Кулачок механізму газорозподілу

Кулачок механізму газорозподілу, що має взаємодіючий з роликом штовхача робочий профіль з поверхнями підйому та опускання, кожна з яких описується безперервною кривою другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка, що C2 1 3 женням надійності та імовірної появи відказів двигуна; - при закритті посадка клапану на сідло відбувається із значною кінцевою швидкістю, що визначає інтенсивне зношення як клапану, так і сідла. Найбільш близьким до об’єкта, що заявляється є кулачок механізму газорозподілу [Мороз В.И., Братченко А.В., Гурьев Ю.И. Кулачок механизма газораспределения. А.С. № 1740710 SU, F 01 L 1/08, 20.11.1989, опубл. 15.06.1992. Бюл. № 22.], що має взаємодіючий з роликом штовхача робочий профіль з поверхнями підйому та опускання, кожна з яких описується безперервною кривою другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка, що складається з двох ділянок, одна з яких виконана в області додатних значень, а друга в області від’ємних значень. Причому ділянка, що виконана в області додатних значень, утворена трьома відрізками, перший та третій з яких виконані у вигляді похилих прямих, а другий у вигляді квадратної параболи з мінімальною ординатою на початку відрізка та максимальною вкінці, а друга ділянка, що виконана в області від’ємних значень, утворена трьома відрізками, виконаними у вигляді сполучених відрізком похилої прямої двох гілок квадратних парабол. Причини, що перешкоджають одержанню необхідного технічного результату полягають у наступному: - при виконанні технологічного обмеження за мінімальним радіусом кривизни увігнутої ділянки робочого профілю кулачка та умов міцності деталей механізму, описання другого відрізка другої похідної переміщень штовхача за кутом обертання кулачка на першій ділянці квадратною параболою не забезпечує потрібних, за умов досягнення високих показників економічності та екологічності двигуна внутрішнього згоряння, значень часперерізу клапанів; - наявність розривів третьої похідної підйомів в точках сполучення окремих ділянок поверхонь підйому та опускання штовхача в кулачкових механізмах приводу клапанів із значними масами деталей приводять до значних динамічних навантажень, тобто до зниження надійності механізму газорозподілу при його роботі; - за причин відсутності плавно сполучених з робочим профілем спеціальних ділянок компенсації теплового зазору в механізмах газорозподілу з таким кулачком клапани починають рухатися з ударами та сідають на сідло з значними кінцевими швидкостями, що впливає на інтенсивне зношення деталей. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення кулачка механізму газорозподілу, в якому шляхом завдання для описання робочого профілю поверхонь підйому та опускання відповідної безперервної форми кривої другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка в області її додатних і від’ємних значень, при виконанні технологічного обмеження за мінімальним радіусом кривизни увігнутої ділянки робочого профілю кулачка і вимог міцності деталей механізму, забезпечуються потрібні за умов досягнення високих показників економічності та екологічності двигуна 90952 4 внутрішнього згоряння значення час-перерізу клапанів, безрозривність третьої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка, а введенням плавно сполученої з робочим профілем ділянки компенсації теплового зазору досягається безударна робота механізму газорозподілу і припустимі значення швидкості посадки клапанів на сідло. Поставлена задача вирішується тим, що в кулачку механізму газорозподілу, що має взаємодіючий з роликом штовхача робочий профіль з поверхнями підйому та опускання, кожна з яких описується безперервною кривою другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка, що складається з двох ділянок, одна з яких виконана в області додатних значень, а друга в області від’ємних значень, для ділянки, що виконана в області додатних прискорень і утворена трьома