3. Определение минимальных размеров кулачковых механизмов

Кулачковый механизм с поступательно движущимся точечным или роликовым толкателем

Строим график зависимости аналога скорости толкателя от его перемещения S''=f(S) (рис. 4.8).

Для этого на вертикальной оси отмечаем перемещение толкателя для n положений (обычно рассматривается 12 положений механизма). 

Из полученных точек вдоль горизонтальной оси в том же масштабе откладываем аналоги скоростей для соответствующих положений механизма. При этом на фазе удаления S' откладывается влево, а на фазе приближения – вправо, если угловая скорость кулачка (ω₁) направлена против часовой стрелки. 

Если угловая скорость кулачка направлена по часовой стрелке, то соответственно на фазе удаления толкателя S' откладывается вправо, а на фазе приближения влево. Через концы отрезков S' проводим плавную кривую. Проведя к этой кривой касательные под углом  γ_min (справа и слева), получаем разрешенную зону (заштрихованная область на рис. 4.8) для выбора центра вращения кулачка. 

Так как в задании требуется спроектировать механизм минимально возможных размеров, то центр вращения кулачка надо выбирать в разрешенной зоне как можно ближе к ее границам (обычно берут с небольшим запасом до 10%). 

При этом центр вращения кулачка берется на продолжении оси толкателя, если механизм центральный или на расстоянии эксцентриситета е, если механизм с внеосный.

Рис. 4.8

Кулачковый механизм с коромысловым роликовым толкателем

Построения приведены на рис. 4.9. В произвольном положении рисуем нулевое положение коромысла в выбранном масштабе K_l. Затем с учетом графика угла поворота коромысла ψ=ψ(φ) строим остальные одиннадцать положений коромысла.

Рис. 4.9

В тех положениях, в которых кулачок и коромысло вращаются в одну сторону, эти отрезки откладываются на коромысле, а где кулачок и коромысло вращаются в разные стороны – на продолжении коромысла. Через концы отложенных отрезков проводим лучи (влево и вправо) под углом γ_min к соответствующему положению коромысла.

Каждая такая пара лучей отделяет разрешенную зону для выбора центра вращения кулачка от запрещенной для соответствующего положения механизма.

Совокупность всех лучей, определяющих наиболее узкие границы для выбора центра вращения кулачка, выделяет разрешенную зону с учетом отсутствия заклинивания в любом положении механизма. Именно в этой зоне и надо выбирать центр вращения кулачка. 

С учетом необходимости обеспечения минимально возможных габаритов механизма центр вращения кулачка надо выбирать в разрешенной зоне как можно ближе к нулевому положению конца коромысла.

Кулачковый механизм с поступательно движущимся плоским толкателем

В механизме с плоским толкателем угол передачи движения γ = const.

Наличие плоского толкателя предъявляет дополнительное требование к профилю кулачка, который должен быть выпуклым на всем контуре.

Рассмотрим первый метод (рис. 4.10)

Рис. 4.10

Строим график S = φ( ).

Если γ = 90⁰ проведем под углом 45⁰ к оси S касательную к этой кривой на вчастке, где . За центр вращения кулачка О₁ можно выбрать любую точку, лежащую ниже точки пересечениякасательной с осью S (обычно на 10 мм ниже точки О).

Если γ ≠ 90⁰ , то r_min≥ОА₆·μ_s sinγ

Второй метод (рис. 4.11).

Рис. 4.11

Строим суммарный график (S+S") в одном масштабе (K_S=K_S'') и с учетом знака.

Величина r_min выбирается как максимальная отрицательная величина этого графика с некоторым запасом (10 мм) для того, чтобы избежать заострения профиля кулачка.