Кулачковые механизмы. Часть 2. Конструкция кулачков

Кулачковые механизмы, часть 2 Конструкции кулачков

60 руб.

Описание товара

Кулачковые механизмы, часть 2 Конструкции кулачков

        Основным элементом кулачковых механизмов, типы которых были рассмотрены в статье «Кулачковые механизмы, часть 1. Типы кулачковых механизмов» является кулачок. Конструкция кулачка в определяющей степени зависит от назначения кулачкового механизма в состав которого он входит и типа станка автомата или полуавтомата в который входит этот механизм. Основным фактором, обеспечивающим надежную работу кулачка является его крепления на валу, а в ряде случаев наличие возможности регулировки его углового положения. Кроме того конструкция кулачка может предусматривать возможность его быстрой смены, например в токарных станках автоматах, а также регулировки величины хода толкателя. Хотя последнее применяется не часто, поскольку обычно кулачковые механизмы применяются в технологическом оборудовании автоматического действия совместно с рычажными механизмами, в которые и встраиваются устройства для регулировки величины хода выходного звена, а также исходного и конечного положения (см статью «Рычажные механизмы, часть 6. Рычаги и коромысла»).

       На Рис. 1 показаны конструкции наиболее часто применяемых плоских дисковых кулачков работающих в условиях умеренных нагрузок и средних величин скоростей.

Рис 1Рис. 1. Конструкции наиболее часто применяемых плоских дисковых кулачков работающих в условиях умеренных нагрузок и средних величин скоростей.

        На Рис. 1а показана быстросъемная конструкция кулачка 2, устанавливаемого на вал 1 посредством выполненного в нем прямоугольного открытого паза, боковые поверхности которого контактируют с ответными лысками вала 1, при этом кулачок фиксируется на валу посредством двух шпонок 3 и колец 4 со шпоночными пазами, которые стопорятся на валу в осевом направлении винтами 5.
На Рис. 1б показана конструкция кулачка, установленного на вал с возможностью угловой регулировки по циклу работы механизма, посредством муфты с «мышиным» зубом 5, при этом на левом торце ступицы кулачка 2, свободно установленного на приводном валу 1, выполнен «мышиный» зуб, находящийся в контакте с «мышиным» зубом полумуфты 3, закрепленной на валу 1 посредством шпонки 6 и поджатой в осевом направлении гайкой 4.
На Рис. 1в показана конструкция составного кулачка, установленного на вал с возможностью регулировки фазного и циклового углов, за счет наличия промежуточного диска, установленного на приводном валу. При этом сборный кулачок состоит из двух одинаковых частей 4 и 5, установленных на наружной поверхности диска 2 посредствам центрирующих поясков и закрепленных на нем посредством винтов 6, при этом, на промежуточный диск 2 с помощью шпонки 3 установлен на приводном валу 1. Для поворота любой части сборного кулачка относительно оси вала 1 в них выполнены закрытые радиусные пазы 7, в которые проходят винты 6.
На Рис. 1г показана конструкция кулачка, который оснащен устройством для его угловой регулировки и изменения величины подъема, определяющего ход толкателя кулачкового механизма. Этот составной кулачок содержит диск 1, установленный посредством шлицевого соединения на приводном валу 2, на торцевой поверхности которого на оси 4 шарнирно установлена накладка 3, положение которой на диске 1 фиксируется винтами 6, при этом в накладке 3 выполнены закрытые радиусные пазы 5, в которые проходят винты 6. Плавная регулировка положения накладки 3 осуществляется винтом 8, выступ 9 на конце которого входит в ответный паз в накладке 3, а его резьбовая поверхность входит в резьбовое отверстие оси 7, шарнирно установленной в диске 1. Положение винта 8 относительно оси 7 фиксируется гайкой 10.

Рис 2Рис. 2. Конструкция малогабаритного сборного кулачка оснащенного устройством
для регулировки его углового положения.

