Tehnik-ast.ru

Электро Техник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Кулачковые механизмы назначение, устройство, классификация кулачковых механизмов

Кулачковые механизмы назначение, устройство, классификация кулачковых механизмов

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращательного движения кулачка 1 (рис. 8.1) в поступательное движение толкателя 3 (рис. 8.1а) или качательное движение коромысла 3 (рис. 8.1б) по определенному закону. Эти механизмы получили широкое применение в машинах: автоматах, двигателях внутреннего сгорания, и других устройствах.

Рис. 8.1. Кинематические схемы кулачкового механизма:

а – с поступательным движением толкателя;

б – с качающимся движением толкателя

Кулачок и толкатель (или коромысло) образуют высшую кинематическую пару (т.е. касание их происходит не поверхностями, а по линии или в точке). Концы толкателя или коромысла, которым они касаются кулачка, могут иметь грибовидную (тарельчатую или плоскую) форму, форму острия и т.д. Для увеличения механического кпд в ряде конструкций кулачковых механизмов трение скольжения между кулачком и толкателем (коромыслом) заменяют трением качения путем установки ролика 2 (см. рис. 8.1).

8.2. Геометрические и кинематические параметры кулачковых механизмов

Полный цикл работы кулачкового механизма соответствует одному обороту кулачка. У механизмов с поступательно движущимся толкателем (см. рис. 8.1а) поворот кулачка 1 на угол вызывает перемещение толкателя 3 на величину . Следовательно, является функцией угла : . Если кулачок вращается с постоянной угловой скоростью , то перемещение является и функцией времени : . Для механизмов с коромыслом, совершающим качательное (вращательное) движение, соответственно можно записать , где – угловая координата, характеризующая перемещение коромысла.

Цикл движения ведомого звена (толкателя или коромысла) в общем виде состоит из 4-х периодов (фаз) движения (рис. 8.2):

подъем (или прямой ход) – удаление толкателя или коромысла от крайнего ближнего до крайнего дальнего положения относительно центра кулачка;

верхний выстой – стояние толкателя или коромысла в крайнем дальнем положении;

опускание (или обратный ход) – возвращение толкателя или коромысла в крайнее ближнее положение;

нижний выстой – стояние в крайнем нижнем положении.

Рис. 8.2. Пример диаграммы перемещения толкателя кулачкового механизма

Толкатель или коромысло должны перемещаться по наперед заданному закону движения. Это обеспечивается подбором или проек-тированием и изготовлением профиля кулачка соответствующей формы.

Закон движения толкателя или коромысла должен выбираться таким, чтобы его ускорения, следовательно, и инерционные нагрузки (силы и моменты сил инерции) были минимальными. При проектировании кулачков очень часто вначале задаются законом изменения ускорения на фазе подъема и опускания. Диаграмму перемещения толкателя, коромысла получают двукратным интегрированием диаграммы ускорений.

Наоборот, если задан закон перемещения выходного звена, то необходимо оценить его ускорение с точки зрения минимизации величин ускорений и соответственно инерционных нагрузок.

^ Законы движения ведомого звена отличаются большим разнообразием и зависят от заданных условий его работы. При выборе закона движения следует обеспечить:

– требуемые технологические условия процесса, для выполнения которого предназначен кулачковый механизм;

– технологичность изготовления, надежность и долговечность.

Рассмотрим наиболее характерные законы движения ведомого звена (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Характерные законы движения толкателя кулачкового механизма: а – постоянная скорость толкателя; б – постоянное ускорение толкателя;

в – синусоидальный (безударный) закон ускорения толкателя

Рис. 8.3. Продолжение

В случае, когда скорость толкателя постоянна (см. рис. 8.3а) и ускорение толкателя , то возникает так называемый «жесткий» удар кулачка о толкатель. Такой закон используется для тихоходных кулачковых механизмов.

При постоянном ускорении толкателя (см. рис. 8.3б) в точках a, b и с возникает «мягкий» удар. При этом величина крутящего момента на кулачке

Читайте так же:
Виды бит для саморезов

где Q – полезная нагрузка на толкатель; – сила инерции, испытываемая толкателем; – механический кпд кулачкового механизма.

Максимальный Мкр. будет в точке b, где ускорение толкателя и его скорость максимальны.

При синусоидальном законе (безударный) (см. рис. 8.3в) нет ударных нагрузок, что является преимуществом по сравнению с вышеназванными законами.

8.3. Синтез кулачковых механизмов.

