Vačkový mechanismus je mechanismus s vyšší kinematickou dvojicí, který má schopnost zajistit setrvání výstupního článku a konstrukce obsahuje alespoň jeden článek s pracovní plochou proměnlivého zakřivení.
Vačkové mechanismy jsou navrženy tak, aby převáděly pohyb hnacího článku na požadovaný typ pohybu výstupního článku podle daného zákona.
Schéma typického vačkového mechanismu má strukturu obsahující stojan a dva pohyblivé články (obr. 9.1). Ve vačkovém mechanismu se dvěma pohyblivými články je přitom možné realizovat transformaci pohybových a silových činitelů podle zákona libovolné složitosti.
Rýže. 9.1. Kinematická schémata vačkových mechanismů
V typických schématech vačkových mechanismů se přední článek nazývá vačka a tlačník funguje jako výstupní článek (obr. 9.1, a)
nebo vahadlo (obr. 9.1, b).
Vačka je článek vačkového mechanismu, který má pracovní plochu s proměnným zakřivením.
Posunovač je výstupní článek vačkového mechanismu, který provádí translační pohyby.
Vahadlo je výstupním článkem vačkového mechanismu, který vykonává pouze rotační pohyby a nemá schopnost rotace o více než 360°.
U vačkových mechanismů se transformace pohybových a silových faktorů provádí přímým kontaktem pracovní plochy vačky s plochou výstupního článku. V tomto případě v důsledku rozdílu v rychlosti pohybu kontaktních článků v zóně jejich kontaktu dochází k kluznému tření, což vede k intenzivnímu opotřebení těchto povrchů, jakož i ke zvýšení ztrát, snížení účinnost a životnost vačkového mechanismu. Aby bylo kluzné tření ve vyšší kinematické dvojici nahrazeno valivým třením, je do obvodu vačkového mechanismu zaveden další článek nazývaný válec. Válec tvoří s výstupním článkem jednopohybovou kinematickou dvojici třídy 5 (obr. 9.2). Mobilita tohoto
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
kinematická dvojice neovlivňuje přenosovou funkci vačkového mechanismu a je lokální pohyblivost.
Rýže. 9.2. Kinematická schémata vačkových mechanismů s válečkem
Když je do obvodu zaveden další článek – váleček, transformace pohybových a silových faktorů se provádí prostřednictvím kontaktu pracovní plochy vačky s povrchem válečku, který interaguje s výstupním článkem. V tomto případě má vačka dva typy profilů (obr. 9.3): konstruktivní a teoretický.
Rýže. 9.3. Typy vačkových profilů v vačkových mechanismech
Konstrukční (pracovní) profil je vnější profil vačky. Teoretický (centrální) profil je profil, který popisuje
střed válečku, když se odvaluje bez klouzání podél konstrukčního profilu vačky.
Vačkové mechanismy jsou klasifikovány: 1) podle zamýšleného účelu:
vačkové mechanismy, které zajišťují pohyb výstupního článku podle daného pohybového zákona;
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
9.1. Klasifikace vačkových mechanismů
vačkové mechanismy, které zajišťují pouze daný maximální pohyb výstupního článku (zdvih tlačníku nebo úhel výkyvu vahadla);
2) podle umístění článků v prostoru: ploché vačkové mechanismy (obr. 9.1, obr. 9.2);
prostorové vačkové mechanismy (obr. 9.4);
Rýže. 9.4. Schémata prostorových vačkových mechanismů
3) podle typu pohybu vačky:
vačkové mechanismy s rotačním pohybem vačky (obr. 9.2); vačkové mechanismy s translačním pohybem vačky (obr. 9.5); vačkové mechanismy se šroubovým pohybem vačky;
Rýže. 9.5. Schémata vačkových mechanismů s translačním pohybem vačky
4) podle typu pohybu výstupního článku:
vačkové mechanismy s translačním pohybem výstupu
články (obr. 9.1, a, obr. 9.2, a, obr. 9.4, a, obr. 9.5, a);
vačkové mechanismy s rotačním pohybem výstupního článku
(obr. 9.1, b, obr. 9.2, b, obr. 9.4, b, obr. 9.5, b);
5) na základě přítomnosti videa v diagramu:
vačkové mechanismy s válečkem (obr. 9.2, obr. 9.4, obr. 9.5); vačkové mechanismy bez kladky (obr. 9.1);
6) podle typu vačky:
vačkové mechanismy s plochou vačkou (obr. 9.1, obr. 9.2, obr.
