Г л а в а 14

КУЛАЧКОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Рабочий процесс многих, машин вызывает необходимость иметь в их составе механизмы, движение выходных звеньев которых должно быть вы­ полнено строго по заданному закону и согласовано с движением других ме­ ханизмов. Наиболее простыми, надежными и компактными для выполне­ ния такой задачи являются кулачковые механизмы. Воспроизведение дви­ жения выходного звена — толкателя — они осуществляют теоретически точно. Их входное звено называют кулачком. Закон движения толкате­ ля, задаваемый передаточной функцией, определяется профилем кулачка и является основной характеристикой кулачкового механизма, от которой зависят его функциональные свойства, а также динамические и вибраци­ онные качества. Проектирование кулачкового механизма разделяется на ряд этапов: назначение закона движения толкателя, выбор структурной схемы, определение основных и габаритных размеров, расчет координат профиля кулачка. Методы выполнения этих этапов изложены в настоя­ щей главе.

14.1. Виды кулачковых механизмов и их особенности

Общее представление о кинематических схемах кулачко­ вых механизмов можно получить на примере газораспредели­ тельных механизмов двигателей внутреннего сгорания, пока­ занных на рис. 14.1. Эти механизмы служат для открытия и закрытия клапанов, что позволяет наполнять цилиндры дви­ гателей горючей смесью (или воздухом), выпускать отрабо­ танные газы и надежно изолировать камеру сгорания от окру­ жающей среды во время тактов сжатия и рабочего хода.

Кинематические схемы механизмов газораспределения приведены на рис. 14.1, а, б, в, а конструктивное оформление их звеньев 1 и 2 — на рис. 14.1, г, д, е, ж, з, и.

пазов (см. рис. 14.2, б) ж, и), охватывающих роликов (см. рис. 14.2, г) и т.п. или силовым замыканием пары путем воз­ действия силы: тяжести, упругости пружин (см. рис. 14.1,5,

грузку от кулачка, подвержена износу. Чтобы уменьшить из­ нос и увеличить надежность и долговечность механизма, ис­ пользуют башмаки различной конструкции; наибольшее при­ менение получили (см. на рис. 14.1): а, г — роликовые; в, ж — тарельчатые с плоской; 5, е — цилиндрической и з, и — сфе­ рической контактными поверхностями, а также остроконечные со сферой малого радиуса (ибо конец толкателя не может быть выполнен абсолютно острым, т.е. точечным). При выпол­ нении башмака в виде роликов частично исключается трение скольжения, заменяя его трением качения, уменьшается износ элементов высшей кинематической пары и повышается надеж­ ность механизма.

Общее число возможных сочетаний кулачков, толкате­ лей, башмаков, способов замыкания кинематической пары и их конструктивного оформления велико. Наиболее целесообраз­ ное сочетание выбирается с учетом большого числа факторов. Удачное решение получают на основе опыта эксплуатации и данных о надежности и долговечности кулачковых механизмов разнообразных машин. Однако есть основные факторы и По­ казатели, которые необходимо учитывать при проектировании конкретных кулачковых механизмов.

Единого универсального критерия, учитывающего весь сложный комплекс вопросов, связанных с выбором закона дви­ жения толкателя, не существует. Поэтому при оценке эффек­ тивности профиля кулачка устанавливают комплекс заданных условий и ограничений и располагают их в порядке убываю­ щей важности. На первых этапах проектирования находят ре­ шение для обязательных условий, а затем проводят уточнения, исходя из экономических, технологических, эксплуатационных и других практических соображений.