Система мас протилежного обертання для використання з рядним чотирициліндровим двигуном внутрішнього згоряння для врівноваження вібрацій, утворених двигуном, і рядний чотирициліндровий двигун, що містить таку систему

 

Область техніки

Даний винахід відноситься до системи мас протилежного обертання, призначеної для використання з рядним чотирициліндровим двигуном внутрішнього згоряння для врівноваження вібрацій, утворених двигуном, і до рядному чотирициліндровому двигуну, який містить таку систему.

Рівень техніки

Використання системи мас протилежного обертання з двигуном для врівноваження вібрацій і инерций, утворених приводним валом, для того щоб усунути або, щонайменше, значною мірою зменшити їх, відомо в даній галузі техніки. Згадана система зазвичай прикріплена до картеру або піддону картера під двигуном, так чи інакше в точці, де потрібно урівноваження і де можливо взяти під контроль обертання мас від приводного валу. Урівноваження вібрацій, утворених рядним чотирициліндровим двигуном, має, проте, різні проблеми в порівнянні з іншими конфігураціями центрування циліндрів.

Наприклад, в рядном трициліндровий двигун, описаному нижче, чия поведінка аналогічно рядному п'ятициліндровому двигуну, причому обидва мають непарне число циліндрів.

У рядном трьохциліндровий двиг�фіг.1 з порядком займання: 3.1-3.3-3.2.

На перший погляд може здатися, що під час його обертання центр тяжкості трьох поршнів та їх відповідних шатунів завжди знаходиться в центрі двигуна, таким чином, вони не створюють жодних вібрацій. Аналіз також може привести до переконання, що відсутні паразитні сили, створювані як вертикально, так і поздовжньо. Це, однак, не вірно, оскільки це передбачає допущення, що двигун є однією точкою, і сили, що діють в одній площині. Насправді сили мають різні розташування вздовж самого валу і замість взаємного врівноваження вони створюють равнодействующие, які змушують ведучий вал вібрувати на двох кінцях, створюючи вільні моменти першого порядку типу «качки».

Фіг.1 ясно ілюструє, що коли поршень 3.1 знаходиться в його верхній мертвій точці і змінює своє переміщення на спрямоване вниз, він створює спрямовану вгору силу на передньому кінці двигуна; поршень 3.2 переміщається вниз, і він створює спрямовану вгору силу, розташовану в центрі двигуна; навпаки поршень 3.3, який переміщається вгору, створює спрямовану вниз силу, розташовану в задньому кінці двигуна.

Оскільки осьовий центр ваги двигуна розташований вище середньо 3.1 штовхає вгору, і циліндр 3.3 штовхає вниз. Після повороту на 180° ситуація повністю змінюється на протилежну і момент, створюваний поршнями 3.1, 3.3, змінює напрямок на протилежне і стає «лівоповоротнім».

Рішення, звичайно, забезпечуване для урівноваження таких моментів рядном трициліндровий двигун, полягає у використанні врівноважує валу, що приводиться в рух ведучим валом з двома ексцентриковими масами на двох кінцях вала. Дві маси переміщаються в напрямку, протилежному напрямку поршня. Таким чином, «драйвовий» момент врівноважується рівним і протилежним моментом.

У рядном пятицилиндровом двигуні виникає аналогічне явище, як і в рядном трициліндровий двигун.

Рядний п'ятициліндровий двигун; займання виникає кожні 720°/5=144° обертання ведучого вала. Як показано на фіг.2, порядок займання 5.1-5.3-5.5-5.4-5.2.

Равнодействующие знакозмінні зусилля першого порядку врівноважуються.

Равнодействующие знакозмінні зусилля другого порядку також врівноважуються.

Навпаки рядний п'ятициліндровий двигун створює «качаючі» поздовжні моменти, аналогічні поздовжнім моментів рядного трициліндрового двигатя не в тому ж положенні, що поршень 5.4.

Тому два кінця двигуна вібрують щодо центру двигуна.

Рішення, яке зазвичай забезпечується для урівноваження таких моментів рядном пятицилиндровом двигуні, складається у використанні, як у випадку рядного трициліндрового двигуна, врівноважує валу, який обертається в напрямку, протилежному ведучому валу, має ту ж довжину, що і двигун, і два противаги, що переміщаються в напрямку, протилежному напрямку поршнів. Вал приводиться в рух двигуном з тією ж швидкістю, що і ведучий вал.

Або, як описано у EP-462411, пари мас протилежного обертання можуть бути використані на двох кінцях ведучого вала. Однак рішення, забезпечені у вищезгаданих випадках, не можуть бути застосовані у разі рядного чотирициліндрового двигуна, в якому створюються коливання зовсім іншого типу.

