4.2 Силова характеристика руху штовхача. Кут тиску

В машинах кулачкові механізми можуть виконувати роль як основного (наприклад, в каменедробарках), так і допоміжного механізму (у двигунах внутрішнього згоряння).

Розглянемо схему кулачкового механізму з гострокінцевим штовхачем (рисунок 4.3).

Під дією зовнішньої сили опору Q (до складу якої можна віднеси сили корисного опору, сили тертя в направляючих, сили пружності пружини, сили інерції і ваги штовхача), що прикладена до штовхача, між кулачком і штовхачем виникає реакція , яка направлена вздовж нормалі nn

Рисунок 4.3 – Передача сил в кулачковому механізмі

(без врахування сил тертя між кулачком і штовхачем) в точці В дотику штовхача і кулачка. Реакція є рушійною силою у відношенні до штовхача – її дія відносно центра обертання кулачка О₁ дорівнює зовнішньому моменту

М = R₁₂h,

де h – плече сили .

Потужність, що розвивається зовнішнім моментом, дорівнює потужності, що розвивається силою :

(4.2)

де - кутова швидкість кулачка; - швидкість переміщення штовхача; - кут тиску.

Кутом тиску називають кут утворений між векторами сили і швидкості в точці взаємодії штовхача і кулачка.

Якщо розкласти реакцію (рушійну силу) на складові і , що направлені відповідно паралельно і перпендикулярно напрямку руху штовхача (див. рисунок 4.3), то можна проаналізувати умови працездатності кулачкового механізму.

Для нормальної роботи кулачкового механізму необхідно, щоб

. (4.3)

В іншому випадку, коли

(4.4)

можливе заклинювання кулачкового механізму.

Зі збільшенням кута тиску зростає тобто зростають втрати енергії на тертя і відповідно зменшується що призначена для подолання сил опору Q.

Таким чином, від величини кута тиску залежить розподіл сил в кулачковому механізмі, його габаритні розміри і к.к.д. На основі теоретичних досліджень та експлуатації кулачкових механізмів встановлено, що максимально допустимі значення кута тиску: для штангових роликових - для коромислових - Детальніше про проектування кулачкових механізмів в залежності від кута тиску можна ознайомитися у відповідній літературі [6,8].

4.3 Закон руху вихідної ланки

Під законом руху кулачкового механізму розуміють залежність переміщення, аналога швидкості, аналога прискорення штовхача від кута повороту кулачка або від часу. Закон руху штовхача визначається профілем кулачка і є основною характеристикою кулачкового механізму.

Закон руху, що вибирається конструктором на стадії проектування кулачкового механізму, повинен бути таким, щоб динамічні зусилля на ланках механізму були мінімальними, а його робота була плавною, без ударів і вібрації. Для зменшення динамічних навантажень стараються вибирати закон руху, що забезпечує можливо менші прискорення штовхача.

В практиці проектування кулачкових механізмів найбільш характерними, що зображені на рисунку 4.4 для фази віддалення штовхача є такі три основні типи законів руху: а – лінійний; б – параболічний; в – синусоїдальний.

Рисунок 4.4 – Типові закони руху

При лінійному законі (рисунок 4.4,а) швидкість руху штовхача на фазі віддалення постійна, прискорення рівне нулю, але на початку і в кінці фази прискорення прямує до нескінченності, що є причиною жорстких ударів. Такий закон припустимий при малій масі штовхача і малих швидкостях руху.

Для параболічного закону (рисунок4.4,б) в точках розриву кривої аналога прискорення сили інерції мають кінцеву величину і викликають м’які удари.

Для синусоїдального закону руху (рисунок 4.4,в) зміна прискорення відбувається плавно і теоретично удари відсутні. Такий закон руху рекомендується для швидкохідних механізмів.

При виконанні курсового проекту закон руху може задаватися графічно, таблицями значень параметрів або аналітичними виразами для переміщень, швидкостей і прискорень з використанням безрозмірних коефіцієнтів (див. додаток Д, таблиця Д1).