1 - 634,46 × a q6 B2 × 105 78 ; B6 = ; C 78 = -a q6 × k1, 4 a q6 F 78 - заданий коефіцієнт зростання другої похідної переміщення штовхача в області від'ємних значень. В представлених формула х ураховуються умови плавного сполучення відрізків за профілем кулачка, тобто рівняння переміщень s штовхача, v a а також першої q та другої q його похідних за кутом обертання кулачка в точках сполучення окремих кривих у відповідних граничних точках. a F Довжина відрізка (6-7) 67 і величина q6 визначаються за умов забезпечення в точці (8) максиs мального заданого переміщення штовхача max 38779 8 при нульових значеннях його першої та другої поv = 0, a q = 0 хідних - q . Пропонований кулачок працює таким чином. При обертанні кулачка ролик штовхача (на Фіг.1 не показаний) контактуючи з потиличною частиною за дугою (1-1') радіуса r0 залишається нерухомим. При набіганні кулачка на ролик штовхача останній починає рухатися, причому впродовж ділянки (1-2) s при вибиранні встановленого теплового зазору 2 друга похідна підйомів штовхача за кутом оберa тання кулачка q (Фіг.4) на початку та наприкінці ділянки дорівнює 0, на відрізку (2-3) - змінюється a a a від 0 до q3 , на відрізку (3-4) - від q3 до q 4 при контакті ролика штовхача з увігнутою частиною профілю кулачка за дугою (3-4) встановленого R радіуса 1 впродовж всього відрізка, на відрізку a (4-5) - від q 4 до 0, на відрізку (5-6) - змінюється a a від 0 до q6 на відрізку (6-7) - змінюється від q6 a ×k a ×k до q6 1 , на відрізку (7-8) - змінюється від q6 1 до 0. В кінці ділянки (7-8) (саме в точці 8) штовхач досягає заданого максимального переміщення v a smax , a перша q і друга q похідні за кутом обертання кулачка дорівнюють 0 (Фіг.2-4). При контакті ролика штовхача з профілем куR лачка за дугою (8-9-8') радіусу в в (ділянка верхнього вистою) штовхач залишається нерухомим. При контакті ролика штовхача з поверхнею опускання (8'-7'-6'-5'-4'-3'-2'-1'), яка симетрична поверхні підйому (1-2-3-4-5-6-7-8), рух штовхача здійснюється в зворотній послідовності. 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 38779 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601