Фіг.3.1 показує схему рядного чотирициліндрового двигуна, чий порядок займання: циліндр 1 (4.1) - циліндр 3 (4.3) - циліндр 4 (4.4) - циліндр 2 (4.2). Займання виникає кожен 720°/4=180° повороту ведучого вала, таким чином пари поршнів 4.1-4.4 і 4.2-4.3 розташовуються точно в однакових положеннях і завжди переміщуються із�, таким чином, поршень 4.1 переважно урівноважений 4.4, і поршень 4.2 урівноважений 4.3.

Таким чином, можна сказати, що в рядном чотирициліндровому двигуні немає необхідності врівноважувати вільні моменти першого порядку внаслідок протилежно спрямованих зворотно-поступальних переміщень чотирьох циліндрів. Що стосується вертикальних зусиль, можна бачити, що поршень 4.1 урівноважений поршнем 4.2, і поршень 4.3 - поршнем 4.4. Це, однак, вірно тільки для знакозмінних зусиль першого порядку. Знакозмінні зусилля другого порядку набагато менше знакозмінних зусиль першого порядку і обертається з подвоєною частотою знакозмінних зусиль першого порядку, та точка їх застосування збігається з центром двигуна. Якщо згадані зусилля зростають так, що викликають явище резонансу, вони можуть навіть зламати ведучий вал.

Явище може бути пояснено з посиланням на фіг.3.2.

У рядном чотирициліндровому двигуні як прямолінійне переміщення поршнів, так і кутове переміщення шатунів такі, що поршень, який переміщується в верхній частині циліндра (до верхньої мертвої точки), має зсув (b) вздовж осі циліндра більше, ніж зміщення (a) поршня, що переміщається в нижній часремещающийся у верхній частині, створює зусилля вздовж осі циліндра більше, ніж зусилля, що має протилежний напрямок, що створюється поршнем, переміщається в нижній частині. Равнодействующее зусилля, як згадано вище, є зусиллям другого порядку, яке обертається з подвоєною швидкістю ведучого вала.

Чим довший хід і важче поршень і шатун, тим важливіше врівноважити знакозмінні зусилля другого порядку.

Це має місце, зокрема, в двигунах, які є частиною несучої конструкції транспортного засобу, як, наприклад, на тракторі або екскаваторах. Фактично у таких випадках двигун створює сильні коливання, який необхідно врівноважувати. Рішення, відповідні для амортизації коливань, що викликаються знакозмінними зусиллями другого порядку в рядном чотирициліндровому двигуні, використовують ексцентрикові маси так, щоб їх центр тяжіння був якомога ближче до центру двигуна, відомі в даній області техніки.

У прикладі відомого рішення (фіг.4) використовуються два вала протилежного обертання, що приводяться в рух ведучим валом і обертаються з його подвоєною швидкістю, типу «розподіленого» по всій довжині двигуна. Таке рішення має проблеми, що випливають з його ваги >�система забезпечена піддоном, що мають закритий жорсткий корпус 1, наприклад виконаний з ливарного чавуну, який містить два вала 2, 3, шарнірно з'єднаних з двома кінцями піддону, підтримують їх. Дві ексцентрикові маси 4, 5, зацепляющиеся один з одним їх відповідними зубчастими колесами 6, 7 і таким чином визначають протилежне обертання, встановлені на вали за допомогою відповідних підшипників або втулок. Загалом, переміщення приводного вала передається одному з двох зубчастих коліс, наприклад, за допомогою шестерень. Більше того, внутрішня система каналів зазвичай присутня для того, щоб подавати масло для змащування двох мас протилежного обертання, які обертаються з великою швидкістю, удвічі перевищує число оборотів в хвилину двигуна. Вся система прикріплена до двигуна гвинтами. Також система цього типу, відома в даній області техніки, має проблеми, що випливають з її ваги і габаритів. Наприклад, піддон є жорстким корпусом, виконаним з ливарного чавуну, і, таким чином, дуже важким і масивним. Попередня збірка такої системи займає тривалий час і, отже, має високу виробничу собівартість.

Сутності�их недоліків і забезпечення системи мас протилежного обертання, виконаної з можливістю використання з рядним чотирициліндровим двигуном внутрішнього згоряння для врівноваження знакозмінних зусиль другого порядку, створюваних на провідному валу згаданого двигуна, що має знижені вага, габарити, собівартість.

Ідея в основі цього винаходу полягає у виконанні системи ексцентрикових мас протилежного обертання виступає з протилежних боків центральної опори. Система використовується переважно в середині, під провідним валом.

