2.1.5. Кривошипно-кулисные механизмы

Кривошипные механизмы. Кривошипно-шатунный механизм (см. рис. 2.5, а) при равномерном вращательном движении кривошипа О₁А обеспечивает прямолинейное возвратно-поступательное движение ползуна В с переменной скоростью.

Рис. 2.5. Механизмы поступательного движения

Двойной кривошипно-реечный механизм (см. рис. 2.5, б) применяется в зубодолбежных станках для сообщения возвратно-поступательного движения штосселю с долбяком. При вращении кривошипа К_п шатун-рейка приводит в возвратно-вращательное движение реечное зубчатое колесо z₁, вал II и зубчатое колесо z₂. Колесо z₂ возвратно-качательным движением сообщает прямолинейное поступательное движение рабочему органу РО.

Кулисные механизмы (см. рис. 2.5, в, г) используются в приводах главного движения долбежных и поперечно-строгальных станков, они могут быть с качающейся или вращающейся кулисой.

Скорость ползуна кривошипно-кулисных механизмов – величина переменная, при расчетах используют среднюю скорость рабочего хода. Частота движения ползуна (дв. ход/мин) при заданной скорости рабочего хода и длине хода определяется из уравнения

, (2.19)

где L – длина хода, мм.

При вращении кривошипа О₁А кулисного механизма (см. рис. 2.5, в) кулиса К_а совершает качательное движение и через шатун ВС сообщает рабочему органу РО прямолинейное вращательно-поступательное движение.

Изменяя длину кривошипа О₁А, регулируют длину хода рабочего органа РО. В кулисном механизме с вращающейся кулисой (см. рис. 2.5, г) палец кривошипа К_п1 входит в радиальный паз, вращающейся кулисы К_в, закрепленной на валу II. Кривошип К_п2 посредством шатуна соединен с рабочим органом. При равномерном вращении вала I, вследствие смещения осей валов I и II, вал II получает неравномерное вращение, что обеспечивает более равномерную скорость движения рабочего органа РО на заданном участке пути.

2.1.6. Кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы находят применение в качестве тяговых устройств привода станков-автоматов главным образом в тех случаях, когда их одновременно используют в качестве программоносителей. Область применения кулачковых механизмов ограничивается величиной хода по допустимым габаритам кулачка. Наибольшее распространение получили плоские кулачковые механизмы, которыми легко осуществлять разнообразные функции управления при сравнительной компактности и простой конструкции.

z

Рис. 2.6. Кулачковые механизмы

В механизмах с цилиндрическими кулачками барабанного типа (рис. 2.6, а) или торцевого типа (рис. 2.6, б) ведущим звеном является кулачок 1 с пазом, по которому перемещается ролик толкателя 2. Максимальная длина хода (по кривой кулачка) для барабанных кулачков составляет до 300 мм, для дисковых плоских кулачков – 100120 мм.

В станках применяют кулачки с силовым или кинематическим замыканием. При силовом замыкании контакт между толкателем и профилем кулачка осуществляется под действием силы пружины (см. рис. 2.6, в), величину которой рассчитывают по формуле

, (2.20)

где Q – тяговая сила;

m – масса подвижного узла;

a – максимальная величина ускорения.

Коэффициент 1,5 в формуле (2.20) необходим в качестве запаса для гарантированного отсутствия отскока толкателя от профиля кулачка. Для кинематического замыкания у кулачка выполняют паз, который ведет ролик толкателя как в одном, так и в другом направлении (см. рис. 2.6, а, б).

Материал кулачков должен обеспечивать достаточно высокую контактную прочность и износостойкость. При небольших нагрузках изготовляют кулачки из высокопрочного чугуна или из стали марок 45 и 40Х с последующей закалкой рабочих поверхностей с нагревом т. в. ч. до твердости HRC 5258.

В более ответственных случаях целесообразно для изготовления кулачков применять малоуглеродистую сталь 15, 20Х, 20ХГ с последующей цементацией на глубину не менее 0,81,0 мм и закалкой до твердости HRC5662. При особо высоких требованиях к износостойкости кулачков их изготовляют из азотируемых сталей с твердостью после термической обработки HRC 6067. Ролики толкателей выполняют из стали 20Х или ШХ15 с цементацией и закалкой до твердости HRC 5662.

Расчет кулачковых механизмов предусматривает определение контактных напряжений в зоне соприкасания толкателя и кулачка. Для дисковых кулачков наибольшее контактное напряжение определяют по формуле

, МПа, (2.21)

где N – нормальная сила на поверхности кулачка, Н;

b – длина линии контакта, см;

E – модуль упругости, МПа;

r – радиус ролика или радиус закругления сухаря, см;

 – наименьшее значение радиуса выпуклого участка профиля кулачка, см.

Допустимые значения контактных напряжений зависят от поверхностной твердости материала.

Для серого чугуна эти напряжения равны (НВ) × 1,5 МПа, для высокопрочного чугуна – (НВ) × 1,8 МПа, для среднеуглеродистой стали с закалкой – (HRC) × 26 МПа.