2 Синтез кулачковых механизмов

Работу по этому разделу курсового проекта выполнить в следующем объеме:

1. Рассчитать параметры для построения кинематических диаграмм движения выходного звена.

2. Построить кинематические диаграммы движения в определенном масштабе.

3. Определить основные размеры кулачка из условия ограничения угла давления или из условия выпуклости профиля кулачка механизма с плоским толкателем.

4. Построить центровой профиль кулачка механизма с роликовым выходным звеном или конструктивный механизм с плоским толкателем.

5. Определить радиус ролика и построить конструктивный профиль.

Общие сведения

Кулачковым называется механизм, в состав которого входит кулачок, т.е. звено с рабочей поверхностью переменной кривизны. Совокупность кривых, очерчивающих рабочую поверхность носит название профиля кулачка (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1

Механизмы предназначены для преобразования вращательного движения кулачка – 1 в возвратно-поступательное движение толкателя – 2 (рисунок 2.1а,б,в,е) или возвратно-вращательное движение коромысла (рисунок 2.1г,д) с выстоем последних заданной продолжительности. Кулачок может совершать и поступательное движение (рисунок 2.1е).

Угол поворота кулачка, соответствующий подъему толкателя из нижнего положения в верхнее, называется углом (фазой) подъема - . Угол поворота кулачка, соответствующий выстою толкателю в верхнем положении называется углом (фазой) верхнего выстоя - . Фаза опускания - , фаза нижнего выстоя - . Если ось толкателя проходит через ось вращения кулачка (рисунок 2.1а), то механизм называется центральным. Если нет – то со смещенным толкателем. Величина смещения е называется эксцентриситетом (рисунок 2.1б,в).

Кулачковые механизмы дают возможность легко воспроизводить почти любую необходимую функцию движения ведомого звена от угла поворота кулачка , путем соответствующего очертания профиля. Благодаря этому кулачковые механизмы получили широкое распространение в различных машинах и приборах и особенно в машинах – автоматах.

Производная от перемещения по углу поворота кулачка называется аналогом скорости

.

Аналог ускорения

.

Скорость и ускорение выходного звена через соответствующие аналоги определяются формулами

При .

Достоинства:

- возможность осуществления почти любого принципиально точного закона движения толкателя;

- наименьшее количество звеньев;

- простота конструкции и синтеза.

Недостатки:

- сложность изготовления (пространственные кулачки);

- повышенный износ элементов.

Силовой анализ кулачковых механизмов заключается в определении сил, действующих на звенья механизма и коэффициента полезного действия. Движущая сила F_дв., действующая со стороны кулачка на толкатель всегда совпадает с нормалью NN к профилю кулачка в точке их контакта (рисунок 2.2).

Вектор этой силы и вектор скорости толкателя составляют угол , который называется углом давления, а угол называется углом передачи.

Движение толкателя осуществляется вертикальной составляющей , а вторая (горизонтальная) составляющая является не только бесполезной, но и вредной, ибо вызывает перекос толкателя в направляющих, вследствие чего в них увеличиваются силы реакции и, следовательно, силы трения.

При проектировании следует стремиться к тому, чтобы угол давления был по возможности небольшим.

Угол давления может быть выражен следующим образом. Повернем кулачок на небольшой угол , тогда

,

,

где – аналог скорости; S – перемещение.

Для смещенного толкателя

.

Равенство показывает, что угол давления зависит от очертания профиля кулачка, угла поворота и величины минимального радиуса профиля кулачка r, а именно: чем больше радиус r, тем меньше угол давления, но тем больше размеры кулачка.

В разных положениях механизма угол давления имеет различные значения и изменяется от 0 до наибольшего значения .

В большинстве конструкций кулачковых механизмов с ползунным толкателем наибольший угол давления обычно не превышает 30⁰

.

В кулачково-коромысловых механизмах потери на трение обычно меньше