Аналитический расчет профиля кулачка

Пусть для кулачкового механизма с поступательно движущимся толкателем надо обеспечить закон движения , который может быть задан в виде формулы или таблицы. Каков должен быть профиль кулачка? Для этого найдем зависимость величины текущего радиуса – вектора, описывающего профиль кулачка, от угла: .

Считается, что угловая скорость кулачка постоянна: , тогда .

Введем обозначения параметров кулачка (рис. 8.4): – текущий радиус – вектор; – полярный (профильный) угол кулачка; – угол поворота кулачка; – угловая поправка; – эксцентриситет; – ход толкателя.

Рассмотрим треугольники и , из которых составим уравнения

Рис. 8.4. Геометрические параметры кулачкового механизма с толкателем

Из (8.1) получим , откуда

Аналогичным способом можно получить зависимости, описывающие профиль кулачка в КМ с коромыслом.

8.4. Определение основных размеров кулачкового механизма

из условия ограничения угла давления

8.4.1. Влияние угла давления на работу кулачкового механизма

Влияние угла давления на работу кулачкового механизма рассмотрим на примере кулачкового механизма с поступательно движущимся толкателем.

Угол давления – это острый угол между вектором силы Р со стороны кулачка на толкатель и вектором скорости толкателя . Вектор силы направлен по нормали n — n к профилю кулачка.

Физически угол давления характеризует условие передачи крутящего момента со стороны кулачка на толкатель: чем он меньше, тем качественнее кулачковый механизм.

Для оценки влияния угла давления рассмотрим равновесие толкателя (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Силы, действующие на толкатель

На толкатель действуют силы:

Q – сила технологического сопротивления;

N1 и N2 – силы реакций в верхней и нижней опорах толкателя;

– силы трения в верхней и нижней опорах толкателя.

Спроектируем эти силы на координатные оси X и Y:

Если знаменатель уравнения (8.2) равен нулю, то . Произойдет заклинивание механизма. Угол , при котором это случится, называется критическим. Если

Для исключения заклинивания величину ограничивают неко-торым допустимым значением: , причем для кулачковых меха-низмов с поступательным толкателем , для кулачковых механизмов с коромысловым толкателем .

В общем случае величина угла давления изменяется за один оборот кулачка от минимального до максимального значения.

8.4.2. Зависимость угла давления

от основных параметров кулачкового механизма

Рассмотрим подобие треугольников () на схеме кулачкового механизма (рис. 8.5).

Исходя из свойств их сторон составим уравнение пропорции

Так как , , где ; , то

Формула (8.3) устанавливает зависимость величины угла давления α от основных параметров кулачкового механизма.

Если задаться величиной из условия ограничения угла давления, то можно, используя эту зависимость, спроектировать кулачковый меха-низм минимальных габаритов (т.е. выбрать минимальное значение R).

Геометрия кулачкового механизма с поступательным роликовым толкателем

ЛЕКЦИЯ 17

Аналитическое определœение передаточного отношения.

Двухрядный механизм с двумя внутренними зацеплениями.

Аналитическое определœение передаточного отношения.

Двухрядный механизм с двумя внешними зацеплениями.

Аналитическое определœение передаточного отношения.

Однорядный механизм с одним внутренним и одним внешним зацеплением.

Дано: Кинœематическая схема механизма числа зубьев колес ;

Определить: Передаточное отношение механизма.

Читайте так же:
Как работает фрезерный станок по дереву видео

Заданный планетарный механизм с одним внешним и одним внутренним зацеплениями зубчатых колес. Используя основную теорему Виллиса, для обращенного механизма заданного редуктора получим:

По формуле Виллиса

Графическое определœение передаточного отношения.

Дано: Кинœематическая схема механизма числа зубьев колес ;

Определить: Передаточное отношение механизма.

Заданный планетарный механизм с двумя внешними зацеплениями зубчатых колес. Аналитическое определœение передаточного отношения основывается на формуле:

так как колеса 2-3 находятся на одном валу, соответственно вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Используя основную теорему Виллиса, для заданного обращенного механизма получим:

По формуле Виллиса

Графическое определœение передаточного отношения.

Дано: Кинœематическая схема механизма числа зубьев колес ;

Определить: Передаточное отношение механизма

Заданный планетарный механизм с двумя внешними зацеплениями зубчатых колес. Аналитическое определœение передаточного отношения основывается на формуле:

так как колеса 2-3 находятся на одном валу, соответственно вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Используя основную теорему Виллиса, для заданного обращенного механизма получим:

По формуле Виллиса

Графическое определœение передаточного отношения.