vačkové mechanismy s válcovou vačkou (obr. 9.4); vačkové mechanismy s globoidní vačkou (obr. 9.6, a); vačkové mechanismy s kulovou vačkou (obr. 9.6, b);
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
9.1. Klasifikace vačkových mechanismů
Rýže. 9.6. Schémata vačkových mechanismů s globoidními a kulovými vačkami
Rýže. 9.7. Schémata disaxiálních vačkových mechanismů
7) podle tvaru pracovní plochy výstupního článku:
vačkové mechanismy se špičatým výstupem z pracovní plochy –
nogo link (obr. 9.1, a, obr. 9.7, b, obr. 9.8, b);
vačkové mechanismy s rovnou pracovní plochou výstupního článku (obr. 9.7, a, obr. 9.8, a);
vačkové mechanismy s válcovou pracovní plochou výstupního článku (obr. 9.2);
vačkové mechanismy s kulovou pracovní plochou výstupního článku (obr. 9.7, c, d, obr. 9.8, c, d);
přítomností offsetu:
disaxiální vačkové mechanismy (obr. 9.7); axiální vačkové mechanismy (obr. 9.8).
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
9.1. Klasifikace vačkových mechanismů
Rýže. 9.8. Schémata axiálních vačkových mechanismů
Disaxiální vačkový mechanismus je vačkový mechanismus, ve kterém
torusem je osa dráhy výstupního článku posunuta o určitou hodnotu vůči středu otáčení vačky (obr. 9.7). Velikost posunutí se nazývá excentricita nebo disaxiální a označuje se e.
Axiální vačkový mechanismus je vačkový mechanismus, u kterého osa výstupní dráhy prochází středem otáčení vačky (obr. 9.8).
9.2. METODA UZAVŘENÍ PRVKŮ VYŠŠÍHO KINEMATICKÉHO PÁRU
Při pohybu vačkových mechanismů je možná situace, která vede ke ztrátě kontaktu pohyblivých článků, což vede k otevření prvků vyšší kinematické dvojice. Otevření prvků vyšší kinematické dvojice vede k ukončení její existence, což se projevuje v zákoně pohybu článků v podobě přítomnosti zlomů a je nepřijatelné pro normální provoz vačkových mechanismů. Pro zajištění stálého kontaktu článků tvořících vyšší kinematickou dvojici se u vačkových mechanismů používají následující způsoby uzavření:
Silové uzavření je způsob zajištění stálého kontaktu mezi články vyšší kinematické dvojice využitím tíhových sil článků nebo pružných sil pružin (obr. 9.9).
U vačkových mechanismů se silovým uzavřením článků tvořících nejvyšší pár je pohyb výstupního článku ve fázi vyjímání prováděn působením kontaktní plochy vačky na kontaktní plochu výstupního článku, tj. článek je vačka a hnaný článek je výstupní článek: tlačné nebo vahadlo . Během přibližovací fáze se výstupní článek pohybuje v důsledku pružné síly pružiny nebo gravitační síly výstupního článku, tj. přední článek je výstupní článek: tlačné nebo vahadlo a hnaný článek je vačka.
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
9.2. Metody uzavírání prvků vyšší kinematické dvojice
Rýže. 9.9. Schémata vačkových mechanismů se silovým uzávěrem
Geometrický uzávěr je způsob zajištění stálého kontaktu článků nejvyšší kinematické dvojice prostřednictvím konfigurace pracovních ploch vačky (obr. 9.10).
Rýže. 9.10. Schémata vačkových mechanismů s pozitivním uzávěrem
U vačkových mechanismů s geometrickým uzavřením článků tvořících vyšší pár je pohyb výstupního článku ve fázi vyjímání prováděn působením vnější pracovní plochy vačky na kontaktní plochu výstupního článku. Pohyb výstupního článku ve fázi přibližování je důsledkem působení vnitřní pracovní plochy vačky na kontaktní plochu výstupního článku. V obou fázích je přední článek vačka a hnaný článek je výstupní článek: tlačné nebo vahadlo.