              На Рис. 2 показана конструкция малогабаритного сборного кулачка оснащенного устройством для регулировки его углового положения относительно оси приводного вала. В его состав входит подвижный диск 1 с профилем кулачка, втулка 2 с проточками 3 трапецеидального профиля, три сегмента 4, наклонные боковые поверхности которых контактируют с трапецеидальным пазом 3 втулки 4 и нажимные винты 5, установленные в подвижном диске 1 и взаимодействующие с сегментами 4. Во втулке 2 выполнено центральное отверстие имеющее форму квадрата, посредством которого она устанавливается на приводной вал (на Рис. 2 не показан). При регулировке углового положения диска 1 нажимные винты 5 выкручиваются, в результате чего прекращается прижим боковой поверхности сегментов 4 к ответной поверхности паза 3 втулки 2 и диск 1 с кулачковым профилем получает свободу вращения на валу. После этого осуществляется угловая регулировка диска 1 относительно вала и последующая фиксация его положения на валу винтами 5, которые прижимают боковые поверхности сегментов 4 к пазу 3 втулки 2.

Рис 3Рис. 3. Конструкция устройства для тонкой регулировки углового положения кулачка на валу.

          На Рис. 3 показана конструкция устройства для тонкой регулировки углового положения кулачка на валу. Оно состоит из вала 1, с тремя расположенными равномерно по окружности продольными лысками 4, с поверхностью которых контактируют регулировочные винты 3 установленные в резьбовые отверстия кулачка 2. Тонкая регулировка углового положения кулачка 2 относительно вала 1 осуществляется вкручиванием и выкручиванием винтов 3. Кроме того, может осуществляться грубая регулировка положения кулачка 2 путем его поворота на углы 120 и 240 град при этом винты 3 сначала выкручиваются, из тела кулачка 2 для того, чтобы не препятствовать его повороту.

Рис 4Рис. 4. Конструкция быстросъемного кулачка, позволяющая максимально
снизить динамические нагрузки

           На Рис. 4 показана конструкция быстросъемного кулачка, позволяющая максимально снизить динамические нагрузки в начале и конце движения кулачкового механизма. Быстросъемный кулачок 3, контактирующий с роликом 2 установлен на центрирующим пояске 5 диска 4 и закреплен на нем посредствам болтов 7. Диск 4, закреплен на валу 6, посредством штифта 8 и выполнен с открытым ступенчатым пазом Б и фигурной поверхностью Г охватывает цилиндрический поясок 5 диска 4, а рабочая поверхность Д пояска 5 является продолжением поверхности Е сменного кулачка 3. Поверхность Ж расточки в сменном кулачке 3 охватывает торец пояска 5, при этом профиль поверхности Е сменного кулачка 3 выполнен с участками З и И, обеспечивающими ее плавный переход к цилиндрической поверхности пояска 5, равный радиусу R.

Рис 5Рис. 5. Конструкция сборного кулачка, позволяющая регулировать величину хода толкателя

            На Рис. 5 показана конструкция сборного кулачка позволяющая регулировать величину хода толкателя. Он содержит подвижную часть 1 и неподвижную часть 2, первая из которых установлена с регулируемым посредством гидропрессовой разблокировки натягом на цапфе 3 опорного элемента 4, закрепленного на ведущем валу 5, а неподвижная часть 2 несущая затылочный профиль, выполнена заодно с опорным элементом 4. Обе части кулачка соединены между собою замком 6, выполненном на участке 7 кулачка. Боковые скулы 8 части 1 кулачка дополнительно оперты в районе стыка на боковую поверхность 9 опорного элемента 4 через проставку 10. В подвижной части 1 кулачка со стороны торца цапфы 3 выполнена замкнутая полость 11 с возможностью сообщения с окружающей средой посредством отверстия 12, а части кулачка 1 и 2 стянуты между собою пружинами 13. Способность кулачка передавать большие нагрузки обеспечивается сопряжением с натягом цапфы 4 и подвижной части 1 кулачка, а также наличием жесткого затылка в неподвижной части 2 кулачка и дополнительному опиранию скул 8 подвижной части 1 на опорный элемент 4 неподвижной части 2. При необходимости регулировки взаимного положения подвижной 1 и неподвижной 2 частей кулачка осуществляется гидропрессовая разблокировка сопряжения части 1 и цапфы 3 и смещение в нужное направление подвижной части 1 за счет изменения натяжения пружины 13, путем аккумулирования утечек разблокировки полости 11 при перекрытии ее дренажного отверстия 12.