Краткое содержание: Кулачковые механизмы. Назначение и область применения. Выбор закона движения толкателя кулачкового механизма. Классификация кулачковых механизмов. Основные параметры. Геометрическая интерпретация аналога скорости. Влияние угла давления на работу кулачкового механизма. Синтез кулачкового механизма. Этапы синтеза. Выбор радиуса ролика (скругления рабочего участка толкателя).

Кулачковые механизмы

Рабочий процесс многих машин вызывает крайне важно сть иметь в их составе механизмы, движение выходных звеньев которых должно быть выполнено строго по заданному закону и согласовано с движением других механизмов. Наиболее простыми, надежными и компактными для выполнения такой задачи являются кулачковые механизмы.

Кулачковым принято называть трехзвенный механизм с высшей кинœематической парой входное звено которого принято называть кулачком, а выходное — толкателœем (или коромыслом).

Кулачком принято называть звено, которому принадлежит элемент высшей кинœематической пары, выполненный в виде поверхности переменной кривизны.

Прямолинœейно движущееся выходное звено называют толкателœем, а вращающееся (качающееся) – коромыслом.

Часто для замены в высшей паре трения скольжения трением качения и уменьшения износа, как кулачка, так и толкателя, в схему механизма включают дополнительное звено — ролик и вращательную кинœематическую пару. Подвижность в этой кинœематической паре не изменяет передаточных функций механизма и является местной подвижностью.

Воспроизведение движения выходного звена — толкателя они осуществляют теоретически точно. Закон движения толкателя, задаваемый передаточной функцией, определяется профилем кулачка и является основной характеристикой кулачкового механизма, от которой зависят его функциональные свойства, а также динамические и вибрационные качества. Проектирование кулачкового механизма разделяется на ряд этапов: назначение закона движения толкателя, выбор структурной схемы, определœение базовых и габаритных размеров, расчет координат профиля кулачка.

Назначение и область применения

Кулачковые механизмы предназначены для преобразования вращательного или поступательного движения кулачка в возвратно-вращательное или возвратно-поступательное движение толкателя. 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 исходя из условий эксплуатации и технологии изготовления.

Выбор закона движения толкателя кулачкового механизма

Читайте так же:
Видео урок сварки электродом

Законом движения толкателя принято называть функция перемещения (линœейного или углового) толкателя, а также одна из ее производных, взятых по времени или обобщенной координате — перемещению ведущего звена — кулачка. При проектировании кулачкового механизма с динамической точки зрения целœесообразно исходить из закона изменения ускорения толкателя, так как именно ускорения определяют силы инœерции, возникающие при работе механизма.

Различают три группы законов движения, характеризующиеся следующими особенностями:

1. движение толкателя сопровождается жёсткими ударами,

2. движение толкателя сопровождается мягкими ударами,

3. движение толкателя происходит без ударов.

Очень часто по условиям производства крайне важно движение толкателя с постоянной скоростью. При применении такого закона движения толкателя в месте скачкообразного изменения скорости ускорение теоретически достигает бесконечности, бесконечно большими должны быть и динамические нагрузки. Практически вследствие упругости звеньев бесконечно большой динамической нагрузки не получается, но величина ее оказывается всё-таки очень большой. Такие удары называются "жесткими" и допустимы только в тихоходных механизмах и при малых весах толкателя.

Мягкими ударами сопровождается работа кулачкового механизма, в случае если функция скорости не имеет разрыва, но разрыв непрерывности претерпевает функция ускорения (или аналога ускорения) толкателя. Мгновенное изменение ускорения на конечную величину вызывает резкое изменение динамических усилий, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ также проявляется в виде удара. При этом эти удары менее опасны.

Кулачковый механизм работает плавно, без ударов, в случае если функции скорости и ускорения толкателя не претерпевают разрыва, изменяются плавно и при условии, что скорости и ускорения в начале и в конце движения равны нулю.

Закон движения толкателя должна быть задан как в аналитической форме — в виде уравнения, так и в графической — в виде диаграммы. В заданиях на курсовой проект встречаются следующие законы изменения аналогов ускорений центра ролика толкателя, заданные в виде диаграмм:

1. Равноускоренный закон изменения аналога ускорения толкателя, при равноускоренном законе движения толкателя проектируемый кулачковый механизм будет испытывать мягкие удары в начале и в конце каждого из интервалов.

2. Треугольный закон изменения аналога ускорения, обеспечивает безударную работу кулачкового механизма.

3. Трапецеидальный закон изменения аналога ускорения обеспечивает также безударную работу механизма.

4. Синусоидальный закон изменения аналога ускорения. Обеспечивает наибольшую плавность движения (характерным является то, что не только скорость и ускорение, но и производные более высокого порядка меняются плавно). При этом для этого закона движения максимальное ускорение при одинаковых фазовых углах и ходе толкателя оказывается больше, чем в случае равноускоренного и трапецеидального законов изменения аналогов ускорений. Недостатком этого закона движения является и то, что нарастание скорости в начале подъема, а, следовательно, и сам подъем происходит медленно.

5. Косинусоидальний закон изменения аналога ускорения, вызывает мягкие удары в начале и в конце хода толкателя. При этом при косинусоидальном законе происходит быстрое нарастание скорости в начале хода и быстрое ее убывание в конце, что желательно при работе многих кулачковых механизмов.

С точки зрения динамических нагрузок, желательны безударные законы. При этом кулачки с такими законами движения технологически более сложны, так как требуют более точного и сложного оборудования, в связи с этим их изготовление существенно дороже. Законы с жесткими ударами имеют весьма ограниченное применение и используются в неответственных механизмах при низких скоростях движения и невысокой долговечности. Кулачки с безударными законами целœесообразно применять в механизмах высокими скоростями движения при жестких требованиях к точности и долговечности. Наибольшее распространение получили законы движения с мягкими ударами, с помощью которых можно обеспечить рациональное сочетание стоимости изготовления и эксплуатационных характеристик механизма.

Читайте так же:
Круг для полировки автомобиля на болгарку

Черчение

Home Машиностроение Механизмы и машины Кулачковый механизм

Кулачковый механизм

Кулачок — деталь кулачкового меха­низма с профилированной поверхностью скольжения, чтобы при своем вра­щательном движении передавать сопряженной детали (толкателю или штанге) движение с заданным законом изменения скорости. Геометричес­кая форма кулачков может быть различной: плоской, цилиндрической, ко­нической, сферической и более сложной.

Кулачковые механизмы — преобразующие механизмы, изменяющие ха­рактер движения. В машиностроении широко распространены кулачковые ме­ханизмы, преобразующие вращательное движение в возвратно-поступательное и возвратно-качательное. Кулачковые механизмы (рис. 39 и 40), как и дру­гие виды механизмов, подразделяют на плоские и пространственные.

Кулачковые механизмы применяют для выполнения различных опера­ций в системах управления рабочим циклом технологических машин, стан­ков, двигателей и т. д. Основным элементом системы газораспределения двигателя внутреннего сгорания является простейший кулачковый меха­низм, изображенный на рис. 39, I. Механизм состоит из кулачка 1, штанги 2, связанной с рабочим органом, и стойки, поддерживающей в пространстве звенья механизма и обеспечивающей каждому звену соответствующие сте­пени свободы. Ролик 3, устанавливаемый в некоторых случаях на конце штанги, не влияет на закон движения звеньев механизма. Штанга, соверша­ющая поступательное движение, называется толкателем 2, а враща­тельное — коромыслом 4 (рис. 39, II). При непрерывном движении ку­лачка толкатель совершает прерывное поступательное, а коромысло — пре­рывное вращательное движения.

Обязательным условием нормальной работы кулачкового механизма яв­ляется постоянное касание штанги и кулачка (замыкание механизма). За­мыкание механизма может быть си­ловым и геометрическим. В первом случае замыкание обычно обеспечи­вается пружиной 5 (рис. 39, III), при­жимающей штангу к кулачку, во вто­ром — конструктивным оформлени­ем толкателя, особенно, его рабочей поверхности. К примеру, толкатель с плоской поверхностью (рис. 39, III) касается кулачка разными точками, потому его применяют только в слу­чае передачи малых усилий.

В машинах легкой промышленнос­ти для обеспечения весьма сложного взаимосвязанного движения деталей,
наряду с простейшими плоскими, применяют пространственные кулачковые механизмы. В пространственном кулачковом механизме можно увидеть ти­пичный пример геометрического замыкания — цилиндрический кулачок с профилем в виде паза, в который входит ролик толкателя (рис. 40,I).

При выборе типа кулачкового механизма стараются остановиться на при­менении плоских механизмов, имеющих значительно меньшую стоимость по сравнению с пространственными, и во всех случаях, когда это возможно, используют штангу качающейся конструкции, так как штангу (коромысло) удобно устанавливать на опоре с применением подшипников качения. Кроме того, в этом случае габаритные размеры кулачка и всего механизма в целом могут быть меньше.

Изготовление кулачковых механизмов с коническими и сферическими кулачками (рис. 40, II и III) является сложным техническим и технологи­ческим процессом, а потому и дорогим. Поэтому такие кулачки применяют в сложных и точных приборах.

Что такое кулачок?

Существительное, неодушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 3b по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -кулач-; суффикс: -ок .

Произношение

Семантические свойства

Значение
Синонимы
Антонимы
Гиперонимы
Гипонимы

Родственные слова

Ближайшее родство

Этимология

Фразеологизмы и устойчивые сочетания

Перевод

небольшой кулак
звено кулачкового механизма

Библиография

Для улучшения этой статьи желательно:
Читайте так же:
Какие болты считаются высокопрочными

Значения слова кулачок. Что такое кулачок?

КУЛАЧОК, механическое устройство, состоящее из эксцентрической насадки на вращающийся вал, форма которой рассчитана так, чтобы обеспечивать необходимое возвратно-поступательное линейное движение другой детали.

Научно-технический энциклопедический словарь

Валуй, бычок, сопливик, кулачок, кульбик

Валуй, бычок, сопливик, кулачок, кульбик. (см. табл. XIV). Растет с июля по сентябрь во всех лесах, предпочитая березовые. Собирают только молодые грибы с нераскрывшейся шляпкой. Шляпка шаровидная в молодом возрасте, затем плоскораспростертая…

Энциклопедия грибника. — 2004

Кулачковая муфта, устройство, состоящее из двух частей (полумуфт), на торцовых поверхностях которых имеются выступы (кулачки) и впадины, входящие в зацепление.

БСЭ. — 1969—1978

Кулачок, звено кулачкового механизма, имеющее криволинейный профиль, переменная кривизна которого определяется кинематикой механизма. К. соприкасается с толкателем, образуя двухподвижную кинематическую пару.

БСЭ. — 1969—1978

КУЛАЧКОВЫЙ МЕХАНИЗМ кинематическая пара, применяемая для преобразования вращения в заданный вид движения или изменение положения перемещаемых деталей.Типичный кулачок — некруглый диск, например яйцевидной формы. При вращении кулачка толкатель движется вперед-назад (или вверх-вниз, в зависимости от плоскости, в которой осуществляются…

Энциклопедия Кольера

Кулачковый механизм, механизм, в состав которого обычно входят два подвижных звена — кулачок и толкатель и неподвижное звено — стойка; К. м. осуществляют почти любой практически требуемый закон движения ведомого звена — толкателя при непрерывном…

БСЭ. — 1969—1978

Кулач/о́к/¹ (от кула́к/¹).

Морфемно-орфографический словарь. — 2002

кулачок II

В Викиданных есть лексема кулачок (L144967).

Морфологические и синтаксические свойства

падежед. ч.мн. ч.
Им.кулачо́ккулачки́
Р.кулачка́кулачко́в
Д.кулачку́кулачка́м
В.кулачка́кулачко́в
Тв.кулачко́мкулачка́ми
Пр.кулачке́кулачка́х

Существительное, одушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 3b по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -кулач-; суффикс: -ок .

Произношение

Семантические свойства

Значение
  1. истор. разг. уничиж. к кулак (крестьянин) ◆ Отсутствует пример употребления (см. рекомендации).
Синонимы
Антонимы
Гиперонимы
Гипонимы

Родственные слова

Ближайшее родство

Этимология

Фразеологизмы и устойчивые сочетания

Перевод

Список переводов

Библиография

Для улучшения этой статьи желательно:

Особенности

Основные характеристики кулачкового механизма — это максимальное перемещение толкателя (угол качания коромысла), максимальная скорость или ускорение исполнительного механизма и закон движения исполнительного механизма.

Закон движения разных типов и размеров толкателя на одном и том же кулачке отличается, поэтому расчёт профиля кулачка ведётся под конкретный толкатель.

Кулачковый механизм имеет сходные черты с механизмом планшайба-стержни

Главным достоинством и исключительным свойством кулачкового механизма является возможность реализации произвольного (в очень широких пределах) закона движения исполнительного механизма.

Вторым достоинством является простота конструкции, благодаря чему кулачковый механизм иногда используют как простейший преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное, например, в приводе бензонасоса карбюраторных ДВС.

Главным недостатком является дороговизна изготовления профилей. Эта задача решается применением литья, либо перемещением обрабатывающего органа по шаблону, то есть, по сути, также использованием кулачкового механизма (в станке).

Вторым недостатком является относительно малая нагрузочная способность, вследствие трения скольжения кулачка и толкателя по линии, а также из-за значительных боковых усилий на толкатель при резких перемещениях. Для повышения ресурса применяют роликовый толкатель (как правило, на игольчатом подшипнике) и замену поступательного толкателя коромыслом, например, в газораспределительном механизме тракторных дизелей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector