Конструкция кулачковых механизмов

Категория:
Металлорежущие станки


Конструкция кулачковых механизмов

Кулачки и башмаки. В станках в основном применяются дисковые и цилиндрические кулачки, значительно реже — поступательно движущиеся кулачки: Независимо от своей формы кулачки могут быть пазовыми, открытыми и комбинированными.

Пазовые кулачки относятся к группе кулачков с кинематическим замыканием, когда перемещение толкателя в обоих направлениях ограничено двумя кривыми, благодаря чему исключается возможность отрыва толкателя от кулачка при появлении значительных сил инерции. Появление значительных сил инерции возможно при больших ускорениях или при больших массах перемещающихся рабочих органов. Поэтому необходимость в применении пазовых кулачков может возникнуть либо при большом числе циклов в минуту, либо при большой массе подвижных рабочих органов тяжелых автоматов.

Обработка пазовых кулачков в условиях индивидуального изготовления представляет трудности и требует значительных затрат, поэтому пазовые кулачки применяются в основном в тех случаях, когда они не являются сменными и их форма не зависит от формы и размеров обрабатываемых деталей. Таковы, например, кулачки подачи и зажима материала токарно-револьверных автоматов. Пазовые кулачки могут также применяться на специальных станках-автоматах.

Рис. 1. Типы кулачков.

В станках-автоматах значительные ускорения возникают обычно при холостых ходах. Поэтому при конструировании можно предусматривать кинематическое замыкание только на участках холостых ходов. Такие кулачки состоят из открытого и дополнительного кулачков 2. На участках холостого хода основной и дополнительный кулачки образуют паз. При дисковых кулачках оба кулачка прикрепляются к торцу диска, а при цилиндрических — к поверхности- барабана. Такие комбинированные кулачки в изготовлении проще пазовых.

Наиболее просты в изготовлении открытые кулачки. Дисковые и плоские кулачки могут быть непосредственно обработаны слесарным путем по разметке. Цилиндрические кулачки, которые обычно выполняются накладными, изготовляются из тонкостенной гильзы и также могут быть обработаны по разметке. Кулачки прикрепляются к барабану болтами, которые с целью обеспечения регулирования положения кулачка пропускаются через продолговатые пазы кулачка. Осевые усилия, приложенные к кулачку, воспринимаются буртом барабана. В ряде случаев для восприятия осевых усилий в основном барабане вытачивается канавка, в которую входит кольцевой выступ кулачка.

При открытых кулачках прижим толкателя к кулачку и возврат рабочего органа осуществляются обычно пружиной, реже — грузом. При значительной массе перемещающихся звеньев или больших ускорениях последних для поддержания контакта толкателя с кулачком могут потребоваться пружины, развивающие большое усилие, и имеющие соответствующие размеры. Такой механизм получился бы громоздким вследствие увеличения размеров как пружин, так и звеньев кулачкового

механизма, нагрузки на который в этом случае складываются из сил сопротивления и силы пружины. Поэтому открытые кулачки применяются либо в сравнительно тихоходных кулачковых механизмах, либо в механизмах легких автоматов.

Для того чтобы избежать применения пазовых кулачков и силового замыкания, используют независимые кулачки для прямого и обратного ходов. Кулачок осуществляет ход вперед, а кулачок — ход назад. Такой вариант находит преимущественное применение в цилиндрических кулачках и может быть использован в том случае, если сил инерции не вызывают отрыва толкателя от кулачка. В качестве примера можно указать на многошпиндельные токарные автоматы и полуавтоматы, где такая форма кулачковых механизмов является основной.

Размеры дисковых кулачков в осевом направлении значительно меньше размеров цилиндрических кулачков при одинаковой величине хода. Поскольку с увеличением длины хода диаметр дисковых кулачков резко возрастает, при малой длине хода (до 75—100 мм) более компактными обычно получаются кулачковые механизмы с дисковыми кулачками, а при большей длине хода — с цилиндрическими. Выбор того или иного вида кулачков при проектировании кулачковых механизмов зависит также от взаимного расположения кулачков и рабочих органов в пространстве, чем в известной мере предопределяется форма механизмов, передающих движение от кулачка к рабочему органу.

При выборе формы кулачка следует также учитывать, что изготовление^ дисковых кулачков проще, чем цилиндрических.

Дисковые и цилиндрические кулачки закрепляются на валах, получающих вращательное движение, плоские — на поступательно движущихся рабочих органах. Связь кулачка с валом осуществляется шпонкой или штифтом, а в ряде случаев силами трения, при этом дисковые кулачки зажимаются между шайбами, а цилиндрические закрепляются с помощью разрезных втулок или стопорных винтов. При креплении кулачков с помощью сил трения легко осуществляется регулирование кулачков относительно друг друга. Однако такой метод крепления не гарантирует передачи значительных крутящих моментов. При больших крутящих моментах для регулирования положения кулачков используется крепление с торцовыми мелкозубыми муфтами, одна из которых жестко связывается с валом, а вторая — с кулачком.

Рис. 2. Независимые кулачки для прямого и обратного ходов.

При разработке конструкции кулачкового механизма следует также уделить внимание опорам кулачкового вала, которые должны воспринимать радиальные и осевые нагрузки, последние при цилиндрических кулачках, а также обеспечивать отсутствие биения кулачкового вала, во избежание нарушения точности перемещений рабочих органов.