Рис 6Рис. 6. Конструкция сборного торцевого кулачка с регулируемым расстоянием
между его направляющими.

          На Рис. 6 показана конструкция сборного торцевого кулачка (улиты) с регулируемым расстоянием между его направляющими, что позволяет повысить точность сопряжения кулачка с цевкой и увеличить долговечность кулачка за счет возможности компенсировать износ боковых поверхностей направляющих. Он содержит ступицу 1, с закрепленными на ней посредством болтов 10 фланцами 2 и 3, на которых установлены и зафиксированы в требуемом угловом положении посредством болтов 11 направляющие 8 и 9, образующие между собою криволинейный паз 5, в который входят цевки 7 поворотного стола 6 и соединенные между собою посредством болтов 4. При этом в месте установки болтов 11 в направляющих 8 и 9 выполнены закрытые радиусные пазы. При износе боковых поверхностей направляющих 8 и 9 контактирующих с цевками 7 производится изменение ширины паза 5 за счет вкручивания болтов 4, а изменение взаимного углового положения направляющих 8 и 9 путем их относительного поворота, осуществляется за счет наличия радиусных пазов в месте установки болтов 11 крепления направляющих 8 и 9 к фланцам 2 и 3.

Рис 7Рис. 7. Конструкция торцевого кулачка с устройством для выбора зазора между боковыми поверхностями направляющей кулачка и цевками.

          На Рис. 7 показана конструкция торцевого кулачка (улиты) с устройством для выбора зазора между боковыми поверхностями направляющей кулачка и цевками. Наличие такого устройства повышает точность поворота планшайбы поворотного стола. Он содержит торцевой кулачок 1 с направляющей, боковые поверхности которой взаимодействуют с цевками, выполненными в виде роликов 3, установленными на планшайбе 2 поворотного стола с определенным шагом, таким образом, что образуют некоторый зазор между направляющей и боковой цилиндрической поверхностью роликов 3. Этот зазор необходим для компенсации погрешности изготовления деталей и сборки механизма, однако он увеличивает погрешность поворота планшайбы поворотного стола. На боковой поверхности направляющей кулачка 1 выполнены закрытые пазы 4, в которых на ограничительных винтах 7 установлены планки 5, подпружиненные прокладкой 6 из эластичного материала. При работе кулачкового механизма зазор между роликами 3 и боковыми поверхностями направляющей кулачка 1 выбирается за счет эластичной прокладки, толщина которой за счет мерной длины ограничительного винта 7 устанавливается таким образом, чтобы ролики 3 контактировали с боковой поверхностью направляющей кулачка 1 с некоторым натягом, величина которого определяется экспериментально при сборке и наладке механизма.

Рис 8Рис. 8. Конструкция малогабаритного цилиндрического кулачка
с пересекающимися направляющими пазами.

          Существенным недостатком цилиндрического (пространственного) кулачка с пересекающимися пазами является то, что для надежного прохождения мест пересечении направляющих пазов кулачка сухарем длина последнего должна быть не менее чем в два раза больше его ширины. Это при неизменном диаметре кулачка и обеспечении необходимой величины хода толкателя, на котором шарнирно крепится сухарь, требует уменьшения наклона паза к оси кулачка, что приводит за счет увеличения длины кулачка к естественному увеличивает его габаритов. На Рис. 8 показана конструкция кулачка, позволяющая исключить этот недостаток. Установленный на приводном валу цилиндрический кулачок 1 с пересекающимися направляющими пазами 2, контактирующими с сухарем 4, шарнирно установленным на толкателе 3, который выполнен с продольным пазом 7. При этом на кулачке 1 в месте пересечения пазов 2 установлены направляющие элементы в виде четырех пальцев 6 и пальца 5 выполненного в месте расположения паза 7 сухаря 4 при его прохождении места пересечения пазов 2. При вращении кулачка 1 сухарь 4 перемещается в направляющем пазу 2 кулачка, обеспечивая тем самым возвратно – поступательное перемещение толкателя 3, на котором он шарнирно установлен. При прохождении сухарем 4 места пересечения направляющих пазов 2 кулачка 1 пальцы 5 и 6 последовательно входят в продольный паз 7 сухаря 4, обеспечивая его надежное прохождение этого места в кулачке, и благодаря этому не требуется увеличивать длину сухаря и размеры кулачка.

