Кулачковый механизм с роликовым толкателем

Описание

Кулачковые механизмы. Чаcть 1.

Типы кулачковых механизмов

Кулачковые механизмы находят достаточно широкое применение в различных отраслях промышленности. В автомобилестроении, в двигателях внутреннего сгорания применяются кулачковые механизмы с тарельчатым толкателем и силовым замыканием пружиной. В технологическом оборудовании (в пружинонавивочных и шайбонавивочных станках, универсально гибочных и холодноштамповочных автоматах) применяются кулачковые механизмы с плоскими дисковыми кулачками, качающимся роликовым толкателем и силовым или кинематическим (при высоких скоростях и больших знакопеременных нагрузках) замыканием. В пищевой, легкой промышленности и производстве медикаментов, где используются роторные автоматы и линии применяются кулачковые механизмы с пространственными кулачками, с поступательно перемещающимися роликовыми толкателями и кинематическим замыканием.

Кулачковые механизмы в отличие от всех других содержат кулачок, задающий закон движения, и толкатель, передающий это движение ведомому звену – рычагу, ползуну, коромыслу или кулисе. Именно возможность осуществить движение ведомого звена практически по любому закону является основным преимуществом кулачкового механизма, что позволяет его использовать, в отличие от других механизмов, для решения сложных кинематических задач даже при работе в условиях больших нагрузок и высоких скоростей. До появления системы электронного программного управления кулачковые механизмы были практически единственным устройством, с помощью которого программировалось сложное движение исполнительного органа. Но и сейчас есть области техники, где кулачковые механизмы незаменимы, это например кулачковые автоматы различного назначения, работающие в условиях высоких скоростей и больших нагрузок (холодновысадочные автоматы, листоштамповочные автоматы, роторные линии), а также двигатели внутреннего сгорания (система газораспределения) и т.д.

Кулачковые механизмы различаются по виду движения толкателя, по типу кулачка, по конструкции толкателя, по способу замыкания кулачка и толкателя. По виду движения толкателя кулачковые механизмы делятся на механизмы с поступательным движением толкателя (см. Рис. 1а), с качательным движением толкателя (см. Рис. 1б) и механизмы со сложным движением толкателя (см. Рис. 1в).

В кулачковых механизмах применяются следующие конструкции толкателей: игольчатые (см. Рис. 2а), роликовые (см. Рис. 2б), тарельчатые (см. Рис. 2в), сферические (см. Рис. 2г). В технологическом оборудовании обычно применяются роликовые толкатели.

По типу кулачка кулачковые механизмы делятся на механизмы с плоскими дисковыми кулачками (см. Рис. 3а,б), с поступательно движущимися кулачками (см Рис. 3в), с пространственными кулачками (см Рис. 3г).

По способу замыкания кулачка и толкателя кулачковые механизмы делятся на механизмы с силовым замыканием (см. Рис. 4а) и механизмы с кинематическим замыканием (см. Рис. 4б).

В первом случае силовое замыкание кулачка и тарельчатого толкателя, обеспечивающее их постоянный гарантированный контакт, осуществляется за счет прижима последнего пружиной к кулачку, а во втором случае замыкание роликового толкателя и кулачка, обеспечивающего их постоянный контакт, осуществляется за счет того, что кулачок выполняется сдвоенным и имеет прямой и обратный профиль, а толкатель представляет собою трехплечий рычаг, два ведущих плеча которого оснащены шарнирно установленными роликами, каждый из которых контактирует с соответствующим профилем кулачка. Кроме того с кинематическим замыканием выполняются практически все пространственные кулачковые механизмы (см. Рис. 3г) и достаточно часто кулачковые механизмы с поступательно движущимся толкателем (см. Рис. 3в), при этом в обоих случаях кулачки выполняются с пазом по которому в процессе движения кулачка катится ролик толкателя. Необходимо отметить, что при видимых преимуществах использования кинематического замыкания в кулачковых механизмах высокоскоростного технологического оборудовании влечет за собою значительное ужесточение требований по точности предъявляемых к кулачку, толкателю и расточкам в станине под кулачковый вал и ось качания толкателя. Рассмотрим примеры и конструктивные особенности кулачковых механизмов.

Примеры использования кулачковых механизмов

При практическом применении кулачковых механизмов для выполнения определенных требований и ограничений зачастую приходится создавать оригинальные конструктивные схемы, которые позволяют повысить эффективность работы механизма в целом.