відрізками, кожний з таких відрізків описується кривою ступеневої функції відповідного ступеня, ділянка, що виконана в області від’ємних прискорень, утворена двома відрізками, кожний з яких описується кривою ступеневої функції відповідного ступеня при безперервності третьої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка впродовж всієї кривої, а початок ділянки додатних значень другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка поверхні підйому і кінець ділянки додатних значень поверхні опускання плавно сполучаються з ділянками компенсації теплового зазору, на кожній з яких друга похідна підйомів штовхача за кутом обертання кулачка описана додатною півхвилею синусоїди. Введення нових ознак при взаємодії з відомими при виконанні вимоги технологічності профілю кулачка і міцності деталей механізму забезпечують максимальні за умов досягнення високого рівня показників економічності та екологічності двигуна внутрішнього згоряння значення час-перерізу клапанів, безударну роботу механізму газорозподілу і припустимі значення швидкості посадки клапанів на сідло. На Фіг.1 показаний профіль пропонованого кулачка 1, що взаємодіє з роликовим штовхачем радіусу , який з’єднаний із штовхачем 3, що переміщується, наприклад, поступально вздовж напрямної 4. Такий профіль утворено дугою початкового кола а-а’ радіусу r0, дугою кола g-h-g’ при вершині радіусу rmах, які з’єднуються двома профільними координатними кривими a - b - c - d - e - f g та а’ - b’ - с’ - d’ - e’ - f’ - g’, що, наприклад, можуть бути симетричні і в які входять дві ділянки компенсації теплового зазору а - b і а’ - b’; на Фіг.2 показані графіки поточних величин другої Si =aqi (Фіг.2а), першої Si = qi (Фіг.2б) похідних за кутом обертання кулачка i і висоти підйомів Si (Фіг.2в) штовхача в залежності від кута обертання кулачка i. Кулачок механізму газорозподілу (Фіг.1) має координатні профільні поверхні підйому та опускання штовхача, кожна з яких складається з ділянки компенсації теплового зазору і робочих ділянок. Форма їх профілю повністю визначається видом кривої другої похідної підйомів штовхача за кутом 5 90952 обертання кулачка (Фіг.2а), яка областях додатних і від’ємних значень задається у вигляді окремих відрізків кривих ступеневих функцій з безперервністю третьої похідної в точках сполучення окремих кривих, причому в області додатних значень довжина ділянок за кутом обертання кулачка i - S0 , Ф1, Ф2, Ф3, і значення другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка і - aqc, aqd, aq max , задаються з урахуванням відповідних вимог і обмежень, а довжина ділянки в області від’ємних значень Ф4+Ф5 і максимальний рівень від’ємного значення другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка i aq max визна чаються за умовами досягнення за певний кут обертання кулачку В максимального заданого підйому штовхача Smax, який ураховує задану величину теплового зазору S0, та нульових значень першої та другої похідних підйому штовхача за кутом обертання кулачка i. Профільна поверхня підйому a - b - c - d - e - f g (Фіг.1) на першій ділянці a - b - c - d - e (aqi>0) визначається кривою другої похідної підйомів штовхача за кутом обертання кулачка (Фіг.2а), яка складається з напівхвилі синусоїди а-b та кривих ступеневих функцій b-c, c-d, d-e, що сполучаються в точках b, с, d, і мають ординати в точках а і baq=0, в точці с-aqc за умови мінімального радіусу кривизни ввігнутого профілю, в точці d aqd=aqc m1 за умови мінімального радіусу кривизни ввігнутого профілю та припустимих контактних напружень, на ділянці d-e aq max = = aqc m2 за умови припустимих контактних напружень, в точці e aqc=0, а на другій ділянці e-f-g (aqim1; C3= aqc m1. Ділянка e-f: 0 i Ф4 q a qi A 4 B4 i ; i A4 q 1 B4 2 qi q3E ; (q 1) i 2 i A4 q 2 B4 3 Si q3E i i (q 1) (q 2) 6 i , S 3E , 7 де 90952 коефіцієнти A4 a qf q 4 (1 q) a qf q B4 ; 8 K6 A2 p 1 (p 1) 2 A3 4 B3 3 12 6 ; (1 q) 4 q - показник ступеню ступеневої функції. Ділянка f-g: 