Tvořené kruhovými oblouky o křivostech r1, r2 a Tvořené kruhovými oblouky o křivostech r1=, r2. nejjednodušší vačky z oblouků nemají spojité zrychlení

Transkript

1 NÁVRH VAČKY ÚCEL: realizace rozvodových dat časování pohybu ventilů Návrh profilu vačky musí zabezpečit požadovaný průtok ventilem (plnost profilu vačky), eliminaci rázů (spojitost zrychlení), bezporuchovost částí rozvodového mechanizmu (zdroj vibrací). Vačka má dva boky: (které jsou symetrické, nebo nesymetrické) Náběhový (otvírá a zvětšuje zdvih ventilu) Sestupný (zavírá a zmenšuje zdvih ventilu) VAČKA S PLOCHÝM ZVEDÁKEM VAČKA S KLADIČKOVÝM ZVEDÁKEM Tvořené kruhovými oblouky o křivostech r1, r a Tvořené kruhovými oblouky o křivostech r1=, r základní kružnicí o poloměru R základní kružnicí o poloměru R s vypuklým obrysem (konvexní vačka) tangenciální vačka nejjednodušší vačky z oblouků nemají spojité zrychlení 1

2 NÁVRH VAČKY VAČKA S KLADIČKOVÝM ZVEDÁKEM Může být v kombinaci s 3 druhy boku vačky (tangenciální, konvexní a konkávní) Největší průtok ventilem zabezpečuje vačka s nejrychlejším otvíráním což je vačka konkávní, která má největší plnost P (plocha pod křivkou zdvihu). Poměrná plnost p p P h Kladičkový zvedák umožňuje snížení třecích ztrát, plnost se dá zvýšit konkávním tvarem za cenu snížení hospodárnosti výroby ( ) r 1

3 NÁVRH VAČKY VAČKA se spojitým (plynulým) zrychlením Důvody: Nespojitost zrychlení jednoduchých harmonických, parabolických, tangenciálních boků vaček budí kmitání a způsobuje nežádoucí rázy v rozvodovém mechanizmu. Spojitost zrychlení naopak zvyšuje hodnoty imálního zrychlení, což vychází z podmínky a d 0 Nespojitost zrychlení odstraňujeme: Skládáním z více druhu a počtu zdvihových křivek (oblouků sinusovek, parabol, mocninných křivek, cykloid apod.), které lze jednoduše derivovat. Pomocí funkcí přímo definujeme průběh zrychlení a zpětně integrujeme průběh rychlosti a zdvihu. 0 3

4 NÁVRH VAČKY NÁBĚHOVÁ ČÁST VAČKY (RAMPA) k vymezení ventilové vůle Součást obrysu vačky mezi základní kružnicí a bokem (činnou částí) vačky. RAMPA S PROMĚNNOU RYCHLOSTÍ Vymezení vůle Přechod Činný zdvih P a Náběh Redukce v Konstantní v a Délka náběhu se skládá z fází pro: vymezení ventilové vůle, vytvoření podmínek pro klidný náběh činného zdvihu ventilu (přechodová fáze) Výška náběhu (zdvih rampy): Podle velikosti ventilové vůle. U hydraulického vymezení vůle je zdvih rampy nízký 0,08 mm při otvírání 0,0 mm při zavírání Poměrná plnost p P plocha ABCD P v h 4

5 NÁVRH VAČKY Průběhy zdvihu, rychlosti a zrychlení na zdvihátku (způsobené tvarem vačky) se převedou (kinematicky, početně) na ventil. Vliv tuhosti rozvodu na zdvih, rychlost a zrychlení ventilu je značný a roste s otáčkami. Počátek otvírání se opozdí, otevření ventilu se děje větší rychlostí a se zvyšujícími otáčkami přestává ventil sledovat teoreticky vypočtenou křivku a začíná kolem ní kmitat. Zavírání se děje větší rychlostí, ventil odskočí a znovu dosedne. To má vliv na trvanlivost sedel, ventilových pružin a hluk. Průběhy teoretického a vypočteného zrychlení Na zdvihátku Na ventilu 5