Кулачковые механизмы, которые, как правило, используются совместно с рычажным передаточным механизмом, образуют, таким образом, кулачково- рычажный механизм, который, работая в составе технологического оборудования автоматического действия (в составе станков – автоматов) зачастую оснащается дополнительными устройствами для выполнения следующих функций:
− изменение величины хода выходного звена,
− изменения цикла и работы механизма,
− предохранения наиболее ответственных деталей механизма от перегрузки,
− обеспечения удобства эксплуатации и наладки оборудования,
− включения и выключения привода механизма, при работе оборудования в холостом или наладочном режиме.

Рассмотрим конструктивные особенности кулачковых механизмов технологического оборудования имеющих различное функциональное назначение.

На Рис 15 показан кулачково – рычажный механизма выталкивания из матриц многопозиционного холодновысадочного автомата, который включает устройство для предохранения от перегрузки. Он содержит кулачок 1, установленный на приводном валу 2 автомата, который контактирует с роликом 6, шарнирно установленным на ведущем плече 7 ведущего рычага посредством подшипника скольжения 5 и оси 4 и роликом 3 шарнирно установленным посредством оси 36 на коромысле 33 возвратного механизма. При этом ведущий рычаг шарнирно установлен в станине 41 посредством подшипника скольжения 8 и оси 9, а на его ведомом плече имеющим радиусную форму выполнен закрытый ступенчатый паз, в котором с возможностью перемещения в процессе наладки расположена ползушка 11, цилиндрический хвостовик 12 которой с резьбой на конце фиксируется гайкой 13. В отверстии ползушки 11 установлена ось 14, с помощью которой она шарнирно соединяется с промежуточной тягой, имеющей сборную конструкцию и состоящей из ведущей 15 и ведомой 16 частей, шарнирно соединенных между собою посредством оси 17 и зафиксированных от относительного проворота при работе механизма в нормальном силовом режиме разрывном болтом 38. В свою очередь, ведомое плечо 16 промежуточной тяги шарнирно соединено с толкателем 23 и промежуточным коромыслом 20 посредством оси 18, зафиксированной от проворота в нем с помощью конического штифта 19, при этом, промежуточное коромысло 20, шарнирно установлено на станине 41 посредством подшипника скольжения 21 и оси 22. Толкатель 23 имеющий внутреннюю сферическую поверхность посредством прижимной планки 24 шарнирно соединен с ответной сферической поверхностью штанги 25, связанной непосредственно с выталкивателем из матриц (на Рис. 36 не показан) и имеющей возможность поступательного перемещения в направляющей втулке 26, установленной в станине 41. Механизм выталкивания снабжен возвратным механизмом, обеспечивающим постоянное усилие прижима ролика 6 к рабочей поверхности кулачка 1. Он состоит из штока 27, шарнирно соединенного посредством оси 30 с плечом 7 ведущего рычага, на котором установлена возвратная пружина сжатия 31, правый торец которой упирается в соответствующий торец стакана 29, а левый в поршень 28 закрепленный на штоке 27. При этом, стакан 29 с помощью оси 32 шарнирно соединен с коромыслом 33 на котором посредством оси 36 установлен ролик 3, контактирующей с кулачком 1, а коромысло 33 шарнирно установлено на станине 41 посредством оси 34 и кронштейна 35. Шарнирное соединение стакана 29, в котором расположена пружина 31 с коромыслом 33 оснащенным роликом 3, находящемся в постоянном контакте с кулачком 1 в противофазе с роликом 6 ведущего рычага, позволяет увеличить долговечность пружины 31 за счет уменьшения ее хода, что очень существенно для данного механизма.
Наличие в механизме промежуточного коромысла 20 позволяет разгрузить штангу 25 от нагрузок, действующих на штангу 23 в направлении перпендикулярном ее перемещению. Предохранение от перегрузки механизма обеспечивается за счет конструкции сборной промежуточной тяги, состоящей из ведущей 15 и ведомой 16 частей, соединенных разрывным болтом 38, который при увеличении усилия, действующего на тягу, выше допустимого разрывается и ведущая 15 и ведомая 16 части тяги поворачиваются друг относительно друга на оси 17, что приводит к прекращению передачи усилия тягой. При этом срабатывает конечный выключатель 39, на который воздействует флажок 40 и подает сигнал в систему электроавтоматики оборудования, что приводит к его остановке.

В полной версии статьи содержится 15 примеров конструктивного исполнения различных кулачковых механизмов
(см. Рис. в таб.) с описанием их работы

ЛИТЕРАТУРА.

