CN103939161B - 用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机配件制造技术领域。滚轮摇臂的摇臂架一端设有一个半球状的凹形支撑座，该支撑座和液压挺柱的柱塞端部的半球凸面球铰连接，球头卡片将滚轮摇臂和液压挺柱可靠地连接在一起，球头卡片包括一块底板和设于底板两侧的夹持部件，所述底板中部开有用于卡套所述液压挺柱柱塞的通孔，所述夹持部件与摇臂架凹形支撑座卡扣固定，其特征在于所述底板包括一个相对于滚轮摇臂凹型支撑座底部平面下凹的底面。本发明创造的目的在于提供一种结构更为合理的球头卡片，减少球头卡片从滚轮摇臂脱落风险，同时有效地降低冷启动时液压挺柱对球头卡片的冲击，提高球头卡片的使用寿命。

Description

用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片

技术领域

本发明属于发动机配件制造技术领域，具体涉及发动机配气机构中连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片。

背景技术

使用滚轮摇臂和液压挺柱的配气机构在顶置式凸轮发动机结构中的应用日益广泛，较使用机械式挺柱的配气机构，具有以下优点：1.能实时补偿气门间隙，不需要定期人工调整；2.降低发动机噪声和冲击；3.体积质量轻型化、更小的摩擦力、更小的运动惯量意味着能量损失更小，有利于提高发动机效率；4.配气机构的零部件寿命更长，减少维护成本。

滚轮摇臂中摇臂架的一端设有半球形的凹形支撑座，该支撑座和液压挺柱的柱塞端部的半球凸面球铰连接，另一端设有一个与气门端面滑配合接触的花冠曲面，两端之间设有滚动轴承，滚动轴承与凸轮接触，工作时：凸轮转动，驱动滚轮摇臂，以液压挺柱的柱塞半球凸面的球心为中心点，在垂直于凸轮轴线的平面内摆动，滚轮摇臂的花冠曲面驱动气门上下直线运动，从而控制发动机燃烧室的进气和排气。球头卡片的作用是将滚轮摇臂和液压挺柱有限的连接在一起，在发动机启动初期，液压挺柱受压处于较低位置，凸轮转动，凸轮和滚轮摇臂的滚动轴承之间会有间隙产生，液压挺柱恢复到工作高度，消除滚轮摇臂和凸轮之间的间隙，需要一定的工作循环周期，在间隙未消除期间，滚轮摇臂处于不受控状态，球头卡片会受到液压挺柱柱塞的较大冲击，该冲击会造成球头卡片磨损，严重时会造成球头卡片从滚轮摇臂上脱落，甚至冲击会造成球头卡片断裂。

CN100529332B公开的专利描述多种由金属薄板制成的卡具，这些卡具的共同特点是拥有U型凹槽，U型凹槽的开放端设有两个保持爪，U型凹槽的封闭段设有支撑壁，U型凹槽具有两个平行的腿部。通过一端的两个保持爪和另一端的支撑臂连接在凸轮随动件上，通过U型凹槽的两个平行腿部卡在支撑元件的球形端面颈部，由此实现凸轮随动件和支撑元件的连接。

CN102733878A公开的专利描述的金属薄板保持卡具，该卡具有两个平行的纵向臂，和两个连接接片，内侧的连接接片上设有保持接板，保持接板设有基本直角向上折弯的保持接片和端部的保持夹，保持接板贴靠卡锁在端侧的基础接片内边缘上，外端部设有保持弓形部，该保持弓形部嵌接在端侧的基础接片上的凸出接板上，由此实现了保持卡具与杠杆件的连接，两个平行臂从侧面嵌入轴颈的环形槽中，由此实现了保持卡具与支撑元件的连接。

这些卡具存在如下缺陷：保持卡具的U型凹槽平行腿部和保持卡具中的纵向臂组成的平面均与滚轮摇臂凹型支撑座的底部工作面平行，保持卡具与柱塞球头之间距离较近，在柱塞轴向方向上没有足够的避让空间，启动时，柱塞会对卡具造成较大的冲击，加速保持卡具的磨损，严重时会导致保持卡具断裂或从滚轮摇臂上脱落，工作时滚轮摇臂的高速连续摆动也会造成柱塞对保持卡具的冲击，造成保持卡具的磨损，甚至会产生疲劳断裂。

