Тимофеев Г.А., Самойлова М.В. - Проектирование кулачковых механизмов

ф' ,1 МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н. Э. БАУМАНА Г. А. Тимофеев, М, В, Самойлова Рекомендовано редсоветом МГТУим, Н, Э..баумана в качестве учебного пособия для курсового проектирования по теории л~еханизмов и механике маи~ин Под редакнией С 4. ГГоноаа Иадатедьетао МГТУ им.

Н. РЕ Баумана 1998~ ББК 34,444 Т4! ОГЛАВЛК НИ Е ББК 34.444 Рецензенты: д.т.н„проф. В. Я. Плахгл!гн, к.т.н., доц. В. В. Лычагигг Т41 Тимофеев Г, А., Самойлопа М, В. Проектирование кулачковых механизмов: Учеб. пособие для курсового проектирования по теории механизмов и механике машин / Под ред. С. А, Попова — М.. Изд-во МГТУ им, Н, Э, Баумана, 199В. — 4В с., нл. Р»сон»твены нстодь! »росктнровення дисковых кулсчковых мехе»измов с нспользоэ»ннсм графических н ен»лнтнчесхнх методов, рса!не»венных и» ЭВМ ь дн»логосом рсжные, для студентов 2-го и 3-го курсов, еыполня!о!пнх курсовой проект по дне!оно!»нен *Основы проектнров»нйя м»гоня«н «Тесан» мех»ннзмос н н»ьчнн«, Редакция заказной литературы Генная!гй Алексеевн«! Тимофеев Мпрнн» Вплерьепн» Спмойловп ПРОЕКТИРОВАНИЕ КУЛДЧКОБЫХ МЕХАНИЗМОВ Заведующая редакцией Н, В, Ковалевская Редактор Я.

лт. Элькиид Корректор Х гг', Чалюлгина о МГТУ нм, Н. Э. Баум»нс, Г998 Лодпнс»но в печать П,07.98, Формат бсх84/!б. Бумага тнп, 7Ч« 2. Печ. л, 3. Уел. псч, л, 2,79. Уч.-нзд. л. 2,бб. Тираж 500 экэ. Изд, Нг !48 3»к»з 7ВВ Из»с«ель»тес МГТУ нм. Н. Э, Б»уммы, !07005, Моск»е, 2-я Бсумснск»л, 5 Введение „„,„„, „4 1. Исходиыс денные, основные требования и этапы проектирования ......5 2, Выбор закона движения толк»тела ..7 3, Определение кинематнчсских передаточных функций кулачкового механизма ...,, . 13 4, Определение основных размеров кулачкового лгеханнзма нз услопия ограничения угла давления...... „, .

„...,..., „19 5. Определение координат профиля кулачкп ...„,.....„....„„....„...,...,„„,.„,27 6, Программа расчета кулачкового механизма на ЭВМ,.„„„„„„„„„,.„„,31 7. Проектирование кулачковых механизмов графическим методом „,.„,.34 8. Рекгвындуемая последовательность проектирования кулачкового механизма, ... , . ..,...„, 43 Приложение, Примеры оформления листа курсопого проекта .„,...„,...„,44 Список литературы ...,, „. „...„.....„...,...,...„.48 ВВЕДЕНИЕ Кулачковые механизмы — плоскис или пространственные механизмы с одной высшей кинсматнчсской парой, выполншощие самые разные 4|ункнин и полушвшис широкое распространение в механизмах перемен<сина рабочих органон различных лшшин-пвтол<атов, в устройствах палачи спшкоп, механизмах газораспрсделенив двигателей внутреннего сгорпниа и во многих других случаах, когдп требуетсл получить |юзвратно-праиютсльнос или возвратно-поступательное движение ведал|о|о няню ио зш|анному закону.

Воспроизведение движенил ведомого звена (тол«птаха) кулачкоаыс мсха|пюмы осущсстшннот теоретически точно Их псдушсс звено называетсл кулачком. Ку«зчков<ай механизм в большинстве случаев ввлаетсв саста|вши частью проектируемой машины. Он может быть основным, |ш чаще ввллетса вспомогательным механизмом лла выполнснив тех<|алогической операции, <юслсдоватсльность н продолжителы<ость которой согласуется с лвнжсннсм звеньев основного л|ехвнизл|ш Поэтол|у проектирование кулачковых механизмов выпш|нлют после того, как предварительно опрслслсна общая компоновка л|пшнны, спроектированы ее рпбочие органы, установлена нрололжнтсльность и последовательность выполиенив элементов движении ведомого зв на кулачкового механизма, выбран ~акоп лпнженил. Проектирование кулачкового механизма заключастсл в определении взаимного расположс<шл ведущего звена (кулачка), ведомого звена <толкатслл) и координат профиля кулачка, обеспечивающих заданный закон двнз<енил толкатслв.

При этом должны быть удовлстворенны требованнл, опрсдела|о|ииесл технологическим процессом и эксплуатанионнымн показателями механизма, Эти требования следует указывать а исходных данных для проектнрованил. Проектное решение оценивастса комплсксол| показателей, таких например, как размеры, взаимозпменлемость детю|ей, нх прочность, долгове нюсть. стоимость. Получить решение, в которол< все эти показатели авшнотсл оптимальными, невозможно.

Поз< ему оптнмизиру|от одни илн несколько показателей, обеспечив выполнение огранИЧеНИй остальиыХ показателей. Система автоматизированных расчетов курсового проектироаанил (!,2) позволлет рассматривать мно|овариантные решения и ва|бирать наилучший вариант конструкции, 1, ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ, ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В комплексных заданиях для выполнения курсового проекта (работы) содержатся следующие исходнью данные. Рне. П Структуриью схемы кулачкоаого механизма: а — с пос<упатсльно движувшмсл толкатслсм; а — с качаюшнмел толкателсм 1. Структурная схема кулачкового механирмв, показыввкидая характер взаимосвязей звеньев и их относительное расположение, тип кулачка, вид 'толкателя и характер его фижег<ия, Ведущим звеном Ъ кулачковом механизме (рис.

1) является дисковый кулачок 1, ведомым — толкатель 2, снабженный роликом 3. Толквтель может соверщать поступательное (рис, 1, с) или вращательное (рис. 1, б) движение. 2. Максимальное перемещение толкателя — ход толкателя ь (см. рис. 1, а) илн угол поворота толкателя 11 (см. рис. 1, б) 3.

Длина толкателя 1, в случае врашательно перемещающего- ся толкателя или внеосность е в случае поступательно движуще- гося толкателя. 4, Фазовые углы: угол рабочего профиля кулачка ~р,„~щ со„ ставляющие — при удалении у,„, при дальнем стоянии р,„и сближении р„, которые назначаютсл в соответствии с цикло- граммой, отражающей согласованность перемещений исполни- тельных звеньев механизма. 5, Закон движения толкателя в виде графика изменения уско.

ранил толкателя в зависимости от угла поворота кулачка. Закон движения определяется конкретной технологической операцией, для выполнения которой предназначен проектируемый механизм, 6, Допустимый угол давления 1'37'. 7, Направление вращенил кулачка и частота его вращения в с-1, При проектировании кулачковых механизмов необходимо саблю» дать следующие основные требованиш е проектируемый механизм должен обеспечивать заданный закон движения', е механизм должен иметь наименьшие габариты при достаточной надежности работы; е детали, составляющие механизм, должны быть технодогичнь1.

мн, а их сборка — простой. Проектирование кулачкового механизма состоит из трех основ, яых этапов: 1. Определение кинематических передаточных функций, ха. рактернзуювгнх изменение ускорения, скорости и перемещения толкатсля в виде функций времени или угла поворота кулачка, 2. Определение основных размеров кулачкового механизма- минимального РаднУса кУлачка гс, внеосности е или межосевоП1 расстояния ав, при которых угчы давления нс превышают до- пустимых значений; 3. Определение координат профиля кулачка. Проектирование кулачкового механизма может быть выпал- цено графическим методом либо по аналитическим зависимостяй с применением ЭВМ. В учебных целях при выполнении курсо. восо проекта используют сочетание графических методов опреде.

ления параметров кулачкового механизма с анализом математических моделей и выполнением расчетов на ЭВМ. Применение графического метода позволяет предварительно изучить алгоритм выполнения поставленной задачи, выявить связи между отдельными параметрами и сформировать математическую модель для составления программы расчета на ЭВМ. В итоге расчетов на ЭВМ студент получает таблицу результатоа, которые ему следует проанализировать и сравнить с результатами графических построений и вычислений, 2. ВЫБОР ЗАКОНА ДВИЖЕНИЯ ТОЛКАТЕЛЯ При проектировании профиля кулачка обычно задаются законом движения толкателя. Выбор закона движения определяется главным образом теми требованиями, которые предъявляются к движению толкателя в зависимости от технологического процесса, Требуемый закон движения может быть выражен определенным видом кривой перемещения, скорости или ускорения, Динамика кулачковых механизмов в основном определяется законами изменения ускорений (так как с ускорениями толкателя связань1 пропорциональные им и массе толкателя силы инерции, учитывать которые приходится при расчете замыкающих пружин, при определении напряжений в деталях механизма и тщ.), поэтому обычно в качестве закона движения толкателя зада|отея кривой (или уравнением) относительных ускорений толкателя.

Для удовлетворения технологических требований в большинстве случаев приходится обращаться к сложным законам двнжен ил. В табл, 1...5 приведены некоторью законы движения толкателя, представленные в виде безразмерных коэффициентов относительных ускорений ~, и угла поворота К на фазе удаления толкателя. Коэ1)х$ицнент'угла поворота К„=у, /р,„изменяется в пределах от 0 до 1, а коэффициент ускорения в пределах от г„до гю может изменяться ~о величине и по знак)~. Для приведенных примеров в начале движения, а также в промежуточных положениях ускорение может изменяться скачком на конечную величину (мягкий удар за счет мгновенного изменения силы инерции). Для ряда законов ускорение изменяется скачком в конце фазы удаления, в других случаях скачки на графиках ускорений могут отсутствовать.

Таблииа 1 Давмсивстолкатспвсмягкимвударамвииосговвпымускорсовем Таблица 2 Лавмевве толкатела с мигкймв ударами и косивусовдальиым ускорением Табл»на 3 Да!нас»не толкатела с маткнм» уларами в раююубынающнм ускорением г ика 8 Рая ноубыя эюшзц! сиымстричный чд чд! 0 ! чо2 9 рая ноубыяаюмлй иссичмстричныо ча уа! 3 / Ку! ч =3!К -3К /К 0 ча = -3(Ку-К !) l (1-Ку !) уа2 31(1 Ку!) 10 Прямоууольнал !рэпснуи ., = 31(05'+К„!-К„!2) ча ! а! чо( К!,5 Ко 1 К, ча = ч ! (0,5-КУ)/(0,5-К„0 то же уа2 = !'а! О у уу 11 Прямоугольник с косинусоидоо ча 1 0324(ку! — Ку!) + 6204 О О .Ку К.! —. Кв !а! .