SE432123B - Vridmekanism for ventil - Google Patents

Description

?§ï4ss4-s dad på konstruktiva hänsyn. En flack konstant rullbanevinkel ger större belastningsförmâga och en större vridrörelse av ventilen för en given axiell rörelse hos kulorna mätt längs ventilskaftets längdaxel. En brant konstant rullbanevinkel underlättar rullningen av kulorna men ger en mindre belastningsförmâga och en mindre vrid- rörelse för en given axialrörelse av kulorna längs ventilskaftets längdaxel.

I utföranden med rullbanor med konstant lutning förblir den axiel- la kraft, som krävs för att förflytta en kula från dess utgångslä- _ge nedför rullbanan för en given storlek på den axiella rörelsen hos kulan oförändrad inom hela aktionsomrâdet för vridanordningen.

Vidare förblir också sünflekaz av vinkelvridningen för en given storlek av den axiella rörelsen hos_kulan oförändrad under rörelsen av vridmekanismen. Vridmekanismer med konstant lutning på rullbanan uppvisar också olägenheten av en alstrad slirning mellan kulan och dess anliggningsytor, och givetvis minskar sådan slirning vridan- ordningens livslängd.

Föreliggande uppfinning är riktad på en sådan konstruktion av en vridanordning, som ger större effektivitet och livslängd och ock- så möjliggör bättre konstruktiv anpassbarhet jämfört med den som har rullbanor med konstant lutning.

Uppfinningen avser en vridmekanism för en ventil som är omställ- bar mellan ett öppet och ett stängt läge längs en längsgående axel och som är vridbar kring axeln, och omfattande ett första och ett andra vridelement, som är inbördes rörliga i axiell riktning och inbördes vridbara längs resp. kring sagda axel, organ för att pres- sa ventilen mot det stängda läget och trycka sagda delar mot var- andra med krafter som alternerande växer och avtar, vridinitieran- de organ för bibringande av inbördes vridrörelse mellan sagda förs- ta och andra vridelement vid deras inbördes rörelse mot varandra och för begränsande av relativ vridrörelse mellan sagda delar vid deras rörelse från varandra, varvid de vridinitierande organen om- fattar ett antal förskjutbara kulor mellan vridelementen, vilka kulor är rörliga under tvångsstyrning längs rullbanor för att åstadkomma den inbördes vridrörelsen mellan vridelementen, och tvângsstyrningen sker med hjälp av fickor i det ena vridelementet, varvid en kulahär inlagd i varje ficka, och varje ficka bildar en rullbana längs vilken kulan rullar vid axiell rörelse hos vridele- 77141664 - 5 mentet, och organ är anordnade att trycka kulan mot rullbanans ena ände, medan kulan är anordnad att röra sig mot rullbanans andra ände, när vridelementen förskjuts mot varandra. Det för uppfinnin- gen kännetecknande är att åtminstone en av rullbanorna består av ett antal ytpartier med olika lutning mot ett plan vinkelrätt mot ventilens längdaxel, varvid ytpartiet närmast den ände mot vilken kulan tryckes bildar största vinkel med sagda plan, och lutningen av övriga ytpartier successivt minskar mot rullbanans andra ände.

Med andra ord - lutningen längs en viss ficka förändras från brant till flack allteftersom kulan rullar nedför rullbanan.

Som en följd av denna konstruktion och av den omständigheten att den brantare vinkeln ligger vid den ände av rullbanan där kulan börjar rulla, krävs en mindre vertikal kraft mot kulan för att in- leda dennas rullningsrörelse.

En ökad rullning av kulan medför ökad rotation och mindre glidning av kulan relativt de ytor som den anligger mot. Resultatet blir en minskad slirning mellan kulan och de ytor mot vilka den anligger, vilket medför en ökad livslängd hos anordningen enligt uppfinningen.

Dessutom ger uppfinningen en väsentlig fördel genom ökad konstruk- tiv anpassbarhet. Genom att rullbanan har flera olika vinklar kan en mer exakt utformning av vridmekanismen uppnås för ett givet än- damål. Den varierandávinkeln hos rullbanan gör att den vertikala kraft, som erfordras för att förflytta kulan nedför banan för en viss axiell förflyttning av kulan, kommer att växa med avtagande banvinkel, och dessutom ökar ventilens vinkelvridning för en given axiell förflyttning av kulan i beroende av förändringen i rullba- nans lutning.

USA-patentet 2 875 740 visar en konstruktion för justering av glapp där kulorna ej är tvângsstyrda i en bestämd bana definierad av ytorna i en ficka, i vilken kulorna är belägna, enligt föreliggan- de uppfinning.

