Farklı supap açık kalma süreleri ve kursları için klasik spline yöntemi ile elde edilen kam profillerinin karşılaştırılması

Otomobil motorlarında kam profilleri, supap sisteminin uzun ömürlü olması ve sessiz çalışabilmesi için özenle dizayn edilir. Uygun bir supap kursu ve açık kalma süresi sağlamanın yanı sıra, supap sisteminin sessiz ve titreşimsiz çalışması da, kamın tasarım yöntemi ile ilgilidir. Bu çalışmada, değişik kam profillerinin iticinin hız, ivme ve sıçramasına etkileri kıyaslamalı olarak araştırılmıştır. Araştırmada, 5. dereceden bir klasik spline yöntemi kullanarak 2.02 radyan (116º), 2.16 radyan (124°) ve 2.3 radyan (132º)’lik supap açık kalma süreleri için kam profilleri elde edilmiştir. Bu açık kalma sürelerinin her biri için 5, 6 ve 7 mm’lik supap kursuna sahip kam profilleri elde edilerek, kıyaslanmıştır. 5 mm’lik kurs ve 41.6 mm’lik temel daire çapı için 2.02 radyan (116°)’lik açık kalma süresi, istenen özellikleri taşıyan bir kam profilinin tasarımına imkan vermektedir. Bununla birlikte 7 mm’lik bir supap kursu ve 41.6 mm’lik temel daire çapı için, en az 2.16 radyan (124º)’lik açık kalma süresi zorunlu gözükmektedir. Aynı şartlar için supabın açık kalma süresi 2.3 radyan (132°)’ye çıkarılırsa kam profili daha da mükemmelleşmektedir.

Comparison of cam profiles obtained via classical spline method for different lifted-valve periods and lifts

In automobile engines cam profiles are designed with a particular attention to accomplish a silent operation and long term duration of the valve system. Running of the valve system without vibration as well as satisfying an appropriate lift and lifted-valve period is also related to cam design procedure. In this paper, effects of varying cam profiles on the speed, acceleration and jerk of the followers were comparatively studied. Using a 5th order classical spline method, cam profiles were obtained for 2.02 radian (116º), 2.16 radian (124°) and 2.3 radian (132º) lifted-valve periods. For each of these periods cam profiles obtained for 5, 6 and 7 mm cam strokes were compared. For a 5 mm valve stroke and 41.6 mm basic circle diameter 2.02 radian (116°) lifted-valve period provides a reasonable cam profile. However, for a 7 mm cam stroke and 41.6 mm basic circle diameter at least a 2.16 radian (124º) lifted-valve period becomes necessary. If the lifted-valve period is increased to 2.3 radian (132°),the cam profile becomes much better.

PDF

___

1. Yoon, B.O., Dynamic Analysis and Optimal Design of Over-Head Cam Systems, Ph. D. Thesis, Mechanical Engineering, The University of Michigan, Michigan, 1993.
2. Tsay, D.M. ve Huey, C.O., ‘‘Cam Motion Synthesis Using Spline Functions’’, Journal of Mechanisms Transmissions and Automation in Design, Cilt 110, 161-165, 1988.
3. Tsay, D.M. ve Huey, C.O., ‘‘Spline Functions Applied to the Synthesis and Analysis of Nonrigid Cam-Follower Systems’’, Journal of Mechanisms Transmissions and Automation in Design, Cilt 111, 561-569, 1989.
4. Qiu, H., Lin, C.J., Li, Z.Y., Ozaki, H., Wang, J., Yue, Y., ‘‘A Universal Optimal Approach to Cam Curve Design and its Applications’’,Mechanism and Machine Theory, Cilt 40, 669-692, 2005.
5. Kohaupt, L., ‘‘Cam Design by Hyperbolic Spline Functions of Fouerth Order’’, IMA Journal of Mathematics Applied in Business and Industry, Cilt 10, 245-263,1999.
6. Yoon, K. ve Rao, S.S., ‘‘Cam Motion Synthesis Using Cubic Splines’’, Journal of Mechanical Design, Cilt 115, 441-446, 1993.
7. Tsay, D.M. ve Huey, C.O., ‘‘Application of Rational B-Splines to the Synthesis of Cam- Follower Motion Programs’’, Journal of Mechanical Design, Cilt 115, 621-626, 1993.
8. MacCarthy, B.L., ‘‘Quintic Splines for Kinematic Design’’,Computer-aided Design, Cilt 20, 406- 415, 1988.
9. Neamtu, M., Pottmann, H., Schumaker, L.L., ‘‘Designing NURBS Cam Profiles Using Trigonometric Splines’’, Journal of Mechanical Design, Cilt 120, 175-179, 1998.
10. 1Norton, R.L., Cam Design and Manufacturing Handbook, 67, Industrial Press Inc., 10016-4078, United States of America, 2002.
11. Nguyen, V.T. ve Kim, D.J., ‘‘Flexible Cam Profile Synthesis Method Using Smoothing Spline Curves’’, Mechanism and Machine Theory, Article in press, 2006.
12. Mandal, M. ve Naskar, T.K., ‘‘Introduction of control points in splines for synthesis of optimized cam motion program’’, Mechanism and Machine Theory, Article in press, 2008.
13. Chen, F.Y., ‘‘Mechanics and design of cam mechanisms’’, Pergamon Pres Inc., USA, 24-185 (1982).