18.7 Генератор компонентов кулачков

Проектируются и рассчитываются радиальные кулачки с заданными параметрами на основе таких данных, как максимальное ускорение, скорость или угол профиля.

18.7.1 Расчет геометрии

Проектируются кулачки с синусоидальным направлением ускорения. Значения подъема кулачкового следящего элемента, скорости и ускорения рассчитываются для определенного поворота кулачка:

• подъем

• скорость

• у скорение

• удельное давление в месте контакта кулачка и ролика, сделанного из стали

В формулах используются обозначения: H-общий подъем [мм], -угловая скорость кулачка [s^-1], α-угол подъема [°], -угол поворота кулачка [°], F-сила, поднимающая кулачковый следящий элемент [Н], b_k-ширина ролика [мм], r_k-радиус ролика [мм], r-радиус кривизны кулачка в месте контакта [мм].

18.7.2 Главное окно

На трех вкладках главного окна Генератора компонентов кулачка задаются параметры для расчета кулачка:

• Ввод – вкладка, на которой вводятся параметры вычисления

  • Размер кулачка - радиус основной окружности и ширины кулачка

  • Размер толкателя - размеры ролика толкателя (радиус и ширина ролика и эксцентриситет)

  • Данные цикла – скорость или время цикла

  • Нагрузка - усилие на ролике, вес элементов ускорения и жесткость пружины. Нагрузкой кулачка является ролик толкателя.

  • Материал – зона, в которой задаются свойства материала кулачка и толкателя

    • Таблица материалов кнопка открытия диалогового окна выбора материала. Если требуемый материал отсутствует в списке, можно добавить новый материал или ввести вручную значения материала в поля Допустимое давление, Модуль упругости и Коэффициент Пуассона

  • Т очность изображения - точность для детального расчета кулачка и для экспорта значений (опция Рассчитать) и точности детали при вставке в Inventor (опция CAD). Угол между точками изображения может быть задан либо в виде числа пунктов на окружности (360 пунктов обозначают расстояния между точками в один градус - опция Точки), либо напрямую (опция Шаг)

• Сегменты - вкладка для ввода параметров сегментов кулачка. Она разделена на две части - в верхнюю часть вводятся значения кулачка, в нижней части содержатся количественные графы, отображаемые в зависимости от того, какие кнопки нажаты на панели инструментов.

• сегмент кулачка задается вводом индекса в поле, или нажатием левой кнопки в области графа

• двойной щелчок в области графа вызывает включение/выключение зуммирования только до графов элементов кулачков

• кнопки графа вверху панели инструментов вызывают включение/выключение индивидуальных графов

• Результаты расчета – вкладка, на которой отображаются граничные значения вычисленных параметров, результат проверки прочности и форма кулачка.

Проектирование кулачка

Входные данные: диаметр осн. окружности: = 1 дюйм, ширина кулачка: = 0,5 дюйма, радиус ролика: = 0,1 дюйма, ширина ролика: = 0,5 дюйма, эксцентриситет: = 0, скорость: = 1000 об./мин, усилие на ролике: = 10, вес элементов ускорения: = 0, жесткость пружины: = 0, материал: Сталь SAE 1020, сегмент 1 (движение: по параболе, конец сегмента = 120°, подъем на конце сегмента = 0,5 дюйма), сегмент 2 (движение: любое, конец сегмента 225°, подъем на конце сегмента = 0,5 дюйма), сегмент 3 (движение: гармоническое, конец сегмента =330°, подъем на конце сегмента =0 дюймов), сегмент 4 (движение: любое, конец сегмента: = 360°, подъем на конце сегмента: = 0 дюймов)

1. В диалоговом окне ускорителя проектирования:

   1. в панели инструментов выбрать мышью Стандарты/ANSI

   2. в правой секции дважды щелкнуть на опции Кулачок

2. В главном окне:

   1. во вкладке Ввод задать параметры ввода, соответствующие входным данным

   2. в области Точность рисунка заменить значение для пункта Расчет на 360 пунктов (это означает замену одного пункта на 1) и для CAD на 72 пункта.

   3. перейти на вкладку Сегменты. Убедиться в том, что Индекс в окне Рабочий сегмент равен 1. Заменить движение на параболическое в раскрывающемся меню. В пункте Параболическое движение импульс равен нулю. Заменить значение конца сегмента на 120. Требуемый подъем равен 0,5 дюйма. Задать это значение в пункте Подъем в поле Конец сегмента.

   4. внизу диалогового окна отображаются количественные графы в зависимости от того, какие кнопки нажаты в панели инструментов. В данном примере отображается граф Подъем (синяя линия, парабола в соответствии с введенными параметрами, заданными в предыдущем шаге), скорость (желтая линия), ускорение (красная линия), импульс (зеленая линия - импульс равен нулю) и угол профиля (фиолетовая линия).

   5. перейти ко второму сегменту подъема, изменив значение в поле Индекс или нажав левую кнопку мыши на втором сегменте подъема в графе внизу диалогового окна. Заменить значение Конец сегмента на 225, либо для получения такого же результата переместить мышь через край графа внизу диалогового окна. Заменить значение подъема на конце сегмента на 0,5 дюйма. Подъем на конце сегмента совпадает с подъемом в начале сегмента, поэтому не важно, какой тип движения выбран

   6. переключиться на третий сегмент подъема, изменив индекс или нажав левую кнопку в графе

   7. нажать на Добавить высоту для добавления четвертого сегмента подъема. Последний сегмент подъема подсвечивается в графе. Нажатием левой кнопки переключиться назад на третий сегмент подъема. Для нижестоящего сегмента выбрать гармоническое (синусоидальное) движение. Указать для конца сегмента значение 330 и для подъема на конце сегмента значение 0 дюймов.

   8. если параметры неприемлемы, можно заменить их, заменив конец сегмента. Если используется переключатель и выбрано Макс. удельное давление, можно задать значения, и программа изменит подъем на конце сегмента согласно заданным значениям. Нажать на Рассчитать или выйти из поля редактирования. Однако не разрешается вносить изменения для конца сегмента путем задания максимально допустимых значений.

   9. последний подъем и четвертый сегмент подъема уже заданы. Подъем равен нулю и не изменяется. Нажать левую кнопку на вкладке Результат для просмотра расчетных данных кулачка и результатов проверки прочности. Это не проходит при очень высоких давлениях и при опускании ниже минимально допустимой прочности в роликовом толкателе.

   10. удельное давление можно понизить с использованием в отношении удельного давления различных структурных решений, например, вычислений с различными формами зависимости. выбрать средство уменьшения подъема, что означает уменьшение теоретического радиуса (расстояния от центра кулачка до центра шкива). Заменить значение подъема с 0,5 на 0,25 дюйма. В примыкающем изображении сегмент 2 отображается с постоянным подъемом.

3. Нажать на Рассчитать, чтобы выполнить расчет. Во вкладке Результат расчета данные проверки прочности уже совпадают с максимальным удельным давлением. Минимальное значение прочности на эксцентрике также подходит, хотя и является малым. Этот результат означает, что эксцентрик не может следовать за поверхностью кулачка. Это можно исправить путем уменьшения числа оборотов. В данном примере выбирается более жесткая пружина. Во вкладке Указать значение жесткости пружины заменяется на 60 Н/мм.

4. Нажать на кнопку Готово, чтобы открыть диалоговое окно вставки.

5. В диалоговом окне выбрать требуемый вид и нажать на Создать с целью вставки кулачка в Inventor.