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;
– высокую производительность;
– технологичность изготовления, надежность и долговечность.
Рассмотрим наиболее характерные законы движения ведомого звена (рис. 8.3).
а

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

в – синусоидальный (безударный) закон ускорения толкателя

б

в

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

,
где Q – полезная нагрузка на толкатель; – сила инерции, испытываемая толкателем; – механический кпд кулачкового механизма.
Максимальный М_{кр .} 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.