1. Игнатьев Н. П. Основы проектирования Азов 2011г.
2. Игнатьев Н. П. Проектирование механизмов Азов 2015г.

Полная версия статьи содержит 23 страницы текста и 22 рисунка.

Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину,

Стоимость полной версии статьи 120 рублей.

Кулачковый механизм предназначен для перемещения толкателя по определенному закону, который задается при проектировании. Первый этап проектирования состоит в определении положения центра вращения кулачка по отношению к траектории точки В толкателя (рис. 11.2). Одновременно с этим определяют величину начального радиуса г₀ кулачка, при котором наибольший угол давления в кулачковом механизме не превышает допустимого значения, то есть выполняется обязательное условие проектирования: Ф

— ход толкателя S =40мм=0,04м;

— наибольший допускаемый угол давления n_max = 20°;

— закон изменения ускорений толкателя — синусоидальный;

— величина эксцентриситета е = 0,02м;

— фаза удаления толкателя Ф₁ = 120°;

— фаза верхнего выстоя Ф₂ = 20°;

— фаза приближения толкателя Ф₃ = 80°;

— фаза нижнего выстоя Ф₄ = 140°;

— угловая скорость кулачка w = 10 c -1 .

Строим диаграммы аналога ускорения, аналога скорости и перемещения толкателя (рис.7.6). Методика их построения подробно изложена в [16 ].

Определяем минимальный радиус кулачка так, чтобы угол давления не превышал своего максимального допустимого значения n_max.

Совместно, в одном масштабе, построим диаграмму и

исключив параметр j, (рис.7.7) для этого:

— по оси Sоткладываем перемещения у_i с диаграммы ;

— по оси откладываем отрезок z_i

где Y ‘_i — ордината i-й точки на диаграмме ,(направление оси

слева — направо соответствует вращению кулачка по часовой стрелке);

— соединяя последовательно полученные точки, получаем диаграмму

S ® в виде замкнутой кривой;

— под углом n_max = 20° к оси S проводим две касательные линии к построенной кривой;

— пересекаясь, эти две линии ограничивают область (заштрихована), где может располагаться центр вращения кулачка и при этом будет выполняться условие n -3 = 14 мм,

—

на этой линии в заштрихованной области должен располагаться центр вращения кулачка;

— минимальный радиус кулачка, таким образом, будет равен величине О₁С₀ с учетом масштаба

Строим профиль кулачка (рис.7.7):

-определяем масштаб построения профиля кулачка

м/мм,

где -минимальный радиус кулачка,

-длина отрезка, изображающего его на чертеже;

-из произвольно выбранной на чертеже точки О проводим окружность радиусом = 115мм;

-на расстоянии lе = е/К_l мм проводим линию перемещения толкателя, ее пересечение с окружностью определяет положение центра С₀ ролика толкателя в положении, соответствующем фазе нижнего выстоя, а радиус-вектор О₁С₀ совпадает с началом фазы Ф₁

-с учетом масштаба К_l определяем длины отрезков, изображающих соответствующие перемещения S толкателя

— для построения профиля кулачка используем метод обращения движения: перемещаем толкатель в сторону противоположную направлению вращения кулачка с учетом его перемещения S_i вдоль направляющей и угла поворота j_I вокруг центра вращения кулачка . Для этого откладываем отрезок С₀С_i = S_i и переносим его радиусом ОС_i до пересечения с линией направления перемещения толкателя в i-м положении;

-соединяя полученные точки С₁ — С₂₂ получим теоретический профиль кулачка;

-определяется величина радиуса r_p ролика толкателя из известного условия r_p 0

— длина коромысла l = 0,1м;

— закон изменения ускорения — косинусоидальный;

— фаза удаления коромысла Ф₁ = 100°;

— фаза верхнего выстоя Ф₂ = 30°;

— фаза приближения коромысла Ф₃ = 120°;

— фаза нижнего выстоя Ф₄ = 110°;

— угловая скорость кулачка w = 20 с -1 .

Строим диаграммы (рис.7.8) аналога углового ускорения, аналога угловой скорости и угла поворота коромысла, используя методику, изложенную в [16].

. Определяем минимальный радиус кулачка, исходя из условия n (db / dj), исключив параметр j(рис7.9).