发明内容

本发明创造的目的在于提供一种结构更为合理的球头卡片，球头卡片的底面下凹设计，使得轴向上有足够的避让空间，减少球头卡片从滚轮摇臂脱落风险，同时有效地降低冷启动时液压挺柱对球头卡片的冲击，提高球头卡片的使用寿命。球头卡片的底面下凹设计使摇臂架的凹形支撑座部分可以相应的下降，并因此减轻滚轮摇臂的质量，降低不必要的功率损耗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，滚轮摇臂的摇臂架一端设有一个半球状的凹形支撑座，该支撑座和液压挺柱的柱塞端部的半球凸面球铰连接，球头卡片将滚轮摇臂和液压挺柱可靠地连接在一起，球头卡片包括一块底板和设于底板两侧的夹持部件，所述底板中部开有用于卡套所述液压挺柱柱塞的通孔，所述夹持部件与摇臂架凹形支撑座卡扣固定，其特征在于所述底板包括一个相对于滚轮摇臂凹型支撑座底部平面下凹的底面。

这种下凹的底面增加了柱塞在轴向方向的移动空间，很大程度上降低了冷启动时对球头卡片的冲击，提高了球头卡片的使用寿命。

所述底板中部开有用于卡套所述液压挺柱柱塞的通孔，其宽度方向的尺寸L_W大于柱塞颈部的尺寸且略小于柱塞半球凸面的尺寸，保证连接的可靠性。球头卡片工作中随滚轮摇臂在工作面沿柱塞半球凸面的中心摆动，其长度方向尺寸L_L大于柱塞半球凸面的尺寸，避免了球头卡片与柱塞之间不必要的冲击。

优化地，所述底板为一块中部向下凹陷的弧形底板，该弧形底板由呈弧形的主体部分和平行于凹型支撑座底部平面的平直部分组成。

所述主体部分包括平直段和用于连接平直段和弧形底板平直部分的过渡段，所述平直段与滚轮摇臂凹型支撑座的底部平面平行，所述过渡段为曲面过渡，通过一倾斜面将平直部分和主体部分的平直段连接起来。

优化地，所述平直部分与主体部分的平直段高度距离δ在0.1~1.2mm范围内。

优化地，所述平直段沿摇臂长度方向的长度L₁在1.5~6mm范围内。

所述夹持部分包括分设在底板两端的向中间呈一定角度倾斜的两个夹爪，球头卡片一端的前夹爪与摇臂架凹形支撑座的前端卡扣，另一端的后夹爪与摇臂架支撑座后端卡扣。

优化地，所述一定角度倾斜的两个夹爪，其角度通常在90°～70°之间。

所述前夹爪包括左右两个凸耳和凸耳中间部分的一弧形夹持体。通过左右凸耳来控制球头卡片相对于摇臂架的宽度方向移动；通过弧形夹持体与摇臂架凹形支撑座的前端卡扣，弧形夹持体有利于多方向受力。

所述夹持部件至少含有一个端部具有内凹弧形弯钩的夹爪。

更进一步的描述：

所述弧形底板主体部分的中间位置设有不规则的通孔，所述通孔卡套在液压挺柱的柱塞半球凸面的颈部位置，实现了球头卡片与液压挺柱的连接。

所述前夹爪的左右两处凸耳可以和摇臂架前端部分接触，从而控制球头卡片在摇臂架宽度方向上的移动。后夹爪端部设有半圆形弯钩，装配时半圆形弯钩具有锁紧功能，使球头卡片与滚轮摇臂的摇臂架连接更加可靠，不易脱落。

与对比文献公开的两种卡具相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明中球头卡片的底板为中间部分下凹的弧形底板，较其他卡具的平面底板具有为挺柱提供更多轴线方向运动空间的功能，可以在工作中通过有效的避让来减少挺柱对球头卡片的冲击，从而减少球头卡片的磨损，提高其寿命。

