- •Теория механизмов и машин
- •Предисловие
- •Введение
- •Узкое определение машины. Машина есть устройство, действующее на основе законов механики и предназначенное для преобразования энергии, материалов и информации и перемещения изделий.
- •Раздел 1. Структура, кинематика
- •1. Структура механизмов
- •1.1. Классификация кинематических пар
- •1.2. Кинематические цепи и их классификация
- •1.3. Расчет степени подвижности механизма
- •1.4. Структурная классификация плоских механизмов
- •1.5. Замена высших пар в плоских механизмах
- •1.6. Избыточные (повторяющиеся) связи и местные подвижности в механизмах
- •1.7. Структурный синтез механизмов
- •Вопросы для самопроверки
- •2. Кинематика и синтез зубчатых механизмов
- •2.1. Разновидности зубчатых передач
- •2.2. Понятие о передаточном отношении
- •2.3. Передаточное отношение простых зубчатых передач
- •2.4. Кинематика и синтез зубчатых механизмов с неподвижными осями колес
- •2.5. Кинематика механизмов планетарного типа
- •2.6. Синтез механизмов планетарного типа
- •Вопросы для самопроверки
- •3.2. Кинематические и передаточные функции механизмов
- •3.3. Аналитический метод
- •3.4. Метод планов положений, скоростей и ускорений
- •3.5. Метод кинематических диаграмм (метод графического дифференцирования)
- •3.6. Синтез рычажных механизмов
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 2. Кинетостатика
- •4. Кинетостатика механизмов
- •4.1. Характеристика сил, действующих в машинах
- •4.2. Задачи кинетостатики
- •4.3. Расчёт сил инерции
- •4.4. Общие положения силового расчёта
- •4.5. Метод планов сил
- •4.6. Метод разложения сил
- •4.7. Аналитический метод
- •4.8. Определение уравновешивающей силы
- •Вопросы для самопроверки
- •5. Трение в кинематических парах и кпд
- •5.1. Виды трения. Законы трения скольжения
- •5.2. Понятие о коэффициенте полезного действия
- •5.3. Трение в поступательной кинематической паре
- •5.4. Трение в винтовой кинематической паре
- •5.5. Трение во вращательной кинематической паре
- •5.6. Трение качения
- •Вопросы для самопроверки
- •6. Динамика машин
- •6.1. Вспомогательные задачи динамики машин
- •6.2. Характеристики режимов движения машин
- •I . Неустановившийся режим
- •II. Установившийся режим
- •6.3. Формы уравнений движения машин
- •6.4. Исследование пуска машины при силах – функциях перемещений
- •6.5. Исследование установившегося неравновесного движения машины с маховиком при силах – функциях перемещений
- •6.6. Определение момента инерции маховика при внешних силах – функциях перемещений
- •6.7. Назначение маховика в машине
- •6.8. Исследование пуска машины при силах – функциях скоростей
- •6.9. Исследование устойчивости установившегося равновесного движения
- •Вопросы для самопроверки
- •7. Проблемы уравновешивания и балансировки звеньев и механизмов
- •7.1. Значение проблемы уравновешивания и балансировки в машинах
- •7.2. Виды неуравновешенности вращающихся звеньев и их устранение
- •7.3. Начальные сведения об уравновешивании механизмов
- •7.4. Виброгашение и виброизоляция
- •Вопросы для самопроверки
- •Раздел 3. Синтез элементов высших
- •8. Теория и геометрия зубчатых зацеплений
- •8.1. Элементы относительного движения звеньев высшей пары
- •8.2. Элементы зубчатых зацеплений, обусловленные их кинематикой
- •8.3. Основные качественные характеристики зацеплений
- •8.4. Эвольвента зуба колеса, её свойства и уравнение
- •8.5. Элементы зубчатого колеса
- •8.6. Элементы и свойства эвольвентного зацепления
- •8.7. Методы изготовления зубчатых колёс
- •8.8. Геометрия реечного производящего исходного контура
- •8.9. Подрез зуба колеса и его предотвращение
- •8.10. Качественные характеристики эвольвентного зацепления
- •8.11. Назначение коэффициентов смещения для нарезания зубчатых колёс
- •8.12. Типы эвольвентных колёс и передач
- •8.13. Расчёт геометрических размеров зубчатых колёс
- •8.14. Особенности зацепления эвольвентных косозубых колёс
- •8.15. Особенности зацепления конических колёс
- •8.16. Особенности зацепления в гиперболоидных передачах
- •Вопросы для самопроверки
- •9. Синтез профилей кулачков и элементов плоских кулачковых механизмов
- •9.1. Элементы кулачкового механизма и геометрические элементы кулачка
- •9.2. Разновидности плоских кулачковых механизмов
- •9.3. Кинематический анализ кулачковых механизмов
- •9.4. Понятие об ударах в кулачковых механизмах
- •9.5. Угол давления и его влияние на работоспособность кулачкового механизма
- •9.6. Связь между углом давления и геометро-кинематическими характеристиками механизма
- •9.7. Графическое определение угла давления
- •9.8. Определение радиуса основной окружности теоретического профиля кулачка
- •9.9. Определение радиуса основной окружности в механизме с плоским толкателем
- •9.10. Построение профилей вращающихся кулачков
- •Вопросы для самопроверки
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Раздел 1. Структура, кинематика и элементы синтеза механизмов
- •3. Кинематика и синтез механизмов с низшими кинематическими
- •Раздел 2. Кинетостатика механизмов и динамика машин
- •Раздел 3. Синтез элементов высших кинематических пар
- •9. Синтез профилей кулачков и элементов плоских кулачковых
9. Синтез профилей кулачков и элементов плоских кулачковых механизмов
Кулачковым называется механизм, в составе которого имеется звено с рабочей поверхностью переменной кривизны, образующее с взаимодействующим с ним звеном высшую пару.
