4. Проектирование кулачкового механизма

Широкое применение кулачковых механизмов обусловлено тем, что с их помощью легко воспроизводится заданный закон движения ведомого звена.

Нужно иметь в виду, что при выборе закона движения ведомого звена могут возникнуть удары в кулачковом механизме. Различают следующие группы законов движения: с жесткими ударами, с мягкими ударами, без ударов. Жесткие удары в кулачковом механизме имеют место, когда подъем или опускание толкателя происходит с постоянной скоростью. При синусоидальном законе движение происходит без жестких и мягких ударов (этот закон рекомендуется при проектировании быстроходных кулачковых механизмов).

Для синтеза (проектирования) кулачкового механизма задаются: схема механизма; максимальное линейное h или угловое  перемещение ведомого звена; фазовые углы поворота кулачка ( удаления - _у , дальнего стояния _д.с., возвращения _в); законы движения выходного звена для фазы удаления и возвращения; длина коромысла l для коромысловых кулачковых механизмов. Исходя из условий ограничения угла давления, определяют основные размеры звеньев кулачкового механизма; минимальный радиус кулачка, положение коромысла относительно центра вращения кулачка, проектируют профиль кулачка графическим или аналитическим методами.

4.1 Построение диаграмм движения толкателя

Вычерчиваем диаграмму аналога ускорения коромысла , для чего на оси абсцисс в произвольном масштабе _ откладываем заданные углы _у=130, _д.с.= 20, _в=125. Для принятой длины диаграммы X=375 мм величины отрезков, изображающие фазовые углы:

Для построения графика перемещения выходного звена по углу поворота кулачка необходимо выполнить двукратное интегрирование второй производной от перемещения выходного звена по углу поворота кулачка.

В интервале угла удаления _у в произвольном масштабе строим закон равномерно убывающего ускорения, также и а в интервале угла возвращения _в.

Для построения диаграммы аналога скорости , интегрируем построенную диаграмму , для чего отрезки X_у и X_в делим на 6 равных частей.

Через точки 1,2,3...,13 проводим ординаты, которые делят всю площадь заданных диаграмм на ряд участков. Площадь каждого из участков заменяем равновеликим прямоугольником с общим основанием на оси абсцисс. Проектируем высоты полученных треугольников на ось ординат. Точки проекций 1',2',3',...,13' соединяем с полюсом P₂, взятым на произвольном полюсном расстоянии H₂ от начала O осей координат лучами P₂1', P₂2', P₂3',..., P₂13'.

Ось абсцисс диаграммы , делим на такое же количество равных частей, как и ось абсцисс диаграммы . Из точки О параллельно лучу P₂1' проводим линию до пересечения её в точке 1'' с ординатой 1. Из точки 1'' параллельно лучу P₂2' проводим прямую до пересечения с ординатой 2 и т. д.. Полученная ломаная и представляет собой приближенно искомую интегральную кривую на участке, соответствующем углу _у поворота кулачка.

Диаграмма этой функции на участке, соответствующем углу _В строится аналогичным способом.

Диаграмму перемещений коромысла S() также строим методом графического интегрирования кривой .

Вычислим масштабы диаграмм. Масштаб по оси абсцисс диаграмм

Масштаб по оси ординат диаграммы перемещений

где h =21 мм - максимальное перемещение толкателя (центра ролика);

Sмах - максимальная ордината диаграммы перемещений.

В интервале угла удаления

в интервале угла возвращения

Масштаб по оси ординат диаграммы

Масштаб по оси ординат диаграммы

Разметку траектории точки В (центра ролика) производим в соответствии с диаграммой S(), для чего слева от оси ординат под произвольным углом проводим прямую и на ней откладываем отрезок O, равный максимальному перемещению толкателя в масштабе 1:1. Конечную точку B₆ соединяем с конечной точкой 6' проекции наибольшей ординаты 6-6. Через точки 1',2',...,5' проводим прямые, параллельные 6'- B₆. Полученные точки B_1, B_2,..., B₆ дают разметку траектории коромысла в интервале угла удаления.

Аналогично осуществляем разметку траектории точки В коромысла в интервале угла возвращения.