Рис 9Рис. 9. Агрегатная конструкция распредели-тельного вала со встроенными устройствами для регулировки углового положения кулачков.

          На Рис. 9 показана агрегатная конструкция распределительного вала со встроенными устройствами для регулировки цикловых и фазных углов кулачков расположенных на нем. Он содержит вал 1 с нарезанными на нем червячными зубьями на расстоянии друг от друга равным шагу между центрами кулачков, комплекта сборных кулачков 2 состоящих из полу-кулачков 2а и 2б и проставок 2в и 2г, стянутых между собою винтами 6 и двух червяков 5, а также промежуточные кольца 3 и торцевые кольца 4. Червяки 5 установлены в подшипниках скольжения 7, а проставки 2в и 2г крепятся на валу 1 посредством клеммного соединения стягиваемого винтом 8. Для возможности вращения червяка 5, выполняемого при регулировке углового положения полукулачков, на его обоих торцах выполнены внутренние шестигранные отверстия под ключ. Настройка кулачков 2 распределительного вала выполняется вне станка автомата, что существенным образом упрощает и ускоряет эту операцию, выполняемую при наладке оборудования. Для выполнения углового поворота полукулачков 2а и 2б относительно оси вала, сначала отпускаю винты 8 стягивающие клеммные соединения проставок 2в и 2г и тем самым освобождают полукулачки. Затем вставляется торцевой ключ в любое шестигранное отверстие на торце червяка 5 и вращением последнего осуществляется поворот полукулачка на требуемой угол, после чего выполняется стопорение проставки на валу винтом 8. При необходимости, таким же образом но путем вращения соседнего червяка 5 осуществляется поворот парного полукулачка и последующее его стопорение описанным способом. Далее выполняется регулировка всех кулачков распределительного вала, после чего он устанавливается на станок автомат

Рис 10Рис. 10. Конструкция тяжело нагруженного кулачкового вала со встроенным механизмом регулировки углового положения кулачков.

       На Рис. 10 показана конструкция тяжело нагруженного кулачкового вала со встроенным механизмом регулировки углового положения кулачков. Механизм регулировки встроен в пустотелый вал 1 с окнами 5, внутри которого расположены опоры 2 с закрепленными на их торцах зубчатыми секторами 3, а на наружной поверхности вала 1 установлены кулачки 4, на внутренней поверхности которых выполнены зубчатые венцы 10, охватывающие вал. При этом вал 1 на подшипниках 16 установлен в станине оборудования 17, а привод его вращения осуществляется посредством зубчатого колеса 12, закрепленного на правом конце вала посредством шпоночного соединения 13 и торцевого крепления 14. Во внутренней полости вала 1 между опорами 2 находятся шестерни 6, закрепленные на валах 7, при этом в опорах 2 параллельно оси вала 1 выполнены сквозные отверстия 8, оси которых совпадают с осями зубчатых колес 6, в которых размещены валы 7. При этом концы валов 7 установлены в подшипниках скольжения 21, закрепленных в торцевой крышке 20 вала 1. Вместе с валами 7 шестерни 6 поджаты к торцам опор 2 пружинами 9, таким образом, что валы 7 имеют возможность осевого перемещения и вращения вокруг собственной оси. Для вращения валов 7 на их левый конец одевается маховичок 15. Окна 5 в валу 1 выполнены в виде сегментов, расположенных напротив зубчатых колес 6, а их длина соответствует величине осевого перемещения колес. Шестерни 6 за счет наличия в валу 1 окон 5 имеют возможность зацепляться с зубчатыми венцами 10 кулачков 4.
Регулировка углового положения кулачков 4 на валу 1 осуществляется следующим образом. Вал 7 с шестерней 6 соответствующий регулируемому кулачку 4 смещаются в осевом направлении, таким образом, что шестерня 6 выходит из зацепления с зубчатым сектором 3 соответствующей опоры 2, оставаясь при этом в зацеплении с зубчатым сектором 10 кулачка 4, после чего, с помощью маховичка 15 поворачивая вал 7 с шестерней 6, находящейся в зацеплении с зубчатым сектором 10 производится поворот кулачка 4 на требуемый угол. Затем вал 7 и шестерня 6 смещаются в обратном направлении до вхождения шестерни в зацепление с зубчатым сектором 3 опоры 2, в результате чего происходит жесткая фиксация углового положения кулачка 4, с которым при этом сохраняется зацепление шестерни 6. Точность углового положения кулачков 4 при регулировке определяется шагом зацепления зубчатого венца 10 кулачка и шестерни 6.

