Клапанное устройство с заслонкой
Владельцы патента RU 2532079:
Открытое акционерное общество холдинговая компания "Коломенский завод" (RU)
Клапанное устройство содержит заслонку с двумя диаметрально расположенными наконечниками, имеющими гарантированный боковой зазор с корпусом и опирающимися с регламентированным натягом через шаровые элементы в гнезда упоров, по крайней мере один из которых закреплен на упругом элементе, воспринимающем нагрузки со стороны потока рабочей среды. Возможность переустановки упора на упругом элементе вдоль оси поворота заслонки обеспечивает регламентированный натяг по наконечникам заслонки. Изобретение направлено на снижение вибрации, повышение надежности и долговечности. В клапанном устройстве исключается возможность появления зазоров в опорах заслонки, обеспечивается ее самоцентровка и регламентированный натяг в гнездах упоров. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания и может быть использовано в регулируемых системах подачи воздуха в цилиндры двигателя или дросселирования выхлопных коллекторов, а также в качестве устройства для добавления отработавших газов в основное топливо.
Известен впускной дроссельный клапан JP 2003419979 17.12.2003 (Изобретения стран мира. Вып.65 №1/2011 стр.5) с редуктором для вращения оси клапанного элемента от электродвигателя. Одна из шестерен редуктора закреплена на валу электродвигателя, а другая на валу клапанного элемента. Вал клапана вращается в радиальных подшипниках. Недостатком описываемой конструкции является возможность нарушения кинематической связи зубчатой передачи и ухудшение плотности закрытия заслонки из-за перемещения вала заслонки в зазорах подшипников.
Наиболее близким к изобретению является устройство со створкой клапана DE 102009052423 10.11.2009 (Изобретения стран мира. Вып.65 №10/2012 стр.104), используемое, в том числе, в регулируемых системах выхлопных газов дизеля и включающее в свой состав корпус клапана, поворачивающуюся вокруг оси корпуса заслонку, позиционируемую относительно оси корпуса в осевом и радиальном направлении с помощью радиального подшипника и наконечника, который, с целью геометрического замыкания за счет усилия через заслонку от упругого элемента, имеет предварительный натяг с гнездом в корпусе клапана.
Недостатком указанной конструкции является возможность возникновения вибрации заслонки, обусловленной наличием радиального зазора между валом заслонки и рабочей поверхностью радиального подшипника, а также радиального зазора между радиальным подшипником и корпусом клапана.
Другим недостатком конструкции является ограничение радиальным подшипником возможности самоцентровки наконечника в гнезде корпуса клапана. Следствием этого ограничения является возможность возникновения точечного контакта между поверхностями наконечника и гнезда. Наличие точечного контакта увеличивает удельные контактные нагрузки, приводящие к прогрессирующему износу.
Недостатком указанной конструкции является также то, что предварительный натяг между наконечником и гнездом из-за отклонений характеристик упругого элемента, а также предельных отклонений геометрических размеров заслонки, наконечника и корпуса клапана может изменяться в широких пределах, что также может привести или к возникновению прогрессирующего износа или к недопустимому ослаблению натяга.
Задачей изобретения является снижение вибрации клапанного устройства путем исключения возникновения зазоров в узлах позиционирования заслонки относительно корпуса.
Другой задачей изобретения является обеспечение самоцентровки заслонки относительно оси корпуса для исключения возникновения точечного контакта в гнезде корпуса.
Задачей изобретения является также обеспечение возможности создания необходимого регламентированного предварительного натяга между наконечником и гнездом из условия требуемого позиционирования заслонки в корпусе под действием рабочей среды, вне зависимости от отклонений характеристик и предельных геометрических размеров упругого элемента, заслонки, наконечника, гнезда и корпуса.
Указанные технические задачи решаются тем, что в предлагаемом клапанном устройстве заслонка с двумя диаметрально расположенными наконечниками, имеющими гнезда с коническими рабочими поверхностями, опирается с регламентированным предварительным натягом через самоцентрирующиеся шаровые элементы в гнезда упоров, по крайней мере один из которых закреплен на упругом элементе. При этом гнезда упоров также имеют коническую поверхность, а упругий элемент выполнен в виде пластины, расположенной в плоскости, перпендикулярной, оси вращения заслонки, одним концом неподвижно закрепленной на корпусе заслонки, а другим концом через упор воспринимающей усилия со стороны заслонки от воздействия рабочей среды и приводного механизма. Упор крепится на упругой пластине с помощью резьбового соединения, позволяющего переустанавливать упор вдоль оси поворота заслонки. Для обеспечения требуемого радиального позиционирования заслонки пластина упругого элемента имеет необходимую жесткость в плоскости, перпендикулярной оси заслонки. Такое конструктивное исполнение позволяет исключить радиальный подшипник из состава клапанного устройства. Исключение радиального подшипника из состава клапанного устройства наряду с выполнением боковых зазоров между наконечниками. и корпусом обеспечивает возможность самоцентровки заслонки в опорах с шаровыми элементами. При этом исключается возникновение точечных контактов, шаровые элементы имеют гарантируемые линейные контакты с наконечниками и упорами по коническим поверхностям, оси которых расположены вдоль оси поворота заслонки.