2.本发明中球头卡片的结构设计可以使摇臂架的支撑座部分相应下移一定距离，从而可以实现减轻滚轮摇臂重量，降低损耗的目的，符合发动机轻量化设计的原则。

附图说明

图1是本发明的滚轮摇臂的摇臂架在工作面剖切的气门机构装配三维图。

图2是本发明的球头卡片以及滚轮摇臂和液压挺柱未装配时的三维分解图。

图3是图4中球头卡片沿A-A面的剖视图。

图4是球头卡片的俯视图。

图5是图1的正视图。

图6是变形体一沿球头卡片长度方向的剖切视图。

图7是变形体二沿球头卡片长度方向的剖切视图。

图8是滚轮摇臂I的三维局部视图

图9是球头卡片I的三维图和主视图

图中：

1滚轮摇臂，

11滚动轴承，

12摇臂架，

121花冠曲面，

122凹形支撑座，

122I滚轮摇臂I的凹形支撑座

123凹形支撑座上表面，

2球头卡片，

21弧形底板，

211主体部分，

211A主体部分的平直段，

211C主体部分的过渡段，

211B，211D过渡圆弧，

211G变形体一的主体部分，

211I球头卡片I的主体部分

211HA变形体的主体部分的平直段，

211HC变形体二主体部分的过渡段，

211HB,211HD变形体二主体部分过渡段圆弧，

212平直部分，

212G变形体一的平直部分，

212I球头卡片I的平直部分，

213不规则通孔，

22后夹爪，

23前夹爪，

231凸耳一，

232凸耳二，

233半圆形弯钩，

3液压挺柱，

31壳体，

32柱塞，

321柱塞半球凸面，

322柱塞颈部，

4凸轮，

5气门，

51气门轴线，

L_L通孔长度方向尺寸，

L_W通孔宽度方向尺寸，

L₁平直段长度，

δ平直段和凹形支撑座的距离，

T柱塞轴向运动空间，

I1凹形支撑座前端，

I2凹形支撑座后端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：如图1和图2，配气机构装配后的位置关系示意图，所述滚轮摇臂1的摇臂架12一端具有凹形支撑座122，凹形支撑座122和液压挺柱3的柱塞半球凸面321球绞连接，另一端设有花冠曲面121与气门5的端面滑配，摇臂架12两端之间装配有滚轮轴承11，滚轮轴承11与凸轮4接触，球头卡片2的前后夹爪23、22卡套在凹形支撑座的前后两端，将球头卡片2与滚轮摇臂1连接在一起，球头卡片2的弧形底板21上开设有不规则的通孔213，通孔沿长度方向的两侧壁卡套在柱塞32的颈部322上。

正常工作时，液压挺柱3的高压腔内充满工作机油，可以看做一个刚性支撑体，因此滚轮摇臂1的滚轮轴承11和凸轮4之间没有间隙，凸轮4旋转驱动滚轮摇臂1以液压挺柱3的柱塞半球凸面321的球心摆动，摆动的轨迹基本上在滚轮摇臂工作面的小范围内波动，同时类似杠杆的放大作用，滚轮摇臂1的花冠曲面121驱动气门5沿着气门轴线51上下运动，控制气门的开启和关闭，平直底面的卡具装配后位于柱塞颈部322较为靠上的位置，冷启动时由于空间限制，液压挺柱3会对球头卡片2产生冲击，且特殊工作状态下，如液压挺柱受压，轴向处于较低位置，而凸轮停止在图5所示的位置，此时，发动机启动后，液压挺柱3恢复到工作位置时需要一定的时间，此时滚轮摇臂1与凸轮4之间存在间隙，滚轮摇臂1处于工作不受控的状态，导致液压挺柱在轴向方向对球头卡片2产生较大的冲击，影响球头卡片2的寿命。本发明的球头卡片2装配后位置在柱塞颈部322中间的位置，给液压挺柱提供了一个充裕的活动空间T，避免液压挺柱3在轴向上对球头卡片的冲击，可以很好的对卡片进行保护，提高卡片的寿命。

如图2，图3所示，本发明的球头卡片2是冲压成型的一体金属薄壁件，结构上球头卡片2由弧形底板21和前、后两个卡爪23、22组成，所述球头卡片2的前夹爪23包括分立两侧的凸耳231、232以及半圆形弯钩233，装配时，依靠两卡爪将其固定在滚轮摇臂1上，依靠所述凸耳231，232来限制球头卡片2在其宽度方向的移动，并依靠通孔213侧壁的弹性变形，使柱塞半球凸面321穿过中心通孔213，并使弧形底板21处于柱塞颈部322的位置，球头卡片2的板厚小于柱塞颈部322在柱塞轴线方向的宽度，由此实现了球头卡片2与液压挺柱3的有限运动连接，工作时球头卡片2随着滚轮摇臂1一起绕着以柱塞半球凸面321的球心点旋转摆动，球头卡片2在其长度方向上不会与柱塞产生干涉，避免产生附加的额外摩擦力，能够可靠稳定的实现球头卡片2与滚轮摇臂1的连接。

如图3，图5所示，所述球头卡片2在弧形底板21上开设有不规则通孔213，通孔213宽度方向上的尺寸L_W大于等于柱塞颈部322的直径，小于柱塞半球凸面321的直径，球头卡片2因此将液压挺柱3和滚轮摇臂1连接在一起。所述弧形底板21包括弧形的主体部分211和平行于工作面的平直部分212，弧形底板21和摇臂架12的凹形支撑座122的上表面123之间形成一个较大的活动空间“T”，所述活动空间“T”的存在使液压挺柱3在工作时可以得到更多的活动空间，可以避免启动时所述液压挺柱3对球头卡片2的冲击，从而提高球头卡片2的寿命，降低球头卡片2从滚轮摇臂1上脱离的风险。

所述弧形底板21的主体部分211还包括平直段211A，过渡段211C以及圆弧连接段211B，211D。所述过渡段211C通过一倾斜面将平直部分212和主体部分的平直段211A连接起来。其中过渡段较佳地为曲面，如圆弧，椭圆弧，渐近线等，或几种曲线的组合面，凡是能起到平滑过渡作用的曲面均可；过渡段也可以是平面，同样起到使液压挺柱在工作时可以得到更多的活动空间的技术效果。

其中平直部分212距离主体部分平直段211A的距离为δ，为保证球头卡片2的有效连接，应使δ在0.1~1.2mm范围内。

δ如果过低则球头卡片与柱塞之间没有足够的避让空间，会产生冲击，过高则球头锁片与液压挺柱的壳体会在工作中会产生干涉和冲击，影响球头卡片的寿命。

所述主体部分的平直段211A沿其长度方向的长度为L₁，由于球头卡片是级进模具成型的一体金属薄壁件，应工艺要求，长度L₁应控制在1.5~6mm。

L₁如果过短则模具成型困难，过长则底板的平直部分尺寸较小，模具成型亦困难。

所述弧形底板主体部分211的过渡段211C还有其他的结构，也可以实现提供活动空间的功能。

图6所示为该发明的第一种变形方式，球头卡片的弧形底板包括主体部分211G和平直部分212G，变形体中主体部分为一整体圆弧。

图7所示为该发明的第二种变形方式，球头卡片的弧形底板的主体部分由平直段211HA，过渡段211HC构成，且过渡段211HC由211HB和211HD两段圆弧构成，主体部分和平直部分共同组成球头卡片的底板。

相应的，当摇臂架的凹形支撑座具有凸出前端I1和凸出后端I2的结构时，如图8所示，与之相匹配的球头卡片如图9所示，前后夹爪上开设有矩形方孔，分别卡套凸出前端I1和凸出后端I2上，底板为下凹的弧面结构，由主体部分211I、和平直部分212I组成，这种结构的球头卡片与摇臂架的连接更为可靠，球头卡片在工作中不会从摇臂架上脱落，同时下凹设计的底板有足够的避让空间，有效减少柱塞对球头卡片的冲击。

可以理解，本发明的并不限于上述实施例的具体结构。对于本领域普通技术人员而言显而易见的变换或改形均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，滚轮摇臂的摇臂架一端设有一个半球状的凹形支撑座，该支撑座和液压挺柱的柱塞端部的半球凸面球铰连接，球头卡片将滚轮摇臂和液压挺柱可靠地连接在一起，球头卡片包括一块底板和设于底板两侧的夹持部件，所述底板中部开有用于卡套所述液压挺柱柱塞的通孔，所述夹持部件与摇臂架凹形支撑座卡扣固定，其特征在于所述底板包括一个相对于滚轮摇臂凹型支撑座底部平面下凹的底面。

2.根据权利要求1所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述底板中部开有用于卡套所述液压挺柱柱塞的通孔，其宽度方向的尺寸L_W大于柱塞颈部的尺寸且略小于柱塞半球凸面的尺寸；球头卡片工作中随滚轮摇臂在工作面沿柱塞半球凸面的中心摆动，其长度方向尺寸L_L大于柱塞半球凸面的尺寸。

3.根据权利要求1所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述底板为一块中部向下凹陷的弧形底板，该弧形底板由呈弧形的主体部分和平行于凹型支撑座底部平面的平直部分组成。

4.根据权利要求3所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述主体部分包括平直段和用于连接平直段和弧形底板平直部分的过渡段，所述平直段与滚轮摇臂凹型支撑座的底部平面平行，所述过渡段为曲面过渡，通过一倾斜面将平直部分和主体部分的平直段连接起来。

5.根据权利要求4所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述平直部分与主体部分的平直段高度距离δ在0.1~1.2mm范围内。

6.根据权利要求4所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述平直段沿摇臂长度方向的长度L₁在1.5~6mm范围内。

7.根据权利要求1所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述夹持部件包括分设在底板两端的向中间呈角度倾斜的两个夹爪，球头卡片一端的前夹爪与摇臂架凹形支撑座的前端卡扣，另一端的后夹爪与摇臂架支撑座后端卡扣。

8.根据权利要求7所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述呈角度倾斜的两个夹爪，其角度在90°～70°之间。

9.根据权利要求7所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述前夹爪包括左右两个凸耳和凸耳中间部分的一弧形夹持体。

10.根据权利要求1所述的用于连接滚轮摇臂和液压挺柱的球头卡片，其特征在于所述夹持部件至少含有一个端部具有内凹弧形弯钩的夹爪。