Рис 11Рис. 11. Конструкция плоского кулачка с устройством для регулировки величины его подъема.

             На Рис 11 показана конструкция плоского кулачка с устройством для регулировки величины его подъема. Привод сборного кулачка 8 осуществляется от установленного на подшипниках в станине 2 ведущего вала 1, на котором закреплен эксцентрик 2, шарнирно связанный с коромыслом 6, на котором расположен кулачок 8, посредствам шатуна 4 и оси 5, при этом коромысло 6 на оси 7 шарнирно установлено на станине 2. Плоский кулачок 8 посредствам ролика 10 кинематически связан с рычагом 9 механизма, который на оси 11 шарнирно установлен в станине 2. Сборный плоский кулачок 8 содержит плиту 13, которая с помощью оси 14 установлена на коромысле 6 и закрепленный на ней кулачок 15. Кулачок 8 снабжен механизмом регулировки 12, состоящим из штанги 16 с резьбовым концом, шарнирно установленной на коромысле 6 посредствам оси 18 и резьбовой втулки 16, расположенной в резьбовом отверстии оси 19, шарнирно установленной в плите 13 кулачка 8 и зафиксированной в ней посредствам гаек 22, при этом левый торец втулки 16 контактирует с упорной плоскостью коромысла 6 посредствам комплекта сферических шайб 20, а положение штанги 16 относительно резьбовой втулки 17 фиксируется гайками 21. Рабочая поверхность кулачка 15, контактирующая с роликом 10 состоит из двух радиусных участков: участка меньшего радиуса, центр которого совпадает с центром оси 14 и участка большего радиуса, который определяет величину качания ведущего плеча рычага 9. В исходном положении ведущее плечо рычага 9 с роликом 10 постоянно поджато пружиной (на Рис 11 не показана) к поверхности меньшего радиуса кулачка 15, и благодаря наличию на кулачке этого радиусного участка с осью в центре оси 14, не меняет своего положения при повороте плиты 13, имеющим место во время регулировки величины подъема кулачка 8.
Изменение величины подъема кулачка 8, обеспечивающее регулировку угла качания рычага 9, осуществляется путем поворота плиты 13 с кулачком 15 вокруг оси 14, что выполняется с помощью механизма регулировки 12. При этом сначала ослабляются гайки 21 и 22 после чего, производится вкручивание или выкручивание резьбовой втулки 17, что приводит к повороту по, или против часовой стрелки плиты 13 с кулачком 15 и соответственно увеличению или уменьшению величины подъема кулачка 8. Затем производится фиксация нового положения втулки 17 относительно оси 19 гайками 22 и фиксация положения штанги 16 относительно втулки 17 гайками 21, после этого механизм с новой величиной качания рычага 9 готов к работе.

