Рычажно-кулачковый механизм двигателя внутреннего сгорания
Целью предлагаемой конструкции является снижение мощности потребляемой рычажно-кулачковым механизмом, приводящим в действие нажимные дорожки на шатунную ось двигателя, что ведет к увеличению выходных характеристик двигателя внутреннего сгорания.
Цель достигается конструкцией состоящей из кулачка, имеющего кинематическую связь с продольным валом двигателя, и имеющим возможность воздействовать на качающийся рычаг с эвольвентным рабочим профилем, который имеет возможность воздействовать на свободно перемещающийся, двухпрофильный кулачок, который, в свою очередь, имеет возможность воздействовать на эвольвентный сектор, установленный в оси направляющей с нажимными дорожками.
Имеется двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать, при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качения, или шестерня планетарной передачи имеет возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, отличающейся тем, что диаметр окружности вращения оси шатунной шейки, шатунной оси прямой или коленчатой, не вращающейся или вращающейся относительно кривошипа в круговой дорожке, меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке и на конце продольного вала двигателя установлен механизм увеличения крутящего момента, состоящий из ведущего кривошипа, установленного на продольном валу двигателя и ведомого кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке опираясь на нее двумя опорными роликами с возможностью снятия крутящего момента с ведомого кривошипа муфтой с возможностью прикладывать при этом, к кривошипу только момент сопротивления
пары сил. (см. Двигатель внутреннего сгорания» Патент «№2803431, 7 F 02 B75/32 от 03.11.2000 г.)
Недостаток: не вся длина кривошипа участвует в создании полезного момента, увеличение длины кривошипа за счет переброса шатунной шейки на больший диаметр окружности вращения увеличивает скорость поршня.
Наиболее близким аналогом является двигатель внутреннего сгорания, состоящий из цилиндропоршневой группы, головки двигателя с камерой сгорания, механизма газораспределения, систем смесеобразования, топливоподачи, смазки и охлаждения, шатуна, продольного вала, по меньшей мере, кривошипа, имеющего возможность вращаться в круговой дорожке, опираясь на нее двумя опорными роликами, с возможностью снятия крутящего момента с кривошипа муфтой или планетарной передачей, с возможностью прикладывать, при этом к кривошипу только момент сопротивления, а шестерня полумуфты, установленная в картере на опоре качения или шестерня планетарной передачи имеют возможность входить в зацепление с шестерней продольного вала, причем диаметр окружности вращения оси шатунной шейки меньше диаметра окружности вращения осей опорных роликов кривошипа в круговой дорожке, а шатунная ось коленчатая, имеющая возможность вращаться относительно кривошипа в круговой дорожке, отличающейся тем, что коленчатая шатунная ось имеет щеки в виде Г- образного коромысла, на конце одного рычага, которого, закреплена непосредственно, шатунная шейка, на конце второго рычага, в осях, установлены ролики, на которые, на наиболее эффективных углах рабочего такта, возможно воздействие ступеней многоступенчатых, или одноступенчатых, нажимных дорожек, имеющих привод от продольного вала двигателя, причем, ступень, имея возможность
воздействовать на ролик силой, не должна иметь возможность кривизной своей образующей поверхности создавать составляющую силы воздействия, направленную против тангенциальной силы, причем на углах рабочего такта, где отсутствует воздействие ступеней нажимных дорожек, шатунная ось имеет возможность опираться на упор установленной на оси опорного ролика кривошипа, являющийся осью вращения самой шатунной оси, с возможностью работать как коленчатая не вращающаяся ось, с возможностью прикладывать к кривошипу в круговой дорожке отрицательный крутящий момент, обусловленный консольным приложением тангенциальной силы относительно оси опорного ролика, с возможностью, при этом, создавать полезный крутящий момент только частью длины кривошипа, на углах рабочего такта, под возможным воздействием ступеней нажимных дорожек, шатунная ось имеет возможность отойти от упора на оси опорного ролика, при этом, отрицательный момент, прикладываемый к кривошипу, имеет возможность перейти в дополнительный положительный крутящий момент, так как тангенциальная сила получает возможность создавать полезный крутящий момент всей длиной кривошипа в круговой дорожке, причем сила воздействия ступени нажимной дорожки на ролик шатунной оси имеет возможность, по геометрическим законам строить силу, которая в свою очередь имеет возможность создавать на кривошипе вторую дополнительную составляющую положительного крутящего момента, плечом равным всей длине кривошипа, причем суммарный дополнительный положительный крутящий момент имеющий возможность прикладываться к кривошипу должен быть больше крутящего момента, имеющего возможность расходоваться на привод ступеней нажимных дорожек, причем ось шатунной шейки имеет возможность оставаться на диаметре окружности
вращения оси шатунной шейки (см. Двигатель внутреннего сгорания» заявка №2004112 487/06 (013433), 7 F 02 B 75/32 от 23.04.2004 г. Недостаток: предложенная схема рычажно-кулачкового механизма для привода направляющих с нажимными ступенями забирает кулачковым валом существующую часть дополнительной мощности двигателя, получаемой при воздействии нажимных дорожек на шатунную ось.
Целью предлагаемой конструкции является снижение мощности потребляемой рычажно-кулачковым механизмом, приводящим в действие нажимные дорожки на шатунную ось.
Названная цель достигается конструкцией двигателя, у которого сохраняются все признаки основного аналога. Рычажно-кулачковый механизм для привода нажимных дорожек состоит из кулачка, установленного на валу, который через систему шестерок имеет кинематическую связь с продольным валом двигателя. Кулачок имеет возможность воздействовать на качающийся рычаг. Который имеет возможность приводить в движение направляющую с нажимными дорожками.
Новым является то, что качающийся рычаг с эвольвентным рабочим профилем имеет возможность воздействовать на имеющий возможность свободно перемещаться по направлению рабочей силы, кулачок, который, в свою очередь, имеет возможность воздействовать на эвольвентный сектор, установленной в оси направляющей с нажимными дорожками. Кулачок может иметь угловую скорость больше угловой скорости кривошипа в круговой дорожке аналога.
На фиг.1 показан поперечный разрез двигателя с конструкцией рычажно-кулачкового механизма.
На фиг 2 показана силовая схема рычажно-кулачкового механизма.
Конструкция рычажно-кулачкового механизма состоит из кулачка 2, установленного на валу 3. Вал 3 с помощью установленной на нем шестерни 20 входит в зацепление с шестерней 1, установленной на валу 21. Причем кулачок 2 может иметь угловую скорость вращения больше угловой скорости вращения кривошипа в круговой дорожке. Для четырехтактного двигателя в целях срабатывания механизма только во время рабочего такта угловая скорость вала 21 с шестерней 1 должна быть в два раза меньше угловой скорости вала 3 с кулачком 2 и шестерней 20, при этом диаметр делительной окружности шестерни 1 в два раза больше диаметра делительной окружности шестерни 20, а зубья должны быть нарезаны только на половине длины делительной окружности шестерни 1. Вал 21 имеет кинематическую связь с продольным валом 19 двигателя. Конструкция привода вала 3 с кулачком 2 должна иметь возможность включать вращение кулачка в строго определенном угловом положении кривошипа в круговой дорожке аналога и только во время рабочего такта (фиг.1)
Кулачок 2 при вращении имеет возможность воздействовать на качающийся в оси 7 рычаг 5. В нерабочем положении рычаг 5 с помощью пружины 6 имеет возможность фиксироваться на упоре 8. Рычаг 5 имеет эвольвентный рабочий профиль, построенный на базе эволюты малого радиуса dp\2 (фиг.2). Причем отношение радиуса эволюты к радиусу кривизны эвольвенты равное tg
2 величина маленькая. Угол 2- также величина маленькая.
Рычаг 5 рабочим эвольвентным профилем имеет возможность воздействовать на профиль описанный большим радиусом R2 кулачка 9, имеющего возможность свободно перемещаться вдоль оси х-х. Кулачок 9 спрофилирован двумя диаметральными радиусами R1 и R 2 из одной оси 10, являющейся осью подшипника
вращения кулачка. Ось 10 закреплена на конце звена 11, имеющего возможность свободно вращаться вокруг оси 12. Ось 10 с кулачком 9 имеет возможность свободно перемещаться вдоль оси х-х, в пределах хода нажимных дорожек аналога, благодаря перпендикулярному положению звена 11 относительно оси х-х. Пружина 13 имеет возможность фиксировать кулачок 9 на упоре 14В свою очередь кулачок 9 профилем описанным малым радиусом R1 имеет возможность воздействовать на эвольвентный сектор 15, построенный на эволюте радиусом dc/2. Причем отношение радиуса эволюты к радиусу кривизны эвольвенты сектора равное tg1 величина большая чем у рычага 5. tg1>tg2, 1>2, сектор 15 имеет возможность вращаться в оси 16, закрепленной на направляющей 4. Пружина 17 имеет возможность прижимать сектор 15 у к упору 18.
Во время рабочего такта кулачок 2 с помощью своих подъемов имеет возможность воздействовать на рычаг 5 усилием S, рычаг 5, в свою очередь, имеет возможность начать воздействовать на поверхность радиусом R 2 кулачка 9 нормальной силой F2 и окружной силой Т2 или силой n 2 (рис.2). Должно выполняться следующее неравенство: S а
F2 dp/2. Так как угол 2 величина маленькая и плечо а соизмеримо с радиусом кривизны эвольвенты рычага, 5 при действии небольшой по величине силе S можно создать большое усилие N2, имеющее возможность толкать кулачок 9 вдоль оси х-х. С учетом потребления кулачковым валом 3 небольшой мощности, осевую подачу кулачка 9 необходимо закладывать меньше хода направляющей 4 с нажимными ступенями. При построении силовой схемы необходимо чтобы сила Т2 была меньше силы трения между рычагом 5 и кулачком 9. Т2
fтр2. F2, т.е. tg2fтр2, где fтр2 - коэффициент трения скольжения пары: рычаг 5 - кулачок 6.
При воздействии рычага 5 на кулачок 9, кулачок поверхностью радиусом R1 получает возможность начать воздействовать на эвольвентный сектор 15 нормальным усилием F 1 и окружным усилием T1 или силой N1 поворачивая его вокруг оси 16. Линии mо и no - нормали контактирующих поверхностей.
В статическом состоянии сила N1=N2 . На силовой схеме (фиг.2) показаны силы действующие со стороны рычага 5 и сектора 15 на кулачок 9 и условия уравновешивания этих сил. У эвольвентного сектора 15 радиус эволюты dc/2, угол 1 и tg1 подбираются из условия создания возможного дополнительного осевого перемещения сектора 15 с осью 16 вдоль оси х-х с целью возможности получения нужного хода направляющей4. Все вышеуказанные герметические параметры зависят от коэффициента трения скольжения fтр1 между кулачком 9 и сектором 15. Для возможности получения большего дополнительного осевого хода и большего силового выигрыша необходимо чтобы fтр 1, 1, tg1 были больше fтр 2, 2 и tg 2. Соответственно окружная сила T 1 будет больше Т2. Чтобы кулачок 9 имел возможность выполнять свою работу, необходимо чтобы радиус R1 был меньше радиуса R2 и выполнялось условие Т 2·R2T1·R1. При этом необходимо чтобы окружная сила T1fтр1F1, т.е. tg1fтр1.
Преимуществом предлагаемой конструкции является возможность получить необходимый ход ступеней нажимных дорожек аналога и иметь возможность при этом, затратить на данный привод минимальную часть дополнительной мощности создаваемой двигателем. Промежуточный, свободно перемещающийся между рычагом и эвольвентным сектором, кулачок позволяет иметь возможность существенно увеличивать нажимной ход не проигрывая в силе. Для аналога со ступенчатыми нажимными дорожками и малым ходом ступеней конструкция рычажно-
кулачкового механизма имеет возможность сроить существенный силовой выигрыш на двигателе.
Рычажно-кулачковый механизм привода нажимных дорожек двигателя внутреннего сгорания, состоящий из вала кулачка, имеющую кинематическую связь с продольным валом двигателя, кулачка, имеющего возможность воздействовать на качающийся рычаг, отличающийся тем, что качающийся рычаг имеет эвольвентный рабочий профиль с возможностью воздействия этим профилем на двухпрофильный кулачок с возможностью данного кулачка свободно перемещаться по направлению действия силы и с возможностью воздействия, в свою очередь, на эвольвентный сектор, установленный на оси направляющей нажимных дорожек на шатунную ось двигателя.
