Стенд для испытания муфты опережения впрыска топлива

Полезная модель относится к устройствам для испытания, регулировки и обкатки узлов топливоподающей аппаратуры дизелей, в частности, муфты опережения впрыска топлива. Стенд включает привод с возбудителем крутильных колебаний полувала, несущего испытываемую муфту, содержащим кулачковый механизм с толкателями, взаимодействующими с программирующей шайбой в корпусе и с лопатками на ведомом полувалу с муфтой. Отличие состоит в том, что толкатели выполнены в форме двуплечих рычагов, длина ведущего плеча которых определена оптимальным соотношением для положения, при котором линия ведущего плеча, проходящая через центр поворота рычага-толкателя и центр вращения его наружного ролика, образует с линией, проходящей по радиусу через центр поворота рычага-толкателя и центр вращения полувалов, оптимальный угол радиан (или 90°). Ф-ла - 1 п., илл. - 3.

Настоящая полезная модель относится к устройствам для испытания, регулировки и обкатки узлов топливоподающей аппаратуры двигателя внутреннего сгорания, в частности, муфты опережения впрыска топлива (МОВТ).

Испытание МОВТ состоит в определении угла разворота полумуфты при различной частоте вращения кулачкового вала [1]. Обкатку МОВТ выполняют при тех же постоянных частотах, т.е. при фиксированных положениях грузов, что является недостатком, поскольку отсутствует перемещение подвижных частей МОВТ.

Известен стенд для испытания МОВТ, содержащий в приводе вращения испытываемой МОВТ возбудитель крутильных колебаний в виде спаренного кулачкового механизма, включающего закрепленный на столе стенда цилиндрический корпус с крышкой, в корпусе на подшипниках установлен ведущий полувал, один конец которого связан с приводом стенда, другой, расположенный в полости корпуса, снабжен сепаратором, в радиальных пазах которого размещены толкатели с роликами по концам толкателя, в крышке корпуса на одной оси с ведущим полувалом установлен на подшипниках ведомый полувал, на конце которого, обращенном к сепаратору с толкателями, размещены установленные по касательной к окружности сечения ведомого полувала поворотные лопатки, взаимодействующие с толкателями в сепараторе, а также связанные, для обеспечения силового замыкания, с телом сепаратора через посредство упругих элементов, на другом конце ведомого полувала имеется приспособления для закрепления испытываемой МОВТ, в корпусе возбудителя крутильных колебаний, соосно полувалам ведущему и ведомому, установлена с охватом сепаратора вкруговую программирующая шайба с внутренними кулачками заданной высоты таким образом, что по ее рабочей поверхности с кулачками прокатываются внешние ролики толкателей и через посредство возвратно-поступательно движущихся толкателей одновременно с вращением полувалов возбуждают крутильные колебания ведомого полувала с испытуемой МОВТ [2].

Недостатком такого стенда является большие габариты вследствие нерационального соотношения размеров составных частей (кинематических звеньев) и повышенная шумность работы из-за использования радиально движущихся толкателей и свойственного такой схеме явления «перекладки» толкателей в направляющих [3].

Целью разработки настоящей полезной модели является снижение уровня шумности работы стенда для испытания МОВТ и уменьшение габаритных размеров возбудителя крутильных колебаний путем оптимизации соотношения и параметров взаимоположения кинематических элементов механизма.

Сущность новшества поясняется нижеследующими схемами и теоретическими выкладками с приложением примеров расчета.

На фиг.1 представлена принципиальная схема стенда для испытания МОВТ; на фиг.2 - кинематическая схема возбудителя крутильных колебаний с плоским толкателем-рычагом; на фиг.3 - график целевой функции оптимизации угла между плечами двуплечего рычага-толкателя и соотношения размеров кинематических звеньев механизма.

