HU176700B - Method for determining the geometrical forming of cam controlling the valves of piston reciprocating machines - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás löketdugattyús gépek szelepeit vezérlő bütyök geometriai kialakításának meghatározására, amely bütyökkel a szelep sík fenekű szelepemelőn át zárórugóval szemben nyitható.

Ciklikus működésű erő- és munkagépek a körfolyamat létrehozásához szelepeket igényelnek, amelyeket általában forgó, tengelyen elrendezett bütykökkel vezérelnek. A bütykök forgómozgásának egyenesvonalú ide-oda mozgássá történő átalakításánál a szelepen nagy gyorsulások lépnek fel, amelyek pedig a vezérlőrészekben nagy terheléseket idéznek elő, valamint különösen a nagy relatív mozgású alkatrészekben, például a bütykökön és a szelepemelőn erős kopásokhoz vezetnek. Ezek a jelenségek a gép üzemidejét tekintve az egymáson csúszó bütyök- és szelepemelőfelületek gyorsabb elhasználódásához vezetnek, amelyek a ma széles körben alkalmazott nagyteljesítményű és ezzel részben gyorsabban forgó motoroknál csak fokozódnak. Az okok túlnyomórészt a bütyökcsúcsok kenésre kritikus körzeteiben levő teherbíró hidrodinamikus kenőfilm nem éppen optimális kialakításában keresendők. Amint az a gyakorlatban beigazolódott, még a dinamikusan jól kiképzett bütyökprofilok sem nyújtanak garanciát a kopásmentes üzemre, ha a hidrodinamikai előfeltételekről nem gondoskodnak.

Ismeretes, valamint mérésekkel is igazolták már, hogy folyadékkenésnél nagyterhelésű csúszófelü176700 letek között is kenőanyagfilm képződhet, amely ugyan nem vezet az egymáson csúszó felületek tökéletes szétválasztásához, azonban egy hidrodinamikai hordrészaránnyal a fémes érintkezésű felület5 hányadot csökkenti. Ezt a kenési állapotot a fizikában vegyes súrlódásként tartják számon, amelynek célja, hogy kiválasztott kinematikai mozgásfolyamaton át lehetőleg nagy folyadék-hordrészarányt érjenek el. Az elasztó-hidrodinamikai kenés elméle10 tének bevezetésével kísérleti úton bizonyítható filmvastagságok számíthatók. Ez az új teória a hidrodinamikai kenés Osborne és Reynolds által 1886-ban létrehozott klasszikus teória átdolgozása, és tekintetbe veszi a nyomásigénybevétel alatti keli nőanyag-viszkozitásnövekedését, valamint a terhelt kapcsolódó felületek helyi korlátozott rugalmas alakváltozását.

A minimális kenőfilm számítási képletét Dowson és Higginson határozta meg (amely a Shell Inter20 nationál Petróleum co., Ltd., London által nyilvánosságra hozott „Die elasto-hydrodynamische Schmierungstheorie” című dolgozatban jelent meg) és az elasto-hydrodynamikai kenéselmélet matematikai analízisének eredménye. A képlet:

H = 1,6 x G^0,6 x U⁰'⁷ x W°’¹³ (0H, G, U és W ennél dimenziónélküli tényezőcsoportokat jelentenek, amelyek helyett behelyettesít30 hetők:

Η — hmnJ ρ ’

G = axE’,

w

A képletekben használt jelölések az alábbiakat jelölik:

h_min - minimális kenőfümvastagság, 10 ρ - elméleti görbületi sugár, ez II Q =1/01+1/0 2-ből van képezve, ahol 0 i és (< 2 a két kapcsolódó felület görbületi sugara, a - a kenőanyagviszkozitás nyomás- 15 koeficiense, a következő összefüggés szerint =17 x e^aP, ahol η_Ρ p nyomásnál levő viszkozitás,

E’ — az egymáson csúszó felületek anyagának 20 redukált rugalmassági modulusa, ( 1 -Pi

Ι/E'= 1/2(-

ahol Ei és E₂ a két felület rugalmassági modulusát, Pj és p₂ pedig azok Poisson-számait jelölik, η - kenőanyagviszkozitás atmoszférikus 30 nyomásnál és környezeti hőmérsékletnél,

W - terhelés, az érintkezési hely szélességegységére, u - az 1 és 2 érintkezőfelületek csúszó- 35 sebessége, az u - 1/2 (uj+u₂) összefüggés szerint.