Ця система значно простіше систем, відомих в даній області техніки, оскільки ексцентрикові маси виступають з двох боків центральної опори, що дуже просто і компактно.

Даний винахід відноситься, зокрема, до системи мас протилежного обертання, виконаної з можливістю використання з рядним чотирициліндровим двигуном внутрішнього згоряння для врівноваження коливань, створюваних згаданим двигуном, і рядному чотирициліндровому двигуну, що містить згадану систему, як описано більш детально в пунктах формули винаходу, що є складовою частиною цього опису.

Короткий опис креслень

Дополпочтительного варіанти виконання (та його альтернативних варіантів виконання) і креслень, які супроводжують його, які є суто ілюстративними і неогранічівающімі, на яких:

фіг.1 і 2 - схема відповідно рядного трициліндрового і рядного пятицилиндрового двигунів;

фіг.3.1 - схема рядного чотирициліндрового двигуна;

фіг.3.2 - схема переміщення поршня в рядном чотирициліндровому двигуні;

фіг.4 - схема системи врівноваження типу, відомого в даній області техніки, описаної вище, яка може бути використана з рядним чотирициліндровим двигуном;

фіг.5.1 і 5.2 - додаткова система урівноваження типу, відомого в даній області техніки, як описано вище, яка може бути використана з рядним чотирициліндровим двигуном згідно зібраному і разобранному увазі відповідно;

фіг.6 і 7 - перший варіант виконання системи мас протилежного обертання згідно з цим винаходу, яка може бути використана з рядним чотирициліндровим двигуном згідно зібраному і разобранному увазі відповідно;

фіг.8, 9 і 10 - додаткові види системи з фіг.6 та 7, відповідно поздовжнього перерізу в площині мас, згідно перерізу згідно з серединою опори і згідно з видом зверху відповідно;

фіг.13 - приклад розташування системи, яка є завданням винаходу, на рядном чотирициліндровому двигуні.

На кресленнях однакові посилальні позиції і букви означають однакові елементи або компоненти.

Докладний опис кращих варіантів виконання винаходу

Як згадано вище, ідея в основі цього винаходу полягає у виконанні центральної опори, має малу вагу і невеликі габарити, причому ексцентрикові маси протилежного обертання виступають з двох сторін опори.

На фіг.6-13 показана центральна опора 21, підходяща для підтримування двох пар ексцентрикових мас 22, 23 і 24, 25 протилежного обертання, які перебувають з двох протилежних сторін опори.

Ексцентрикові маси 22 і 23 з одного боку опори утримуються відповідними втулками 26, 27, на яких закріплено приводний засіб обертання мас. У цьому прикладі це засіб містить зубчасті колеса 28 і 29, підходящі для зачеплення один з одним, для того щоб задати протими валами 30, 31.

Опора 21 забезпечена двома наскрізними поперечними отворами 32 і 33, які забезпечують проходження валів 30 і 31, причому такі вали співвісно прикріплені до втулок 26, 27 відповідних мас з протилежного боку, наприклад, за допомогою затискних гвинтів, 34, 35.

Для того щоб забезпечити потрібне обертання і виключити тертя, відповідний мертвий хід забезпечений між бічними сторонами опори і сторонами втулок і валів, що звернені до них. Більше того, відповідні виступи 30', 31' присутні на краях валів.

Для того щоб забезпечити потрібну фазу обертання, центрирующие штифти 38, 39 переважно присутні і вставлені у відповідні глухі отвори на кінцевих сторонах валів 30, 31 та у відповідні точки контакту втулок 26, 27.

Втулки 36, 37 переважно присутні і вставлені в отвори 32, 33, для того щоб полегшити обертання валів 30, 31 і мінімізувати тертя.

Опора, що містить елементи, описані вище, прикріплена до двигуна гвинтами 40, і відповідна шестерня приводного валу (не показана на кресленні), поєднана з одним з зубчастих коліс, призводить маси в обертання.

Нижній захисний піддон 41 прикріплений до опори 21, наприклад, за допомогою гвинтів 42.

щоб подавати мастило до втулок 36, 37, які переважно забезпечені жолобом, розміщених у відповідності з системою каналів, щоб полегшити введення олії. Заглушка 44 може бути вставлена зовні, щоб закрити зовнішній доступ до системи каналів. Отвір 45 також може бути присутнім на верхній стороні опори 21, щоб з'єднати систему 43 каналів для олії з відповідною подачею масла в картер двигуна, поєднаної з блоком мас.