Стенд для испытания МОВТ (фиг.1) содержит привод с вариатором 1, стол 2, на котором установлен возбудитель крутильных колебаний, включающий корпус 3 с крышкой 4, в которых на подшипниках 5 и 6 установлены соответственно ведущий полувал 7, связанный с приводом 1 стенда, и ведомый полувал 8, снабженный приспособлением для закрепления испытываемой МОВТ 9. На ведущем полувалу 7 установлен кулачковый механизм 10 возбудителя крутильных колебаний, который взаимодействует с программирующей шайбой 11, установленной в корпусе 3, и преобразует перемещения рычага-толкателя 12 с роликом 13 в тангенциальные колебания ведомого полувала 8, накладываемые на его вращение от ведущего полувала 7. Силовое замыкание в соединении шайба 11 - ролик 13 обеспечивается упругим элементом 14 в виде пружины сжатия.

Функционирование возбудителя крутильных колебаний поясняется кинематической схемой (фиг.2), где дополнительно обозначены: 15 - поворотные лопатки ведомого полувала; 16 - опора двуплечего рычага-толкателя 12 в виде тела сепаратора, закрепленного на ведущем полувалу 7. Упругий элемент 14 одним концом упирается в тело сепаратора 16, другим - в лопатку 15. Буквенные обозначения здесь: Rвп - радиус впадин программирующей шайбы 11; Rк - радиус вершин кулачков 18 шайбы 11 (Rвп-Rк=hк - высота кулачка и одновременно высота подъема ролика 13); r - длина ведущего плеча двуплечего рычага-толкателя; l - расстояние центра O₁ поворота рычага 12 от центра O вращения ведомого полувала 8; - угол (или координата положения) между плечами двуплечего рычага-толкателя 12-17.

Работает стенд (фиг.1 и 2) следующим образом. Момент от электродвигателя М через вариатор скорости 1 подается на ведущий полувал 7, который, вращаясь равномерно по стрелке , приводит во вращение в том же направлении закрепленные на осях в сепараторе 16 рычаги-толкатели 12 с роликами 13, которые обкатываются по рабочей поверхности программирующей шайбы 11 и, взаимодействуя с кулачками 18, поворачивают по часовой стрелке рычаг 12 вокруг оси O₁. Другое плечо 17 рычага 12 при этом воздействует на поворотную лопатку 15 и дополнительно поворачивает ведомый полувал 8 в направлении вращения , придавая ему дополнительное ускорение на период подъема на высоту кулачка 18. В процессе последующего схода ролика 13 с кулачка 18 под действием усилия упругого элемента 14, сил сопротивления подшипников 6, а также поворота рычагов 12 в противоположном направлении от действия центробежной силы возникает импульс обратного ускорения, в результате угловая скорость вращения уменьшается на период опускания на высоту кулачка. Колебания ведомого полувала изменяют мгновенное значение угловой скорости, средняя скорость вращения полувала 8 остается стабильной в течение одного его полного оборота.

Крутильные колебания ведомого полувала с закрепленной на нем МОВТ возбуждают периодическое раскрытие и смыкание грузов испытываемой МОВТ, т.е. смещение полумуфт, и тем самым обеспечивают приработку трущихся поверхностей во всем диапазоне угла разворота полумуфт МОВТ.

Амплитуда крутильных колебаний (угол поворота полувала ведомого) определяется соотношением длин звеньев 12, 17 и 15.

Поставленная цель достигается в настоящей полезной модели тем, что толкатели, в отличие от прототипа [2], выполнены в виде двуплечих рычагов с роликами на концах, а ось поворота каждого из рычагов закреплена в теле сепаратора. При этом ведущее и ведомое плечи двуплечего рычага выполнены под оптимальным углом радиан (90°) друг к другу и длина ведущего плеча установлена такой величины, что выполняется оптимальное соотношение , где и кинематические параметры возбудителя.

Указанные соотношения параметров и предлагаемая форма двуплечего рычага-толкателя обоснованы следующими теоретическими положениями и выкладками.

Рассмотрим кинематическую схему возбудителя крутильных колебаний (фиг.2). Ее основой является треугольник OO₁ O₂, образованный звеньями r, l и OO₂. Если заданы Rвп, и l, то длина звена OO₂, равная R₀ =Rвп- будет зависеть от длины звена r, которое будет определять амплитуду колебаний ведомого полувала и вообще их динамику. Угол между линией ведущего плеча 12 и линией, связывающей центры O и O₁ определяет длину звена OO₂ и кинематику всего возбудителя.

