3. Задача синтезу кулачкових механізмів

Складається в проектуванні профілю кулачка, що задовольняє необхідним умовам:

- закону руху вихідної ланки (штовхача);

- обмеженню кута тиску;

- опуклості кулачка (для механізмом із плоским штовхачем).

4. Вибір закону руху штовхача

Характерний закон руху штовхача S=f(t), тобто залежність переміщення штовхача від часу, зображений графічно діаграмою на рис. 8.

Ця крива при рівномірному обертанні кулачка водночас є залежністю переміщення штовхача від кута повороту кулачка S=f(t).

Рух штовхача в загальному випадку, який відповідає одному повороту кулачка, в загальному випадку має 4 фази:

φ_у - фаза віддалення (підйому) штовхача, протягом якої він піднімається на величину розмаху h_max (чи повертається на величину кута розмаху y/_war, якщо штовхач обертовий);

φ_вв - фаза верхнього стояння штовхача, протягом якої його рух залишається без змін;

φ_п -фаза наближення штовхача, протягом якої штовхач повертається в початкове положення;

φ_нв - фаза нижнього стояння, коли штовхач знаходиться в спокої в нижньому положенні.

Усі фази відбуваються за один оборот кулачка, тому сума кутів усіх фаз дорівнює 360° (2π рад):

φ_у + φ_вв + φ_п + φ_нв = 2 π (360 °)

Однак часто від кулачкового механізму потрібне лише здійснення ходу штовхача на величину h_max (чи Ψ_max) за визначений час. Закон же, за яким буде відбуватися цей рух, не має значення. У цьому випадку закон руху штовхача конструктор може вибрати самостійно.

При виборі закону руху штовхальника варто уникати стрибкоподібного (різкого) зміни його прискорення, тому що така зміна його прискорення викликає різке зростання сил (сила дорівнює F = та), у результаті чого при роботі кулачкового механізму відбуваються так називані удари. Саме тому закон руху штовхальника задають у виді аналога прискорення α²S/αφ²=f(φ). Аналізуючи закони руху, можна вибрати з нескінченої безлічі законів найбільш сприятливий з точки зору динаміки роботи механізму і його довговічності.

Розглянемо переваги і недоліки найбільш простих законів руху:

4.1. Постійна швидкість (рис. 9) на куті віддалення φу:

Аналог швидкості:

На куті наближення у_n:

Аналог швидкості:

Для цього закону характерне виникнення жорстких ударів, при яких сили, що діють на ланки механізму, різко зростають (теоретично прагнуть до нескінченності), що приводить до підвищеного зносу елементів ланок. Такий закон руху застосовувати недоцільно.

4.2. Постійне прискорення (рис. 10).

На куті віддалення φ_у:

1ділянка:

2ділянка:

Для такого закону руху характерні м'які удари.

4.3. Лінійний закон зміни прискорення (рис. 11).

Для цього законуруху вихідної ланки (штовхача) характерні м'які удари на початку і наприкінці ходу штовхача.

4.4. Косинусоїдальний закон зміни прискорення (рис. 12)

При цьому законі руху спостерігаються м'які удари на початку і наприкінці руху штовхача.

4.5. Синусоїдальний закон зміни прискорення (рис. 13).

Синусоїдальний закон руху не приводить до виникнення ударів — ні твердих, ні м'яких. З погляду динаміки механізм є найбільш сприятливим.

5. КУТ ТИСКУ (рис. 14)

Для нормальної роботи кулачкового механізму необхідно, щоб було створене зусилля (нормальний тиск) у точці В контакту кулачка і штовхача. Напрямок цього зусилля F₁₂ - за нормаллю п-п до поверхні кулачка. Позначимо кут між векторами F₁₂ і υ_вг через δ - кут тиску. Таким чином, кутом тиску називають гострий кут у точці контакту між вектором швидкості ш штовхача і нормаллю до профілю кулачка. У той же час назвемо кутом передачі γ кут між абсолютною і відносною швидкостями в точці контакту кулачка і штовхача.

Кулачковий механізм може заклинити, якщо сила

F_mер - сила тертя ковзання.

Гранична умова буде відповідати деякому критичному куту тиску δ_кр. Отже, повинна виконуватися умова:

Звичайно для поступального руху штовхача δ_тах= 30°...40°, а для обертального - δ_тах = 45°...50°. У свою чергу : ,отже, повинна задовольнятися умова: