7. Основные кинематические и геометрические параметры кулачковых механизмов.

 

Кулачковые механизмы: Кулачковым называется трехзвенный механизм с высшей кинематической парой входное звено которого называется кулачком, а выходное - толкателем (или коромыслом). Часто для замены в высшей паре трения скольжения трением качения и уменьшения износа, как кулачка, так и толкателя, в схему механизма включают дополнительное звено - ролик и вращательную кинематическую пару. Подвижность в этой кинематической паре не изменяет передаточных функций механизма и является местной подвижностью.

Геометрические и кинематические параметры кулачковых механизмов Полный цикл работы кулачкового механизма соответствует одному обороту кулачка. У механизмов с поступательно движущимся толкателем (см. рис. 8.1а) поворот кулачка 1 на угол вызывает перемещение толкателя 3 на величину . Следовательно, является функцией угла : . Если кулачок вращается с постоянной угловой скоростью , то перемещение является и функцией времени : . Для механизмов с коромыслом, совершающим качательное (вращательное) движение, соответственно можно записать , где – угловая координата, характеризующая перемещение коромысла. Цикл движения ведомого звена (толкателя или коромысла) в общем виде состоит из 4-х периодов (фаз) движения (рис. 8.2): – подъем (или прямой ход) – удаление толкателя или коромысла от крайнего ближнего до крайнего дальнего положения относительно центра кулачка; – верхний выстой – стояние толкателя или коромысла в крайнем дальнем положении; – опускание (или обратный ход) – возвращение толкателя или коромысла в крайнее ближнее положение; – нижний выстой – стояние в крайнем нижнем положении. Рис. 8.2. Пример диаграммы перемещения толкателя кулачкового механизма Толкатель или коромысло должны перемещаться по наперед заданному закону движения. Это обеспечивается подбором или проек-тированием и изготовлением профиля кулачка соответствующей формы. Закон движения толкателя или коромысла должен выбираться таким, чтобы его ускорения, следовательно, и инерционные нагрузки (силы и моменты сил инерции) были минимальными. При проектировании кулачков очень часто вначале задаются законом изменения ускорения на фазе подъема и опускания. Диаграмму перемещения толкателя, коромысла получают двукратным интегрированием диаграммы ускорений. Наоборот, если задан закон перемещения выходного звена, то необходимо оценить его ускорение с точки зрения минимизации величин ускорений и соответственно инерционных нагрузок. Законы движения ведомого звена отличаются большим разнообразием и зависят от заданных условий его работы. При выборе закона движения следует обеспечить: – требуемые технологические условия процесса, для выполнения которого предназначен кулачковый механизм; – высокую производительность; – технологичность изготовления, надежность и долговечность. Рассмотрим наиболее характерные законы движения ведомого звена (рис. 8.3). а Рис. 8.3. Характерные законы движения толкателя кулачкового механизма: а – постоянная скорость толкателя; б – постоянное ускорение толкателя; в – синусоидальный (безударный) закон ускорения толкателя б в Рис. 8.3. Продолжение В случае, когда скорость толкателя постоянна (см. рис. 8.3а) и ускорение толкателя , то возникает так называемый «жесткий» удар кулачка о толкатель. Такой закон используется для тихоходных кулачковых механизмов. При постоянном ускорении толкателя (см. рис. 8.3б) в точках a, b и с возникает «мягкий» удар. При этом величина крутящего момента на кулачке , где Q – полезная нагрузка на толкатель; – сила инерции, испытываемая толкателем; – механический кпд кулачкового механизма. Максимальный М_кр. будет в точке b, где ускорение толкателя и его скорость максимальны. При синусоидальном законе (безударный) (см. рис. 8.3в) нет ударных нагрузок, что является преимуществом по сравнению с вышеназванными законами.