Кулачковым называется механизм с высшей кинематической парой, входное звено которого (обычно) называется кулачком, а выходное – толкателем.
Кулачковые механизмы подразделяются по видам движения входных и выходных звеньев, способу замыкания высшей пары, виду элемента высшей пары выходного звена и др.
Задача синтеза кулачковых механизмов заключается в определении основных размеров и профиля кулачка по заданным кинематическим и динамическим параметрам.
В нашем случае угол возвращения φв равен фазовому углу удаления. Эти углы разделены между собой фазовым углом дальнего стояния φд.с..
Угол дальнего стояния – угол поворота кулачка, в пределах которого толкатель в крайнем верхнем положении совершает выстои.
Угол возвращения – угол поворота кулачка, при котором толкатель движется из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение.
Угол ближнего стояния – толкатель совершает выстой в крайнем нижнем положении.
Вычертив 1-е и 9-е положения несущего механизма (методом засечек, начиная от ползуна Д), замеряем с помощью транспортира угол удаления φу = 72° и строим положения 0 и 4 несущего механизма, соответствующие окончаниям фаз дальнего стояния (принято φд.с. = 36°) и возвращения (принято φв = φу = 72°).
Выбираем закон движения толкателя кулачкового механизма на фазах удаления и возвращения. (Рисунок 5.1).
Для нашей конструкции насоса принимаем закон движения с мягкими ударами – с равномерно убывающим ускорением (на фазах удаления и возвращения).
Из таблицы выписываем формулы для определения функции положения толкателя кулачкового механизма и передаточных кинематических функций 1-го и 2-го порядков.
В нашем случае и φу, и φв разбиты на шесть равных частей, т.е.:
Т.о. указанные функции в пределах каждой из фаз будут определены в 8-ми равноотстоящих точках.
Результаты расчётов заносим в таблицу 5.1.
таблица 5.1
Фаза удаления Фаза возвращения
S 
S
0 0 0 0,00017 0 0,15 0 -0,00017
 |
1/6 0,011 0,0017 0,00012 1/6 0,139 -0,0017 -0,00012
|
2/6 0,039 0,0028 0,00006 2/6 0,111 -0,0028 -0,00006
|
3/6 0,075 0,0031 0 3/6 0,075 -0,0031 0
 |
4/6 0,111 0,0028 -0,00006 4/6 0,039 -0,0028 0,00006
|
5/6 0,139 0,0017 -0,00012 5/6 0,011 -0,0017 0,00012
|
6/6 0,15 0 -0,00017 6/6 0 0 0,00017
|
Профилирование кулачка.
Основные размеры механизма определяют с помощью фазового портрета, представляющего собой зависимость SА(VqА). Масштабы, выбранные по оси 
(перемещений) и оси 
должны быть одинаковыми. Для механизма с поступательно перемещающимся толкателем фазовый портрет строят в декартовой системе координат. По оси SА откладывают перемещения толкателя от начала координат в точке А0 вдоль линии перемещения толкателя до точки А6 . Отрезки, соответствующие перемещениям толкателя откладывают, либо в масштабе mS графика перемещений, либо в масштабе 
кинематической передаточной функции скорости.
От полученных точек откладывают отрезки кинематических передаточных функций в выбранном масштабе, соответственно перпендикулярно линии перемещения толкателя.
В нашем случае достаточно построить только одну ветвь фазового портрета, соответствующую удалению толкателя.
Фазовый портрет для механизма с поступательно перемещающимся толкателем ограничивают в характерных точках лучами, которые проводят под заданными допустимыми углами давления к перпендикулярам, восстановленным в этих точках к векторам кинематических передаточных отношений.
При графическом построении профиля кулачка применяют метод обращения движения: всем звеньям механизма условно сообщают угловую скорость, равную - w1. При этом кулачок становится неподвижным, а остальные звенья вращаются с угловой скоростью, равной, но противоположной по направлению угловой скорости кулачка.
При построении профиля кулачка с внеосным поступательно движущимся толкателем, из центра O1 проводят окружности радиусами 
и e в произвольном масштабе 
. Линия перемещения толкателя является касательной к окружности радиуса е. Перпендикулярно линии перемещения толкателя проводят луч из точки О1. От полученного луча в направлении w1 откладывают угол рабочего профиля кулачка jP. Дугу, соответствующую углу jP делят на части в соответствии с делением оси j1 на графике S(j1). Через точки деления из точки О1 проводят лучи. Затем из точки О1 проводятся окружности радиусами О1А1, О1А2,... Точки пересечения лучей 1,2,3… и полученных окружностей есть положения толкателя. Для получения конструктивного (рабочего) профиля кулачка строят эквидистантный профиль, отстоящий от центрового на величину радиуса ролика. Он получается как огибающая к дугам, проведенным из произвольных точек центрового профиля радиусом ролика. Из прочностных или геометрических соображений выбирают радиус ролика, учитывая соотношения r0 = (0,2-0,4) R0; или r0 < 0,8 rmin, где rmin - минимальный радиус кривизны центрового профиля кулачка.
Величины, заданные для построения профиля кулачка: gдоп=30°, h=0,15 м, e=0 мм.
Величины найденные после построения профиля кулачка: R0=27,3731 мм, r0=R0×0,2=5,5 мм
(построения представлены: лист1)
S
φ
φуд φдс φв
φ
φ
Рисунок 5.1 Закон движения толкателя кулачкового механизма.
