Кулачковые механизмы. Типы. Кинематический анализ и синтез

5 Синтез механизмов

5.11 Кулачковые механизмы. Типы механизмов. Принципы кинематического анализа и синтеза кулачковых механизмов

Кулачковые механизмы служат для преобразования движения кулачка в движения толкателя по вполне определенному закону. Характеризуется наличием высшей пары 4 класса. Основным преимуществом кулачковых механизмов является то , что при небольшом количестве звеньев (фактически механизм имеет три основных звена – кулачок, толкатель, стойку) можно получить практически любой закон движения на выходе. Для этого надо только правильно спрофилировать кулачок.
Можно выделить следующие типы кулачковых механизмов:

а) по движению кулачка:
- с вращающимся кулачком;
- с поступательно движущимся кулачком;

б) по движению толкателя:
- с поступательно движущимся толкателем;
- с вращающимся (коромысловым) толкателем;

в) по форме толкателя:
- с точечным толкателем;
- с роликовым толкателем;
- с плоским (тарельчатым) толкателем;
- с грибовидным толкателем.
Эта простая классификация позволяет уже по названию механизма представить его конструкцию. Кроме того (как и любая кинематическая цепь) кулачковый механизм может быть пространственным и плоским.

При анализе и синтезе кулачковых механизмов различают практический и теоретический профили кулачка. Практический профиль – это профиль, по которому действительно выполнен кулачок. В механизмах с роликовым толкателем круглый ролик ставится для уменьшения трения между кулачком и толкателем (трение скольжения заменяется трением качения). Но наличие ролика дает лишнюю степень свободы, поэтому для ее устранения при анализе и синтезе механизма практический профиль заменяется теоретическим. 

Теоретический профиль проходит через центр ролика и является эквидистантным практическому (рисунок 46). Именно он определяет закон движения толкателя.

Круглый ролик не изменяет закона движения толкателя, поэтому его радиус может выбираться произвольно (но не больше минимального радиуса кривизны теоретического профиля). Выбирая  различные радиусы ролика, можно получить бесчисленное количество эквидистантных профилей, обеспечивающих тот же самый закон движения толкателя, что и теоретический профиль кулачка.

При анализе и синтезе кулачковых механизмов придерживаются следующих положений:

- решение задачи ведется для теоретического профиля кулачка;

- решение начинается с окружности минимального радиуса (это такая окружность, центр которой совпадает с осью вращения кулачка, а сама она касается теоретического профиля в наиболее близких к оси вращения точках; в дальнейшем обозначим этот радиус rmin – рисунок 46);

- для определения перемещений толкателя (при анализе) и для построения теоретического профиля кулачка (при синтезе) применяется метод обращения движения.