DE3737296A1

DE3737296A1 - Ausgleichsvorrichtung fuer kurbeltriebwerk

Info

Publication number: DE3737296A1
Application number: DE19873737296
Authority: DE
Inventors: Toan Dat Tran
Original assignee: Toan Dat Tran
Current assignee: TRAN, TOAN DAT, 7000 STUTTGART, DE
Priority date: 1986-12-06
Filing date: 1987-11-04
Publication date: 1988-06-23
Also published as: DE3737296C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den dynamischen Ausgleich eines Kurbeltriebwerkes, sei es in einer Verbrennungskraft-Maschine, in einem Kompressor oder in einer mechanischen Presse.

Das Anstreben der Erfindung besteht darin, die Vibrationen aus der Massenkraft erster Ordnung bei einem schnellaufenden Kurbeltriebwerk mit einer schweren oszillierenden Masse insbesondere in Einzylindersystem zu eliminieren.

Die von DE-AS 21 49 220 vorgelegte Erfindung wendet das Prinzip des cardanschen Kreises mit dem Planetenrad als Träger der Ausgleichsmasse an, das in der Drehachse des Pleuelzapfens neben dem Pleuelkopf drehbar ist, beschwert infolgedessen die rotierende Masse des Kurbeltriebwerkes.

Die von GB-PS 5 12 662 vorgelegte Ausgleichsvorrichtung mit dem Planetenrad als Träger der Ausgleichsmasse, das drehbar in dem Gelenk hinter dem Pleuelzapfen befestigt ist, das seine Drehachse parallel zur Drehachse des Pleuelzapfens hat, und mit Hilfe eines weiteren, dem Kurbelzapfen konzentrischen Zahnrades, sich relativ zur Kurbel mit der gleichsinnigen und gleichen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle dreht.

Solche Anordnungen erfordern große Gegengewichte am Unterteil der Kurbelwangen. Dies vergrößert die Trägheit des Systems zugleich.

Demgegenüber nutzt die der Erfindung entsprechende Ausgleichsvorrichtung die Zahnräder (2 und 3) und das sekundäre Ausgleichsgewicht (4) als Gegenmasse zum Ausgleich der gesamten rotierenden Massen des Kurbeltriebes aus.

Sie besteht aus einem sekundären Ausgleichsgewicht (4), das am Ende des im Gelenk (5) drehbaren Zahnradbolzens (3 a) befestigt ist. Das Gelenk (5) ist im primären Ausgleichsgewicht (6) der Kurbelwange (7) des Triebwerkes eingebaut. Das Zahnrad (3) kämmt sich mit dem ebenfalls im Gelenk (11) des primären Ausgleichsgewichtes (6) drehbar eingebauten Zahnrad (2), das sich wiederum mit dem dem Wellenzapfen (8) konzentrischen Zahnrad (1) kämmt. Das Zahnrad (1) ist mit einer Innenbohrung (9) versehen, in der eine Lagerschale (10) oder ein Wälzlager eingebettet werden kann. Dieses Zahnrad (1) ist im Gestell (12) der Maschine befestigt und dient als Lager für den Wellenzapfen (8) der Kurbelwelle. Infolge eines Verhältnisses von 2 zu 1 in Zähnezahl zwischen dem Zahnrad (1) und dem Zahnrad (3) dreht sich das sekundäre Ausgleichsgewicht (4) relativ zur Kurbelwange (7) mit der doppelten, aber gegenläufigen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle.

Es zeigt

Fig. 1 die Hauptansicht der Kurbelwelle und im Schnitt die Ausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 das Räderwerk der drei klaren Zahnräder im Schnitt AB in ihrer relativen Lage.
P Achse des Pleuelzapfens, O Achse des Wellenzapfens (8), T Achse des Zahnrades (3) und des Gelenkes (5).

Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung in einem Zwei- Takt-Motor, bei dem die Gelenke aus Kugellagern bestehen.

Fig. 4 die schematische Darstellung der Ausgleichsvorrichtung im Schnitt durch die Zahnräder.
Es ist zu beachten, daß die Zähnezahl Z 2 des Zahnrades (2) beliebig gewählt werden kann, während

Zi die Zähnezahl des jeweils Zahnrades i.

Fig. 5 die zentrifugale Kraft Fg der Übermasse der Gegengewichte, die Massenkraft erster Ordnung F _I in der Vertikale S des Zylinders und die Ausgleichskraft Fa des sekundären Ausgleichsgewichtes in Projektion in einer gegebenen Ebene.
G das momentane Massenzentrum der Übermasse aller Gegengewichte (6, 6 a . . .).
M der relative Schwerpunkt der Übermasse m des sekundären Ausgleichsgewichtes (4).
Die Übermasse ist die Teilmasse, die in Drehung eine Wirkkraft abgibt.
Fgh und Fgv sind die horizontale bzw. vertikale Komponente von Fg.
Fah und Fav sind die horizontale bzw. vertikale Komponente von Fa.
Man stellt fest, daß Fav sich zu Fgv zum besseren Ausgleich von F _I addiert, während Fah der horizontalen Kraft Fgh der Gegengewichte entgegensetzt.