0 i Ф5 a qi A 5 k C5 ; i A5 k 1 C5 qi q4E ; i (k 1) i A5 q 2 C5 q 2 Si q4E i S4E ; (q 1) (q 2) i 2 i a qf де коефіцієнти A 5 ; C5=-aqf; k 5 k - показник ступеню ступеневої функції. В представлених формулах постійні інтегрування S1E, S2E, S3E, S4E, q0, q1E, q2E, q3E, q4E визначаються за умов плавного сполучення ділянок профілю кулачка, тобто рівняння підйомів S штовхача, а також першої q та другої aq похідної за кутом обертання кулачка в точках сполучення окремих кривих на ділянках. Для забезпечення плавного сполучення профільних поверхонь a - b - c - d - e - f - g і g’ - f - e’ d’ - с’ - b’ - а’ з профільною поверхнею g - h - g’, що відповідає максимальному підйому штовхача Smax і описується дугою кола радіусу rmax=r0+Smax, необхідно витримувати такі співвідношення: 0,25 K 2 7 0,5 K 7 4 K8 ; q max aq max , 4 K1 де q max - максимальна величина першої похідної підйомів штовхана за кутом обертання кулачка K4 A1 (n 1) q max A3 3 2 3 C n 1 1 3 A2 (p 1) p 1 C 2 2 2 , q0 К1...К8 - коефіцієнти, що визначаються за наступними формулами: q (q 1) 2 ; K1 2 (1 q 2 ) K2 K3 K4 K5 q (q 1) (q 2) 6 ; 6 (q 1) (q 2) k 5 ; (k 1) 2 k (k 3) 5 ; 2 (k 1) (k 2) 5 K1 ; K7 A1 (n 1) Smax q max 2 /(p 2) 3 3 C3 2 n 1 1 1 /(m 2) 2 C2 2 ( 2/2 q0 ( 1 2 3 2 3 3 3) 3 ) S0; K1 K 6 q max (K 3 K 5 ) ; q max (K1 K 2 ) q max K 4 . q max (K1 K 2 ) Тоді форма профілю запропонованого кулачка 1 (Фіг.1) визначається поточними значеннями полярних координат точок дотикання до нього ролика 2 - радіус-вектора rі і полярного кута i, величини яких залежать від потрібних за певних умов на проектування поточних значень кінематичних характеристик штовхана Si, vqi, aqi і визначаються за формулами: K8 K6 K6 2 ri (r0 Si )2 2 (r0 Si ) cos arctg sin arctg i i arctg (r0 Si ) qi Si qi Si ; . qi cos arctg Si Пропонований кулачок механізму газорозподілу працює наступним чином. При обертанні кулачка 1 з кутовою швидкістю К штовхач 3 при контактуванні ролика штовхача 2 з дугою початкового кола а - a’ залишається нерухомим. При набіганні профільного виступу a - b - c - d - e - f - g - h - g’ - f’ - e’ - d’ - c’ - b’ - a’ кулачка 1 на ролик 2 штовхач 3 починає рухатися, причому впродовж ділянки а - b при вибиранні встановленого теплового зазору друга похідна підйомів штовхача за кутом обертання кулачка aq на початку та наприкінці ділянки дорівнює 0, на ділянці b - с - змінюється від 0 до величини aqc, на ділянці c - d - від aqc до aqd=aqc m1, на ділянці d - e - від aqd=aqc m1 до 0 приймаючи на ділянці максимального допустимого додатного значення aq max =aqc m2, на ділянці e - f - змінюється від 0 до максимального допустимого від’ємного значення аqf= aq max , на ділянці f - g змінюється від аqf= aq max до 0. В кінці ділянки f g (саме в точці g) штовхач досягає заданого максимальний підйом штовхача Smax, а перша q і друга aq похідні підйому штовхача за кутом обертання кулачка дорівнюють 0 (Фіг.2). При контакті штовхача з профілем кулачка за дугою g - h - g’ (ділянка верхнього вистою кутової довжини ВВ) штовхач залишається нерухомим. При контакті штовхача з поверхнею опускання кулачка g’ - f’ - e’ - d’ - c’ - b’ - a’, яка симетрична поверхні підйому a - b - c - d - e - f - g, рух штовхача здійснюється в зворотній послідовності. Розраховані з використанням вказаних основних параметрів складної кривої другої похідної 9 підйомів штовхача за кутом обертання кулачка поточні значення кінематичних характеристик штовхача Si, qi, aqi, дають можливість розрахувати координати профільних поверхонь підйому і опускання для виготовлення запропонованого кулачка, використання якого забезпечує досягнення висо 90952 10 кого рівня показників економічності та екологічності двигуна внутрішнього згоряння, виконання вимог міцності деталей, безударну роботу механізму газорозподілу і припустимі значення швидкості посадки клапанів на сідло. 11 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 90952 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601