12.            Проанализируйте кинематику червячных передач.

13.            Проанализируйте и сопоставьте между собой основные виды винтовых передач.

Лекция 10

Кулачковые механизмы: общие сведения, классификация, кинематический анализ и синтез, определение минимально-допустимых размеров кулачка. Выбор закона движения толкателя.

Кулачковые механизмы

Кулачковым называется трехзвенный механизм с высшей кинематической парой, входное звено которого называется кулачком, а выходное - толкателем (или коромыслом). Кулачок – звено, элемент высшей пары, имеющий профиль переменной кривизны. Толкатель может совершать поступательное или вращательное движение, во втором случае его называют коромысло.

Часто для замены в высшей паре трения скольжения трением качения и уменьшения износа, как кулачка, так и толкателя, в схему механизма включают пассивное дополнительное звено – ролик и вращательную кинематическую пару.

Назначение и область применения

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращательного или поступательного движения кулачка в возвратно-вращательное или возвратно-поступательное движение толкателя. При этом в механизме с двумя подвижными звеньями можно реализовать преобразование движения по сложному закону. Важным преимуществом кулачковых механизмов является возможность обеспечения точных выстоев выходного звена. Это преимущество определило их широкое применение в простейших устройствах цикловой автоматики и в механических счетно-решающих устройствах (арифмометры, календарные механизмы). Кулачковые механизмы можно разделить на две группы. Механизмы первой обеспечивают перемещение толкателя по заданному закону движения. Механизмы второй группы обеспечивают только заданное максимальное перемещение выходного звена – ход толкателя. При этом закон, по которому осуществляется это перемещение, выбирается из набора типовых законов движения в зависимости от условий эксплуатации и технологии изготовления.

Основные параметры кулачкового механизма (рис. 10.1)

Большинство кулачковых механизмов относится к цикловым механизмам с периодом цикла равным 2p . В цикле движения толкателя в общем случае можно выделить четыре фазы: удаления, верхнего стояния (или выстоя), приближения и нижнего стояния (или выстоя). В соответствии с этим, углы поворота кулачка или фазовые углы делятся на: угол удаления jу ; угол верхнего выстоя jвв ; угол приближения jп ; угол нижнего выстоя jнв .

Сумма трех углов образует угол jраб, который называется рабочим углом.

jраб = jу + jвв + jп.

Кулачок механизма характеризуется двумя профилями: центровым (или теоретическим) и конструктивным (или действительным). Под конструктивным понимается наружный рабочий профиль кулачка. Теоретическим или центровым называется профиль, который в системе координат кулачка описывает центр ролика при движении ролика по конструктивному профилю кулачка. На рис. 10.1 изображена схема плоского кулачкового механизма с двумя видами выходного звена: с толкателем 2, совершающим возвратно-поступательное движение и коромыслом 4, совершающим качающееся (возвратно-вращательное) движение. На этой схеме указаны основные параметры плоских кулачковых механизмов.

 5                                              aI      n       4

uBi

SAi                                                                                                                SBi       j4

2           0          3                                      B

   C

ai

uAi                                                                                         K2                      j40

 n                                                       n

 A   K1                                           jраб                   jу

 rр                                                              jвв                                                                  aw

SAi

jп

 01

е

r

1                                                              jнв

r0

Рис. 10.1

На рисунке 10.1:

SAi  и SВi – текущие значения перемещения центров роликов;

j40  - начальная угловая координата коромысла;

j4  - текущее угловое перемещение коромысла;

SAmax - максимальное перемещение центра ролика (ход толкателя);

r0 - радиус начальной шайбы теоретического профиля кулачка;

r  - радиус начальной шайбы конструктивного профиля кулачка;

r p - радиус ролика (скругления рабочего участка толкателя);

ai - текущее значение угла давления;

aw  - межосевое (межцентровое) расстояние;

e - эксцентриситет (смещение);

Теоретический профиль кулачка обычно представляется в полярных координатах  зависимостью:

ri = f (di),

где ri - радиус-вектор текущей точки теоретического или центрового профиля кулачка.

