Кулачковый механизм

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Виды кулачковых механизмов
Плоский кулачковый механизм с поступательно движущимся толкателем
1 – кулачок
вращается
2 – толкатель
возвратно-
поступательное
движение
3 – опора
4 – ролик
а) игольчатый
толкатель
б) сферический
толкатель
в) роликовый
толкатель
г) тарельчатый
толкатель
е – эксцентриситет

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
1. Плоский кулачковый механизм с поступательно движущимся толкателем
при этом закон движения толкателя зависит только от формы кулачка
Преобразует вращательное движение кулачка в возвратно-поступательное движение толкателя
толкатель
кулачок
ролик

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Виды кулачковых механизмов
2. Плоский кулачковый механизм с качающимся (коромысловым) толкателем
1 – кулачок
вращается
2 – толкатель
(коромысло)
возвратно-
вращательное
движение
3 – опора
4 – ролик
д) роликовый
толкатель
е) тарельчатый
толкатель

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
2. Плоский кулачковый механизм с качающимся (коромысловым) толкателем
Преобразует вращательное движение кулачка в возвратно-вращательное движение толкателя
толкатель
(рычаг)
кулачок
ролик
ФН5-КФ

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Виды кулачковых механизмов
3. Плоский кулачковый механизм с поступательно движущимся кулачком (копиром)
1 – кулачок
возвратно-
поступательное
движение
2 – толкатель
3 – опора
4 – ролик
ж1) коромысло
возвратно-вращательное
движение
ж2) толкатель
возвратно-поступательное
движение

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Виды кулачковых механизмов
4. Пространственный кулачковый механизм
1 – кулачок
вращательное
движение
2 – толкатель
возвратно-
поступательное
движение
3 – опора
4 – ролик

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Виды замыкания ведомого звена кулачковых механизмов
1 – кулачок
вращательное
движение
2 – роликовый
толкатель
С силовым замыканием
(пружина)
С геометрическим
замыканием (паз)
Кулачки с геометрическим замыканием сложнее изготовить, они имеют большие габариты, поэтому применяются реже

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Достоинства кулачковых механизмов
Все механизмы с ВКП малозвенны, следовательно, позволяют уменьшать габариты машины в целом.
Простота синтеза и проектирования.
Механизмы с ВКП более точно воспроизводят передаточную функцию.
Обеспечивают большое разнообразие законов движения выходного звена.

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Недостатки кулачковых механизмов
Механизмы с ВКП должны иметь силовое или геометрическое замыкание.
Контактные усилия в ВКП гораздо выше, чем в НКП, что приводит к износу, т.е. 2 профиля теряют свою форму и как следствие, свое главное достоинство.
Сложность обработки профиля кулачка.
Невозможность работы на больших оборотах и передачи больших мощностей.

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Применение кулачковых механизмов
А также при создании игрушек
Кулачки применялись при создании музыкальных шкатулок
В данном механизма использованы простейшие кулачки – эксцентрики – диски, смещенные относительно оси вращения.

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Применение кулачковых механизмов
Кулачковые механизмы широко применяются в различных областях.
Например, в загрузочных устройствах и устройствах подачи.

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Применение кулачковых механизмов
Например, в газораспределительном механизме ДВС
Для обеспечения своевременного срабатывания какой-либо части механизма
Распределительный
вал ДВС

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Применение кулачковых механизмов

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Параметры кулачковых механизмов
В цикле движения толкателя в общем случае можно выделить четыре фазы:
Удаления (подъема);
Дальнего стояния (верхнего выстоя);
Сближения (спуска)
Нижнего стояния (нижнего выстоя).
Основной параметр – h ход толкателя
h=R1-R0
где R0 – радиус нулевой начальной шайбы кулачка,
R1- вспомогательный радиус

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Параметры кулачковых механизмов
Кулачок характеризуется двумя профилями:
центровым (теоретическим);
конструктивным (рабочим).
Фазам движения толкателя на профиле кулачка соответствует профильные углы:
в фазе удаления (подъема) - угол φпод;
в фазе верхнего выстоя – φв.в;
в фазе сближения (спуска)– φс.
Рабочий угол профиля кулачка
φпод + φв.в + φс = φраб.
Угол профиля кулачка можно показать только на кулачке

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Параметры кулачковых механизмов
Профиль кулачка определяет закон движения толкателя.
График перемещений толкателя в функции от угла поворота кулачка

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Угол давления в кулачковом механизма
Угол давления – это угол между скоростью в точке контакта и нормалью к профилю (т.е. направление силы).
Для кулачкового механизма с поступательно движущимся толкателем допустимый угол давления равен 25º÷35º.
Для кулачкового механизма с качающимся толкателем допустимый угол давления 35º÷40º.
С увеличением углов давления увеличиваются силы, действующие на звенья механизма, снижается КПД, возникает возможность самоторможения (заклинивания механизма)

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Геометрическая интерпретация аналога скорости толкателя
Если на продолжении луча, проведенного из центра ролика перпендикулярно скорости толкателя, отложить отрезок длиной
BD = vqB2
и через конец этого отрезка провести прямую параллельную контактной нормали, то эта прямая пройдет через центр вращения кулачка О.
чтобы получит отрезок BD, изображающий аналог скорости толкателя надо вектор скорости толкателя повернуть на 90º в сторону вращения кулачка
Найдя максимальный отрезок BD, можно определить положение центра вращения кулачка, отложив внешним образом от точки D допустимый угол давления αдоп.

КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана
Кафедра М6-КФ, секция «Прикладная механика»
Синтез кулачкового механизма
Размеры кулачкового механизма определяют из кинематических, динамических и конструктивных условий.
Кинематические условия – обеспечение воспроизведения заданного закона движения толкателя.
Динамические – обеспечение высокого КПД и отсутствие заклинивания.
Конструктивные – обеспечение минимальных размеров механизма, прочности и сопротивляемости износу.
Выбор радиуса ролика:
его увеличение увеличивает габариты и массу толкателя, ухудшает динамические характеристики механизма (уменьшает его собственную частоту);
его уменьшение увеличивает габариты кулачка и его массу; частота вращения ролика увеличивается, долговечность снижается.