Fig. 6 einerseits die elliptische Laufbahn von M, Schwerpunkt der Übermasse m des sekundären Ausgleichsgewichtes (4), und anderseits in einer Projektionsebene alle zentrifugalen Kräfte, die aus der Drehung der Kurbelwelle hervorgehen. F _I ist hier durch ein Drehvektor dargestellt.

Aufgrund der Einfachheit in der Berechnung der Übermasse Mg aller Gegengewichte, die infolge der Drehung der Übermasse m des sekundären Ausgleichsgewichtes (4) kein festes Massenzentrum bezüglich der Kurbelwange (7) aufweisen, stellt man sich vor, daß die Übermasse m in der Drehachse T des Zahnrades (3) konzentriert wäre:

M(m) = T(m)

Es entsteht dadurch, daß G′ das stabile aber fiktive Massenzentrum aller Gegengewichte wäre, im Abstand OG′ von der Drehachse O des Wellenzapfens (8).

Die Übermasse Mg soll F _I bis 50% ausgleichen:

(1) Fg = Mg · OG′ · w² = 0,5 F _I = 0,5 Mos · β · w²

w die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle, als konstant angenommen.
Mos die gesamte oszillierende Masse.
β = OP das Kurbelradius.

Angestrebt ist, daß Fa noch 40% von F _I erbringt:

(2) Fa = 0,4 F _I = 0,4 Mos · β · w².

Da das sekundäre Ausgleichsgewicht (4) mit 2w dreht:

(3) Fa = m · r · (2w)² = 4 m · r · w².

r=MT der Abstand von Schwerpunkt M der Übermasse m zur Drehachse T.

Aus (2) und (3):

(4) m · r = 0,1 Mos · β oder (5) m · r · w² = 0,1 Mos · β · w² = 0,1 F _I

Es scheint also einerseits, daß F _I nur bis 90% in jeder Kurbelstellung wt ausgeglichen wäre, mit:

Fgv + Fav = 0,9 F _I cos wt,

und anderseits

Fgh = 0,5 F _I sin wt nicht durch Fah = 0,4 F _I sin wt vollständig ausgeglichen wäre, die Differenz beträgt:

Fah - Fgh = -0,1 F _I sin wt.

In Wirklichkeit weil die Übermasse m nicht in T, sondern in M konnzentriert ist, es besteht eine Variation in den zentrifugalen Kräften zwischen reeller Übermasse m in M und fiktiver Übermasse m in T · t ist die Zeit.

Die Bewegungsgleichung der Übermasse m in T:

Die zentrifugale fiktive Kraft Fm aus m in T hat die entgegengesetzte Richtung von in absoluten Bezugsachsen

Die Bewegungsgleichung der Übermasse m in M:

Die zentrifugale reelle Kraft Rm aus m in M hat die entgegengesetzte Richtung von in absoluten Bezugsachsen

Die vektorielle Variation beträgt:

Δ Fg = Rm - Fm = m · r · w² · e^iwt,
nach (5) = 0,1 F _I · e^iwt,

d. h., es besteht für jede Kurbelstellung eine Zusatzkraft gleich 10% von F _I, die sich zu Fav und Fah zum Vollausgleich der Massenkraft erster Ordnung F _I und der horizontalen Kraft Fgh addiert. Die Werte von m und r in der Gleichung (4) sind je nach Konstruktion frei wählbar.

Fig. 7 das Kurbeltrieb in der oberen Totlage. Alle Ausgleichskräfte befinden sich in der Vertikalen S des Zylinders. Die vektorielle Variation vereinfacht sich zu:

Δ Fg = (OM-OT) · m · w² = m · r · w² = 0,1 F _I.

Claims

1. Ausgleichsvorrichtung für Kurbeltriebwerk mit in dem primären Ausgleichsgewicht (6) der Kurbelwange (7) drehbarer Zahnradwelle (3 a) für das sekundäre Ausgleichsgewicht (4), welche von einem zum Kurbelwelle-Hauptlager (10) konzentrischen gestellfesten Zahnrad (1) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad (3) der Zahnradwelle (3 a) für das sekundäre Ausgleichsgewicht (4) mit einem Zwischenrad (2) kämmt, welches in das gestellfeste zum Kurbelwelle-Hauptlager (10) konzentrische Zahnrad (1) eingreift (Fig. 1 und 2).

2. Ausgleichsvorrichtung für Kurbeltriebwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zum Kurbelwelle-Hauptlager (10) konzentrische gestellfeste Zahnrad (1) außenverzahnt ist und doppelt so viele Zähne besitzt wie das im primären Ausgleichsgewicht (6) drehbare Zahnrad (3) auf der Zahnradwelle (3 a) des sekundären Ausgleichsgewichtes (4).