Этапы синтеза
При синтезе кулачкового механизма, как и при синтезе любого механизма, решается ряд задач, из которых в курсе ТММ рассматриваются две: выбор структурной схемы и определение основных размеров звеньев механизма (включая профиль кулачка).
Первый этап синтеза - структурный. Структурная схема определяет число звеньев механизма; число, вид и подвижность кинематических пар; число избыточных связей и местных подвижностей. При структурном синтезе необходимо обосновать введение в схему механизма каждой избыточной связи и местной подвижности. Определяющими условиями при выборе структурной схемы являются: заданный вид преобразования движения, расположение осей входного и выходного звеньев. Входное движение в механизме преобразуется в выходное, например, вращательное во вращательное, вращательное в поступательное и т.п. Если оси параллельны, то выбирается плоская схема механизма. При пересекающихся или перекрещивающихся осях необходимо использовать пространственную схему. В кинематических механизмах нагрузки малы, поэтому можно использовать толкатели с заостренным наконечником. В силовых механизмах для повышения долговечности и уменьшения износа в схему механизма вводят ролик или увеличивают приведенный радиус кривизны контактирующих поверхностей высшей пары.
Второй этап синтеза - метрический. На этом этапе определяются основные размеры звеньев механизма, которые обеспечивают заданный закон преобразования движения в механизме или заданную передаточную функцию. Как отмечалось выше, передаточная функция является чисто геометрической характеристикой механизма, а, следовательно, задача метрического синтеза чисто геометрическая задача, независящая от времени или скоростей. Основные критерии, которыми руководствуется проектировщик, при решении задач метрического синтеза: минимизация габаритов, а , следовательно, и массы; минимизация угла давления в вышей паре; получение технологичной формы профиля кулачка.
Постановка задачи метрического синтеза
Дано: Структурная схема механизма; закон движения выходного звена SB=f(1) или его параметры - hB , раб = у + дв + с , допустимый угол давления - Дополнительная информация: радиус ролика rр , диаметр кулачкового вала dв , эксцентриситет е (для механизма с толкателем движущимся поступательно), межосевое расстояние aw и длина коромысла lBC (для механизма с возвратно-вращательным движением выходного звена).
Определить: радиус начальной шайбы кулачка r0; радиус ролика rр; координаты центрового и конструктивного профиля кулачка i = f(di) и, если не задано, то эксцентриситет е и межосевое расстояние aw.
Кинематический анализ кулачкового механизма
Кинематический анализ кулачкового механизма может быть проведен любым из описанных выше методов. При исследовании кулачковых механизмов с типовым законом движения выходного звена наиболее часто применяется метод кинематических диаграмм. Для применения этого метода необходимо определить одну из кинематических диаграмм. Так как при кинематическом анализе кулачковый механизм задан, то известна его кинематическая схема и форма конструктивного профиля кулачка. Построение диаграммы перемещений проводится в следующей последовательности (для механизма с внеосным поступательно движущимся толкателем):
строится, касательно к конструктивному профилю кулачка, семейство окружностей с радиусом, равным радиусу ролика; соединяются центры окружностей этого семейства плавной кривой и получается центровой или теоретический профиль кулачка
в полученный центровой профиль вписываются окружности радиусов r0 и r0 +hAmax,определяется величина эксцентриситета е
по величине участков, не совпадающих с дугами окружностей радиусов r0 и r0 +hAmax , определяются фазовые углы раб , у , дв и с
дуга окружности r, соответствующая рабочему фазовому углу, разбивается на несколько дискретных участков; через точки разбиения проводятся касательно к окружности радиуса эксцентриситета прямые линии (эти линии соответствуют положениям оси толкателя в его движении относительно кулачка)
на этих прямых измеряются отрезки расположенные между центровым профилем и окружностью радиуса r0 ; эти отрезки соответствуют перемещениям центра ролика толкателя SВi по полученным перемещениям SВiстроится диаграмма функции положения центра ролика толкателя SВi= f(1)
Рис.8.6
На рис. 6показана схема построения функции положения для кулачкового механизма с центральным (е=0) поступательно движущимся роликовым толкателем.
Контрольные вопросы
1. Назовите особенности кулачковых механизмов, обусловившие их широкое применение в различных машинах и приборах
2. Каковы недостатки кулачковых механизмов?
3. Изобразите схемы наиболее распространенных плоских и пространственных кулачковых механизмов
4. Как подразделяются кулачковые механизмы по способу замыкания высшей пары?
5. Перечислите основные фазы движения толкателя кулачкового механизма и соответствующие им углы поворота кулачка
6. Расскажите об основных этапах синтеза кулачковых механизмов.
7. Какие законы движения толкателя рационально применять в быстроходных кулачковых механизмах и почему?