Теория механизмов (стр. 12 из 15)

Кулачковые механизмы - плоские или пространственные механизмы с одной высшей кинематической парой, выполняющие самые разные функции, получившие широкое распространение в механизмах перемещения рабочих органов различных машин-автоматов, в устройствах подачи станков, механизмах газораспределения двигателей внутреннего сгорания и во многих других случаях, когда требуется получить возвратно- вращательное или возвратно-поступательное движение ведомого звена по заданному закону. Воспроизведение движения ведомого звена (толкателя) кулачковые механизмы осуществляют теоретически точно. Их ведущее звено называется кулачком.

Кулачковый механизм, в большинстве случаев, является составной частью проектируемой машины. Он может использоваться как основной, но чаще является вспомогательным механизмом для выполнения технологической операции, последовательность и продолжительность которой согласуется с движением звеньев основного механизма.

Поэтому проектирование кулачковых механизмов выполняется после того, как предварительно намечена общая компоновка машины, спроектированы ее рабочие органы, установлена продолжительность и последовательность выполнения элементов движения ведомого звена кулачкового механизма, выбран закон движения.

Проектирование кулачкового механизма заключается в определении взаимного расположения ведущего звена (кулачка), ведомого звена (толкателя) и координат профиля кулачка, обеспечивающих заданный закон движения толкателя. При этом должны быть удовлетворенны требования, определяющиеся технологическим процессом и эксплуатационными показателями механизма. Эти требования отражаются в исходных данных для проектирования.

Проектное решение оценивается комплексом показателей, таких как, размеры, взаимозаменяемость деталей, их прочность, долговечность, стоимость и т.д. Получить решение, в котором все эти показатели являются оптимальными, невозможно. Поэтому оптимизируют один или несколько показателей с обеспечением выполнения ограничений по остальным показателям. Применение системы автоматизированных расчетов курсового проектирования [1] позволяет рассматривать при проектировании многовариантные решения и выбирать наилучший вариант конструкции.

В данном учебном пособии рассмотрена методика проектирования кулачковых механизмов с оптимизацией по габаритам. Дополнительное условие синтеза - обеспечение допустимых углов давления на входное звено во всех положениях механизма, т.е. обеспечение отсутствия заклинивания кулачкового механизма.

В комплексных заданиях на курсовой проект (работу) содержатся следующие исходные данные:

1. Структурная схема кулачкового механизма, показывающая характер взаимосвязей звеньев и их относительное расположение, тип кулачка, вид толкателя и характер его движения. Ведущим звеном в кулачковом механизме (рис. 1) является дисковый кулачок 1, ведомым - толкатель 2, снабженный роликом 3. Толкатель может совершать поступательное или вращательное движение.

2. Максимальное перемещение толкателя - ход толкателя h

3. Длина толкателя

₂ в случае вращательно перемещающегося толкателя или внеосность е в случае поступательно движущегося толкателя.

4. Фазовые углы: угол рабочего профиля кулачка

и его составляющие - при удалении

, при дальнем стоянии

, и сближении

, которые назначаются в соответствии с циклограммой, отражающей согласованность перемещений исполнительных звеньев механизма.

5. Закон движения толкателя в виде графика изменения ускорения толкателя в зависимости от угла поворота кулачка. Закон движения определяется конкретной технологической операцией, для выполнения которой предназначен проектируемый механизм.

6. Направление вращения кулачка и частота его вращения в с^-1.

Параметры	Обозначения	Единица измерения	Числовое значение
Частота вращения кулачка			150
Фазовые углы поворота кулачка			60 30
Допускаемый угол давления			30
Угловой ход коромысла			20
Длинна коромысла			0.1
Момент инерции коромысла			0.06

Фазовым углом подъема φ_п кулачкового механизма называется угол поворота кулачка, которому соответствует перемещение выходного эвена с крайнего нижнего положения в крайнее верхнее.

Фазовым углом верхнего φ_в.в выстоя кулачкового механизма называют угол поворота кулачки, которому соответствует положение выходного звена в крайнем верхнем положении.

Фазовый углом опускания φ ₀ кулачкового механизма называется угол на который повернется кулачок при опускании толкателя из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение.

Проектирование кулачкового механизма делится на три основных этапа:

1. Определение кинематических передаточных функций, характеризующих изменение ускорения, скорости и перемещения толкателя, в функции времени или угла поворота кулачка.

2. Определение основных размеров кулачкового механизма - минимального радиуса кулачка

, внеосности

или межосевого расстояния

_w, при которых углы давления не превышают допустимых значений.

3. Определение координат профиля кулачка.

4.2. Построение диаграмм движения выходного звена.

При проектировании профиля кулачка обычно задаются законом движения толкателя. Выбор закона движения определяется главным образом теми требованиями, которые предъявляет технологический процесс к движению толкателя. В качестве требуемого закона движения можно принять определенный тип кривой перемещения, скорости или ускорения. Динамика кулачковых механизмов в основном определяется законами изменения ускорений (так как с ускорениями толкателя связаны пропорциональные им и массе толкателя силы инерции, учитывать которые приходиться при расчете замыкающих пружин, при определении напряжений в деталях механизма и т.д.), поэтому обычно в качества закона движения толкателя задаются кривой (или уравнением) относительных ускорений толкателя. Технологические соображения в большинстве случаев заставляют обращаться к сложным законам движения.

В табл. 1...5 приведены некоторые законы движения толкателя, представленные в виде безразмерных коэффициентов относительных значений ускорений

и угла поворота К_у на фазе удаления. Коэффициент угла поворота К_у = j_1р / j_у меняется в пределах от 0 до I, а коэффициент ускорения в пределах

может изменяться по величине и по знаку. Для приведенных примеров вначале, а также в промежуточных положениях ускорение может изменяться скачком на конечную величину (мягкий удар за счет мгновенного изменения силы инерции). Для ряда законов ускорение меняется скачком в конце фазы удаления, в других случаях скачки на графиках ускорений могут отсутствовать.

4.2.1 Построение диаграммы аналогового ускорения и ускорения выходного звена.

Синтез кулачкового механизма начнём с построения диаграммы аналога ускорения выходного звена. По оси абсцисс системы координат

в произвольном масштабе

откладываем фазовые углы φ _n , φ _в.в. и φ _о