Необходимый регламентированный предварительный натяг между упорами и заслонкой обеспечивается соответствующей жесткостью упругого элемента, а также возможностью переустановки упора относительно упругого элемента вдоль оси поворота заслонки с помощью резьбового соединения с контрящей гайкой. Возможность переустановки упора позволяет точно выставить величину предварительного натяга вне зависимости от отклонений технических характеристик деталей клапанного устройства.
В результате обеспечивается геометрическое замыкание наконечников и упоров с шаровыми элементами в обоих узлах позиционирования заслонки в клапанном устройстве.
На рис.1 приведен эскиз варианта исполнения предлагаемого клапанного устройства с заслонкой. Устройство состоит из корпуса 2, упругого элемента 3, заслонки 1 с наконечниками 7 и 8, упоров 6 и 9, шаровых элементов 5, контрящих гаек 4. Рабочие поверхности наконечников 7, 8 и упоров 6, 9, контактирующие с шаровыми элементами 5, выполнены в виде гнезд с коническими поверхностями. Между боковыми поверхностями наконечников 7, 8 и корпусом 2 выполнены зазоры «а».
Заслонка 1 через наконечники 7, 8 и через шаровые элементы 5 опирается в гнезда упоров 6 и 9 и может поворачиваться вокруг оси О-О в корпусе 2. Упор 6 с помощью резьбового соединения крепится в корпусе 2. Упругий элемент 3 выполнен в виде упругой пластины, неподвижно закрепленной одним концом на корпусе заслонки 2. На другом конце пластины закреплен с помощью резьбового соединения упор 9. Упругая пластина через упор 9 воспринимает осевые и радиальные нагрузки со стороны заслонки. При этом жесткость пластины в направлении плоскости, перпендикулярной оси О-О корпуса, обеспечивает сохранение зазоров «а». Возможность восприятия возникающих осевых нагрузок обеспечивается размером «с» пластины. С помощью переустановки упора 6 обеспечивается возможность выполнения равномерного зазора «b» между заслонкой и корпусом, а с помощью переустановки другого упора 9 обеспечивается возможность выставления точной величины регламентированного предварительного натяга по наконечникам 7 и 8 вдоль оси O-O корпуса заслонки, вне зависимости от отклонений технических характеристик деталей клапанного устройства. Для сохранения предварительного натяга и зазора между заслонкой и корпусом резьбовые соединения упоров 6 и 9 стопорятся контрящими гайками 4. Наличие радиального зазора «а» между наконечниками и корпусом обеспечивает возможность самоцентровки наконечников и упоров заслонки относительно шаровых элементов по линейным контактам, без возникновения точечных контактов.
1. Клапанное устройство с заслонкой, включающее в свой состав: корпус, поворачивающуюся вокруг оси корпуса заслонку с диаметрально расположенными двумя наконечниками, опирающимися под действием упругого элемента в гнезда упоров, отличающееся тем, что по крайней мере один из наконечников опирается своим гнездом через шаровой элемент в гнездо упора, закрепленного на подвижном конце упругого элемента, выполненного в виде упругой пластины, расположенной в плоскости, перпендикулярной оси поворота заслонки, и закрепленной другим концом на корпусе.
2. Клапанное устройство с заслонкой по п.1, отличающееся тем, что между боковой поверхностью наконечников и корпусом имеется гарантированный радиальный зазор.
3. Клапанное устройство с заслонкой по п.1 и п.2, отличающееся тем, что величина жесткости пластины в направлении плоскости, перпендикулярной оси вращения заслонки, обеспечивает сохранение гарантированного радиального зазора между боковой поверхностью наконечников и корпусом.
4. Клапанное устройство с заслонкой по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность гнезда упора и наконечника, контактирующая с шаровым элементом, выполнена в виде конуса.
5. Клапанное устройство с заслонкой по п.1, отличающееся тем, что упор имеет резьбовое соединение с упругой пластиной.