У можливому альтернативному варіанті виконання, показаному на фіг.11 і 12, шарикопідшипники 71, 72 можуть бути присутніми замість втулок. У цьому випадку мастило може бути не потрібна, і, отже, можливо виключити внутрішню систему каналів опори.

Більше того, щоб забезпечити передачу більш високого крутного моменту при необхідності і забезпечити потрібну фазу обертання мас, виступаючі частини 73, 74 можуть бути, наприклад, кінцевий стороні валів 30, 31, вставлені у відповідні поглиблення 75, 76 у втулках, що підтримують маси. Звичайно, протилежне розташування виступаючих частин і поглиблень також можливо.

Фіг.13 показує приклад розташування системи, яка є завданням винаходу, на рядном чотирициліндровому двигуні. Система, загалом позначена двигуна (не показана на кресленні) під центральним поруч 133 опори. Спеціально забезпечена шестерня 135 присутній на провідному валу і створює обертання зубчастого колеса 28 системи, так щоб маси оберталися з подвоєною частотою ведучого вала.

Позиція 134 означає перетин масляного піддону, який містить систему 131. Нижній захисний піддон 41 може бути відсутня, в цьому випадку.

Центральне положення системи переважно, оскільки воно спрощує конструкцію, виготовлення та встановлення системи, оскільки ексцентрикові маси можуть мати однакову величину з двох протилежних сторін опори. Система також може бути встановлена в децентралізованому положенні, ближче до сторони ведучого вала. У цьому випадку необхідно перерахувати зрівноважування обертових мас, пропорційно величині бічного зсуву.

Порівняно з системами, відомими в даній галузі техніки, важкий і громіздкий піддон, має жорсткий корпус, більше не потрібен для підтримки мас, і натомість присутній тільки центральна опора 21, яка може бути виконана з більш легких матеріалів, наприклад алюмінію, яка прикріплена до картеру.

Можливо, присутній нижній піддон 41 не виконує яку-небудь несучої функції, а виконує тільки захисну �іст або пластик. Більш того, немає необхідності в герметичному ущільнення піддону, в той час як в системі, відомої в даній області техніки, піддон з жорстким корпусом герметично ущільнений.

Приведення в обертання мас допомогою шестерень і зубчастих коліс може бути замено іншим приводом, наприклад, за допомогою ременів і шківів або ланцюга.

Маси протилежного обертання з одного боку опори синфазни з масами протилежного обертання з іншого боку, і вони необов'язково мають однакову форму, а можуть бути різні.

Маси повинні бути виконані з матеріалу, який витримує велике число оборотів в хвилину, наприклад міцного литого чавуну або штампованої сталі.

Фахівця в даній області техніки буде зрозуміло, що інші альтернативні та еквівалентні варіанти виконання винаходу можуть бути запропоновані і здійснені без відступу від обсягу винаходу.

Переваги, що випливають з використання цього винаходу, очевидні порівняно з рішеннями, відомими в даній галузі техніки.

Нове рішення - компактний і простий, з монолітною опорою і простий обробкою, що замінює складний корпус; таким чином, загальна вага істотно знижений аж до 50%, і питання встановлені зовні опори за допомогою простих процедур і зменшення числа операцій; навпаки, в системах, відомих в даній області техніки, маси, вали та втулки необхідно встановлювати зсередини піддону, використовуючи складні і тривалі складальні процедури.

Оскільки система настільки компактна, можна легко вмонтувати додаткові функції у систему, такі як масляний насос, всмоктувальну сітку, систему каналів для доставки олії до картеру.

Можливо більше можливостей по стандартизації.

З опису, викладеного вище, фахівця в даній області техніки буде можливо здійснити винахід без необхідності опису додаткових особливостей конструкції.

1. Система (131) мас протилежного обертання, виконана з можливістю використання з рядним чотирициліндровим двигуном внутрішнього згоряння, що містить масляний піддон (134) і мають послідовність роботи циліндрів 1-3-4-2 (4.1, 4.3, 4.4, 4.2), для врівноваження знакозмінних зусиль другого порядку, утворених на провідному валу двигуна, причому система розміщена в масляному піддоні і містить:
центральну опору (21) і дві пари ексцентрикових мас (22, 23, 24, 25) протилежного обертання, виступаючі з двох протилежних сторін опори;
два зубчастих колеса (28, 29), кожне з яких разі колесо розміщене між двома відповідними ексцентриковими масами і залишається з одного боку центральної опори, при цьому зубчасті колеса зачіпляються один з одним і одне з зубчастих коліс виконано з можливістю приведення в обертання відповідної шестірнею приводного валу.

