8.3. Закон руху вихідної ланки
Під законом руху вихідної ланки кулачкового механізму розуміють залежність переміщення, швидкості чи її прискорення від часу. Закони руху вихідних ланок задаються, переважно, або аналітично у вигляді рівнянь, або графічно - у вигляді відповідних графіків. Оскільки в більшості випадків, що трапляються на практиці, рух кулачка відповідає рівномірному обертанню, то зручніше користуватися графіками, які являють собою залежність переміщення, аналога швидкості, чи аналога прискорення від кута повороту кулачка.
Закон руху вихідної ланки визначається профілем кулачка і є основною характеристикою механізму.
У практиці проектування кулачкових механізмів найбільше поширення отримали відносно прості, типові закони руху, наприклад, зображені на рис. 8.3 (для фази віддалення штовхача): а - лінійний; б - параболічний; в - косинусоїдальний; г - синусоїдальний; д, е - описані поліномами.
Теоретично, кулачкові механізми можуть забезпечити будь-які закони руху вихідної ланки. Але на практиці користуються лише тими, які мають просту технологію обробки профілю кулачка та є сприятливими з точки зору динаміки роботи механізму. Від закону руху залежать динамічні та вібраційні властивості кулачкового механізму; він повинен бути таким, щоб зусилля, які виникають при русі, не впливали на точність відтворення передатної функції та не позначались на довговічності механізму.
Розрізняють закони руху вихідної ланки кулачкових механізмів трьох видів:
- з жорсткими ударами. Прикладом є лінійний закон (постійної швидкості, рис. 8.3, а). Швидкість руху штовхача на фазі віддалення постійна (прискорення дорівнює нулю), але на початку та в кінці фази швидкість має розрив. При миттєвій зміні швидкості штовхача прискорення, а отже, й сила інерції ланки, теоретично прямує до нескінченості, що є причиною жорстких ударів, і як наслідок - швидке спрацювання механізму. Такий закон допустимий лише в тихохідних механізмах при незначній масі штовхача (у випадку коли необхідно забезпечити постійну швидкість руху вихідної ланки);
- з м’якими ударами. До цієї групи відносяться закони, при яких швидкість змінюється неперервно, а графік прискорення має точки розриву. Це характерно для параболічного, косинусоїдального законів руху (рис. 8.3, б, в, д). У точках розриву кривої прискорення сили інерції раптово змінюються на кінцеву величину, що викликає так званий м’який удар. М’який удар є менш небезпечний, ніж жорсткий удар, проте робота механізму у цьому випадку також супроводжується вібраціями, шумом та підвищеним спрацюванням. Цей закон використовують при помірних швидкостях;
- без ударів. До безударних відносяться закони, при яких прискорення є неперервною функцією (рис. 8.3, г, е). Це закони, задані діаграмами прискорення, окресленою за синусоїдою, трикутником, трапецією та інші. При плавних кривих зміни прискорення удари теоретично відсутні (якщо похибки виготовлення профілів незначні). Такі закони рекомендують використовувати у швидкохідних механізмах. Недоліком їх є повільне наростання переміщення веденої ланки.
Найбільше використання мають кулачки, які забезпечують плавну зміну прискорення штовхача.
Зауважимо, що при проектуванні кулачкових механізмів доцільно виходити з графіка прискорень – за ним можна зробити висновки про удари, шум, вібрації кулачкових механізмів, у той час, як за графіками переміщень важко судити про закон руху, оскільки криві переміщення зовні мало відрізняються. Графіки швидкості та переміщення в таких випадках знаходяться методом графічного інтегрування.
Наголосимо, що не існує єдиного універсального критерію, який би враховував повний комплекс факторів, пов’язаних з вибором закону руху вихідної ланки кулачкового механізму. При оцінці ефективності профілю кулачка встановлюють комплекс заданих умов і обмежень, враховуючи їх вагомість.
Рис. 8.3