Фазы движения кулачка. Виды кулачковых механизмов

Кулачковым называется механизм с высшей парой, в которой постоянно соприкасаются одни и те же профили.

В кулачковом механизме звено со сложной формой рабочей поверхности называется кулачком; звено, образующее с кулачком высшую пару,обычно называют толкателем; кроме того, имеется звено, входящее в две низшие пары, — с толкателем и кулачком.

В большинстве случаев.для кулачковых механизмов неподвижным звеном (стойкой) является звено 3.Иногда бывает неподвижным кулачок или толкатель.

Для механизма на рис. при вращении кулачка против часовой стрелки на участке профиля кулачка под острие толкателя будут подходить точки профиля, все более удаленные от центра вращения, кулачка. Поэтому расстояние от острия до центра вращения будет соответственно увеличиваться, а толкатель, под действием профиля кулачка, будет подниматься или удаляться. Толкатель достигнет крайнего верхнего положения после поворота кулачка на угол Ф_у в момент перехода точки контакта на участок , где профиль. выполнен по дуге окружности радиуса и с центром на оси вращения. При дальнейшем повороте кулачка на угол Ф_ов расстояние не изменится, и толкатель будет сохранять свое крайнее верхнее положение.

Последующий поворот кулачка на угол , соответствующий участку ей, будет сопровождаться приближением (опусканием) толкателя под действием силы веса или пружины. Участок выполненный по дуге окружности радиуса ,сцентром на оси вращения кулачка, соответствует остановке толкателя в крайнем нижнем положении в течение времени поворота кулачка на угол Ф_0Н.

На рис. показан график перемещения толкателя в зависимости от угла поворота кулачка, т. е. закон движения толкателя.

Цикл работы рассматриваемого механизма совершается за один оборот кулачка и состоит из четырех интервалов: а) удаления (подъема) толкателя, б) остановки в верхнем положении, в) приближения, г) остановки в нижнем положении. Выполняя различные профили кулачка, можно осуществить практически любое необходимое сочетание интервалов движения и остановок толкателя. Например, за счет дуги концентрической окружности на некоторой части профиля можно получить промежуточную остановку толкателя в любой, наперед заданный, момент удаления. За счет изменения формы профиля кулачка можно получить различные законы перемещения толкателя на интервалах движения.

Виды кулачковых механизмов

Основным свойством кулачковых механизмов является возможность получения любого, наперед заданного, закона движения ведомого звена, в том числе и движения с остановками толкателя заданной продолжительности.

Это свойство, присущее только кулачковым механизмам, является их основной отличительной особенностью и преимуществом по сравнению с другими механизмами.

К недостаткам кулачковых механизмов относятся:

1) наличие высшей пары и, как следствие, большие удельные давления; это влечет за собой увеличение износа от сил трения и уменьшение к. п. д.;

2) трудность изготовления сложного профиля кулачка.

Кулачковые механизмы подразделяются на плоские и пространственные. К плоским относятся механизмы, звенья которых перемещаются в одной или параллельных плоскостях все остальные механизмы являются пространственными (рис. 7, 6).

Основным критерием классификации кулачковых механизмов является характер движения толкателя. По этому признаку все механизмы с ведущими кулачками (как плоские, так и пространственные) делятся на три типа:

1) с поступательным движением толкателя (рис. 1, 5);

2) с качающимся толкателем (рис. 3, 6, 7);

3) со сложным движением толкателя (рис. 4).

Механизмы первого типа отличаются более простой по сравнению с механизмами других типов конструкцией и применяются во многих машинах (например в двигателях внутреннего сгорания автомобилей и тракторов). Лучшими характеристиками обладают механизмы второго типа, чем и объясняется их наиболее широкое распространение в технике. Механизмы третьего типа, не имея преимуществ по сравнению с первыми, сложнее их по конструкции, поэтому применять такие механизмы не рекомендуется, и в машинах они встречаются редко.

Механизмы бывают либо с вращающимся кулачком (рис. 1, 3, 4), либо с поступательным движением кулачка (рис. 5) (последние встречаются реже).

Толкатели бывают различных видов (рис. 8).

Рис. 3. Механизм с дисковым кулачком и со сложным движением толкателя

Рис. 4. Механизм с дисковым кулачком и качающимся толкателем

Рис. 5. Механизм с поступательным движением кулачка и толкателя

Рис. 6. Пространственный механизм с качающимся толкателем и цилиндрическим кулачком

Рис 7. Пространственный механизм с дисковым

Рис. 8. Виды толкателей кулачком

В механизмах на рис. 1, 3, 4, 7 возвратное движение толкателя происходит под действием специальных пружин или за счет сил веса звеньев; такой способ называется силовым замыканием кинематической цепи. В механизмах с геометрическим замыканием кинематической цепи (рис. 5, 6, 9) как прямой, так и обратный ход толкателя обеспечивается профилем кулачка.

Рис. 9. Механизм с плоским толкателем и геометрическим замыканием