Классификация кулачковых механизмов.

Кулачковые механизмы классифицируются по следующим признакам:

·       по расположению звеньев в пространстве:

¨   пространственные;

¨   плоские;

·       по движению кулачка:

¨   вращательное (рис. 10.2, б, в, г, д, е);

¨   поступательное (рис. 10.2, а);

¨   сложное;

Рис. 10.2

·       по движению выходного звена:

¨   возвратно-поступательное (с толкателем рис. 10.2, а, б, в, г, ж);

¨   возвратно-вращательное (с коромыслом рис. 10.2, д, е);

·       по наличию ролика:

¨   с роликом;

¨   без ролика;

·       по виду кулачка:

¨   дисковый (плоский);

¨   цилиндрический;

¨   коноид (сложный пространственный);

·       по форме рабочей поверхности выходного звена:

¨   плоская (рис. 10.2, е);

¨   заостренная (рис. 10.2, б);

¨   цилиндрическая;

¨   сферическая;

¨   эвольвентная;

·       по способу замыкания элементов высшей пары:

¨   силовое (рис. 10.3, а);

¨   геометрическое (рис. 10.3, б).

а)                         3                     2            б)             2

А                          C                                   K2

А

1                                    K                                                     K1        3

01                                                                                        01

1

Рис. 10.3

При силовом замыкании удаление толкателя осуществляется воздействием контактной поверхности кулачка на толкатель (ведущее звено – кулачок, ведомое – толкатель). Движение толкателя при сближении осуществляется за счет силы упругости пружины или силы веса толкателя, при этом кулачок не является ведущим звеном. При геометрическом замыкании движение толкателя при удалении осуществляется воздействием наружной рабочей поверхности кулачка на толкатель, при сближении – воздействием внутренней рабочей поверхности кулачка на толкатель. На обеих фазах движения кулачок ведущее звено, толкатель – ведомое.

Структура кулачковых механизмов

Степень подвижности плоского кулачкового механизма определяется по формуле Чебышева:

W = 3×(n-1) - 2× p5 - 1× p4,

Для механизма рис. 10.4, а, имеем n = 4; p5 = 3; p4 = 1:

W = 3×(4 - 1) - 2× 3 - 1× 1 = 2,

В кулачковом механизме с роликом имеется излишняя степень подвижности, которая введена в механизм для замены в высшей паре трения скольжения трением качения, т.е. ролик является пассивным звеном.

Для механизма рис. 10.4, б, имеем n = 3; p5 = 2; p4 = 1:

W = 3×(3 - 1) - 2× 2 - 1× 1 = 1.

а)                3                    2              б)      2

  D                                           C

 А

1

01

01

0

1                                                  0

Рис. 10.4

Кинематический анализ кулачкового механизма

Кинематический анализ кулачкового механизма может быть проведен любым из описанных выше методов. При исследовании кулачковых механизмов с типовым законом движения выходного звена наиболее часто применяется метод кинематических диаграмм. Для применения этого метода необходимо определить одну из кинематических диаграмм. Так как при кинематическом анализе кулачковый механизм задан, то известна его кинематическая схема и форма конструктивного профиля кулачка. Построение диаграммы перемещений  проводится в следующей последовательности:

·       строится кинематическая схема кулачкового механизма;

·       в полученный центровой профиль вписываются окружности радиусов r0 и r0 + SАmax , определяется величина эксцентриситета е;

·       по величине участков, не совпадающих с дугами окружностей радиусов r0 и r0 + SАmax, определяются фазовые углы jраб , jу , jвв и jп ;

·       дуга окружности r, соответствующая рабочему фазовому углу, разбивается на несколько равных участков; через точки разбиения проводятся касательно к окружности радиуса эксцентриситета прямые линии, (эти линии соответствуют положениям оси толкателя в его движении относительно кулачка);

·       на этих прямых измеряются отрезки расположенные между центровым профилем и окружностью радиуса r0 ; эти отрезки соответствуют перемещениям центра ролика толкателя SАi ;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25