6 NÁVRH VENTILOVÉ PRUŽINY Pružina vyvozuje sílu pro překonání: Setrvačných sil Třecích sil Podtlaku ve válci Přetlaku v potrubí Nesmí dojít k oddálení členů rozvodu. Pružiny: válcové s lineární tuhostí progresivní pro redukci kmitání F1 síla předpětí pružiny F8 síla pružiny při. zatížení MN přebytek síly pružiny proti zpožďující síle odvozené od teoretického průběhu zrychlení. Při nižších otáčkách je vždy přebytek síly větší (nadměrný) vedoucí k opotřebování kontaktů. Síly působící na pružinu od: tlaků plynů (podtlak ve válci a přetlak v potrubí setrvačných sil Při kmitajícím mechanizmu se však může tento přebytek síly pružiny ukázat jako nedostatečný, viz bod W, kdy nastává nežádoucí odskok. Problémy s odskoky u dnes převažujících typů rozvodů OHC jsou daleko menší (menší hmotnosti, větší tuhost). y 8 y 1 64 R i G d y stlačení pružiny i počet závitů pružiny d průměr drátu pružiny R poloměr průměru pružiny 4 3 F F 8 1 6

7 VAČKOVÉ HŘÍDELE 7

8 NÁVRH SETRVAČNÍKU Úkolem je: udržovat rychlost otáčení KH s požadovanou rovnoměrností chodu, akumulovat energii pro vyrovnání změn při nestacionárním zatížení, konstrukčně umožnit vytvoření třecí plochy pro lamelu spojky a upevnění ozubeného věnce pro pastorek startéru, eliminovat přenos kmitání z motoru do převodovky (dvouhmotový setrvačník). Průběh tangenciální síly na ojničním čepu zalomení KH (tím i točivého momentu) je dán součtem tangenciálních sil od tlaků pracovní látky a od setrvačné síly posuvných hmot. Průběh nerovnoměrnosti průběhu je zejména u jednoválce značný. Při +M t nastává urychlování pohybu KH a při M t zpomalování. Nastává kolísání obvodové, res. úhlové rychlosti. Mírou kolísání je nerovnoměrnost chodu zmenší se počtem válců a setrvačníkem v v v stř min stř min Setrvačník při +M t akumuluje energii a při M t Množství akumulované energie 1 s ji dodává zpět. 8

9 NÁVRH SETRVAČNÍKU V praxi lze nerovnoměrnost chodu kontrolovat pomocí výpočtu imální přebytkové práce z průběhu diagramu tangenciálních sil na KH v závislosti na dráze klikového čepu. Při více válcových motorech při pravidelném rozestupu činnosti válců se průběh tangenciálních sil opakuje a lze vyšetřovat jen díl diagramu). Vektorový součet všech ploch vůči střední hodnotě je nulový. Rozkmit vektorů představuje imální přebytkovou práci, která se rovná pohybové energii. L v v min m red m red v v v v v v min m red L v v min min min min v v v stř min L m red v stř m L red r stř L stř..hmotný moment setrvačnosti (KH vč. red. posuvných hmot + setrvačníku) 9

10 DVOUHMOTOVÝ SETRVAČNÍK Cílem je zachycení torsních kmitů před vstupem do převodového ústrojí automobilu a tím klidný chod spojky, převodovky a rozvodovky. Tím redukuje hluk hnacího ústrojí (rázy v ozubení při vymezování vůlí) a hluk karoserie vlivem částečného přestupu kmitání uložením agregátu. V podstatě jde o torsní tlumič mezi motorem a převodovkou. KONSTRUKCE DHS: 1. ozubený věnec startéru. Planetové kolo 3. Ložisko planetového kola 4. Měkká pružina 5. Tvrdá pružina 6. Smýkadlo 7. Miska pružiny 8. Sekundární setrvačník 9. Kolo s vnitřním ozubením, věnec planety 10. Radiální kluzné ložisko 11. Axiální kluzné ložisko 1. Krycí plech 13. Primární setrvačník 10