Кулачковые механизмы обладают существенными преимуществами перед другими механизмами, обусловленными следующими основными свойствами. Во-первых, они позволяют получить практически любой закон движения выходного звена. Во-вторых, позволяют легко согласовать друг с другом работу нескольких исполнительных органов машины, приводимых в действие разными механизмами, в том числе и кулачковыми. Этим обусловлено широкое применение кулачковых механизмов, например, в полиграфических машинах.
Кулачковые механизмы обладают достоинствами, связанными с наличием в их составе высшей кинематической пары. Этим же обстоятельством обусловлены и недостатки кулачковых механизмов.
9.1. Элементы кулачкового механизма и геометрические элементы кулачка
Рассмотрим типовую схему кулачкового механизма (рис. 9.1). Она включает, кроме стойки 0, кулачок 1, вращающийся с угловой скоростью , толкатель 2, движущийся возвратно-поступательно, пружину 3 для обеспечения надёжности контакта толкателя и кулачка и, наконец, ролик 4. Кроме, естественно, кулачка и толкателя, остальные элементы схемы могут отсутствовать.
Ось толкателя смещена относительно оси O вращения кулачка на некоторое расстояние , называемое эксцентриситетом. При отсутствии эксцентриситета кулачковый механизм называется центральным.
В о время работы механизма ролик толкателя перекатывается по профилю кулачка, называемому рабочим профилем. При этом центр ролика описывает траекторию, являющуюся эквидистантой по отношению к рабочему профилю и называемую теоретическим профилем. Теоретический профиль полностью соответствует закону движения толкателя и для данного закона является единственным, в то время как рабочий профиль зависит от радиуса ролика. При радиусе ролика, равном нулю, теоретический и рабочий профили совпадают. Теоретический профиль строится от окружности минимального радиуса , называемой основной окружностью теоретического профиля.
На теоретическом профиле, в соответствии с движением толкателя, можно отметить точки a, b, c и d, которые обозначают границы фаз: ab – фаза удаления толкателя, на протяжении которой происходит удаление толкателя от центра кулачка, bc – фаза дальнего стояния, где толкатель неподвижен, несмотря на продолжающееся вращение кулачка, cd – фаза приближения, когда толкатель приближается к центру кулачка, и da – фаза ближнего стояния, на протяжении которой толкатель неподвижен в ближнем положении к центру кулачка.
Ось толкателя в любом положении механизма остаётся на одном и том же расстоянии от оси вращения кулачка, равном эксцентриситету e. Поэтому отрезок эксцентриситета описывает круг с центром в точке O, к которому ось толкателя проходит по касательной. Проведя через точки a, b, c и d касательные к кругу эксцентриситета, получим фазовые углы, являющиеся углами поворота кулачка, соответствующими той или иной фазе: – фазовый угол удаления толкателя, или просто угол удаления толкателя, – угол дальнего стояния толкателя, – угол приближения, – угол ближнего стояния. Очевидно, что , а, поделив это равенство на угловую скорость кулачка, получим соответствующее время, то есть
,
или , где – время одного оборота кулачка. Имеются схемы кулачковых механизмов, в которых отсутствуют фазы дальнего и (или) ближнего стояния.
Важным параметром кулачкового механизма является ход толкателя , то есть расстояние вдоль оси толкателя между основной окружностью и точкой b (или точкой c). Это расстояние является максимальным перемещением толкателя в процессе работы механизма. На рис. 9.1 ход толкателя отмечен жирной линией.