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
9.3. HLAVNÍ PARAMETRY VAČKOVÉHO MECHANISMU
Vačkové mechanismy, vytvořené na základě standardních obvodů, patří k cykloidním mechanismům s provozní dobou rovnou 2 π a jsou charakterizovány přítomností několika fází pohybu výstupního článku (obr. 9.11):
fáze vyjímání je fáze pohybu táhla vačkových mechanismů, doprovázená pohybem výstupního táhla ze spodní polohy do horní;
fáze horního stoje nebo stoje je fází pohybu vačkových článků
kovy mechanismy, doprovázené postavením nebo postavením výstupního článku v horní poloze;
přibližovací fáze je fáze pohybu článků vačkových mechanismů, doprovázená pohybem výstupního článku z horní polohy do spodní;
fáze spodního stoje nebo stoje je fází pohybu vačkových článků
kovyh mechanismy, doprovázené postavením nebo postavením výstupního článku ve spodní poloze.
Rýže. 9.11. Fáze pohybu výstupního článku vačkových mechanismů
Každá fáze pohybu článků vačkového mechanismu je charakterizována odpovídajícími dvěma typy úhlů (obr. 9.12):
fázový úhel ϕ je úhel natočení vačky během určité fáze pohybu výstupního článku;
úhel profilu δ je úhlová souřadnice pracovního bodu teoretického profilu vačky odpovídající aktuálnímu fázovému úhlu.
V souladu s klasifikací fází jsou fázové úhly rozděleny do čtyř typů (obr. 9.11):
fázový úhel úběru ϕ y (obr. 9.12); fázový úhel horní polohy nebo stojanu ϕ v.v (obr. 9.12);
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
9.3. Hlavní parametry vačkového mechanismu
fázový úhel náběhu ϕ с (obr. 9.12); fázový úhel spodní polohy nebo výšky ϕ n.v (obr. 9.12).
Rýže. 9.12. Fázové a profilové úhly vačkových mechanismů
Součet všech čtyř fázových úhlů tvoří cyklický fázový úhel:
ϕ = ϕ y + ϕ v.v + ϕ c + ϕ n.v = 2 π .
Součet prvních tří fázových úhlů je fázový úhel pracovního zdvihu vačkového mechanismu (obr. 9.11):
ϕ р.х = ϕ y + ϕ в.в + ϕ с.
Fázový úhel volnoběhu vačkového mechanismu je roven fázovému úhlu spodního dorazu (obr. 9.11), tzn.
Každá fáze pohybu článků vačkového mechanismu má svůj profilový úhel, úhly jsou také rozděleny do čtyř typů (obr. 9.12):
úhel odstranění δ y ; úhel horní polohy nebo stojanu δ v.v; nájezdový úhel δ c ;
úhel spodní polohy nebo výšky δ n.v.
V obecném případě se fázové a profilové úhly odpovídajících fází pohybu článků typických vačkových mechanismů navzájem nerovnají:
Rovnost fázových a profilových úhlů odpovídajících fází pohybu táhla je charakteristická pouze ve fázi spodního klidu (obr. 9.12) a pro zbývající fáze pohybu táhla nastává pouze u standardních vačkových mechanismů bez váleček.
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
9.4. STRUKTURÁLNÍ ANALÝZA PLOCHÝCH VAČKOVÝCH MECHANISMŮ
Články typických vačkových mechanismů provádějí pohyby v rovnoběžných rovinách, proto jsou tyto mechanismy ploché, jejichž pohyblivost je vypočtena pomocí Chebyshevova vzorce.
Vačkové mechanismy bez válečku (obr. 9.1). Struktura obou typů
Nové vačkové mechanismy se skládají ze tří článků, z nichž vačka 1 a tlačník nebo vahadlo 2 jsou pohyblivé články a stojan 0 je pevný článek, proto n = 2. Stojan je znázorněn na schématu mechanismu s tlačníkem, jedna kloubově pevná podpěra a pevný jezdec a ve schématu mechanismů s vahadlem – dvě kloubově pevné podpěry. Pohyblivé články a stojan tvoří dvě rotační kinematické dvojice s pohyblivostí rovnou jedné: 0 − 1, 2 − 0 a jednou vyšší kinematickou paramobilitou rovnou dvěma: 1 − 2, tedy p 1 = 2, p 2 = 1.