Az említett egyenletben a redukált rugalmassági modulus (E’) igen kis hatványkitevővel (E^0,03) van 40 ellátva, továbbá a gépszerkesztésben alkalmazott anyagok ril^almassági modulusai egymástól csak kevéssé különböznek (E = 80 000-210 000 N/mm²). Az alkalmazásra kerülő kenőanyagoknál a nyomáskoeficiens is szűk 45 határok között változik, valamint a terhelésváltozásnak a kenőfilmvastagságra való hatása (lásd W tényezőcsoport) a kis kitevő miatt figyelmen kívül maradhat. A kenőfilmnek a minimális h_{m in} vastagságának számításához ezért Dowson és Higginson a 50 következő egyszerűsített képletet adja, amelyben a G°>⁶ és W-°.*3 állandókkal van helyettesítve. A képlet:

h_min = 5 x 10~⁶ χ/^χπχρ (II) 55

Amint mindkét képletből kivehető, a kenőfilmvastagság az 77 viszkozitás mellett u csúszósebességgel, valamint az érintkezőfelületek elméleti görbületi ρ sugarával van meghatározva. 60

A találmánnyal megoldandó feladat a bevezetőben leírt típusú bütyöknél a bütyökcsúcs körzetében a bütyök geometriáját, azaz a kritikus kenőfilmképzés körzetében úgy meghatározni, hogy optimális kenési viszonyokat érjünk el. 65

A találmány szerint a kitűzött feladatot úgy oldottuk meg, hogy a hidrodinamikai 7 értékelő-jellegszám r_N/(r_G +z) összefüggésből van számítva, ahol r_N a bütyök görbületi sugara, r_G a bütyök alapkörsugara és z a mindenkori bütyöklöket, valamint ez az értékelő-jellegszám 0,15 <7 <0,25 értékek között van, vagy ha a bütyök alakja megengedi γ >0,6 értékeket vesz fel.

Ehhez a felismeréshez kritériumként szolgál a minimális h_mj_n kenőfilmvastagságnak a Dowson és Higginson összefüggése szerinti számítása. Az áttekinthető levezetés miatt az egyszerűsített képletet (II) vesszük szemügyre. A találmányt részletesebben a rajz alapján ismertetjük, amelyen:

Az 1. ábra a bütyökvezérlés sematikus vázlata.

A 2. ábra a hidrodinamikai értékelő-jellegszámnak a relatív kenőfilmvastagságtól való függőségét grafikusan szemlélteti.

Az 1. ábrán .1 bütyköt tüntettünk fel, amely éppen most sík 3 fenékkel ellátott 2 szelepemelőre fut fel. Itt r_G-vel az 1 bütyök alapkörsugarát, r_N-el pedig görbületi sugarát jelöltük. Az Tn görbületi sugár 4 középpontjának az r_G alapkörsugár 5 középpontjától való távolságát a-val jelöltük, ahol az a távolság a 4 és 5 középpontoknak nem a legtávolabbi helyzetét ábrázolja, hanem mindig a 2 szelepemelőnek a mozgásirányába mért távolságot az 1 bütyök helyzetének megfelelően. Ugyanez érvényes a z bütyöklöketre, amely a mindenkori helyzetnek megfelelően van mérve, és amely az r_G alapkörsugártól a 2 szelepemelő 3 fenekéig terjedő távolságot adja meg. Az 1 bütyök ω szögsebességgel 6 nyíl irányában forog.

A találmány szerint először is az u_t csúszósebesség az 1 bütykön van számítva, amely Uj = r_N x ω összefüggésből adódik. A 2 szelepemelőn levő u₂ csúszósebesség u₂ = — a x ω összefüggésből számíthatók, persze pontosan véve az emelőközépben.

Az 1 bütyök és a 2 szelepemelő közötti u csúszósebesség a következő összefüggésből adódik:

u = 1/2 (uj + u₂) = = 1/2 x [2 r_N - (r_G + ζ)]ω, (IV) ahol mindenesetre az -a távolság a síkemelőkre érvényes -a = rN-(r_G +z) egyenlettel van helyettesítve, és a II egyenletbe van behelyettesítve.

Ha még az elméleti görbületi sugarat is a bütyökgörbületi rjsj sugárral helyettesítjük a kenőfilm minimális vastagságára a következő adódik:

hmin = const, (r_G + z) χ ennél a constans = 5 χ 1O^_Í xy----2

Ennek az összefüggésnek két zérushelye van, mégpedig ——--- = 0 és — -- = 0,5-nél, r_G x z r_G x z amelyek között h_mj_n számára a maximális függvényérték van.

Ha a dimenzió nélküli, geometriai értéket ^rN , 5 r_G +z

- amellyel a bütyökszög profilja van megadva hydrodynamikai γ értékelő-jellegszámként jelöljük, és a kenőfllm minimális h_mi_n vastagságát az optimális h_opt-ra vonatkoztatjuk, amely a kritikus tartományban 0<γ<0,5 egyáltalán lehetséges, megkapjuk a viszonylagos ξ kenőfilmvastagságot:

. _ ^hmin /(2γ?-γ) h_opt (0<γ<0,5) 0,125

A teljesség kedvéért a relatív f kenőfilmvastagság függvényét is megadjuk, amely a h_min érték számítására való teljes képlet tekintetébe vételénél adódik.

A 2. ábrán a relatív kenőfilmvastagság a hydrodynamikai γ értékelő-jellegszám függvényeként van feltüntetve. Abból a tényből kiindulva, hogy a hydrodynamikai γ értékelő-jellegszám az 1 bütyök geometriai méreteiből, például görbületi r_N sugárból, r_G alapkörsugárból, valamint z bütyöklöketből tevődik össze, amelyek közül a z bütyöklöket és a görbületi r_N sugár kopás következtében változik és ezáltal a γ értékelő-jellegszámot befolyásolja, a bütyökprofilnak a veszélyeztetett 0 < γ < 0,5 tarto5 mányban való optimális értelmezése csak akkor érhető el, ha a bütyökcsúcsban az γ értékelő-jellegszám a görbemaximumtól balra helyezkedik el (I-es tartomány), mivel akkor a fellépő kopás azzal a következménnyel jár, hogy a hydrodynamikai γ 10 értékelő-jellegszámnak 0,5-ös érték irányában történő eltolódásával a hordképes kenőfilm képzésében először javulás, majd a maximum túllépése után rosszabbodás áll be. A γ>0,5 körzetben (ΙΙ-es tartomány) ezzel szemben a kopás a kenő15 filmképzésben csak előnyökkel jár.

Ez a tartomány egyébként csak ritkán érhető el, például kerek bütyköknél. Meg kell még említenünk, hogy a folytonos vonallal jelölt 7 görbét az egyszerűsített Dowson és Higginson képlet szerint, 20 a szaggatott vonallal jelölt 8 görbét pedig a teljes képlet szerint rajzoltuk meg.

Claims (1)

1. Szabadalmi igénypont:

   Eljárás löketdugattyús gépek szelepeit vezérlő bütyök geometriai kialakításának meghatározására, amely bütyökkel a szelep sík fenekű szelepemelőn át zárórugó erejével szemben nyitható, azzal jelle30 mezve, hogy a hydrodynamikai értékelő-jellegszámot (γ) 7 = r_N/r_G+z összefüggésből számítjuk, ahol r_N a bütyök (1) görbületi sugarát, r_G a bütyök (1) alapkörsugarát és z a mindenkori bütyöklöketet jelenti, valamint a hydrodynamikai ér35 tékelő-jellegszámot (γ) 0,15 0,25 értékek között, vagy ha a bütyök (1) alakja megengedi, γ>0,6 értékűre választjuk.