2. Система п. 1, розташована по центру під провідним валом (132), всередині масляного піддону (134) двигуна, і яка приводиться в обертання вал з подвоєною частотою його обертання.

3. Система п. 2, в якій маси протилежного обертання мають однакові величини з двох протилежних сторін опори.

4. Система п. 1, в якій:
ексцентрикові маси (22, 23) з одного боку опори утримуються відповідними втулками (26, 27), на яких закріплені приводні засоби обертання мас, підходящі для зачеплення один з одним, для того щоб задати протилежне обертання мас;
ексцентрикові маси (24, 25) з іншого боку опори утримуються їх відповідними валами (30, 31);
опора (21) забезпечена наскрізними поперечними отворами (32, 33), які забезпечують проходження валів (30, 31), співвісно прикріплених до втулок (26, 27) відповідних мас з протилежного боку.

5. Система п. 4, в якій для забезпечення правильної фази обертання мас центрирующие штифти (38, 39) присутні і вставлені у відповідні глѾ п. 4, в якій для забезпечення правильної фази обертання мас виступаючі частини (73, 74) присутні на кінцевих сторонах валів (30, 31) або втулок (26, 27) і вставлені у відповідні заглибини (75, 7 6) у втулках або у валах.

7. Система п. 1, додатково містить нижній захисний піддон (41), прикріплений до опори (21).

8. Система п. 4, додатково містить втулки (36, 37) або шарикопідшипники (71, 72), вставлені в отвори (32, 33) опори для полегшення обертання валів (30, 31).

9. Система п. 8, додатково містить систему (43) каналів, внутрішню по відношенню до опори (21), для подачі мастила до втулок (36, 37) або шарикопідшипниках (71, 72).

10. Рядний чотирициліндровий двигун внутрішнього згоряння, що має послідовність роботи циліндрів 1-3-4-2 (4.1, 4.3, 4.4, 4.2), містить систему мас протилежного обертання для врівноваження знакозмінних зусиль другого порядку, утворених на провідному валу двигуна, по будь-якому з попередніх пунктів.



 

Схожі патенти:

Зубчасте колесо і врівноважує вал для поршневого двигуна

Винахід відноситься до поршневих двигунів, зокрема до балансировочному валу поршневого двигуна. Врівноважуючий вал (1) включає опорну шийку (2), на якій врівноважує вал (1) встановлений в підшипнику, ділянку (10), на якому зубчасте колесо (5) поєднане з врівноважуючим валом без можливості проворота або на якому врівноважує вал (1) і зубчасте колесо (5) виконані монолітно, і ділянка (8) дисбалансу, на якому розташований дисбаланс, причому зубчасте колесо виконано з чавуну з кулястим графітом з незакаленними зубами (11). Винахід відноситься до зубчастому колесу для врівноважує валу і поршневому двигуну з встановленим в ньому врівноважуючим валом (1). У разі встановлення через підшипники ковзання врівноважує вал (1) може бути виконаний із сталі або чавуну, а його опорні шийки (2) можуть бути виконані загартованими або незакаленними. Якщо врівноважує вал (1) встановлюється в підшипниках кочення з прямим контактом тіл кочення з робочою поверхнею підшипника, то його виконують зі сталі, а опорну шийку гартують. Винахід спрямовано на підвищення експлуатаційної стійкості. 3 н. і 20 з.п. ф-ли, 7 іл.

Вузол врівноважує вала і його опора

Винахід відноситься до поршневих двигунів, зокрема до двигунів внутрішнього згоряння

Двигун внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до області машинобудування і може бути використане як стаціонарний двигун для дизель-електричної станції і як енергетична установка для судна

Двигун внутрішнього згоряння

Винахід відноситься до двигунобудування і може бути використане при конструюванні і розробці одноциліндрових двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ)

Пристрій для зрівноважування поршневої машини

Винахід відноситься до врівноваження машин, а більш точно до пристроїв зрівноважування сил інерції поступально рухомих мас у поршневих машинах, і може бути використане для зменшення коливань поршневих машин, переважно двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) з шатунно-кривошипно механізмами перетворення зворотно-поступального руху поршнів в обертальний рух колінчастих валів, та навпаки

Пристрій для зрівноважування поршневої машини

Винахід відноситься до врівноваження машин, а саме до пристроїв урівноваження моментів сил інерції поступально рухомих мас у поршневих машинах, і може бути використане для зменшення коливань поршневих машин, переважно двигунів внутрішнього згоряння, з шатунно-кривошипно механізмами перетворення зворотно-поступального руху поршнів в обертальний рух колінчастих валів
Up!