       Для обеспечения работоспособности двухпрофильного кулачка (см. Рис. 12) в составе кулачкового механизма необходимо выполнить следующие требования по его точности:
– допуск Δ на максимальный Rmax, минимальный Rmin и текущий радиус на участке прямого и обратного профиля кулачка,
– допуск Δ на угол φ1между началом прямого и обратного профиля кулачка,
– допуск Δ на углы подъема ролика d – φ2 и φ3 прямого и обратного профиля кулачка и допуск Δ на углы возврата ролика d – φ4 и φ5,
– допуск Δ на цикловые углы кулачка φ6 и φ7, определяющие выстой механизма в крайних положениях,
– допуск Δ на углы φ, координирующий привязку риски начала отсчета угла, и φ1 между началом прямого и обратного профиля кулачка, со шпоночным пазом кулачка,
– допуск Δ на угол α, координирующий привязку шпоночного паза кулачка к горизонтальной координате,
– непараллельность поверхности прямого и обратного профиля кулачка к оси базового отверстия D,
– биение торцев кулачка относительно оси базового отверстия D,
– погрешность формы базового отверстия D,
– неплоскостность торцевых поверхностей кулачка

Рис 12Рис. 12. Требования по точности предъявляемые к кулачку.

       Допуск Δ на максимальный Rmax, минимальный Rmbn и текущий радиус на участке прямого и обратного профиля кулачка, устанавливается равным                  𝜟 = ± 0,02–0,05 мм на основании расчета соответствующей размерной цепи (см. работу [2]). Допуск Δ на угол φ1между началом прямого и обратного профиля кулачка первоначально назначается по 2–3 степени точности ГОСТ 8908–81 а затем уточняется по результатам расчета соответствующей размерной цепи . Допуск Δ на углы подъема ролика d – φ2 и φ3 прямого и обратного профиля кулачка, допуск Δ на углы возврата ролика d – φ4 и φ5, допуск Δ на цикловые углы кулачка φ6 и φ7, определяющие выстой механизма в крайних положениях, а также допуск Δ на угол φ, координирующий привязку риски начала отсчета угла φ1 между началом прямого и обратного профиля кулачка, со шпоночным пазом кулачка устанавливается по 2–3 степени точности ГОСТ 8908–85. Допуск Δ на угол α, координирующий привязку шпоночного паза кулачка к горизонтальной координате, назначается по 6-7 степени ГОСТ 8908–81. Непараллельность поверхности прямого и обратного профиля кулачка к оси базового отверстия D устанавливается на основании расчета соответствующей размерной цепи (см. работу [2]). Биение торцев кулачка относительно оси базового отверстия D устанавливается по 6–7 степени точности ГОСТ 24643-81. Погрешность формы базового отверстия D, а также неплоскостность торцевых поверхностей кулачка назначается согласно рекомендаций приведенных в таблице 1 приложения.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Игнатьев Н.П. Основы проектирования Азов 2011г.
2. Игнатьев Н.П. Проектирование механизмов Азов 2015г.

В статье использована информация из соответствующих разделов работы автора «Основы проектирования» изданной в 2011г и работы автора «Проектирование механизмов», изданной в 2015г.

В справочно – методическом пособии «Проектирование механизмов» помимо примеров конструкции кулачков содержится:
– примеры конструкции и рекомендации по применению рычажных и кулачковых механизмов, механизмов прерывистого действия и комбинированных механизмов,
– примеры конструктивного исполнения основных типов деталей вышеперечисленных механизмов: коленвалов, шатунов, ползунов, рычагов и коромысел и их шарнирных соединений,
– рекомендации по выбору типа привода механизма и примеры его выполнения,
– расчеты механизмов,
– пример построения циклограммы работы кулачкового автомата,
– методика проектирования механизмов,
– рекомендации по назначению требования по точности к механизмам и их типовым деталям,
– пример проектирования механизма

Для приобретения полной версии статьи добавьте её в корзину,

Стоимость полной версии статьи 60 рублей.