где l_O2C — длина коромысла, О₂С — длина соответствующего отрезка на чертеже:

— от радиуса-вектора О₂С₀ откладываем на чертеже сектор соответственноb 0 _max = 30°;

— ÈС₀В представляет собой траекторию движения оси вращения ролика коромысла;

— определяем масштаб К_b = b 0 _max / У_max = 30°/64 = 0,47 (град/ мм) ;

— определяем 1-е положение оси вращения ролика по углу b_i = К_b/У_i

где У_i— ордината диаграммы b (j), соответствующая i-й точке,

b_i — угол от радиуса-вектора О₂С₀;

— черезi — тое положение оси вращения ролика проводим радиальную прямую и откладываем отрезок z_i(положительное значение У‘_i отсчитывается в направлении О₂ при вращении кулачка по часовой стрелке):

где Y ‘_i — ординатаi-й точки диаграммы (db/dj) ® j;

— соединяя последовательно полученные точки получаем диаграмму b ® (db/dj) в виде замкнутой кривой;

— используя то, что угол передачи g_min = 90° — n_max, в нашем примере

g_min = 90°- 30° = 60°, проводим семейство линий под углом g_min = 60°для крайних точек 4,5,6,18,19 и 20, которые образуют область (заштрихована) возможного расположения центра вращения кулачка при выполнении условия n 2 S / dj 2 ), исключив параметрj(рис.7.11).

Для определения положения i—й точки на диаграмме:

— по осиS откладываем отрезок, равный У_i, который соответствует ординате i-й точки графика S (j);

— по оси d 2 S / dj 2 откладываем отрезок z_i

гдеY_i "— ордината i -й точки графика d 2 S / dj 2 (определена при построении диаграммы как S"_1i и S"_3i );

— соединяя последовательно полученные точки, строим диаграмму

— под углом 45° к оси S проводим линию таким образом, чтобы она касалась диаграммы;

— на пересечении прямой с осью S получим точку К;

— увеличивая С₀К на некоторую величину (10-12мм), получим точку О₁, соответству-ющую центру вращения кулачка;

— величина С₀О₁ равна минимальному радиусу кулачка

Строим профиль кулачка.

— определяем масштаб построения

где r_0min— действительная величина минимального радиуса кулачка,

l_rmin — величина отрезка, его изображающего;

— проводим окружность радиусом l_rmin = 80 мм с центром в точке О₁;

— через центр О₁ проводим окружность, равную величине эксцентриситета в масштабе K_l

— проводим касательную к окружности радиусом 1е, которая совпадает с направлением движения толкателя;

— под углом g = 90°-n = 90 0 -20 0 = 70° проводим касательную к окружности минимального радиуса, которая и определяет положение тарелки толкателя в положении нижнего выстоя;

— полученная от пересечения этих линий точка С₀ и будет определять положение, а радиус-вектор С₀О₁ есть начало фазы Ф₁;

— проводим окружность радиусом С₀О₁ и делим ее на 36 частей, начиная от точки С₀ в сторону, противоположную направлению вращению кулачка;

— через полученные точки проводим касательные к окружности радиуса е, которые совпадают с осью толкателя в соответствующих положениях;

для определения положения точки С в i-м положении необходимо

определить перемещение толкателя

где Y_i— ордината соответствующей точки графика S (j);

— откладываем от точки С₀ в соответствующем положении величину S_iи через полученную точку Ci проводим под углом g = 70° линию, определяющую положение плоскости тарелки в i -м положении;

— проведя построения для всех положений толкателя в обращенном движении, получим семейство прямых линий;

— замкнутая кривая, касательная к этим прямым, является профилем кулачка с плоским толкателем.

Разработанные в академии алгоритмы и программы позволяют произвести расчет аналогов ускорения, аналогов скорости, перемещения выходного звена, минимального радиуса кулачка, радиуса-вектора точек теоретического и практического профиля кулачка, радиуса ролика и углов давления на ЭВМ. Алгоритмы аналитического метода проектирования кулачковых механизмов с дисковым кулачком с применением ЭВМ изложены в [16].

Вопросы для самоконтроля:

1. Как находится минимальный радиус кулачка механизма с роликовым толкателем?

2. Как находится минимальный радиус кулачка механизма с плоским толкателем?

3. Как находится минимальный радиус кулачка механизма с коромыслом?

4. Как учитывается эксцентриситет при определении минимального радиуса кулачка?

5. Какой метод используется при графическом определении формы профиля и размеров кулачка?

6. Какое движение совершает толкатель в обращенном механизме?

7. Изменяется ли угол давления при работе кулачкового механизма с плоским толкателем?

8. Как определить минимальный радиус кривизны кулачка?

9. Чем отличаются теоретический и практический профили кулачка?

10. Что является условием выпуклости профиля кулачка?

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8657 — | 7435 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно