1. Типы плоских кулачковых механизмов

Плоские трёхзвенные кулачковые механизмы состоят из стойки и двух подвижных звеньев, которые со стойкой образуют кинематические пары 5-го класса (вращательные или поступательные), а друг с другом высшую кинематическую пару 4-го класса.

Кулачок - ведущее звено в механизме, толкатель - ведомое. Элемент высшей кинематической пары, принадлежащий кулачку, называют профилем кулачка, а элемент, принадлежащий толкателю, называют профилем толкателя. Толкатели при работе механизма могут совершать возвратно-поступательное или колебательно-вращательное движение.

а

б

в

г

д

е

ж

Рис. 1 Схемы кулачковых механизмов: а) с поступательно движущимся центральным роликовым толкателем; б) с качающимся роликовым толкателем; в) со сложно движущимся толкателем; г) с игольчатым толкателем; д) с плоским (тарельчатым) толкателем; е) с эксцентрично поставленным толкателем; ж) с поступательно движущимся кулачком.

Расстояние между крайними положениями точки толкателя называют ходом толкателя. Толкатели бывают основных 3-х типов: игольчатые, роликовые и плоские (тарельчатые). Если ось толкателя проходит через ось вращения кулачка, то механизм называется центральным. Если нет, то - смещённым, а расстояние между осями - смещением. Схемы основных типов кулачковых механизмов представлены на рис 1.

В большинстве случаев полный цикл работы толкателя в кулачковых механизмах соответствует времени одного оборота кулачка:

, (1)

где n - число оборотов кулачка в минуту.

В теории механизмов и машин приняты следующие обозначения:

Т_у - промежуток времени, соответствующий перемещению толкателя из самого близкого (по отношению к центру вращения кулачка) положения в самое дальнее. Ему соответствует угол поворота кулачка, называемый углом удаления φ₁;

Т_д - время дальнего стояния (верхняя «мертвая точка»), ему соответствует угол дальнего стояния φ₂;

Т_в - время возвращения толкателя из самого дальнего положения в самое ближнее, ему соответствует угол возвращения (приближения) φ₃;

Т_б - время ближнего стояния (нижняя «мертвая точка», ему соответствует угол ближнего стояния φ₄.

Очевидно, что:

, (2)

а сумма фазовых углов:

. (3)

Сумма фазовых углов, полученная по формуле (3), называется рабочим углом.

Угол θ, образованный направлением силы Р давления кулачка на ролик и вектором скорости толкателя, называется углом давления.

Угол передачи - это угол между векторами окружных скоростей кулачка, и толкателя обозначается буквой γ = 90° - θ.

При большом угле давления сопротивление от трения настолько велико, что работа силы Р оказывается недостаточной, чтобы привести в движение ведомое звено (толкатель). Это явление носит название заклинивания механизма и наблюдается в неправильно спроектированных механизмах. Коэффициент полезного действия (к.п.д.) при заклинивании равен нулю.

К.п.д. механизма увеличивается с уменьшением угла давления. Угол давления уменьшается с увеличением габаритов механизма.

На практике угол давления для кулачковых механизмов с поступательно движущимся толкателем принимается равным 30⁰... 40⁰, т.е. угол передачи при проектировании принимается равным γ = 50⁰ ...60⁰.