Силовое исследование кулачкового механизма

Динамические условия кулачкового механизма весьма разнообразны, но основные условия заключаются в том, чтобы механизм имел достаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД) и чтобы не происходило заклинивания механизма.

Рассмотрим кулачковый механизм с остроконечным толкателем (рисунок 4.5). Если пренебречь трением в высшей кинематической паре, то сила F₂₁, действующая на толкатель 2 со стороны кулачка 1, будет направлена по нормали n-n.

Угол, образованный между направлением действия силы и скоростью толкателя, называется углом давления J.

Угол давления имеет оптимальные величины, т.к. при больших значениях может возникнуть заклинивание механизма. Это происходит потому, что сила F недостаточна, чтобы привести в движение ведомое звено.

Оптимальные значения угла J: для кулачкового механизма с поступательно движущимся толкателем J = 27о; для кулачкового механизма с качающимся толкателем J = 32о. При проектировании кулачковых механизмов часто приходится учитывать угол передачи γ – разность между 90о и углом давления (рисунок 4.5) γ = 90о -J (4.3) Если рассмотреть равновесие толкателя 2 и привести все силы к точке В2, то толкатель будет находиться под действием движущей силы , приведенной

Рисунок 4.5 - К исследованию

вопроса об угле давления

силы сопротивления Т, учитывающей полезные сопротивления, силу пружины, силы инерции и приведенной силы трения F. Тогда уравнение равновесия сил, действующих на толкатель, будет иметь вид

F₂₁cosJ – T – F =0,

где T – сила сопротивления пружины, F – сила трения.

Величины углов давления J для всего цикла движения кулачкового механизма могут быть определены графически с помощью следующего построения (рисунок 4.6). Построим кривую 1, соответствующую зависимости аналога скорости от перемещения S₂. Перемещения S₂ будем откладывать от точки В₀, соответствующей нижнему начальному положению толкателя в направлении его движения (вверх), а аналоги скоростей – в перпендикулярном направлении (горизонтально). Тогда если соединить какую-либо точку b построенной кривой с осью вращения кулачка А, то из построения следует, что направление Аb образует с осью В₀S₂ угол давления J. Обычно при проектировании решается обратная задача – по заданному закону движения толкателя определяется минимальный радиус кулачка R₀.

Кулачковыми механизмами можно осуществлять любые законы движения. Но на практике пользуются только теми, которые обеспечивают более простую технологию обработки профиля кулачка и удовлетворяют кинематическим и динамическим требованиям к кулачковому механизму.