Классификация кулачковых механизмов

Кулачковые механизмы классифицируются по следующим признакам:

• по расположению звеньев в пространстве

• пространственные

• плоские

• по характеру движения кулачка

• вращательное

• поступательное

• винтовое

• по характеру движения выходного звена

• возвратно-поступательное ( с толкателем)

• возвратно-вращательное ( с коромыслом)

• по наличию ролика

• с роликом

• без ролика

• по виду кулачка

• дисковый (плоский)

• цилиндрический

• коноид (сложный пространственный)

• по форме рабочей поверхности выходного звена

• плоская (тарельчатый с плоской контактной поверхностью)

• заостренная (игольчатый, остроконечный со сферой малого радиуса (т.к. конец толкателя не может быть выполнен абсолютно острым))

• цилиндрическая

• сферическая

• эвольвентная.

• по способу замыкания элементов высшей пары

• силовое

• геометрическое

При силовом замыкании удаление толкателя осуществляется воздействием контактной поверхности кулачка на толкатель (ведущее звено - кулачок, ведомое - толкатель). Движение толкателя при сближении осуществляется за счет силы упругости пружины или силы веса толкателя, при этом кулачок не является ведущим звеном. При геометрическом замыкании движение толкателя при удалении осуществляется воздействием наружной рабочей поверхности кулачка на толкатель, при сближении - воздействием внутренней рабочей поверхности кулачка на толкатель. На обеих фазах движения кулачок ведущее звено, толкатель - ведомое.

Кулачковый механизм с силовым замыканием высшей пары	Кулачковый механизм с геометрическим замыканием высшей пары

Достоинства кулачковых механизмов

• Все механизмы с ВКП малозвенны, следовательно, позволяют уменьшать габариты машины в целом.

• Простота синтеза и проектирования.

• Механизмы с ВКП более точно воспроизводят передаточную функцию.

• Обеспечивают большое разнообразие законов движения выходного звена.

Недостатки кулачковых механизмов

• Механизмы с ВКП должны иметь силовое или геометрическое замыкание.

• Контактные усилия в ВКП гораздо выше, чем в НКП, что приводит к износу, т.е. 2 профиля теряют свою форму и как следствие, свое главное достоинство.

• Сложность обработки профиля кулачка.

• Невозможность работы на больших оборотах и передачи больших мощностей.

Основные параметры кулачкового механизма

Профиль кулачка может быть составлен из дуг двух концентрических окружностей и кривых, осуществляющих переход с одной окружности на другую.

Большинство кулачковых механизмов относится к цикловым механизмам с периодом цикла равным . При вращении кулачка толкатель совершает возвратно поступательное или возвратно вращательное движения с остановом в верхнем и нижнем положении. Таким образом в цикле движения толкателя в общем случае можно выделить четыре фазы: удаления, дальнего стояния (или выстоя), сближения и ближнего стояния. В соответствии с этим, углы поворота кулачка или фазовые углы делятся на:

• угол удаления (подъема)

• угол дальнего (верхнего) выстоя

• угол сближения (спуска)

• угол ближнего (нижнего) выстоя.

Сумма трех углов образует угол, который называется рабочим углом

.

В частных случаях могут отсутствовать углы верхнего и нижнего выстоя, тогда .

Кулачок механизма характеризуется двумя профилями:

• центровым (или теоретическим)

• конструктивным (или рабочим).

Под конструктивным понимается наружный рабочий профиль кулачка.

Теоретическим или центровым называется профиль, который в системе координат кулачка описывает центр ролика (или скругления рабочего профиля толкателя) при движении ролика по конструктивному профилю кулачка.

Фазовым называется угол поворота кулачка.

Профильным углом называется угловая координата текущей рабочей точки теоретического профиля, соответствующая текущему фазовому углу . В общем случае фазовый угол не равен профильному.

Перемещение толкателя и угол поворота кулачка отсчитывают от начала фазы подъема, т.е. от наинизшего положения центра ролика, находящегося на расстоянии от центра вращения кулачка. Это расстояние носит название – начального радиуса или радиуса нулевой начальной шайбы и совпадает с минимальным радиус-вектором центрового профиля кулачка.

Максимальное перемещение выходного звена носит название ход толкателя.

Внеосность толкателя – эксцентриситет - для кулачков с поступательно-движущимся толкателем.

Межосевое расстояние – расстояние между центром вращения кулачка и закрепленной точкой коромысла – для кулачков с коромысловым толкателем.

Угол давления – это угол между скоростью в точке контакта и нормалью к профилю (т.е. направление силы). Обычно этот угол обозначают или . И в одной точке контакта два профиля имеют разный угол давления.

Без учета трения сила направлена по общей нормали в точке контакта профилей. Таким образом, в кулачковом механизме угол давления это угол между нормалью к центровому профилю кулачка и скоростью центра ролика.

Размеры кулачкового механизма определяют из кинематических, динамических и конструктивных условий.

1. Кинематические условия – обеспечение воспроизведения заданного закона движения толкателя.

2. Динамические – обеспечение высокого КПД и отсутствие заклинивания.

3. Конструктивные – обеспечение минимальных размеров механизма, прочности и сопротивляемости износу.