Dosazením získaných dat do strukturního vzorce získáme
W = 3 2 − 2 2 − 1 = 6 − 4 − 1 = 1.
Výsledek znamená, že k jednoznačnému určení vzájemné polohy vazeb mechanismů tohoto typu stačí jedna zobecněná souřadnice.
Vačkové mechanismy s válečkem (obr. 9.2). Schémata obou vačkových mechanismů se skládají ze čtyř článků, z nichž vačka 1, tlačné nebo vahadlo 2 a válec 3 jsou pohyblivé články a stojan 0 je pevný článek, proto n = 3. Stojan je znázorněn na schématu mechanismus s posunovačem s jednou kloubově pevnou podpěrou a pevným jezdcem a ve schématu mechanismů s vahadlem – dvě kloubově pevné podpěry. Pohyblivé články a stojan tvoří tři rotační kinematické dvojice s pohyblivostí rovnou jedné: 0 − 1, 2 − 3, 3 – 0 a jednu vyšší kinematickou dvojici s pohyblivostí rovnou dvě: 1 − 3, tedy p 1 = 2, p2 = 1.
Dosazením získaných dat do strukturního vzorce získáme
W = 3 3 − 2 3 − 1 = 9 − 6 − 1 = 2 .
Výpočet pomocí Čebyševova vzorce pro typické vačkové mechanismy s válečkem ukazuje, že pohyblivost je rovna XNUMX. Výsledek ukazuje na přítomnost strukturálních defektů v obvodech typických vačkových mechanismů s válečkem, což ukazuje na přítomnost dvou typů pohyblivosti pro různé funkční účely. Pohyblivost typického plochého vačkového mechanismu s jedním hnacím článkem tvořícím primární mechanismus s pohyblivostí jedna je rovna jedné, proto je druhá jednotka pohyblivosti zodpovědná za lokální pohyblivost tvořenou válečkem s výstupním článkem:
W = 2 = W 0 + W ì = 1 + 1,
kde W0, Wm jsou v tomto pořadí hlavní (vypočítaná) a místní pohyblivost vačkového mechanismu.
Teorie mechanismů a strojů. Učebnice příspěvek
9. VAČKOVÉ MECHANISMY
9.5. KINEMATICKÁ ANALÝZA MECHANISMŮ PLOCHÝCH VAČEK
Pro provedení kinematické analýzy typických vačkových mechanismů je nutné znát základní rozměry všech jejích článků nebo zákon pohybu výstupního článku.
V obecném případě je cílem kinematické analýzy typických vačkových mechanismů pro dané schéma mechanismu určit zákon pohybu výstupního článku a se známými hlavními rozměry všech článků určit zákon pohybu výstupního článku. .
Zákon pohybu výstupního článku je určen jako funkce úhlu natočení vačky na základě struktury vačkového mechanismu a zadaných parametrů:
kde ϕ je úhel natočení vačky.
Tuto funkční závislost lze získat analytickou nebo graficko-analytickou metodou. Analytická metoda, stejně jako při analýze mechanismů jiných typů, umožňuje získat přesnější údaje, graficko-analytická metoda je však jednodušší a poskytuje jasný výsledek, což vedlo k jejímu širokému použití v technických výpočtech k získání primární pochopení hodnot a zákonitostí změn kinematických parametrů vačkových mechanismů na základě daných podmínek.
Graficko-analytická metoda kinematické analýzy může být provedena dvěma metodami: metodou kinematických diagramů nebo metodou kinematických plánů. Plánovací metoda, jak je aplikována na analýzu typických vačkových mechanismů, je založena na použití náhradních mechanismů.
Náhradní mechanismus je mechanismus, jehož struktura obsahuje pouze nižší kinematické dvojice, které mají v určitých polohách hnacího článku stejné posuvy, rychlosti a zrychlení pro výstupní článek jako odpovídající mechanismus s vyšším párem.
Při výběru konstrukce náhradního mechanismu je hlavní pozornost věnována zachování zákonitostí pohybu hnacích a výstupních článků vačkových mechanismů a vzájemné polohy os těchto článků. Každý vyšší kinematický pár je nahrazen dvěma nižšími páry, což vede ke vzniku fiktivního článku 3 ve struktuře náhradního mechanismu. schémata jsou nahrazena odpovídajícím schématem standardního pákového mechanismu.
