Привод вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания

 

Использование: приводы вспомогательных aгрегатов двигателей внутреннего сгорания, использующие гибкие элементы для передачи вращения. Сущность изобретения: привод вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания содержит ведущий и ведомый шкивы 1 и 2 с зубчатыми венцами 4 и зубчатый ремень 3. Для снижения шума в центрах впадин зубьев шкивов выполнены радиальные глухие отверстия 5. Глубина глухих отверстий равна половине ширины ремня.

Изобретение относится к области машиностроения, предназначено для передачи вращения бесконечным гибким элементом и может найти применение в двигателестроении.

Известен привод вспомогательных агрегатов по заявке Великобритании N 2116289, МКИ F 16 H 7/02; F 16 G 1/28; публ. 21.09.83, содержащий зубчатый шкив с зубчатым венцом на наружной поверхности и ремень с зубчатым венцом на внутренней поверхности. Для шумоподавления в зубчатом венце шкива и/или зубчатом венце ремня предусмотрены каналы для выпуска воздуха, захваченного между зубьями. Эти каналы связывают зазоры между зубьями с атмосферой. Такое техническое решение является эффективным с точки зрения улучшения акустических характеристик механизма.

Однако выполнение продольных канавок в шкивах ведет к неравномерной по длине зуба деформации зубьев ремня (в зазорах, не нагружаемых усилиями и моментами), в результате которой происходит неравномерный и повышенный износ зубьев ремня. Кроме того, в быстроходных зубчатоременных передачах приводов ГРМ для эффективного продавливания воздуха, выдавливаемого зубьями при работе в виде чередующихся воздушных объемов (или воздушных каналов, длина которых равна ширине зубчатого венца), необходимо иметь достаточно широкие каналы для выпуска воздуха, захваченного между зубьями, для "быстрого" выпуска его в окружающую среду. Применение "широких" каналов или большого числа "мелких канавок" дополнительно еще и ослабляет ремень как элемент передачи значительных моментов (уменьшается несущая способность ременной передачи) и усложняет технологию его изготовления, а также не позволяет полезно использовать всю ширину венца (из-за наличия канавок).

Цель изобретения улучшение акустических качеств привода вспомогательных агрегатов ДВС при повышении несущей способности ремня, его надежности, и технологии изготовления зубчатой ременной передачи.

С этой целью в предлагаемом приводе вспомогательных агрегатов ДВС, содержащем ведущий и ведомый зубчатые шкивы, сплошной зубчатый ремень, охватывающий зубчатые шкивы, элементы шумоглушения, выполненные в виде расположенных во впадинах зубьев шкивов отверстий, последние выполнены глухими, причем их глубина равна половине ширины ремня, а оси отверстий расположены в центрах впадин зубьев радиально к оси шкива.

Таким образом, получаем устройство шумоглушения в виде четвертьволновых резонаторов, число которых соответствует числу впадин зубьев и, следовательно, глухих отверстий в зубчатом колесе. Повышается несущая способность и надежность зубчатого ремня, также улучшается технология изготовления зубчатой ременной передачи.

Сущность изобретения поясняется на чертежах, где на фиг. 1 показан общий вид привода вспомогательных агрегатов ДВС; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 вид Б, где изображен зубчатый шкив с элементами шумоглушения; на фиг. 4 приведена эпюра распределения давления звука на первой собственной резонансной форме воздушного объема канала, открытого с обеих сторон; на фиг. 5 показаны: а) сочленение четвертьволнового резонатора с воздушным каналом, который образован впадиной зуба шкива и вершиной набегающего зуба ремня; здесь же изображена эпюра распределения давления Р звука на первой собственной резонансной форме воздушного объема канала, открытого с обеих сторон; б) эпюра распределения звукового давления Р объема воздуха, заключенного в объеме канала и четвертьволнового резонатора; в) фрагмент шкива и ремня, находящихся в зацеплении, зубья которых образуют канал с четвертьволновым резонатором.

Привод вспомогательных агрегатов (фиг. 1) содержит, в частности, ведущий шкив 1, ведомый шкив 2, зубчатый ремень 3. Шкивы 1 и 2 имеют зубчатые венцы 4, с выполненными во впадинах зубьев глухими отверстиями 5. В моменты пересопряжения зубья шкивов 1 и 2 образуют в зацеплении с зубьями ремня 3 межзубные каналы 6.

При осуществлении рабочих процессов в ДВС вращается коленчатый вал двигателя, и жестко посаженный на нем ведущий зубчатый шкив 1 передает крутящий момент на ведомый шкив 2 и вспомогательные агрегаты посредством ремня 3.

