Co a kde se používá vačkový mechanismus?

PŘEDNÁŠKA
Rozsah použití vačkových mechanismů.
Klasifikace vačkových mechanismů.
Pohybové zákony poháněných článků.
Kinematické a dynamické podmínky.
Tvrdé a měkké údery.
Plán rychlosti. Určení úhlu tlaku δ.
Určení minimálního poloměru vačky

2.

Vačkové mechanismy se používají v mnoha
zařízení
(software,
počítání-rozhodující,
pípací stroje) a stroje (obráběcí stroje,
motory). Ve většině případů cam
mechanismus se skládá ze tří článků: vzpěry, vačky a
hnaný článek – tlačník, vahadlo.
Stupeň mobility tohoto
mechanismus se rovná:
Pro snížení ztrát třením a
je dodáváno opotřebení hnaného článku vačkového profilu
válečkem odvalujícím se po profilu.

3.

Konstrukce vačkového mechanismu je podřízena
řada požadavků: mechanismus musí mít rozměry;
omezené dynamické zatížení; maximum
účinnost; zahrnuty v něm
spoje musí mít dostatečnou pevnost a
odolnost proti opotřebení.
Výhody vačkových mechanismů:
• možnost získat předem stanovený zákon
pohyb tlačníku pomocí vačky.
Nevýhody vačkových mechanismů:
• složitost výroby profilu vačky;
• rychlé opotřebení profilu vačky, což způsobuje
změna zákona pohybu hnaného článku a
snížení přesnosti mechanismu.

4.

Neustálý kontakt tlačníku s vačkou
se zajišťuje pomocí kinematického (a) popř
silové uzavření (b).
V závislosti na typu pohybu vačky a
tlačník lze předělat na rotační popř
translační pohyb vačky na rotační
nebo dopředný pohyb tlačníku.

5.

Vačkové mechanismy podle charakteru pohybu
může být plochý (a, b) a prostorový (c),
podle vzájemné polohy vačky a tlačníku:
axiální (e = 0) a mimo osu (e ≠ 0) s plochou,
kotoučový nebo válečkový tlačník, kde válec
instalováno pro snížení tření a opotřebení.

6.

TYPY TLAČÍTEK
а
б
в
г
д
a – posunovač s válečkem; b – hřibovitý posunovač;
c – posunovač s hrotem; g, e – ploché posunovače

7.

Pohybové zákony hnaných článků
Teoreticky je možné implementovat vačkový mechanismus
nejrozmanitější zákony pohybu hnaných článků, ale na
v praxi používají pouze ty, které vyhovují
kinematické a dynamické požadavky na vačku
mechanismy.
Kinematický stav
Kinematický
stav
je to převod
pohyb mezi vačkou a
slave link možný
pouze při projekcích
lineární bodové rychlosti
klepnutím na tyto odkazy
obecný normál je stejný (viz
rýže).

8.

Dynamický stav
Nechte vačku působit na tlačník určitou silou Fd
(tlaková síla). Vektor síly Fd směřuje podél normály nn
(viz obrázek). Úhel mezi směry vektorů síly Fd a
rychlost tlačníku V2 bude označena δ – úhel tlaku.
Úhel γ = 90°- δ – úhel přenosu pohybu.
Síla F=Fд сosδ – síla užitečného odporu (gravitace, setrvačná síla,
tlak pružiny atd.). Při počítání
předpokládá se, že síla F je známá.
Síla H=Fd sinδ je síla škodlivého odporu. Způsobuje zkosení tlačníku,
výskyt třecích sil ve vedeních. Pokud je tato síla velmi velká,
Posunovač se může zaseknout a zlomit.

9.

Pro snížení síly H je nutné snížit
tlakový úhel δ. Nicméně na druhou stranu s
Zmenšením úhlu δ se zvětší rozměry vačky.
Dynamická podmínka je zapsána takto:
δ ≤ δmax
Přijmout:
δmax=30° – pro progresivní pohyb
posunovače;
δmax= 45° – pro otočné tlačníky.

10.

Kinematické a dynamické podmínky jsou splněny
tři typy zákonů pohybu hnaného článku:
1. Zákony udávající konstantní rychlost hnaného článku (viz.
rýže.)
Za jednu otáčku vačky (φ=2π) projde tlačník následující
fáze: φn – fáze zvedání, φвв – fáze horního stoupání, φo – fáze
spouštění, φнв – fáze spodního stojánku.

11.

Rychlost pohybu tlačníku během fází zvedání a spouštění
je konstantní. Zrychlení v obou fázích jsou nulová, kromě poloh a, b, c a d, kde má funkce Sz= f(φ1) nespojitosti. V těchto
V teoretických polohách je zrychlení hnaného článku a následně i setrvačné síly rovné nekonečnu.
To způsobuje vzhled tzv
tvrdé rány. Prakticky díky přítomnosti elastického materiálu
deformace a mezery v kinematických párech zrychlení
(a tedy setrvačné síly) jsou větší, ale
konečná hodnota. To vede k otevření prvků
vyšší kinematická dvojice, srážka vačky a
posunovač, rychlé opotřebení povrchů v těchto místech.
Tento zákon platí při nízkých rychlostech slave
spojení nebo pouze část fází zvedání a spouštění a do zákona
přechodové křivky jsou zavedeny, aby umožnily
plynulý přechod na spoji dvou lineárních
zákony.

12.

2. Zákony udávající konstantní zrychlení hnaného článku
(viz obrázek)
V těchto zákonech je zrychlení v některých bodech okamžité
se mění o konečné množství, což způsobuje prudkou změnu
setrvačné síly, což vede ke vzniku měkkého úderu.

13.

3. Nepřízvučné zákony
V tomto případě nemá ani křivka zrychlení žádné zlomové body
prvního nebo druhého druhu (viz obrázek).
Zákon pohybu hnaného článku v tomto případě může být
sinusový nebo kosinusový. Takové zákony
podporuje maximální výkon a odolnost
vačkový mechanismus.

14.

Profilování vačky pro centrální vačku
mechanismus s ostrým tlačníkem
Je nutné vytvořit profil vačky, který by poskytoval
pohyb hnaného článku podle daného zákona.
Je dán: zákon pohybu hnaného článku S 2 f ( 1 ) (viz obrázek),
minimální poloměr vačky rmin, směr otáčení
vačka

15.

Profilování se provádí následovně:
1. Rozdělte fáze zvedání, horního stoupání a spouštění na
diagram S 2 f ( 1 ) na počet stejných dílů.
Spodní fázi stojanu není třeba dělit.
2. Najděte graficky hodnoty pohybů tlačníku:
SI = S (1); S1= S (1); ….; Sn= S (nn),
kde μS je měřítko pohybu,
1-1; 2-2…, nn – pořadnice na diagramu
3. Poloměrem r = rmin nakreslíme kružnici a středem 0 –
čára pohybu posunovače.
4. V souladu s vyznačením úhlů φ1 na diagramu
Paprsky kreslíme od středu 0. Podél paprsků, počínaje od
nakreslený kruh, nakreslete segmenty S1,S2,…,Sn.

16.

5. Spojení výsledných bodů 1′,2′,…,n′ hladkou křivkou
získáme profil vačky.

17.

Plán rychlosti vačky
Je postaven na principech grafické kinematické studie mechanismů (viz obrázek).
Určí se vektor rychlosti bodu A2, který patří tlačníku
z vektorové rovnice: VA VA VA A ,
2
kde
1
2 1
V A1 – vektor rychlosti bodu A1, kdy
správná vačka;
V A2 A1 – vektor relativní rychlosti;
V A2 – vektor rychlosti bodu A2,
směřující rovnoběžně s linií pohybu
posunovač.
V A1 1 OA;
V A2 A1 || τ-t;
V A1 OA

18.

Z pólu pV na stupnici μυ nakreslíme vektor V A1. Od konce
tohoto vektoru nakreslíme směr vektoru VAA a od pólu
2 1
pV – směr vektoru VA. Když se tyto směry protnou2
Pak dostaneme trojúhelník, ze kterého určíme požadovaný
rychlost V A2 .
Určení úhlu tlaku δ
Ukážeme schéma mechanismu a plán rychlosti (viz obrázek).
Doplňkové konstrukce jsou následující: přes osu
rotace vačky 0 nakreslete čáru kolmou k
směr pohybu tlačníku, dokud se neprotne s normálou
nn v bodě B.

19.

Výsledný trojúhelník AOB a rychlostní plán pυab jsou podobné.
Proto:
y V A2 dS A dt
dS A
r
V A1
1 r
1 rdt
*
dS A
Od r
, kde d 1 1 dt.
d 1
Z bodu A vyneseme segment y ve směru kolmém na směr pohybu tlačníku
(vlevo). Směrem kam
vektor V A2 bude směrován, pokud bude otočen o 90° podél
směr otáčení vačky. Konec segmentu (bod k) je připojen k ose otáčení vačky 0.
Jak je vidět z obrázku, úhel mezi 0k a směrem pohybu
posunovač – úhel tlaku δ. Tedy určit
úhel tlaku δ nepotřebuje znát profil vačky. Dost
vypočítat y pomocí vzorce
a pomocí uvažovaného
metodou, graficky najděte úhel v libovolné poloze
posunovač.

20.

Určení velikosti minimálního poloměru profilu
vačka
Známý:
– zákon pohybu tlačníku;
– maximální tlakové úhly při zvedání a spouštění
posunovač δmax a δmax′.
Je nutné určit polohu osy otáčení vačky a rmin
(minimální velikost vačky).
řešení:
1. Pro všechny pozice použijte vzorec ( ) k nalezení y.
2. Odložte tyto segmenty od svislé čáry.
3. Spojte konce segmentů hladkou křivkou.
4. Nakreslete tečny pod úhly δmax a δmax′.
Průsečík tečny 0 definuje středy
rotace vačky.