На основании теоремы косинусов имеем:

Откуда

Обозначим и и получим

Продифференцируем выражение (3) по :

Запишем условие для нахождения _опт:

Или после избавления от знака «минус» и умножения левой и правой части уравнения на :

Равенство (6) выполняется при одном условии (11), если

Тогда

После подстановки _опт из выражения (8) в (3):

Величина _опт=1,571 радиан является своего рода глобальным оптимумом, т.к. имеет место при всех и , что иллюстрируется графиком (фиг.3), построенным для значений, принятых в качестве примера:

Случай 1	Случай 2	Случай 3
Rвп=70 мм	Rвп=70 мм	Rвп=70 мм
=10 мм	=10 мм	=10 мм
Ro=60 мм	Ro=60 мм	Ro=60 мм
l1=40 мм	l2=30 мм	l3=24 мм
'=0,52,5	=13,0	=1,53,5

Расчеты выполнены по формуле (3) и сведены в табл.:

	0,50	0,75	1,00	1,25	1,50	1,75	2,00	2,25	2,50	2,75	3,00	3,25	3,50
1	3,14	2,05	1,70	1,45	1,23	1,03	0,81		0	-	-	-	-
2	-	-	3,14	2,18	1,82	1,55	1,32		0,86	0,52	0	-	-
3	-	-	-	-	3,14	2,25	1,89		1,37	1,14	0,9		0

Из фиг.3 и (8) также следует, что в качестве частных оптимумов могут быть приняты '_опт=1,118 при ₁=1,5; _опт=1,732 при ₂=2; _опт=2,291 при ₃=2,5 и т.п.

Таким образом, по оптимальным значениям ; определяют r; l при заданных Rвп, и , что позволяет рационализировать выбор габаритов, формы и компановки возбудителя колебаний стенда.

Использованные источники информации:

1. Загородских Б.П., Лялякин В.П., Плотников П.А. Ремонт и регулирование топливной аппаратуры автотракторных и комбайновых дизелей. - М.: ФГНУ «Росинформтех», 2006. - С.185, 193.

2. А.С. СССР 757904. Стенд для испытания муфты опережения впрыска топлива. - Бюл.31, 23.08.80. Прототип.

3. Файнлейб Б.Н. Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - М.: Машиностроение. - С.203216.

Стенд для испытания муфты опережения впрыска топлива, содержащий в приводе вращения испытываемой муфты возбудитель крутильных колебаний в виде кулачкового механизма, включающего закрепленный на основании стенда корпус с крышкой, в котором на подшипниках установлен ведущий полувал, один конец его присоединен к приводу стенда, другой, расположенный в полости корпуса, снабжен сепаратором, несущим толкатели с роликами на обоих концах, а в крышке корпуса соосно с ведущим полувалом установлен на подшипниках ведомый полувал, на конце которого, обращенном к сепаратору, выполнены по касательной к окружности его поперечного сечения поворотные лопатки, взаимодействующие с толкателями и связанные для обеспечения силового замыкания с телом сепаратора посредством упругих элементов, другой конец ведомого полувала служит для установки испытываемой муфты, в корпусе соосно полувалам установлена охватывающая сепаратор программирующая шайба с выступающими внутрь кулачками так, чтобы по ее внутренней рабочей поверхности прокатывались внешние ролики толкателей, отличающийся тем, что толкатели выполнены в форме двуплечих рычагов с осями поворота, закрепленными в теле сепаратора, с роликами на концах плеч, при этом длина ведущего плеча определена по соотношению для положения, при котором осевая линия плеча, проходящая через центр поворота рычага-толкателя и центр вращения его внешнего ролика, образует с линией, проходящей по радиусу через центр поворота рычага-толкателя и центр вращения полувалов, угол равный радиан (или 90°), где R_вп - радиус окружности впадин программирующей шайбы, - радиус внешнего ролика толкателя, r - длина ведущего плеча толкателя, l - расстояние центра поворота толкателя до центра вращения ведущего и ведомого полувалов.