Кулачок механизма газораспределения

(51)5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ енеров же- . С.М,Киронко и Ю,И,Гурьев . о СССР инострое в механиз лико выми его сгора Известен кул ема и поверхнос из участков, опр водной подъема кулачка, которая постоянна и рав мому значению, а ется по линейно ачок с поверхностью подьтью опускания, состоящих еделяемых второй произо толкателя по углу поворота на участке разбега О) на наибольшему допустина участке выбега изменяму закону,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Харьковский институт илезнодорожного транспорта(54) КУЛАЧОК МЕХАНИЗМА ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании и доводке механизмов приводаклапанов с роликовыми толкателями двигателей внутреннего сгорания, Цель изобретения - достижение предельных значейий Изобретение относится к ма нию и может быть использован мах газораспределения с р олкателями двигателей внутре ния. Данный кулачок позволяет достичь предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя и 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 (АВСОЕРО) и поверхностью опускания (А ВСОЕР 6),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,АВи СО, представляющих собой боковые стороны трапеции, сопряженные в верхней части ветвью квадратной параболы (ВС, ВС). 2 ил. заданно запасе клала о 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 аиде сопряженных между собой отрезков прямых в области положительных значений второй производной подьема толкателя, представляющих собой510 щ 81(ь с Ь 1 Ж -1 Р- Р- - Уи(д27 1 без .Ь 3 аЬ 9 го ф 51 с 3 гп а Ъ -29)М(гп 5)Р К К+1 сть учас ой и о= К ка поло- зводной а отри- водной овень дой второй равнобедренную трапецию, и сопряженного с ветвями квадратных ,парабол отрезка наклонной прямой в области отрицательных значений второй прои 3 воднсй подьема толкателя с нулевыми значениями второй производной подьема толкателя в начале подьема при наибольшем значении первой производной подъема толкателя и в конце его подъема,Однако для кулачкового механизма с роликовым толкателем уровень 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 профиля кулачка, если участок разбега определен кривой второй производной подьема толкателя. выполненной в виде равнобедренной трапеции, что не позволяетдостичь предельного значения коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подьема толкателя, заданном запасе клапанной пружины по силам инерциии заданном.минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка.Указанный недостаток. снижает эффективность применения кулачков. реализующих данный закон изменения ускорений толкателя, при применении их в механизр 1 - продолжительножительных значений втор рподъема толкателя;ф - продолжительност учасцательных значений второй про подъема толкателя;Х 1 - наибольший заданный урпустимых положительных з аченипроизводной подьема толка еля: мах привода клапанов с толкателями, снабженными роликами.Предлагаемый кулачок позволяет устранить указанный недостаток,5 Цель изобретения - достижение предельных значений коэффициента полнотыдиаграммы подъема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя,10 запасе клапанной пружины по силам инерции и минимальном радиусе кривизны вогнутой части профиля кулачка.Сущность изобретения заключается втом. что в кулачки механизма газораспреде 15 ления двигателя внутреннего сгорания с роликовым толкателем, содержащем рабочуючасть, образованную двумя участками, описываемыми кривой второй производнойподьема толкателя, причем первый участок20 выполнен в области положительныхзначений и образован тремя отрезками, первый и. третий из которых выполнены в виде наклонных прямых, а второй участок выполненв области отрицательных значений и обра 25 зован тремя отрезками, выполненными ввиде сопряженных отрезком наклоннойпрямой двух ветвей квадратных парабол,второй отрезок первого участка выполнен ввиде квадратной параболы с минимальной30 ординатой в начале отрезка и максимальной -в конце, а продолжительность первого ивторого участков определяется