Лабораторная работа №3

Определение геометрических параметров кулачковых механизмов

3.1. Теоретические сведения

Механизмы, в состав которых входит кулачок, называются кулачковыми механизмами. Кулачковые механизмы представляют собой трехзвенные механизмы с высшими кинематическими парами. Они применяются для преобразования закона движения входного звена (кулачка) в предварительно заданный закон движения выходного звена. Кулачковые механизмы широко применяют в двигателях внутреннего сгорания, металлообрабатывающих станках, прессах, сельскохозяйственных машинах, автоматах и других машинах.

Кулачок – это звено, которому принадлежит элемент высшей кинематической пары, выполненный в виде поверхности переменной кривизны. Кулачку можно придать любой контур, благодаря которому выходное звено может осуществлять любой предварительно заданный закон движения.

Чаще всего заданные законы движения кулачка и выходного звена осуществляются одной парой взаимоогибаемых кривых. Профиль выходного звена может быть точкой, прямой, или любой кривой (чаще окружностью), рис. 3.1. Построенная огибающая кривая входного звена образует профиль кулачка.

Рис. 3.1. Виды профилей выходного звена кулачковых механизмов.

а) – игольчатый; б) – плоский; в) – выпуклый; г) – с роликом.

Кулачковые механизмы бывают плоские и пространственные. В зависимости от характера движения кулачка и толкателя возможны такие случаи преобразования движений:

а) вращательное движение кулачка 1 преобразуется в возвратно-поступательное движение выходного звена 2. Выходное звено в этом случае называют толкателем (рис. 3.2, а, б, в);

б) вращательное движение кулачка 1 преобразуется в неполное вращательное движение выходного звена 3. Выходное звено в этом случае называют коромыслом (рис. 3.2, г);

в) возвратно-поступательное движение кулачка 1 преобразуется в возвратно-поступательное движение толкателя 2 (рис. 3.2, д);

г) возвратно-поступательное движение кулачка 1 преобразуется в неполное вращательное движение коромысла 3 (рис. 3.2, е).

Рис. 3.2. Виды кулачковых механизмов

В кулачковом механизме (рис. 3.3), наиболее часто встречающемся в технике, при вращении кулачка против часовой стрелки на участке профиля а - б остриё толкателя будет удаляться от центра О₁ вращения кулачка. Перемещение толкателя S (расстояние от острия толкателя окружности радиуса r_o) будет увеличиваться, а толкатель под действием профиля кулачка будет подниматься. Толкатель достигнет своего крайнего верхнего положения после поворота кулачка на угол _П. При дальнейшем повороте кулачка на угол _ВВ (участок б - в) толкатель остаётся неподвижным в поднятом положении (верхний выстой). При дальнейшем повороте кулачка на угол _О (участок профиля в - г) толкатель опускается вниз (приближается к центру О₁ вращения кулачка). Наконец при вращении кулачка на угол _НВ (участок г - а) толкатель снова остаётся неподвижным в нижнем начальном положении.

Рис. 3.3. Фазовые углы кулачкового механизма

Углы _П, _ВВ, _О, _НВ - соответственно называются фазовыми углами подъёма (удаления), верхнего выстоя (стояния), опускания (приближения), нижнего выстоя (стояния).

Таким образом, полный цикл движения выходного звена кулачкового механизма в общем случае состоит из четырёх частей

.

Полный цикл работы кулачкового механизма происходит за один оборот кулачка на 360. В течение этого цикла в кулачковом механизме происходят определенные фазы работы. В соответствии с этим для кулачковых механизмов строят прямоугольную циклограмму работы, которая представляет собой графическое изображение картины функционирования механизма.

Например, для кулачкового механизма, у которого фазовые углы равны _П = 80, _ВВ = 40, _О = 80, _НВ = 160, циклограмма работы имеет такой вид

0 80 120 200 360

Кулачковый механизм	Подъём	Верхний выстой	Опускание	Нижний выстой
	П	ВВ	О	НВ

Для уменьшения трения между толкателем и кулачком в механизме устанавливают ролик 4 (рис. 3.2, а, г, д, е). В этом случае, когда выходное звено оканчивается роликом, различают два вида профилей кулачка – теоретический (центровый) и практический (рабочий).

Радиус R₀ называют начальным (минимальным) радиусом теоретического профиля кулачка, который является траекторией движения оси ролика при относительном качении по практическому профилю с начальным радиусом r_o на фазе угла нижнего выстоя _НВ. Минимальный радиус кулачка R₀ равен

,

где - радиус ролика.

Если допустимое отклонение радиусов кулачка от номинального не превышает величины порядка нескольких сотых миллиметра, профиль кулачка можно измерить индикатором часового типа или угломером с нониусом.

Метод измерения основывается на принципе действия центрального кулачкового механизма с возвратно–поступательным движением толкателя (ось движения толкателя проходит через ось вращения кулачка).

Толкателем в этой установке является шток индикатора.