Kinematická analýza typických pákových mechanismů je diskutována výše (viz kapitola 2).
Ve většině případů je zákon pohybu výstupního článku typického vačkového mechanismu specifikován druhou derivací dráhy s ohledem na úhel natočení nebo čas (daň zrychlení). V tomto případě se pro přímé získání pohybového zákona výstupního článku používá metoda kinematických diagramů (obr. 9.13).
Shrnutí: Účel a rozsah vačkových mechanismů, hlavní výhody a nevýhody. Klasifikace vačkových mechanismů. Základní parametry vačkových mechanismů. Cyklogram činnosti vačkového mechanismu. Typické zákony pohybu tlačníku. Kritéria pro výkon mechanismu a tlakový úhel při přenosu pohybu ve vyšší kinematické dvojici. Sdělení problému metrické syntézy. Fáze syntézy.
Kontrolní otázky.
Účel a rozsah vačkových mechanismů
Kulachkov nazývaný tříčlánkový mechanismus (obr. 8.1) s vyšší kinematickou dvojicí: vstupní článek se nazývá vačka (1) a výstupní článek se nazývá tlačné nebo vahadlo (2). Často, aby se nahradilo kluzné tření ve vyšším páru třením valivým a snížilo se opotřebení vačky i tlačníku, je v konstrukci mechanismu zahrnut další článek – válec (3) a rotační kinematický pár. Pohyblivost v této kinematické dvojici nemění přenosové funkce mechanismu a je lokální pohyblivostí.
Obr. 8.1
Vačkové mechanismy jsou navrženy tak, aby převáděly rotační nebo translační pohyb vačky na vratný nebo vratný pohyb kladičky. Přitom v mechanismu se dvěma pohyblivými články je možné realizovat transformaci pohybu podle složitého zákona. Důležitá výhoda vačkových mechanismů je schopnost poskytovat přesná vyrovnání výstupní odkaz. Tato výhoda předurčila jejich široké použití v nejjednodušších cyklických automatizačních zařízeních (vačkové hřídele) a v mechanických výpočetních zařízeních (aritmometry, kalendářové mechanismy). Vačkové mechanismy lze rozdělit do dvou skupin. Mechanismy prvního zajišťují pohyb tlačníku podle daného pohybového zákona. Mechanismy druhé skupiny zajišťují pouze stanovený maximální pohyb výstupního článku – zdvih tlačníku. V tomto případě je zákon, podle kterého je tento pohyb prováděn, vybrán ze souboru standardních zákonů pohybu v závislosti na provozních podmínkách a výrobní technologii.
Klasifikace vačkových mechanismů:
obr. 8.1
Vačkové mechanismy jsou klasifikovány podle následujících kritérií:
podle umístění vazeb v prostoru
rotační (obr. 8.1, abeceda)
progresivní (obrázek 8.1, д)
pohybem výstupního článku
vratně: s tlačníkem (obr. 8.1, A. b. c, d)
vratné otáčení: s vahadlem (obr. 8.1, d)
podle dostupnosti videa
s válečkem (obr. 8.1 b, d)
bez válečku (obr. 8.1, a, c, d)
podle typu vačky
podle tvaru pracovní plochy výstupního článku
plochý (obr. 8.1, a)
špičaté (obr. 8.1, c)
metodou uzavírání prvků nejvyšší dvojice
výkon (obrázek 8.2,a)
geometrické (obr. 8.2, b)
Při silovém zavírání je tlačník odstraněn působením styčné plochy vačky na tlačník (hnacím článkem je vačka, hnaným článkem je tlačník). Pohyb tlačníku při přibližování se provádí v důsledku pružné síly pružiny nebo síly hmotnosti tlačníku, přičemž vačka není hnacím článkem. Při geometrickém uzavření je pohyb tlačníku při pohybu pryč působením vnější pracovní plochy vačky na tlačník a při přiblížení – působením vnitřní pracovní plochy vačky na tlačník. V obou fázích pohybu je vačka předním článkem, tlačným článkem hnaným článkem.
