4. Синтез и анализ кулачкового механизма.

4.1. Цели и задачи четвёртого листа.

При выполнении четвёртого листа основной задачей является построение профиля кулачка. В качестве основного условия используют заданный закон движения колебателя. В качестве дополнительных условий используют:

1. в кулачковых механизмах, работающих по плоскому толкателю – условие выпуклости профиля кулачка;

2. для кулачковых механизмов, работающих по роликовому толкателю (колебателю) – ограничение угла давления.

4.2. Применение кулачковых механизмов.

Рабочий процесс многих машин вызывает необходимость иметь в их ставе механизмы, движение выходных звеньев которых должно быть выполнено строго по заданному закону и согласовано с движением других механизмов. Наиболее простыми, надёжными и компактными для выполнения такой задачи являются кулачковые механизмы. Воспроизведение движения выходного звена - толкателя (колебателя), они осуществляют теоретически точно. Их входное звено называется кулачком.

Закон движения толкателя (колебателя), 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 подразделяется на ряд этапов: назначение закона движения толкателя (колебателя); выбор структурной схемы; определение основных и габаритных размеров; расчёт координат профиля кулачка.

Общее представление о кинематических схемах кулачковых механизмов можно получить на примере газораспределительных механизмов двигателей внутреннего сгорания. Эти механизмы служат для открытия и закрытия клапанов, что позволяет наполнять цилиндры двигателя горючей смесью (или воздухом), выпускать отработанные газы и надёжно изолировать камеру сгорания от окружающей среды во время тактов сгорания и рабочего хода. Кулачковые механизмы также широко применяются в текстильных машинах, приборах и особенно в машинах-автоматах.

Преимущества кулачковых механизмов:

способность воспроизводить движение ведомого звена по самым сложным законам. Например: с длительными остановками ведомого звена при непрерывном движении ведущего.

Недостатки:

1. наличие высшей кинематической пары, а значит больших удельных давлений и большого износа кулачка, поэтому для кулачков осуществляют цементацию.

2. необходимость силового замыкания кулачковой пары, которое осуществляется при помощи пружин.

Все кулачковые механизмы (с вращающимся кулачком) делятся на две группы:

а) работающие по толкателю (толкатель – звено, совершающее поступательное движение);

б) работающие по колебателю (колебатель – звено, имеющее вращательное движение).

Кроме того, кулачковые механизмы могут быть плоскими и пространственными.

Плоские – звенья перемещаются в одной или параллельных плоскостях.

Пространственные - звенья перемещаются в пересекающихся плоскостях.

Ведомое звено кулачковых механизмов может заканчиваться остриём, роликом или плоскостью.

Дезоксиальным – называется механизм, в котором направляющая толкателя смещена относительно оси вращения кулачка.

Схема кулачкового механизма с роликовым колебателем.

Минимальный радиус кулачка r₀ – радиус-вектор, соединяющий центр вращения кулачка с ближайшей точкой профиля кулачка.

Максимальный радиус кулачка R_max – радиус-вектор, соединяющий центр вращения кулачка с самой далёкой точкой профиля кулачка.

Максимальный подъём колебателя - максимальный угол подъёма колебателя в результате совершения вращательного движения кулачка.

Нерабочий угол кулачка (нерабочая фаза) - центральный угол, опирающийся на дугуab минимального радиуса. При скольжении по дуге минимального радиуса толкатель неподвижен и находится в нижнем положении.

Угол удаления (фаза удаления) - центральный угол кулачка, опирающийся на дугуbc , соединяющую крайние точки дуг минимального и максимального радиусов кулачка. При скольжении по этой дуге колебатель приходит в движение и удаляется на максимальное расстояние (переходит от нижнего в верхнее положение).

Угол дальнего стояния (фаза дальнего стояния) φ_д.с – центральный угол кулачка, опирающийся на дугу cd максимального радиуса. Пока толкатель скользит по данной дуге, он неподвижен и находится на максимальном расстоянии от центра вращения кулачка.

Угол возврата (фаза возврата) φ_в – центральный угол кулачка, опирающийся на дугу da, соединяющую крайние точки дуг максимального и минимального радиусов кулачка. При скольжении по данной дуге толкатель возвращается из дальнего в исходное (нижнее) положение.

Рабочий угол кулачка (рабочая фаза) φ_р – центральный угол кулачка, равный сумме углов удаления, дальнего стояния и возврата .

Сумма всех углов должна быть равна 360^о:

Радиус профиля кулачка – радиус дуги, соответствующий фазе удаления (или возврата). Если кривая, соответствующая фазе удаления (или возврата), не является дугой окружности, то радиус профиля кулачка в этом случае будет переменным.