Кулачковый механизм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кулачковый механизм

Содержание

Введение

1. Основные типы кулачковых механизмов

1.1 Плоские кулачковые механизмы

1.2 Пространственные кулачковые механизмы

2. Прямой и обратный ход толкателя. Рабочий и холостой ход толкателя

3. Законы движения выходных звеньев

Заключение

Введение

Кулачковые механизмы - плоские или пространственные механизмы с одной высшей кинематической парой, выполняющие самые разные функции, получившие широкое распространение в механизмах перемещения рабочих органов различных машин-автоматов, в устройствах подачи станков, механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания и во многих других случаях, когда требуется получить возвратно- вращательное или возвратно-поступательное движение ведомого звена по заданному закону. Воспроизведение движения ведомого звена (толкателя) кулачковые механизмы осуществляют теоретически точно. Их ведущее звено называется кулачком.

Кулачковый механизм, в большинстве случаев, является составной частью проектируемой машины. Он может использоваться как основной, но чаще является вспомогательным механизмом для выполнения технологической операции, последовательность и продолжительность которой согласуется с движением звеньев основного механизма.

1. Основные типы кулачковых механизмов

1.1 Плоские кулачковые механизмы

Кулачковые механизмы могут быть плоские и пространственные. В плоском кулачковом механизме все подвижные звенья движутся параллельно одной неподвижной плоскости. Выбор типа кулачкового механизма зависит от конструктивных особенностей машины, где используется этот механизм.

Рисунок 1 Кулачковые механизмы с непрерывным вращением кулачка

а - поступательно движущийся толкатель;

б - качающийся толкатель (коромысло)

Простейший кулачковый механизм состоит из трех звеньев: кулачка 1, толкателя 2, на которой закреплен рабочий орган, и стойки (рис. 1). Обычно на конце толкателя устанавливают ролик 3, чтобы трение скольжения в паре толкатель -- кулачок заменить трением качения. Наличие ролика не изменяет законов движения звеньев механизма. Поэтому рассматриваемые механизмы и при наличии ролика называют трехзвенными кулачковыми механизмами.

В подавляющем большинстве случаев кулачок является ведущим звеном, а толкатель -- ведомым.

Кулачковые механизмы в основном являются преобразующими механизмами, так как изменяют характер (тип) движения. В табл. 1 и 2 приедены классификации плоских трехзвенных кулачковых механизмов по различиям в характере движения их ведущих и ведомых звеньев.

Таблица 1

Основные типы дисковых трехзвенных кулачковых механизмов

Таблица 2

Основные типы кулачковых механизмов с прямолинейно движущимся кулачком

Постоянное соприкосновение геометрических элементов звеньев, образующих кулачковую пару, осуществляется с помощью силового или геометрического замыкания.

Обычно силовое замыкание достигается посредством пружин.

Отметим некоторые виды геометрического замыкания кулачковых пар.

Рисунок 2 Примеры геометрического замыкания кулачковой пары:

а) с двумя кулачками;

б) с пазовым кулачком;

в) с рамочным толкателем;

г) с толкателем, имеющим два ролика;

д) с двумя кулачками и коромыслом, имеющим два ролика

Например, толкатель может приводиться в движение с помощью двух кулачков (рис. 2,а). В этом случае ведомое звено касается одновременно профилей обоих кулачков, и тем самым осуществляется замыкание кулачковой пары. Далее на рис. 2,б изображен механизм с пазовым кулачком, а на рис. 2, в -- кулачковый механизм с рамочным толкателем. Аналогичная конструкция изображена на рис. 2, г, но толкатель в этом механизме имеет два ролика. На рис. 2,д изображены два кулачка, закрепленные на одном и том же валу и соприкасающиеся с двойным роликовым коромыслом.

1.2 Пространственные кулачковые механизмы

Пространственные механизмы, как правило, имеют три звена, причем два подвижных звена соединены со стойкой вращательными парами, т. е. являются основными. Применение метода инверсии к такому механизму позволяет утверждать, что пространственная кулачковая пара имеет в относительном движении две степени подвижности, т. е. является парой четвертого класса. В трехзвенном механизме указанная пара накладывает, как и в плоском кулачковом механизме, три общих условия связи. Следовательно, группа Ассура состоит из одного звена одной кулачковой пары и одной пары пятого класса. Основные типы пространственных трехзвенных кулачковых механизмов изображены в таблице 3. Все они представляют собою совокупность двухзвенного простейшего механизма и группы Ассура, состоящей из одного звена, пары пятого и пары четвертого класса. Из приведенных в таблице 3 механизмов наиболее широко применяются механизмы с цилиндрическим кулачком. Замыкание кулачковой пары осуществляется геометрическое путем применения пазовых кулачков (рис. 3,а), или силовое с помощью пружин (рис. 3,б).

Таблица 3

Основные типы пространственных трехзвенных кулачковых механизмов

Рисунок 3 Примеры применения замыкания пространственных кулачковых механизмов:

а) пазовый цилиндрический кулачек;

б) роликовый толкатель с пружинным замыканием

2. Прямой и обратный ход толкателя. Рабочий и холостой ход толкателя

Условимся называть прямым ход толкателя, при котором он движется под влиянием кулачка, и обратным, который осуществляется силой пружины или веса, в то время как кулачок только удерживает толкатель от быстрого падения. В кулачках с кинематическим замыканием оба хода прямые. Как прямой, так и обратный ход может быть рабочим или холостым. Рабочий ход. Рабочим ходом называется ход толкателя, при котором требуемый закон движения его полностью определяется рабочим процессом машины. При рабочем ходе обычно требуется постоянная скорость толкателя. Например, в металлорежущих станках постоянная скорость подачи при обтачивании, растачивании, сверлении и фрезеровании обеспечивает наиболее гладкую поверхность обрабатываемой детали, постоянную нагрузку станка, а, следовательно, и наилучшее его использование. Особенно важно иметь постоянную скорость при нарезании резьбы. Постоянная скорость толкателя требуется также в текстильных и швейных машинах, где кулачки служат для направления нитки при наматывании на катушки, и во многих других случаях. Закон постоянной скорости толкателя будем считать основным законом для рабочего хода. Исключения из него встречаются чрезвычайно редко. Гораздо реже требуется выдержать заданный закон пути (перемещения толкателя). Закон изменения пути толкателя по времени или по углу поворота кулачка очень сложный. Поэтому его изображают в виде диаграммы и строят профиль кулачка графически. Если закон пути более простой и может быть выражен уравнением, то кулачок можно рассчитывать аналитически. Холостой ход. Холостым ходом называется ход толкателя, при котором требуется получить наименьшее время движения или наименьшую потерю времени. В этом случае закон движения не определяется рабочим процессом машины, а выбирается из условий наилучшей работы механизма (получения наименьших сил). Холостой ход толкателя встречается при медленном и при быстром движении кулачка. Это совершенно различные случаи, и потому мы их рассмотрим отдельно. Холостой ход при медленном движении кулачка. При медленном движении кулачка силы инерции толкателя и связанных с ним деталей настолько малы, что практически они неощутимы. Зато силы трения, особенно при кулачках с крутым профилем, которые в этом случае часто применяются, существенно влияют на величину сил, возникающих в механизме. Наиболее типичный случай холостого хода при медленном движении кулачка встречается в токарных автоматах. При медленном движении кулачка нас обычно интересует только время холостого хода, которое желательно иметь наименьшим.

Для получения наилучшей работы кулачкового механизма надо выбирать такой закон движения, при котором сила Q, действующая со стороны кулачка на толкатель, была наименьшей. Так как на прочность механизма и частично на износ влияет максимальная сила Q, а не средняя, надо стараться уменьшить максимальную силу. Наилучший результат получим в том случае, когда максимальная сила равна средней, т. е. когда сила постоянна. Этот закон и следует класть в основу профилирования кулачка при медленном движении, чтобы получить компактный, легкий и дешевый кулачковый механизм. Обычно при этом считают, что сопротивления, преодолеваемые толкателем, также постоянны. В большинстве случаев это соответствует действительности.

Холостой ход при быстром движении кулачка.

Холостой ход при быстром движении кулачка протекает иначе, чем в предыдущем случае. Трение в таких механизмах невелико благодаря хорошей смазке, а потому опасаться самоторможения в таких кулачках не приходится. Зато силы инерции достигают значительной величины из-за больших ускорений, которые приходится применять в таких кулачках. Таким образом, в быстроходных кулачках желательно получить наименьшие ускорения при наименьшем времени хода.

3. Законы движения выходных звеньев

Теоретически кулачковыми механизмами можно осуществлять самые различные законы движения, но на практике пользуются только теми, которые обеспечивают более простую технологию обработки профиля кулачка и удовлетворяют кинематическим и динамическим требованиям к кулачковому механизму.

Рассмотрение этих законов будем вести для четырех характерных фаз движения выходного звена: фазы подъема, с соответствующим фазовым углом цп - углом подъема, фазы верхнего выстоя, с соответствующим фазовым углом цвв - углом верхнего выстоя, фазы возврата, с соответствующим фазовым углом ц0 - углом возврата и фазы нижнего выстоя, с соответствующим фазовым углом цнв - углом нижнего выстоя. Сумма всех фазовых углов должна составлять 3600.

Различают три группы законов движения, характеризующиеся следующими особенностями:

ѕ движение толкателя сопровождается жесткими ударами;

ѕ движение толкателя сопровождается мягкими ударами;

ѕ движение толкателя происходит без ударов.

Рисунок 4. Закон движения выходного звена кулачкового механизма:

а) диаграмма пути; б) диаграмма аналога скорости; в) диаграмма аналога ускорения

Наиболее простым законом S2 = S2 (ц1) является линейный закон движения на фазах подъема и опускания (рис. 6). Углы 1 соответствующие фазам подъема, выстоя и опускания, обозначены через п, вв, 0 и нв.

Сумма этих углов обозначена через Ф:

Ф = п + вв + о + нв = 2р.

Рисунок 5. Закон движения выходного звена кулачкового механизма с

плавными переходами на сопряжениях линейных участков:

а) диаграмма пути;

б) диаграмма аналога скорости;

в) диаграмма аналога ускорения

Рисунок 6. Равноускоренный закон движения выходного звена кулачкового механизма:

а) диаграмма пути;

б) диаграмма аналога скорости;

в) диаграмма аналога ускорения

Рисунок 7. Синусоидальный закон изменения ускорения выходного

звена кулачкового механизма: а) диаграмма пути;

б) диаграмма аналога скорости;

в) диаграмма аналога ускорения

Рисунок 8. Косонусоидальный закон изменения ускорения ведомого звена кулачкового механизма:

а) диаграмма пути;

б) диаграмма аналога скорости;

в) диаграмма аналога ускорения

Рисунок 9. Линейно-убывающий закон изменения ускорения выходного звена кулачкового механизма:

а) диаграмма пути;

б) диаграмма аналога скорости;

в) диаграмма аналога ускорения.

Рисунок 10. Трапецеидальный закон изменения ускорения выходного

звена кулачкового механизма:

а) диаграмма пути;

б) диаграмма аналога скорости;

в) диаграмма аналога ускорения

Заключение

Выбор закона движения определяется главным образом теми требованиями, которые предъявляет технологический процесс к движению толкателя. В качестве требуемого закона движения можно принять определенный тип кривой перемещения, скорости или ускорения.

Динамика кулачковых механизмов в основном определяется законами изменения ускорений (так как с ускорениями толкателя связаны пропорциональные им и массе толкателя силы инерции, учитывать которые приходиться при расчете замыкающих пружин, при определении напряжений в деталях механизма и т.д.), поэтому обычно в качества закона движения толкателя задаются кривой (или уравнением) относительных ускорений толкателя. плоский пространственный толкатель кулачковый

Технологические соображения в большинстве случаев заставляют обращаться к сложным законам движения.

Размещено на Allbest.ru