по следующим зависимостям; Х 2 - наибольший заданный уровень допустимых отрицательных значений второй и роизводной подъема толкателя;Ф 1 - 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;гп - коэффициент, зависящий от типа и геометрических размеров кулачкового механизма привода клапанов и подбирается из условия соблюдения заданного минимального радиуса кривизны вогнутой частипрофиля кулачка,к - коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины, подбирается из условия обеспечения заданногозапаса по силам инерции,На фиг.1 йоказан контур возможноговарианта описываемого кулачка, образованный дугой окружности затылочной частиАА с радиусом Во, другой окружности СОСпри вершине с радиусом Ввс и соединяющими их профильными кривыми АВСОЕРОи АВ С О Е Е 6, которые, например,. могут быть симметричны; на фиг,2 изображены графики высоты подъема Х толкателя,а также первой Х и второй Х производнойподьема толкателя по углу поворота кулачка,Профилируемая поверхность подъемаАВСОЕР 6 (см. фиг,1) на первом участке(ХО) АВСО определяется кривой второйпроизводной подъема толкателя Х с нулевыми значениями в начале участка и в конце,состоящей из отрезков наклонных прямых(АВ и СО), в верхней части сопряженныеветвью квадратной параболы (ВС), миниХ 1мальная ордината которой ( - ), определяегпмая из условия соблюдения заданногоминимального радиуса кривизны вогнутойчасти профиля кулачка, максимальная ордината Ь определяется из условия соблюдения заданных наибольших допустимых. уровнях второй производной подьема толкателя Х 1 и заданного минимального радиуса кривизны вогнутой части профилякулачка, а на втором участке (Х0) определяется кривой ОЕГО с нулевыми значениями производной в начале и в конце участка,состоящей из сопряженного с ветвями квадратных парабол (ОЕ и Рб) отрезка наклонной прямой (ЕР), при этом экстремумквадратной параболы (отрезок ОЕ) по осиординат равен Хг, а экстремум квадратнойпараболы на отрезке Рб по оси ординатравен наибольшему допустимому значениювторой производной подьема толкателя вобласти отрицательных значений Хз. Значение Мг находится из соотношения Х 2 = Хз(К,гдв К- коэффициент, зависящий от характеристики клапанной пружины, подбирается иэ условия обеспечения заданного запаса по силам инерции. Значения величин Х, Х и Х (см.фиг.2) по участкам вычисляются по следующим зависимостям;Участок0рФ УчастокХ 1Х 1= Ф уП 1Х 1= дР + С 112 вф 1110 Х" 6 ФР + С 11 ф+ С 12,Х 1Участок ИО фг15фю Я Х 1Хц =Х 1 У+вщгфВ 20 Хя: Х 1 г 11 - 1 з Х 1 Р + - + С 21,3 П 1 Фг 2,Ф 9Хн= Х 1П - 1 . ц Х 1Р + + Сг 1 р+ Сгг12 п 1 фгг 2 п 125Участок 10 фф 1,ЭО ХВ = Х 1 - О,Ха Х р дР +Сз 1,Х 1вфХ 1 3Хш = 0,5 Х 1 уг -- 9 + Сз 1 (р + Сз 2бф40 Участок ЧХ 2 р 2 ХзХ 1 Н =45 К 2 КфФФ,Хв - О - УР + С 41 Хз з Хз 3 КФз ХЧ= ф - ., Р + С 41 сР + С 42, 12 КфзУчасток Ч550 фФ 4," К - 1 ХзХу = - ХзКФ 4 К+ С 5 г где С, Сг, Сг, Сгг, Сз, Сзг, С 4, С 42, С 5,С 5 г, С 61, Сбг - постоянные интегрирования, Определяются из.соблюдения условия плавного сопряжения участков профиля кулачка, т,е, равенство подьемов Х, первых производных Х и вторых производных подьема толкателя Х на границах сопрягаемых участков. Для данного случая Си Сг равны О,Для плавного сопряжения профиля кулачка АВСОЕЕО (см, фиг,1) с участком верхнего стояния СОС необходимо выдерживать следующие соотношения: Участок Ч0 рф, юХч = уР - Хз,Хзф,г Хч = - р - Хз у. Сб Хз ЗФзг хВ 2 ю,-Р,) (п а)-ЗР 3 (к)2 (а %= К макс6 и бКкателя по углу поворота кулачка, заданного запаса клапанной пружины по силам инер ции и заданного минимального радиуса кривизны вогнутого участка профиля кулачка продолжительность участков положительных и отрицательных значений второй производной подъема толкателя по углу 25 поворота кулачка определяется по следующим зависимостям; где Хпах - заданная величинаподьема толкателя;Х - наибольшее значение первой производной подъема тол кателя по углу поворота кулачка,Исходя из приведенных выше соотношений, заданных наибольши допустимых уровней второй производной подъема тола ЬаЮ ФР а,) -- й т й 9(эцоЧ.аХ - наибольшийдопустимых положи второй производной 0 ля; ЯМ(+ заданныи уровень ельных значений подъема толкате 2 к 4 ь дед х а) с= -Ак=/+ рь участка полой гроизводной Хз - наибольший пустимых отрицатель производной подъема Ф - протяженно 35 ром вторая производн в области положитель ется по линейному заку 1 - продолжительносжительных значений вторподъема толкателя;р - продолжительносцательных значений вторподъема толкателя; ть частка отрий роизводной 7ЭХч = - Хз у -- л+ СзК - 1 Хз2 КФ 4 К,уХч- Хз К - 1) 3 Хз6 КФ 4 2 К- юг+Ср аданный уровень доных значений второй толкателя;сть отрезка, на котоая подьема толкателя ных значений изменяону;+(п ф 5) астка отри- роизводной 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 АВСОЕРО и поверхностью опускания А В С О Е Г 6, 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 работаеТ следующим образом, При вращении кулачка, кон-. тактируя с последним в районе затылочной по дуге АА, толкатель (на чертеже не показан) неподвижен. При набегании кулач а на толкатель последний начинает двигаться, причем при контакте с поверхностью профиля кулачка на отрезке АВ вторая производная подъема толкателя Х изменяется отХ 1 Х 0 до - на участке.ВС - изменяется от -П 3 гл до наибольшего допустимого заданного значения. Х 1 на участке СО - изменяется от Я 1 до О, на участке ОЕ - изменяется от 0 до Х 2, на участке ЕР - изменяется Хг до наибольшего допустимого заданноо значения Хз, на участке Еб - изменяется от Хэ до О, В конце участка ГО толкатель поднимается на заданную высоту Хвах, причем первая и вторая производная подъема толкателя по углу поворота кулачка принимают нулевые значения (фиг,2 б, в),При контакте толкателя с профилем кулачка по дуге СОС (участок верхнего стояния), толкатель неподвижен.При контакте толкателя с поверхностью опускания А, В С О Е Р 6 . симметричю- Г, Ь = (в + 2), С = -- ,ХК 2 К+1ной поверхности подъема АВСОЕГО, движение толкателя совершается в обратной последовательности.По сравнению с прототипом примене ние предлагаемого кулачка позволяет призаданных ограничениях получить предельное значение коэффициента полноты диаграммы подъема толкателя, что обуславливает достижение наибольшего 10 время - сечение клапана. Последнее приводит к повышению КПД газораспределения двигателя внутреннего сгорания.Формула изобретения Кулачок механизма газораспределения 15 двигателя внутреннего сгорания с роликовым толкателем, содержащий рабочую часть, образованную двумя участками, описываемыми кривой второй производной подъема толкателя, причем первый участок .20 выполнен в области положительных значений и образован тремя отрезками, первый и третий иэ которых выполнены в виде на-, клонных прямых, а второй участок выполнен в области отрицательных значений и обра зован тремя отрезками, выполненными ввиде сопряженных отрезком наклонной прямой двух ветвей квадратных парабол, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью достижения предельных значений коэффи циента полноты диаграммы подьема толкателя при заданных наибольших допустимых уровнях второй производной подъема толкателя, запасе клапанной пружины по силам инерции и минимальном радиусе 35 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 40 второго участков определяется по следующим зависимостям: р - и родолжител ь ность участка п оложительных значений второй производной подъема толкателя; р - продолжительностьцательных значений второйподъема толкателя;11Х 1 - наибольший заданный уровень допустимых положительных значений второй производной подьема толкателя;Хз - наибольший заданный уровень допустимых отрицательных значений второй производной толкателя;Ф 1 - 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 парабо лы;К - коэффициент, зависящий от геометрических размеров кулачкового механизма привода клапанов, подбирается иэ условия соблюдения заданного запаса по силам 10 инерции.1740710 РОбСоставитель В.МорТехред М.Моргентал рректор Т.Мале Редактор В.Фельдман Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аказ 2065 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5