Рис. 3. Башмаки.

Толкатели, получающие движение от кулачков, снабжаются башмаками, непосредственно контактирующими с профильной поверхностью кулачка. В большинстве случаев применяются роликовые и остроконечные башмаки, реже — криволинейные. Роликовые башмаки имеют меньший приведенный коэффициент трения, что позволяет, как это будет показано в дальнейшем, уменьшить углы холостых ходов.’ При роликовых башмаках возникают значительно меньшие контактные напряжения, чем при остроконечных. Поэтому остроконечные башмаки применяются чаще всего при небольших нагрузках в легких автоматах. Следует заметить, что использование остроконечных башмаков позволяет получить более высокую точность перемещения, так как при этом исключается влияние биения ролика. Этим обусловливается применение остроконечных башмаков в прецизионных автоматах фасонно-продольного точения.

Конструкции роликовых башмаков весьма многообразны. При цилиндрических кулачках всех типов и дисковых пазовых кулачках ролики приходится устанавливать на консольно закрепленных пальцах. При открытых дисковых кулачках ось ролика может быть смонтирована на двух опорах.

Чтобы уменьшить приведенный коэффициент трения, ролики иногда монтируются на опорах качения. Применение игольчатых подшипников позволяет получить достаточно компактную конструкцию. Использование в качестве ролика подшипников качения приводит к увеличению диаметра ролика и углов холостых ходов.

Остроконечные башмаки могут быть использованы при дисковых и плоских кулачках.

Кулачки изготовляются из цементируемых 20 и 20Х и закаливаемых 45 и 40Х сталей. В последнем случае кулачки подвергаются либо объемной закалке, либо поверхностной закалке токами высокой частоты до твердости HRC 50-58. В ряде случаев для изготовления кулачков применяются высокопрочные чугуны.

Для изготовления роликов применяются аналогичные марки материалов. Остроконечные башмаки в большинстве случаев снабжаются вставками из твердого сплава.

Передача движения от кулачка к рабочему органу. В станках применяются кулачковые механизмы как с поступательно движущимися, так и с качающимися толкателями.

В качестве поступательно движущегося толкателя может быть использован непосредственно рабочий орган, перемещающийся в направляющих, с которым связан роликовый башмак. Для регулирования положения рабочего органа ролик установлен на пальце, закрепленном в ползушке, перемещающейся по пазу рабочего органа. В требующемся положении рабочий орган устанавливается с помощью винта и закрепляется болтом. Однако при размещении на одном валу ряда кулачков возможности применения подобной простейшей схемы ограничены условиями расположения рабочих органов, получающих движения от кулачков. В этом случае приходится прибегать к более или менее сложным передачам.

Один из вариантов подобной передачи, связывающей поступательно движущийся толкатель с рабочим органом, представлен на рис. 4. От толкателя движение передается шатуном коленчатому рычагу, который связан шатуном с рабочим органом.

На рис. 4, в представлен механизм с цилиндрическим кулачком и качающимся толкателем, который поворачивается около оси. Качающийся толкатель связан с рабочим органом шатуном, рычагом, поворачивающимся около оси, и тягой. Тяга проходит через стойку, которая может поворачиваться в отверстии прилива подвижного рабочего органа. С помощью гаек можно регулировать положение рабочего органа. Для регулирования длины хода рабочего органа при одном и том же кулачке конец шатуна можно переставлять по пазу качающегося толкателя.

На рис. 5, а представлен вариант рычажной передачи, связывающей дисковый кулачок с рабочим органом. Кулачок сообщает движение качающемуся толкателю с остроконечным башмаком. Качающийся толкатель связан шатуном с рычагом. Винт служит для регулирования положения рабочего органа. Для регулирования величины хода рабочего органа головка, в которой шарнирно закреплен конец шатуна, может перемещаться по пазу рычага.

В ряде станков применяются рычажно-зубчатые передачи. Рычаг, получающий движение от дискового кулачка, выполнен заодно с зубчатым сектором, который зацепляется с рейкой. Для регулирования положения рабочего органа зубчатая рейка выполнена подвижной. Установка рейки производится с помощью гаек. В требующемся положении рейка закрепляется болтом. К заднему подвижному рабочему органу движение передается двуплечим рычагом и коленчатым рычагом, выполненным заодно с зубчатыми секторами. Рычаг получает движение от своего дискового кулачка.

Рис. 4. Передачи от кулачков к рабочим органам.

В каждом отдельном случае схема передачи должна быть разработана в соответствии с конкретными условиями размещения кулачка и рабочего органа.

Следует заметить, что последним звеном, передающим вращение кулачковому валу, должна быть червячная передача. При отсутствии самотормозящейся передачи изменение направления действия сил, приложенных к кулачкам со стороны рабочих органов с силовым замыканием, заставляет кулачковый вал поворачиваться в обратном направлении, что приводит к рассогласованию движений рабочих органов. Вместе с тем наличие червячной передачи обусловлено также требованием медленного ручного проворота кулачкового вала в процессе настройки.

Рис. 5. Рычажные и рычажно-зубчатые передачи от кулачков к рабочим органам.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум