Рычаг привода клапанов на шарикоподшипниках
Полезная модель относится к автомобильному транспорту и используется в двигателе внутреннего сгорания в системе привода клапанов. Предлагаемой полезной моделью решаются задачи: повышения надежности и долговечности конструкции, упрощения технологии изготовления распределительного вала, рычагов привода клапанов и неподвижной оси, снижение шумности в работе двигателя, снижения трения в работе механизма привода клапанов, продления сроков технического обслуживания механизма привода клапанов и упрощения технологии изготовления. Данная техническая задача решается тем, что пара скольжения, в которой кулачки распределительного вала скользят по специальной площадке на рычаге привода клапанов, заменяется на пару качения, когда один элемент пары обкатывается по поверхности другого. Для этого рычаг привода клапанов в составе ролика, неподвижной оси, прижимной пружины и имеющего окно для ролика, полусферическое гнездо под неподвижную опору, канавку под прижимную пружину и площадку под толкатель клапана, дополнительно имеет второй ролик, распорную втулку и две разделительные плоские шайбы, при этом в качестве роликов использованы стандартные шарикоподшипники, которые установлены в окне рычага на гладкой оси без канавок с помощью тугой посадки и разделены между собой распорной втулкой, а по бокам отделены от боковых стенок рычага плоскими шайбами. Предлагаемая полезная модель привода клапанов на шарикоподшипниках была установлена на легковом автомобиле ВАЗ 2101 и за четыре года эксплуатации и пробеге 40 тыс км. ни разу не требовала регулировки клапанов, а на служебном автомобиле ВАЗ 2121 «Нива» эксплуатировалась два года в условиях городского цикла в г.Москва и имела только самые положительные отзывы.
Полезная модель рычага привода клапанов на шарикоподшипниках относится к транспорту, а конкретно к автомобильному транспорту и может быть использована в двигателе внутреннего сгорания в системе привода клапанов с целью продления сроков техобслуживания механизма привода клапанов и упрощения технологии изготовления.
Широкое применение в системе привода клапанов получила пара скольжения: кулачок распределительного вала скользит по специальной площадке на рычаге привода клапанов в потоке принудительной смазки. Поверхности касания этой пары подвергаются азотированию, термической обработке и последующей шлифовке.
Недостатком такой конструкции является то, что несмотря на смазку и закалку эта пара подвергнута износу и через определенное время требуется регулировка зазора между рычагом привода и клапаном согласно техническому обслуживанию (ТО). Любые нарушения в системе смазки или незначительные отклонения в технологии закалки приводят к быстрому износу поверхностей пары скольжения и выходу из строя распределительного вала и рычагов привода клапанов. Указанные недостатки устраняются различными способами, в том числе, путем замены пары скольжения на пару качения, когда один элемент пары обкатывается по поверхности другого.
За прототип принят рычаг привода клапанов, содержащий металлический ролик, неподвижную ось с винтовой канавкой для смазки, прижимную пружину и имеющий окно для ролика, полусферическое гнездо под неподвижную опору, канавку под прижимную пружину и площадку под толкатель клапана, при этом в окне установлена неподвижная ось с винтовой канавкой для смазки, на которой вращается металлический ролик, опирающийся на кулачок распредвала, а полусферическим гнездом рычаг с одного конца сидит на полусферической неподвижной опоре, а с другого конца опирается площадкой под толкатель клапана на толкатель и одновременно с помощью прижимной пружины, установленной в канавке на рычаге, фиксируется и прижимается к полусферическому неподвижному рычагу.
Принятая за прототип конструкция работает следующим образом. Кулачок распределительного вала находится в контакте с роликом, который обкатывается по поверхности этого кулачка при вращении распределительного вала. Ролик вращается на неподвижной оси. За счет винтовой канавки на оси смазка поступает под ролик. Усилие, с которым кулачок давит на ролик при вращении распределительного вала, передается через ролик на неподвижную ось и, соответственно, на рычаг привода клапанов. Так как один конец рычага упирается на неподвижную опору, то второй конец рычага под действием этого усилия перемещается и открывает
клапан. Одновременно с помощью прижимной пружины, установленной в канавке на рычаге, рычаг фиксируется и прижимается к полусферическому неподвижному рычагу и, тем самым, гасит колебания рычага.
Общими признаками с предлагаемым техническим решением являются: наличие рычага привода клапанов, в составе ролика, неподвижной оси, прижимной пружины и имеющего окно для ролика, полусферическое гнездо под неподвижную опору, канавку под прижимную пружину и площадку под толкатель клапана, при этом в окне установлена неподвижная ось, на которой вращается ролик, опирающийся на кулачок распредвала, а полусферическим гнездом рычаг с одного конца сидит на полусферической неподвижной опоре, а с другого конца опирается площадкой под толкатель клапана на сам толкатель и одновременно с помощью прижимной пружины, установленной в канавке на рычаге, фиксируется и прижимается к полусферической неподвижной опоре. Недостаток такой системы заключается в том, что несмотря на замену пары скольжения между кулачком распределительного вала и рычагом привода клапанов на пару качения между этим кулачком и роликом на рычаге привода клапанов остается пара скольжения между осью и металлическим роликом. Это ввиду малого диаметра оси существенно уменьшает относительную скорость скольжения между ними, что ведет к уменьшению износа этой пары. Но все отрицательные явления, связанные с парой скольжения, остаются.
Кроме того, ввиду малых размеров самой оси винтовая канавка на ней получается очень мелкой, что затрудняет смазку ролика и предъявляет повышенные требования к качеству масла, материалу оси и технологии изготовления этой оси.
Предлагаемой полезной моделью решаются задачи: повышения надежности и долговечности конструкции, упрощения технологии изготовления распределительного вала, рычагов привода клапанов и неподвижной оси, снижение шумности в работе двигателя, снижения трения в работе механизма привода клапанов, продления сроков технического обслуживания механизма привода клапанов и упрощения технологии изготовления.
Данная техническая задача решается тем, что рычаг привода клапанов в составе ролика, неподвижной оси, прижимной пружины и имеющего окно для ролика, полусферическое гнездо под неподвижную опору, канавку под прижимную пружину и площадку под толкатель клапана, при этом в окне установлена неподвижная ось, на которой вращается ролик, опирающийся на кулачок распредвала, а полусферическим гнездом рычаг с одного конца сидит на полусферической неподвижной опоре, а с другого конца опирается площадкой под толкатель клапана на сам толкатель и одновременно с помощью прижимной пружины, установленной в канавке на рычаге, фиксируется и прижимается к полусферической неподвижной опоре, дополнительно имеет второй ролик, распорную втулку и две разделительные плоские шайбы, при этом в качестве роликов использованы стандартные шарикоподшипники, которые установлены в окне рычага на гладкой оси без
канавок с помощью тугой посадки и разделены между собой распорной втулкой, а по бокам отделены от боковых стенок рычага плоскими шайбами.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели являются следующие:
1) Наличие на одной неподвижной оси двух роликов.
2) Использование в качестве роликов стандартных шарикоподшипников.
3) Неподвижная посадка шарикоподшипников на оси.
4) Отсутствие винтовой канавки на неподвижной оси.
5) Наличие зазора между шарикоподшипниками.
6) Наличие распорной втулки между шарикоподшипниками.
7) Наличие двух разделительных плоских шайб.
8) Исключается полностью пара скольжения.
9) Выход масляного канал в кулачке распределительного вала располагается в зазоре между шарикоподшипниками.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), достигается следующий технический результат - существенно повышается надежность и долговечность конструкции, улучшается смазка и охлаждение вращающихся деталей, упрощается технология изготовления распределительного вала, рычагов привода клапанов и неподвижной оси, снижается шумность в работе двигателя, снижается трение в работе механизма привода клапанов, продляются сроки технического обслуживания механизма привода клапанов и значительно снижаются затраты на его изготовление и эксплуатацию.
Предложенное техническое решение может найти применение в автомобильной промышленности, а также при ремонте механизма привода клапанов при износе закаленного слоя распределительного вала путем замены стандартных рокеров на предлагаемые рычаги привода клапанов.
Предложенное техническое решение поясняется эскизами на фиг.1.
Представленный на фиг.1 рычаг привода клапанов 1 в составе двух шарикоподшипников в качестве роликов 2 и 11, неподвижной оси 3, прижимной пружины 4, распорной втулки 12 и двух разделительных плоских шайб 13 имеет окно 5 для ролика, полусферическое гнездо 6 под неподвижную опору 7, канавку 8 под прижимную пружину 4 и площадку 9 под толкатель 10 клапана.
При этом в окне 5 установлена неподвижная ось 3, на которой вращаются ролики 2 и 11, разделенные распорной втулкой 12 и отделенные от боковых стенок рычага 1 плоскими шайбами 13 и опирающиеся на кулачок 14 распредвала 15, а полусферическим гнездом 6 с одного конца рычаг 1 сидит на полусферической неподвижной опоре 7, а с другого конца опирается площадкой 9 под толкатель клапана на толкатель 10 и одновременно с помощью прижимной пружины 4, установленной в канавке 8 на рычаге 1, фиксируется и прижимается к полусферической неподвижной опоре 7.
Рычаг привода клапанов на шарикоподшипниках работает следующим образом. Кулачок 14 распределительного вала 15 находится в контакте с роликами 2 и 11, которые обкатывается по поверхности этого кулачка при вращении распределительного вала. Ролики 2 и 11 вращаются на неподвижной оси 3. За счет того, что между роликами стоит распорная втулка, между ними имеется большой зазор, который совпадает с масляным каналом 16 в распредвале 15. За счет этого ролики работают в масляном потоке, который обеспечивает постоянную смазку их и охлаждение. Усилие, с которым кулачок 14 давит на ролики 2 и 11 при вращении распределительного вала 15, передается через ролики на неподвижную ось 3 и, соответственно, на рычаг 1 привода клапанов. Так как один конец рычага 1 полусферическим гнездом 6 опирается на полусферическую неподвижную опору 7, то второй конец рычага под действием этого усилия перемещается и через толкатель 10 открывает клапан. Одновременно с помощью прижимной пружины 4, установленной в канавке 8 на рычаге 1, рычаг фиксируется и прижимается к полусферической неподвижной опоре 7.
Вновь введенные в качестве роликов 2 и 11 стандартные шарикоподшипники по типоразмеру соответствуют величине расстояния между неподвижной осью 3 и распределительным валом 15 при полностью закрытом клапане, т.е. когда ролики обкатываются по поверхности распределительного вала 15. Например, для автомобиля "Жигули" модели 2101-2107 и 2121 это шарикоподшипники ¹26 легкой серии. Они предназначены обеспечить пару качения между кулачком распределительного вала и рычагом привода клапанов и передачи усилия для открытия клапанов.
Неподвижная ось 3 изготавливается без винтовой канавки с допуском, обеспечивающим плотную посадку на ней шарикоподшипников 2 и 11, скользящую посадку распорной втулки 12 и двух разделительных плоских шайб 13.
Вновь введенная распорная втулка 12 размещается между шарикоподшипниками 2 и 11 и предназначена для обеспечения соответствующего зазора между ними (около 4 мм.), который совпадает с масляным каналом 16 и обеспечивает доступ потока масла непосредственно на вращающиеся шарикоподшипники. Это способствует интенсивному охлаждению и смазке шарикоподшипников 2 и 11.
Предлагаемая полезная модель рычага привода клапанов на шарикоподшипниках была реализована на автомобиле "Жигули" ВА3-2101 1976 г. выпуска на восьмом году эксплуатации и с пробегом более 100 тыс. км. Распределительный вал имел полностью сношенный азотированный слой и при штатных рычагах приводов клапанов не обеспечивал требуемого зазора в клапанах. Предлагаемая полезная модель привода рычагов на шарикоподшипниках была установлена на этот же распределительный вал без какой либо предварительной термической обработки. За 4 года эксплуатации с ней было пройдено 40 тыс. км. За это время зазор клапанов ни разу не регулировался и при проверке оказался в норме. Шумность
распределительного вала резко уменьшилась. С прежними рычагами приводов клапанов машина с трудом достигала скорости 120 км/час, а после установки предлагаемой полезной модели привода рычагов на шарикоподшипниках легко достигала 125 км/час. Это свидетельствовало о существенном уменьшении потерь мощности на трение в приводе распределительного вала.
В начале эксплуатации предлагаемой полезной модели привода рычагов на шарикоподшипниках проводился эксперимент на предельно допустимый зазор клапанов и один из шарикоподшипников, который был ранее в употреблении, рассыпался. Это, однако, на работоспособности двигателя не повлияло. Зазор клапанов на этом рычаге увеличился в два раза. Повысилась шумность работы клапана, но машина прошла 10 км. до гаража без приключений. Шарики и сепаратор оказались в поддоне, а кольца шарикоподшипника остались на оси рычага.
В 2003 г. предлагаемая полезная модель рычага привода клапанов была установлена на служебном автомобиле ВА3-2121 "Нива", имеющего пробег более 150 тыс. км, и интенсивно эксплуатировалась в городских условиях г.Москвы более 2-х лет. За это время полностью отпала необходимость в регулировке клапанов, уменьшилась шумность работы двигателя. Отзывы о работе предлагаемой модели системы привода клапанов самые положительные.
Рычаг привода клапанов в составе ролика, неподвижной оси, прижимной пружины и имеющего окно для ролика, полусферическое гнездо под неподвижную опору, канавку под прижимную пружину и площадку под толкатель клапана, при этом в окне установлена неподвижная ось, на которой вращается ролик, опирающийся на кулачок распредвала, а полусферическим гнездом рычаг с одного конца сидит на полусферической неподвижной опоре, а с другого конца опирается площадкой под толкатель клапана на сам толкатель и одновременно с помощью прижимной пружины, установленной в канавке на рычаге, фиксируется и прижимается к полусферической неподвижной опоре, отличающийся тем, что дополнительно имеет второй ролик, распорную втулку и две разделительные плоские шайбы, при этом в качестве роликов использованы стандартные шарикоподшипники, которые установлены в окне рычага на гладкой оси с помощью тугой посадки и разделены между собой распорной втулкой, таким образом, что образованный зазор совпадает с масляным каналом в распределительном вале, а по бокам отделены от боковых стенок рычага плоскими шайбами.
