5. Проектирование кулачкового механизма.

В ДВС установки перемещение клапанов осуществляется кулачковым механизмом, состоящего из кулачка и поступательно двигающегося толкателя. В техническом задании определен закон изменения ускорения толкателя в зависимости от угла поворота кулачка. Кроме того, определены следующие исходные данные:

Угол рабочего профиля кулачка: _р – 158 град;

Максимальный ход толкателя: h_Т – 0,008м;

Допустимый угол давления:  - 36 град;

Внеосность: e – 0.006 м;

Отношение ускорений толкателя: a1/a2 – 1.5.

5.1. Построение графика передаточной функции скорости и перемещения толкателя.

По заданному отношению ускорений толкателя строим закон изменения ускорений толкателя. Учитываем, что площади под графиком над нулевой линией и под нулевой линией должны быть равны. Путем последовательного графического интегрирования функции изменения ускорения толкателя получаем графики передаточной функции скорости и перемещения толкателя. По графику перемещения толкателя определяем максимальное значение перемещения, которое в данном случае равно Y_S max=67.86 мм, что соответствует ходу толкателя h_Т = 0.010 м. Исходя из полученного результата, находим масштаб графика перемещения толкателя:

, где

b- база графика по оси абсцисс [мм].

Приняв отрезки интегрирования OК равными 70 мм, определяем масштабы графиков передаточной функции скорости толкателя и его ускорения:

5.2. Построение допустимой области расположения центра вращения кулачка.

Для определения допустимой области расположения центра вращения кулачка необходимо произвести построение его фазового портрета. Эта операция сводится к построению зависимости передаточной функции скорости толкателя от его перемещения. Важно, что перемещения толкателя и передаточная функция откладываются по осям координат в одинаковом масштабе

Затем проведем вертикальные прямые касательные к крайним точкам фазового портрета и отложим от них допустимые углы давления. Затем откладываем влево на расстояние равное внеосности вертикальную прямую и пересекаем прямую от правого угла давления с этой прямой. Получим точку, являющуюся центром кулачка минимальных размеров:

Yr_{0 min} = 81.5 мм. r_{0 min} = 13.8мм.

Учитывая то, что мы стремимся спроектировать механизм с наименьшими габаритами, кулачок должен быть реверсивным и иметь минимальные размеры, центр его вращения должен находиться в точке пересечения этой линии с проведенными ранее прямыми. Вся область, расположенная под этой точкой и ограниченная двумя прямыми, является областью, каждая точка которой может быть центром вращения кулачка, обеспечивающего прямой ход и реверс без заклинивания.

5.3. Построение профиля кулачка.

Проведем окружность радиуса r_{0 min} = 13.8 мм. Масштаб профиля кулачка выбираем из удобства построения: .

От произвольной точки 0 на окружности отложим угол рабочего профиля кулачка _р = 158^о и разобьем его лучами на 12 равных частей. Таким образом, на окружности получим семейство точек 0,1,2,...,12. На получившихся лучах откладываем соответственно перемещения хода толкателя в масштабе μ_l. Получим семейство точек 0^’,1^’,2^’,…,12^’. Соединив их плавной кривой, получим центровой профиль кулачка.

Радиус ролика толкателя выбираем исходя из следующих соображений:

Примем радиус ролика равным 0.25r_{0 min} = 0.25 * 13.8 = 3.46 мм.

Проверим ролик на условие заострения:

ρ_{0 min} – минимальный радиус кривизны рабочего профиля кулачка.

Ролик радиуса 4.72 мм удовлетворяет этим условиям.