Uppfinningen beskrives närmare med hänvisning till bifogade rit- ningar, där fig. 1 visar en längdsektion genom en vridanordning för en ventil enligt uppfinningen, T? 1146:64 - 5 fig. 2 är ett snitt längs linjen 2-2 i fig. 1 men i större skala och med vissa partier avlägsnade, fig. 3 är ett snitt längs linjen 3-3 i fig. 2, fig. 4 och S är snitt liknande fig. 3 men illustrerar olika rull- banevinklar som kan tillämpas vid utföringsformen i fig. 3, fig. 6 är ett axiellt snitt genom en modifierad vridanordning en- ligt uppfinningen, _ fig. 7 är ett snitt liknande fig. 3 men visar fickan i en konven- tionell känd vridmekanism och fig. 8 är ett diagram illustrerande funktionella karakteristika hos vridmekanismer representerande föreliggande uppfinning och ti- digare teknik. _ Såsom ovan framhâllits hänför sig föreliggande uppfinning till en vridmekanism och särskilt en vridmekanism för vridning av en ven- til i en förbränningsmotor kring ventilens längdaxel. Sådana vrid- mekanismer är kända, och föreliggande uppfinning kan tillämpas vid olika typer av vridmekanismer. Såsom representativ för uppfinningen' illustrerar fig. 1 en viss vridmekanism såsom utföringsform av upp- finningen.

Såsom visas ifig. 1 har cylinderlocket 10 i en motor ett genomgåen- de hål 12 försett med en cylindrisk styrhylsa 14 för en ventil.

Skaftet 16 på en ventil 17 för förbränningsmotorn sträcker sig ge- nom hylsan 14, så att ventilskaftet 16 kan röra sig axiellt fram och tillbaka i hylsan 14 och även vridas kring sin längdaxel 18 i hylsan. Ventilen 17 har en ventiltallrik 24, som rör sig mellan öp- pet och stängt läge relativt ett ventilsäte 26, när ventilen 17 rör sig fram och åter. Ventilen 17 förskjutes längs sin längdaxel '18 mellan det öppna och stängda läget relativt ventilsätet 26 me- delst en ventilvipparm 27, som påverkar övre änden av ventilen 28 och förflyttar ventilen längs dess längdaxel 18.

Under det att ventilen rör sig fram och åter längs sin längdaxel 18 vrides den kring sagda axel av en vridningsinitierande mekanism generellt betecknad 29. Mekanismen 29 omfattar ett första vridele- ment 30 och ett andra vridelement 32, som är anbragta så att de omger styrhylsan 14. Vridelementet 32 anligger mot en yta upptill på cylinderlocket 10. En ventilfjäder 34 i skruvform verkar mellan vridelementet 30 och ett ventilfjäderstöd 36 förbundet med övre än- 7714564-5 den av ventilskaftet 16. Fjäderstödet 36 är fixerat vid skaftet 16 och säkrat mot axiell och roterande rörelse relativt detta medelst ett lâsorgan 38. När vippan 27 rör sig nedåt, sammantrycks fjädern 34 och ventilen 24 rör sig till öppet läge. När vippan 27 rör sig uppåt enligt fig. 1, återför fjädern 34 ventilen 24 till dennas stäng- da läge i anliggning mot ventilsätet 26. Ventilfjädern 34 utövar ett varierande tryck mot ventilen som växlar mellan ett maximalt och ett minimalt tryck, när ventilen 24 rör sig mellan sitt öppna och sitt stängda läge.

I det i fig. 1 visade stängda läget är ventilfjädern 34 expanderad så långt som möjligt och utövar sitt minska möjliga tryck. När vip- pan 27 rör sig nedåt och lyfter ventilen från ventilsätet 26, växer fjäderkraften i fjädern 34 successivt tills dess maximum är nått, när ventilen 17 är helt öppen. Kraften i ventilfjädern 34 verkar också mot vridelementet 30 och trycker detta axiellt mot det andra vridelementet 32 och trycker detta till anliggning mot den yttre ytan av cylinderlocket 10, så att det andra vridelementet 32 är låst mot rotation.

De första och andra vridelementen 30 och 32 är anordnade att kunna fritt rotera och axialförskjutas inbördes kring ventilens 17 längs- gående axel 18. Delarna 30 och 32 visas i fig. 1 i sitt i axiell riktning maximalt åtskilda läge.

Det andra vridelementet 32 är försett med ett flertal åtskilda fic- kor 52, som innehåller förskjutbara vridningsinitierande organ i form av kulor 54. Fickorna 52 bildar banor längs vilka kulorna 54 rör sig. I varje ficka 52 är en kula placerad jämte en fjäder, som verkar mot kulan och pressar den mot ena änden 60 av fickan. Sagda ände 60 är grundare än fickans motsatta ände 61, och bottnen i varje ficka lutar, såsom visas tydligast i fig. 3, nedåt från den grunda änden 60 mot den djupare änden 61 i syfte att fungera som en lutan- de rullbana 62. Kulorna 54 har en diameter som är väsentligt större än djupet i fickans 60 grunda ände.

Det kan vidare noteras att fickorna 52 i utföringsformen enligt fig. 1 är fördelade i perifeririktningen runt delen 32 och att de är krök- ta. Varje ficka begränsas av en yttre axiellt orienterad yta 65 och en inre axiellt orienterad yta 66, vilka ytor är koncentriska med axeln 18. Ytorna 65 och 66 är åtskilda i radiell riktning för att 7? f146-64--5 styra kulorna 54 längs en bestämd bana, nämligen mittlinjen i fickan 52. Ytorna 65, 66 hindrar all rörelse vinkelrätt mot sagda mittlinje, därigenom att ytorna är radiellt åtskilda med ett inbördes avstånd, I som är väsentligen lika stort som diametern hos kulan 54, som lig- ger mellan ytorna.

En kupad fjäderbricka 70 av bellevilletyp är anbragt mellan vridele- menten 30 och 32 och utövar en särskiljande kraft mot dessa och strä- var att separera dem i axialriktningen. Den särskiljande kraft som utövas av fjäderbrickan 70 har en storlek som ligger mellan den minsta fjäderkraften hos fjädern 34 vid stängd ventil och den störs-_ ta fjäderkraften vid öppen ventil. I stängt läge av ventilen anlig- ' ger den inre-undre kanten 72 av fjäderbrickan 70 mot en övre yta på vridelementet 32 och den övre-yttre ytan 76 på fjäderbrickan anlig- ger mot en yta på vridelementet 30.

När vippan 27 rör sig nedåt för att lyfta ventiltallriken 24 från sätet 26, växer kraften i fjädern 34 så att det tryck som utövas av det första vridelementet 30 mot det övre-yttre partiet 76 av fjäderbrickan 70 orsakar att den inre-undre ytan 72 på fjäderbric- kan rör sig uppåt, bort från det andra vridelementet 32, därmed fri- görande det första vridelementet 30 och fjäderbrickan 70 för rota- tion relativt det andra vridelementet 32. De angivna rörelseöverfö- rande elementen, dvs kulorna 54, rullar då nedför rullbanan 62. Un- der denna rullning av kulorna 54 orsakar den fasta anliggningen mel- lan kulorna och fjäderbrickan 70 och den fasta anliggningen mellan partiet 76 av fjäderbrickan 70 och det första vridelementet 30, att det första vridelementet 30 roterar-relativt det andra vridelemen- tet 322 Genom den fasta friktionskontakten av ventilfjädern 34 med det första vridelementet 30 och fjäderstödet 36 överföres denna vridrörelse också till ventilen 17 och vrider denna runt dess längd- axel 18 under ventilens öppningsrörelse.

När vippan 27 rör sig uppåt och tillåter ventilen 24 att återgå till sitt stängda läge mot ventilsätet 26, går det inre-undre partiet 72 av fjäderbrickan 70 i anliggning mot ett ytparti på det andra vrid- elementet 32 och förhindrar âtergående inbördes rotation mellan det första och det andra vridelementet 30 resp. 32. Verkan av fjäder- brickan 70 och separeringen av elementen 30 och 32, när kraften i 'ventilfjädern 34 avtar från sitt maximum mot sitt minimum, tillåter också kulorna 54 ätt röra sig tillbaka mot den grunda änden 60 av 771046-64-5 fickan 52 under verkan av fjädern 57. Denna upprepade rörelse vri- der successivt ventilen, varigenom skadlig nötning och belastning på ventilen och ventilsätet 26 reduceras.

Enligt känd teknik lutar bottnen i fickorna 52 eller rullbanan 62 med en konstant vinkel. Detta visas i fig. 7, där rullbanan 62 vi- sas lutad med en och samma vinkel A relativt ett plan 80 vinkelrätt mot ventilens 17 längdaxel 18. Denna vinkel ges vanligen i kända konstruktioner en storlek som innebär en kompromiss. En flack vin- kel ger en större lastkapacitet och en större vridningsrörelse åt ventilen 17 för en given storlek av den vertikala förflyttningen av en kula 54. En brantare vinkel tillåter kulorna 54 att rulla lätta- re, men man får en lägre lastkapacitet och en mindre vridningsrörelse Enligt föreliggande uppfinning och så som bäst visats i fig. 3, 4 och 5 är den bottenyta eller rullbana, nedför vilken en kula 54 rör sig, så utförd att ytpartier som bildar rullbanan 62 ligger i oli- ka vinklar mot planet 80, som är orienterat vinkelrätt mot ventilens 17 axel 18. Så som visas i fig. 3 bildas rullbanan 62 av ytparti- erna 81 och 82. Ytpartiet 81 är beläget vid den grundare änden 60 av fickan 56, medan ytpartiet 82 sträcker sig från ytpartiet 81 ned- åt mot den djupare änden 61 av fickan. Ytpartiet 81 lutar vinkeln B mot normalplanet 80 till ventilaxelns 18 axel, medan ytpartiet 82 lutar vinkeln C mot planet 80.

I fig. 4 visas en utföringsform där rullbanan 62 i fickan 52 bildas av tre ytpartier betecknade 85, 86 och 87, vilka lutar vinklarna D, E resp. F mot normalplanet 80 till ventilskaftets axel 18. Fig. 5 visar en ytterligare utföringsform av en rullbana 62 med Varieran- de lutning, och i detta fall är rullbanan formad som en kurva, innebärande att den är sammansatt av ett oändligt antal ytpartier med olika lutning.

Det är tydligt att rullbanorna i fig. 3, 4 och 5 kan användas i vrid- anordningen enligt fig. 1. Det är även tydligt att i vart och ett av utförandena enligt fig. 3, 4 och 5 den brantaste eller största vinkeln ligger mot den ände 60 av vridanordningens ficka, mot vil- ken kulan 54 tryckes av fjädern 57. En följd av att den brantare vinkeln ligger vid änden 60 är att det krävs en mindre vertikal kraft mot kulan 54 för att initiera dennas rullning än vid utförandet en- ligt fig. 7, som uppvisar en flackare vinkel vid samma ände av fickan Tšï .41 #664- 5 Resultatet är en ökad rullning vid initieringen av kulans 54 rörel- se och en minskning av kulans glidrörelse, varigenom livslängden hos vridanordningen ökar jämfört med anordningen enligt fig. 7.

Dessutom erbjuder utföringsformerna enligt fig. 3, 4 och 5 väsent- liga fördelar med avseende på den konstruktiva anpassbarheten jäm- fört med tidigare teknik enligt fig. 7. Så som är känt vid anordnin- gar av den föreliggande typen ökar den vertikala kraft, som erford- ras för att förflytta kulan 54 nedför rullbanan 62, när rullbanevin- keln minskar. Vidare ökar vridningsvinkeln hos ventilskaftet 16 för ett visst mått på den vertikala rörelsen av kulan 54, när rullbane- vinkeln minskar. Dessa karakteristika hos funktionen hos vridmeka- nismer för ventiler är visade grafiskt i fig. 8, där en jämförelse gjorts mellan utföringsformerna i fig. 4 och 5 och tidigare teknik, som visas i fig. 7.

Såsom framgår av fig. 8 har den vertikala kraften och vinkelvrid- ningen avsatts längs den horisontella axeln, och kulans vertikala rörelse mätt längs ventilens längdaxel är avsatt längs den vertika- la axeln. Den med 100 betecknade kurvan är en rät linje och illust- rerar vridningen av en vridanordning med en enda rullbanevinkel, Det är tydligt att en enda rullbanevinkel ger en och samma vridning av ventilen för en viss storlek av den vertikala förskjutningen av ku- lan 54.

| Kurvan 101 i fig. 8 visar en rullbana med tre vinklar såsom visas i fig. 4. Kurvan 101 består av tre delar, 101a, 101b och 101c. Des- sa delar visar storleken av vinkelrörelsen hos ventilen i relation till kulans vertikala rörelse, när kulan rullar längs ytpartierna 85, 86 och 87 i utföringsformen enligt fig. 4. Kurvdelen 101a mot- svarar den rörelse som uppstår när kulan rör sig längs ytpartiet 85. Kurvorna 101b och 101c motsvarar kulans rörelse längs ytpartier- na 86 resp. 87.

Kurvan 102 i fig. 8 visar funktionen hos en vridanordning enligt uppfinningen, vid vilken rullbana 62 består av ett.oändligt antal ytor med olika lutning så som visas i fig, 5. Som däri visats varierar ventilskaftets vridrörelse väsentligen i relation till den vertikala förflyttningen av kulan 54 och är en icke lineär funktion., Av ovanstående framgår att vridanordningen enligt föreliggande upp- 77l4~6~64~5 funning har väsentliga fördelar och att den kan ges ett flertal olika konstruktiva utföranden. Det är självfallet möjligt att kom- binera fickor med på olika sätt varierad lutning av rullbanan i en och samma vridanordning, så att fickor med varierande lutning hos rullbanan kan användas i en vridanordning tillsammans med en ficka med konstant lutning på rullbanan i syfte att uppnå önskade funk- tionella karakteristika för ett givet ändamål.

Det är vidare tydligt att den specifika vridanordning som visas i fig. 1 bara är en av de möjliga tillämpningarna av föreliggande uppfinning. Fig. 6 visar en annan typisk ventilvridarkonstruktion, vid vilken föreliggande uppfinning kan tillämpas.

Såsom visas i fig. 6 är vridmekanismen 30 anbragt vid övre änden av ventilskaftet. Denna konstruktion är konventionell och skall inte här beskrivas. Det kan emellertid noteras, att vridmekanismen 30 omfattar vridelementen 111 och 112, och en fjäderbricka 114 ver- kar mellan elementen 111 och 112 och mot kulorna 120. Kulorna 120 i utföringsformen enligt fig. 6 är anbragta i fickor av samma ut- förande som i fig. 3, 4 eller 5.

Claims (5)

77146--64-5 10 Patentkrav

1. Vridmekanism för en ventil som är omställbar mellan ett öppet och ett stängt läge längs en längsgående axel (18) och som är vridbar kring axeln, och omfattande ett första (30) och ett andra (32) vridelement som är inbördes rör- liga i axiell riktning och inbördes vridbara längs, resp. kring sagda axel, organ (34) för att pressa ventilen mot det Sfiügda läget och trycka sagda delar mot varandra med krafter som alternerande växer och avtar, vridinitierande organ (29) för bibringande av inbördes vridrörelse mellan sagda första (30)foch andra (32) vridelement vid deras in- bördes rörelse mot varandra och för begränsande av relativ vridrörelse mellan sagda delar vid deras rörelse från var- andra, varvid de vridinitierande organen (29) omfattar ett antal förskjutbara kulor (54) mellan vridelementen, vilka kulor är rörliga under tvångsstyrning längs rullbanor (62) för att åstadkomma den inbördes vridrörelsen mellan vrid- elementen, och tvångsstyrningen sker med hjälp av fickor (52) i det ena vridelementet, varvid en kula (54) är inlagd i varje ficka, och varje ficka bildar en rullbana (62) längs vilken kulan (54) rullar vid axiell rörelse hos vridelementet, och organ (57) är anordnade att trycka kulan (54) mot rull- banans ena ände (60), medan kulan är anordnad att röra sig mot rullbanans andra ände (61) när vridelementen förskjuts mot varandra, k ä n n e t e c k n a d av, att åtminstone en av rullbanorna (62) består av ett antal ytpartier (81, 82, 85, 86, 87), med olika lutning mot ett plan (80) vinkelrätt mot ventilens längdaxel (18), varvid ytpartiet närmast den ände (60) mot vilken kulan (54) tryckes bildar största vinkel med sagda plan, och lutningen av övriga ytpartier successivt minskar mot rullbanans andra ände (61).

2. Vridmekanism enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av, att organen för bibringande resp. begränsande av inbördes vridrörelse mellan vridelementen vid dessas axielhaförskjut- ning mot resp. från varandra innefattar en kupad fjäderbricka (70) av bellevilletyp placerad mellan vridelementen (30, 32) i kontakt med kulorna (54). 7714664-5 77

3. Vridmekanism enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d av, att fickorna (52) i det ena vridelementet (32) bildas av axiellt orienterade ytor (65, 66) på ett radiellt avstånd från varandra, som är så avpassat till diametern av kuhnma (54) i fickorna (52), att kulorna tvângsstyres längs fickornas centrumlinje.

4. Vridmekanism enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e - t e c k n a d av, att rullbanan (62) består av ett oändligt antal ytparticr med successivt ändrad lutning mot ett normal- plan till ventilens längdaxel och således är kurvformad.

5. Vridmekanism enligt något av kraven 1 - 3, k ä n n e - t e c k n a d av, att rullbanan (62) uppvisar två eller flera flata ytpartier (85, 86, 87) som har olika lutning relativt ett normalplan mot ventilens längdaxel.