Бурлака, Кучеренко, Мазоренко, Тищенко, Основы теории механизмов и машин

движения будет совершать и вращательное движение вокруг своей оси.

Выполнение башмака в виде ролика 3 (рис. 7.4,а и 7.5,а) позволяет частично исключить трение скольжения, заменив его трением качения, уменьшить износ поверхностей вышей кинематической пары А и повысить надежность механизма.

При работе кулачкового механизма должно быть постоянное соприкосновение ведущего и ведомого звеньев, т.е. необходимо обеспечить замыкание высшей кинематической пары А. На практике используется

силовое или геометрическое (кинематическое) замыкание.

При силовом замыкании постоянный контакт обеспечивается, как правило, действием пружины 4 (рис. 7.1,а), иногда для этой цели используются силы тяжести звеньев, давление жидкости и т.д.

Силовое замыкание довольно просто выполнить конструктивно, но силы упругости пружины создают дополнительные нагрузки на звенья механизма.

На рис. 7.9 приведен пример механизма с геометрическим замыканием высшей кинематической

На практике чаще всего применяется силовое замыкание с помощью пружины.

В заключение необходимо отметить, что общее число возможных сочетаний кулачков, выходных звеньев, башмаков, способов замыкания высшей кинематической пары и их конструктивное оформление весьма велико. Наиболее целесообразное сочетание выбирается с учетом большого числа факторов. Удачное решение получают на основе опыта эксплуатации и данных о надежности и долговечности кулачковых механизмов разнообразных машин. Однако есть основные факторы и показатели, которые необходимо учитывать при проектировании конкретных кулачковых механизмов.

7.2. Фазовая диаграмма кулачкового механизма

Фазовой диаграммой называется зависимость между перемещением выходного звена кулачкового механизма и углом поворота кулачка.

262 Лекция 14

Фазовую диаграмму рассмотрим на примере центрального кулачкового механизма с заостренным толкателем (рис. 7.11,а).

Профиль кулачка может иметь различное очертание, но в большинстве случаев на нем можно выделить четыре характерных участка.

повороте кулачка 1 против хода часовой стрелки на этом участке выходное звено 2 будет удаляться от центра кулачка – фаза удаления. Центральный угол у , который

опирается на дугу ab, называется углом удаления.

толкатель неподвижен и находится в наиболее удаленном от центра кулачка положении – фаза удаленного выстою.

На участке сd (рис. 7.11,а) радиус профиля кулачка уменьшается от максимального rmax до начального r0.

Центральный угол п , который опирается на дугу сd , называется углом приближения. При повороте кулачка в пределах угла п (рис. 7.11,б) толкатель приближается к центру кулачка, проходя расстояние Н – фаза приб-

лижения.

Четвертый участок da профиля кулачка (рис. 7.11,а) очерчен постоянным начальным радиусом r0.

Центральный угол п.в называется углом приближенного

выстою. При повороте кулачка в пределах этого угла (рис. 7.11,б) толкатель неподвижен и находится в наиболее приближенном к центру кулачка положении – фаза приближенного выстою.

Углы поворота кулачка у , у.в , п и п.в

называют соответственно фазовыми углами удаления, удаленного выстою, приближения и приближенного выстою, а диаграмму (рис. 7.11,б) перемещения выходного звена S2 в зависимости от угла поворота кулачка –

фазовой диаграммой кулачкового механизма.

В случае одноходового кулачка, т.е. когда за один оборот кулачка выходное звено совершает один рабочий ход:

у у.в п п.в 360 .

Нужно отметить, что фаз удаленного и приближенного выстою может и не быть, но фазы удаления и приближения обязательно присутствуют во всех кулачковых механизмах.

Ход толкателя для центрального кулачкового механизма определяется разностью максимального и минимального радиусов кулачка:

Hrmax r0.

Вкулачковых механизмах со смещенным толкателем это равенство не сохраняется (H > rmax r0).

Таким образом, профиль кулачка определяется: фазовыми углами; ходом толкателя Н ; начальным радиусом r0 и законами перемещения толкателя в

зависимости от угла поворота кулачка (S2 f ( )) на фазах удаления и приближения.

7.3. Исходные данные, необходимые для синтеза кулачкового механизма

Для проектирования профиля кулачка кулачкового механизма необходимо выбрать:

кинематическую схему механизма;

фазовые углы;

максимальное перемещение выходного звена;

законы движения выходного звена на фазах удаления и приближения;

начальный радиус шайбы кулачка r0;

основные размеры некоторых звеньев (длину коромысла, диаметр ролика, размер тарелки и т.д.).

Выбор той или иной кинематической схемы

механизма определяется в первую очередь необходимостью воспроизведения требуемого по условиям технологического процесса движения выходного звена (поступательное или колебательное).

Фазовые углы ( у , у.в , п , п.в) и максимальное

перемещение выходного звена (ход толкателя Н или угол размаха коромысла max ) назначают на основе анализа рабочих циклов машины. Например, в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) интервалы тактов принимают по предельным положениям поршня: в верхней и нижней “мертвых точках” (в.м.т. и н.м.т.). Для четырехтактного двигателя такты впуска рабочей смеси, ее сжатие, расширение продуктов сгорания и выпуск отработавших газов (рис. 7.12,а) происходят за два оборота коленчатого вала ( к.в. 4 ).

Выбор наиболее рациональных законов движения выходных звеньев зависит от многих требований кинематического, динамического, конструктивного и технологического характера, на некоторых из них мы остановимся в следующем параграфе.

При выборе основных размеров звеньев кулачкового механизма нужно отметить желательность получения наименьших габаритов механизма и достаточно высокого коэффициента полезного действия. Кроме того, выбор основных конструктивных размеров звеньев кулачкового механизма связан и с расчетом на прочность этих звеньев, износом поверхностей кинематической пары кулачок - башмак, надежностью работы механизма и т.д. Ниже мы остановимся на некоторых вопросах выбора основных размеров звеньев кулачкового механизма.

7.4. Законы движения выходного звена

Выбор закона движения выходного звена является наиболее ответственным и наиболее сложным этапом проектирования кулачкового механизма, поскольку закон движения определяет динамику работы механизма и качество выполнения технологического процесса.

Теоретически кулачковые механизмы могут осуществлять самые различные законы движения выходного звена, но на практике пользуются теми, которые обеспечивают более простую технологию обработки профиля кулачка и удовлетворяют кинематическим и динамическим требованиям к кулачковому механизму.

Под законом движения выходного звена кулачкового механизма понимают зависимость между перемещением выходного звена и временем.

В дальнейшем все законы движения будем рассматривать применительно к кулачковым механизмам с

268 Лекция 14

толкателем, т.е. рассматривать перемещение толкателя в зависимости от времени S f (t). В случае кулачкового механизма с коромыслом необходимо задавать угол поворота коромысла в зависимости от времени f (t).

Поскольку при синтезе кулачкового механизма принимается, что кулачок вращается с постоянной угловой

S dSd f1( ); S d2Sd 2 f2( ).

где 1 d dt – угловая скорость кулачка.

Все законы движения выходных звеньев кулачковых механизмов можно разделить на три вида:

законы движения, вызывающие жесткие удары;

законы движения, вызывающие мягкие удары;

законы движения, не вызывающие ударов.