11 DVOUHMOTOVÝ SETRVAČNÍK 11

12 DVOUHMOTOVÝ SETRVAČNÍK 1

13 DVOUHMOTOVÝ SETRVAČNÍK 13

14 14

15 15

16 JEDNOHMOTOVÝ SETRVAČNÍK DVOUHMOTOVÝ SETRVAČNÍK 1 3 c1 c c 3 1 c 1 c 3 c c c1 c 3 c 1 3 c c1 03 c c 3 3 c1 c c3 c 3 Parciální vlastní frekvence motoru a převodovky jsou zhruba shodné, dojde k přenosu kmitání vybuzeného motorem v provozním režimu. Nastane přesunutí resonanční oblasti převodovky pod resonanci motoru. Menší hmotný moment setrvačnosti primární části setrvačníku sice zvyšuje nerovnoměrnost chodu, ale přenos kmitání se uskuteční pod volnoběžnými otáčkami. 16

17 ULOŽENÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ Účelem je zachytit: volné setrvačné síly a momenty od rotačních a posuvných hmot, které zůstaly nevyvážené, točivý moment, jiné účinky (silové účinky od okolí PSM, rámu vozidla buzeného jízdou). Způsoby uložení: Stacionární motory: -pevně na hmotnou desku oddělenou od základů pružně s tlumením, zkušebny Vozidlové motory: - pevně k tuhému rámu, který zabraní přenosu deformací na PSM (traktory, pracovní stroje, zkušebny) - pružně ve 3 a více bodech pomocí pružných členů s progresivní charakteristikou tuhosti a útlumu. Osy pružného uložení volíme tak, aby byly totožné s hlavními centrálními osami setrvačnosti tělesa (motoru s převodovkou). Potom jsou deviační momenty nulové, pohyby jsou ve směru os a kývání kolem nich. Deformace pružného uložení ve směru jedné osy nezpůsobí vznik sil a momentů ke zbývajícím osám. Jedná se o uložení symetrické. 17

18 ULOŽENÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ -SYMETRICKÉ z y x z x Nezávislost pohybů zjednodušuje výpočet: Řešení prostorového pohybu se rozpadá na 6 na sobě nezávislých pohybů, z nichž každý odpovídá 1 volnosti Hlavní osy setrvačnosti x,y,z jsou totožné s osami pružného uložení,, Kmitání a kývání kolem os: x a Px m x 1 x x M x 1 x x x x x x y c x m c y z x PŘÍKLADY: 1) 4 válcový řadový ) 3 válcový řadový y M P, c y z z y, c y y a c c y1 a y1 y, c m y l x1 y y, z c z y l x Obdobně i kmitání a kývání kolem os: y z l x1 l x z T x c y1 c y 18

19 ULOŽENÍ PÍSTOVÝCH SPALOVACÍCH MOTORŮ Kmitání tělesa s 1 volnosti m Psin t Naladění podkritické: Potřebné tlumení pro 1 0 c k c m P a m a astat 1 k m amplituda kmitu 1 poměrný útlum 4 dynamický součinitel, udává hodnotu jaká část budící síly se přenáší do okolí (R- pružinou, Z-tlumičem) R P S P,, S R Z Naladění nadkritické : Tlumení je naopak nevýhodné.. Obvykle volíme nadkritické uložení, kdy je běh klidný a výchylky malé. Při rozběhu a při zastavení nastává po krátkou dobu resonance volných sil a momentů s vlastní frekvencí. Rychlým přechodem kritického pásma a tlumením výchylky lze omezit

20 PŘÍKLADY PRVKŮ ULOŽENÍ - SILENTBLOKY 0

21 PŘÍKLADY PRVKŮ ULOŽENÍ 1

22 PŘÍKLADY PRVKŮ ULOŽENÍ