1. Проектирование кулачкового механизма

1.1. Структурный анализ

Рис. 1 Схема кулачкового механизма подачи материала на конвейер

Рис. 2 Закон изменения аналога ускорения коромысла кулачкового механизма

Кулачковым механизмом называется механизм, в состав которого входит кулачок. Кулачком называется звено, имеющее элемент высшей пары, выполненный в виде поверхности переменной кривизны. Кулачок обычно является исходным звеном. Выходное звено называется толкателем, если оно совершает возвратно-прямолинейное движение, или коромыслом, если совершает возвратно-вращательное (качательное) движение.

Полный цикл движения толкателя включает фазы удаления (от кулачка) и возвращения, осуществляемые при повороте кулачка соответственно на углы φ_у и φ_в. Между ними могут быть дальний и (или) ближний выстои (соответствующие углы – φ_д.с. и φ_б.с.).

1.2. Определение фазовых углов кулачка

Выбираем прямоугольную систему координат . По оси абсцисс откладываем фазовые углы φу, φв, φдс. Отрезок, изображающий угол давления φу на чертеже выбран равным 60 (мм). Тогда масштабный коэффициент углов поворота кулачка будет равен

;

Углы поворота кулачка соответствуют этим промежуткам времени:

φу – фаза удаления

φдс – фаза дальнего стояния

φв – фаза возврата

φу = φв =60˚

φдс=50˚

1.3. Построение кинематических диаграмм движения толкателя

Закон движения коромысла (Рис.2) задан в виде графика аналога ускорений. Методом графического интегрирования строим сначала график аналога скоростей, а затем график аналога перемещений.

Определяем масштабные коэффициенты графиков:

μ_φ= ;

μ_φ= 0.02 ;

μ_S= ;

μ_S=0.003 ;

;

;

;

0.05 ;

;

;

;

;

1.4. Определение основных размеров кулачкового механизма

Угол α между нормальной силой P и скоростью толкателя называется углом давления. Угол называется углом передачи.

Формула для определения угла давления:

;

;

e – смещение, S – перемещение толкателя, r₀ – минимальный радиус-вектор кулачка.

Как видно из последней формулы, с уменьшением радиус-вектора угол давления увеличивается, что приводит к увеличению давления и силы трения в паре толкатель-направляющая, а при достаточно больших углах давления – и к заклиниванию. В этой связи угол давления α в механизме должен быть больше не больше максимально допустимого , т.е. (или ), что обеспечивается условием , где – минимально допустимый угол передачи, - минимально допустимый радиус-вектор кулачка.

Минимальный радиус-вектор кулачка определяют по зависимости .

1.5. Построение диаграммы изменения угла давления

L_CB= 0.11 (м) и углу размаха толкателя γ=35˚ определяют ход конца толкателя B:

;

Из центра С вращения коромысла проводим дугу окружности радиусом 110 мм. От точки B₀ по этой дуге откладывают перемещения точки В, взятые в виде ординат с графика перемещений. Полученные точки В₁, В₂, В₃, В₄ и т.д. соединяют с центром С и вдоль этих лучей от точек откладывают отрезки изображающие аналоги скоростей в натуральную величину. Плавная кривая, соединяющая точки , есть диаграмма характеристик углов давления. Минимальные габариты кулачкового механизма находят с использованием этой диаграммы. Под заданным допустимым углом давления γ_доп=35˚ проводят через точки лучи, которые в пересечении образуют область допустимых положений центра вращения кулачка.