Выбор закона движения толкателя

Если в задании на проектирование не дан закон движения, то конструктор должен выбрать его из набора типовых законов движения, необходимо, чтобы ускорения толкателя не приводили к большим инерционным нагрузкам, а имеющаяся на предприятии технология позволила бы изготовить профиль с достаточной точностью.

Типовые законы движения делятся на законы с жесткими, мягкими ударами и безударные. С точки зрения динамических нагрузок, желательны безударные законы. Однако кулачки с такими законами движения технологически более сложны, так как требуют более точного и сложного оборудования, поэтому 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 целесообразно 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.

Рассмотрим четыре закона движения толкателя (рис. 10.8):

Рис. 10.8

1. Равномерное движение толкателя (рис. 10.8, а) это наиболее простой закон движения. Кулачок имеет несложный профиль. Однако для быстроходных кулачковых механизмов он не пригоден, так как он связан со скачками скорости в начале и в конце хода толкателя, которые приводят к возникновению ускорений не ограниченных по величине (+¥; - ¥):

.

В начале и в конце хода толкателя, следовательно, силы инерции достигли бы бесконечно большой величины, имеют место «жесткие» удары.

Исходя из указанных соображений, равномерное движение толкателя можно применять лишь для кулачковых механизмов при малых скоростях и малых мощностях.

2. Равноускоренное движение толкателя (рис. 10.8, б) скорость на первой части хода равномерно возрастает, а затем на втором участке хода равномерно убывает до нуля. На протяжении участков хода ускорение одинаковое. Участки разгона и замедления часто делают неодинаковыми, чтобы уменьшить ускорение и силы инерции на одном из них.

Равноускоренное движение, характеризуемое прямоугольной диаграммой ускорений, не сопровождается ударами, скачков скорости нет, ускорения и, следовательно, силы инерции остаются ограниченными. Однако в быстроходных кулачковых механизмах этот закон движения вызывает повышенную вибрацию и износ. Причиной этого является изменение ускорения толкателя скачком, вызывающее «мгновенное» (за очень короткий промежуток времени) приложение к толкателю больших сил. Это явление называют «мягким» ударом.

3. Сглаженное равноускоренное движение толкателя (рис. 10.8, в). Достоинство – наименьшая величина максимального ускорения толкателя. Диаграмма ускорений имеет форму трапеции, что позволяет избежать скачков ускорения и «мягких» ударов. Такой закон движения может применяться и для быстроходных кулачковых механизмов.

4. Синусоидальный закон движения толкателя (рис. 10.8, г) позволяет получить наибольшую плавность движения, отсутствуют удары. Этот закон движения наиболее предпочтительно применять в быстроходных механизмах. Главным недостатком синусоидального (и трапецеидального) является высокая точность профиля кулачка.

Контрольные вопросы

14. Классификация и назначение кулачковых механизмов.

15. Основные параметры кулачковых механизмов.

16. Как производится кинематический анализ кулачковых механизмов.

17. Определение минимально-допустимых размеров кулачковых механизмов.

18. Как выбирается на стадии проектирования закон движения толкателя. Проанализируйте основные виды.

Лекция 11

Динамика механизмов и машин. Задачи силового анализа механизмов. Силы и их классификация. Условие кинетостатической определимости кинематических цепей. Графо-аналитический способ силового анализа (метод планов).