Тарабарин В.Б. - Курсовое проектирование кулачковых механизмов

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаУчебное пособиеТАРАБАРИН В.Б.Теория механизмов и машинКурсовое проектированиекулачковых механизмовИздательство МГТУ имени Н.Э. Баумана20071УДК 531.8ББК 34.41Т 33Рецензенты В.И.Ушаков, В.Д.ДудкоТ33Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование кулачковых механизмов.: Учеб.

пособие / В.Б. Тарабарин – М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2007. - … с., ил.ISBN 5-7038-1977-6Пособие содержит постановку задач проектирования кулачковых механизмов, пример формулировки раздела технического задания на проектирование кулачкового механизма, алгоритмы решения задач проектированияразличных кулачковых механизмов, требования к содержанию пояснительной записки и к оформлению графической части, примеры проектированиякулачковых механизмов.Для студентов выполняющих курсовой проект по ТММ.Ил.

. Табл. . Библиогр. назв.УДК 531.8ББК 34.42Валентин Борисович ТарабаринТеория механизмов и машин.Курсовое проектирование кулачковых механизмов.C2МГТУ им. Н.Э. БауманаВведениеИ так перед вами очередное учебное пособие по курсовому проекту.Почему у автора возникла необходимость в написании пособия на даннуютему. Последние десятилетия идет непрерывный процесс переработки и модернизации курса ТММ. При этом не только происходить устранение устаревших разделов и методов, но и пересмотр некоторых понятий и терминов,введение новых понятий и расчетных методов. Большинство этих методовявляются плодами творчества авторов учебных пособий.

Часто авторы неимеют конструкторской практики, а предлагаемые ими методы расчета содержат как методические, так и логические ошибки. Что конкретно не удовлетворяет автора данного пособия в изданной за последние годы методической литературе. Во-первых, игнорирование требований стандартов в терминологии, единицах измерения, оформлении диаграмм и графиков. Во-вторых,искажение в них физического смысла некоторых терминов и понятий (например, угол давления), использование в разделах метрического синтеза терминов теории колебаний и теории автоматического управления, таких как«передаточная функция» и «фазовый портрет». В целом данное пособие ориентировано на студентов выполняющих курсовой проект по ТММ. В приложении к пособию приведен пример раздела пояснительной записка и программа по синтезу кулачкового механизма на MathCAD.Кулачковые механизмы используются в различных машинных агрегатах для выполнения разнообразных основных или вспомогательных функций.

В двигателях внутреннего сгорания они перемещают впускные и выпускные клапаны, в станках используются в механизмах подачи заготовки, вконвейерах и транспортерах управляют механизмами дозаторов или концевых выключателей, в кузнечно-прессовых машинах перемещают заготовкиили готовые изделия. В механизмах с гидравлическим приводом кулачковыемеханизмы применяются для регулирования подачи жидкости. Плунжерные3насосы на основе кулачковых механизмов используются в смазочных системах механизмов и редукторов.В механизмах приводов радиолокационной антенны (вар.40) и механизма подачи станка-автомата (вар.29) кулачковый механизм является составной частью основного механизма.Алгоритм проектирования кулачкового механизма, его структурнаясхема, закон движения толкателя и фазовые углы в основном определяютсяфункциональным назначением механизма.

Кулачковый механизм регулятораподачи жидкости имеет заданный закон перемещения толкателя - перемещение пропорционально расходу жидкости, проходящей через регулятор. Вкурсовом проекте рекомендуется выбирать закон движения толкателя прямопропорциональным скорости относительного движения в паре поршеньцилиндр. Для механизма газораспределения необходимо обеспечить требуемое максимальное перемещение толкателя, при этом закон по которому онперемещается, может быть выбран произвольно и, обычно, определяетсятехнологией изготовления кулачка.

В плунжерных насосах кулачок выполняется в виде эксцентрика с рабочим углом2π и с поступательным движениемтолкателя. Толкатель в этих механизмах обычно выполняется без ролика сосферической или плоской рабочей поверхностью.Особое внимание необходимо обратить на способ замыкания высшейпары в кулачковом механизме. При силовом замыкании механизм имеетменьшие размеры, более технологичен, так как требования к точности изготовления невысокие, при геометрическом замыкании обеспечивается болеенадежный контакт звеньев, но из-за избыточных связей требуется более высокая точность изготовления и сборки.

Геометрическое замыкание обычноиспользуется в тяжелых технологических машинах и приборных системах,где недопустимо нарушение контакта звеньев. В большинстве кулачковыхмеханизмов используется силовое замыкание высшей пары.4При проектировании кулачкового механизма необходимо учитыватьрежим движения машинного агрегата: установившийся, неустановившийсяили «пуск-останов». При установившемся режиме угол поворота кулачкапримерно пропорционален времени. Поэтому графики скорости и ускорениятолкателя по внешнему виду (в первом приближении) идентичны графикамсоответствующих кинематических передаточных функций.

Переход от кинематических графиков к передаточным функциям осуществляется пересчетомна оси абсцисс масштаба времени в масштаб угла, так как угол поворота кулачка прямо пропорционален времени. При неустановившемся режиме движения вала кулачка такой связи между углом и временем нет, а вид графиковкинематических характеристик отличается от графиков геометрических параметров – передаточных функций или аналогов скорости и ускорения.Важным этапом синтеза механизма является выбор вида толкателя. Качающийся или коромысловый толкатель позволяет использовать большиезначения допустимых углов давления, обеспечивает большую нагрузочнуюспособность механизма.

При поступательном толкателе важную роль играеттакой параметр кулачкового механизма как внеосность или эксцентриситет смещение оси толкателя относительно оси кулачка. Внеосность используетсялибо для уменьшения угла давления на фазе удаления, либо для выполнениядополнительных конструктивных требований. При одностороннем (нереверсивном) вращении кулачка эксцентриситет существенно уменьшает допустимые минимальные размеры кулачка, при реверсивном движении применение эксцентриситета увеличивает размеры кулачка.

Для уменьшения угладавления эксцентриситет откладывается в направлении основного вращениякулачка, а его оптимальная величина примерно равна половине максимального значения первой передаточной функции.На рис. 1 приведены структурные схемы кулачковых механизмов с силовым замыканием, используемые в комплексных заданиях на курсовой проект по ТММ [1]. В дальнейшем толкатели с поступательным движением бу5дем называть толкателями, а с вращательным – коромыслами.

На рисунке 1изображены схемы кулачковых механизмов с толкателями. На схемах 1а и визображены механизмы с центральным толкателем. В этих механизмах осьтолкателя пересекается с осью вращения кулачка. На рис. 1б изображен механизм с внеосным толкателем. В нем ось толкателя смещена от оси вращения кулачка на величину эксцентриситета.Рис.1На схемах рис. 1 г и д показаны механизмы с коромыслами. На схеме гизображен механизм с внешним зацеплением (полюс Р делит межосевое расстояние6awвнутренним образом), а на схеме д – механизм с внутренним за-цеплением (полюс Р делит межосевое расстояниеawвнешним образом).

Таккак вращение звеньев при внутреннем зацеплении происходит в одну сторону, то скорость скольжения в высшей паре значительно меньше, а следовательно меньше и износ звеньев. В механизмах на схемах а, б и г для заменыскольжения качением используется ролик. Эти механизмы имеют две подвижности, причем подвижность ролика является местной или локальной, таккак не влияет на закон движения выходного звена.На рис.2 изображены кулачковые механизмы с геометрическим замыканием высшей пары.

Замыкание на рис.2а обеспечивается параллельным соединением двух кулачковых механизмов. При этом профиль кулачка во втором механизме обеспечивает тот же закон движения толкателя (в общем случае профили кулачков различны). Первый кулачковый механизм обеспечивает движение толкателя на фазе удаления (работает высшая пара– на фазе сближения (работает высшая параK1 ), второйK 2 ).Рис.27Механизм, схема которого изображена на рис. 2б, обеспечивает замыкание вышей пары за счет конструкции коромысла. Здесь движение коромысла на фазе удаления обеспечивается парой K1 , а на фазе сближения – паройK 2 .

Такой механизм возможен только для кулачка с рабочим профилем– окружностью или эксцентрика.1. Постановка задачи проектирования кулачкового механизма. Исходные данные для проектирования (что дано) и параметры, определяемые впроцессе проектирования (что требуется определить).В курсовом проекте решается задача определения основных размеровмеханизма или задача метрического синтеза.

При этом определяются размеры звеньев механизма определяющие обеспечение заданного закона движения толкателя при ограничениях на угол давления и габариты. На первомэтапе необходимо из массива данных, приведенных в задании на курсовоепроектирование, выбрать те, которые относятся к проектированию кулачкового механизма. Обычно эти данные включают: функциональное назначениекулачкового механизма, его структурную схему, типовой закон измененияускорения или второй кинематической передаточной функции, частота вращения вала кулачка, угол рабочего профиля и фазовые углы удаления, дальнего выстоя и сближения, ход толкателя (линейный или угловой) и допустимый угол давления. Кроме того, для механизмов с толкателем задан эксцентриситет, а для механизмов с коромыслом – длина коромысла.