Воздух, сжимаемый в межзубных каналах 6, вытесняется с высокими скоростями через свободные срезы каналов 6, образуемые зоной венца 4 шкива 2 и ремня 3, входящих или выходящих из зацепления. По обеим сторонам этой зоны (ширины зуба длины канала 6, открытого с обеих сторон) образуются вихри. Они возникают потому, что по обе стороны от быстро движущегося потока воздуха давление Р быстро падает. Падение давления Р вызывает отсасывание струи с боков, поэтому большая скорость воздуха, выходящего из канала 6, и турбулентность струи приводят к образованию вихрей. Образование вихрей, их взаимодействие со свободными кромками каналов 6 и прохождение то по одну, то по другую сторону кромки вызывает колебание давления Р в ближайших слоях воздуха. Длина канала 6 (ширина зуба) при этом формирует только окраску тембра этого звука (не участвуя в процессе генерирования звука). Волны сжатия - разряжения, образуемые раскачкой столба воздуха в канале 6 вихревыми явлениями на свободных кромках и бегущие вдоль канала 6, достигая открытого конца канала 6, встречают бесконечно малый объем воздуха в неограниченном наружном пространстве. Малый объем воздуха, который волна переместит из узкого канала 6 в наружное пространство, не в состоянии повысить давление Р снаружи и поэтому волна не сможет выйти наружу, а, отразившись от открытого конца канала 6 (с очень малыми потерями энергии), побежит в другую сторону и претерпит те же преобразования. Этот процесс последовательных отражений продолжается (со скоростью распространения звуковых волн, равной 340 м/сек при 20^oС). В результате наложения (суперпозиции) бегущих волн в таком канале 6 образуется стоячая волна с эпюрой распределения давлений Р, показанных на фиг. 3. Эпюра указывает на то, что вдоль канала 6 укладывается целое число полуволн с минимальными (нулевыми) значениями на концах. После первого отражения наступает второе и т. д. и волна, распространяясь вперед-назад, складываясь, увеличивает амплитуду стоячей волны. В результате последовательных отражений амплитуда стоячей волны достигает значительной величины: происходит резонанс. При резонансе отраженные волны комбинируются так, что усиливают друг друга - это так называемая конструктивная с точки зрения усиления излучения (а не деструктивная) интерференция волн. Резонанс в канале 6 обеспечивает обратную связь и вызывает образование и усиление вихрей точно в такт с резонансной частотой (жестко связанной с длиной канала 6). В этом случае возникают условия, достаточные для возбуждения упругих (звуковых) волн в неограниченном окружающем пространстве.

Кроме подробно рассмотренного процесса генерирования звука механизмом привода плоскозубчатым ремнем 3 существуют одновременно также и другие процессы (механизмы) генерирования: как, например, вследствие быстрого изменения воздушного объема каналов 6 и импульсного (прерывистого) возбуждения воздушного столба (канала 6) на частоте пересопряжения зубьев, в результате чего эти сравнительно низкочастотные возбуждающие импульсы выводят из состояния равновесия воздушные столбы каналов 6, колеблющихся в затухающем режиме на своих собственных частотных колебаниях, образуя соответствующий высокочастотный свист (писк).

Таким образом, многообразие механизмов возбуждения и формирует высокий уровень акустического излучения привода, являющийся существенным техническим недостатком (акустическим дефектом) привода механизма ГРМ, использующего в качестве приводных элементов зубчатые шкивы и зубчатый ремень.

Для ослабления этого недостатка без ухудшения других эксплуатационных и технологических характеристик привода предлагается в конструкциях приводных шкивов 1 и 2 использовать соответствующие "глухие" отверстия 5, глубина которых по отношению к ширине зуба ремня 3 выбирается равной как 0,5:1. В этом случае "глухие" отверстия 5 будут выполнять функции классических четвертьволновых резонаторов для подавления излучения звука основной низшей (первой) собственной моды колебаний воздушных каналов 6, образующихся в зонах входа и выхода да зубьев шкивов 1 и 2 и ремня 3 из зацепления. Механизм подавления излучения основан на использовании резонатора как сумматора волн противофазных амплитуд вследствие пробега волны по резонатору от зоны соединения с каналом 6 до его донышка и обратно на расстояние, равное половине длины волны. Таким образом, резонансная звуковая волна, представленная на фиг. 4 б как эпюра звукового давления Р в виде косинусоиды с нулевыми значениями давлений Р на срезах канала 6 и максимумом посредине в зоне максимума (например, с положительным значением амплитуды, точка В) будет суммироваться с соответствующим отрицательным значением звуковой волны, возвращаемой четвертьволновым резонатором в зону их соединения (точка В' на фиг. 4 б).

На этом и основывается механизм подавления излучения свистящего звука вытесняемого воздуха из зон входа и выхода зубьев из зацепления.

Формула изобретения

Привод вспомогательных агрегатов двигателя внутреннего сгорания, содержащий ведущий и по крайней мере один ведомый зубчатые шкивы, сплошной зубчатый ремень, охватывающий зубчатые венцы, элементы шумоглушения, выполненные в виде отверстий, расположенных во впадинах зубьев шкивов, отличающийся тем, что отверстия выполнены глухими, глубина последних равна половине ширины ремня, а оси отверстий расположены в центрах впадин зубьев радиально к оси шкива.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5