12. Кулачковые механизмы

12.1. Кинематический анализ кулачковых механизмов

Кулачковым механизмом называют механизм, состоящий из трех звеньев: стойки и кулачка с толкателем. Кулачок с толкателем образуют высшую кинематическую пару.

Толкатель является ведомым звеном, закон движения которого определяется профилем кулачка.

Кулачки и толкатели могут совершать вращательное и поступательное движения. Поступательно движущиеся кулачки и толкатели называют ползунами. Вращающиеся кулачки выполняют в виде дисковых, цилиндрических и коноидных конструкций. Толкатели, соверщающие колебательное движение, называют коромыслами. Независимо от вида движения толкатели могут иметь острые, сферические или плоские наконечники, контактирующие с профилем кулачка. В целях уменьшения износа поверхностей часто на наконечниках толкателей устанавливают ролик, заменяя трение скольжения трением качения.

Кулачковые механизмы предназначены для получения движений звеньев практически по любому заранее заданному закону. Их широко применяют в приборах, машинах, автоматических устройствах, роботах и манипуляторах.

Кулачковые механизмы, все точки звеньев которых совершают движение в одной плоскости или в параллельных плоскостях, называют плоскими.

Если точки звеньев перемещаются по пространственным траекториям, то кулачковые механизмы являются пространственными.

Комбинируя различные типы кулачков и толкателей, можно создать схемы механизмов, преобразующих движение:

• поступательное – в поступательное (рис. 109, а, б);

• поступательное – в колебательное (рис. 109, в, г);

• вращательное – в возвратно-поступательное (рис. 109, д, е, ж, м);

• вращательное – в колебательное (рис. 109,  и, к, л, н);

• сложное движение двух независимых перменных в движение ведомого звена (поступательное или колебательное) (рис. 109, п, р).

Для прижатия толкателя к профилю кулачка используют силовое замыкание (с помощью пружин) или геометрическое замыкание (установка наконечника толкателя в пазах кулачка (рис. 109, л)).

Рис. 109. Кулачковые механизмы

Если направление перемещения толкателя-ползуна проходит через центр вращения дискового кулачка, то механизм называют центральным.

Если направление перемещения толкателя расположено на некотором расстоянии от центра вращения кулачка, механизм является смещенным (или внеосным). Расстояние между линией движения толкателя и центром вращения кулачка называют эксцентриситетом.

Достоинства кулачковых механизмов:

• возможность воспроизведения практически любого закона движения выходного звена;

• малое количество деталей (кулачок и толкатель), что обеспечивает простоту сборки и обслуживания.

Недостатки:

• сложность изготовления;

• быстрый износ профиля кулачка, вызывающий изменение закона движения ведомого звена и снижение точности механизма.

1 – кулачок, 2 – толкатель, 3 – ролик, 4 – пружина, 5 – контакты

Поверхность кулачка, с которой взаимодействует толкатель – рабочий профиль кулачка (действительный).

Поверхность, проходящая через точку В и отстоящая от действительного профиля на расстоянии радиуса ролика – теоретический профиль.