Кулачок

редактировать
Вращающийся или скользящий компонент, который передает переменное движение ведомому Рис. 1 Анимация, показывающая непрерывно вращающиеся кулачки, производящие возвратно-поступательное линейное движение толкателей кулачков. Кулачок эллиптического диска с качающимся толкателем.

A кулачок представляет собой вращающуюся или скользящую деталь в механической связи, используемой особенно в преобразовании вращательного движения в линейное движение. Часто это часть вращающегося колеса (например, эксцентрикового колеса) или вала (например, цилиндра неправильной формы), которая ударяет рычаг в одной или нескольких точках на его окружности. путь. Кулачок может быть простым зубом, который используется для подачи импульсов мощности, например, на паровой молот, или эксцентричный диск или другой формы, обеспечивающей плавное возвратно-поступательное движение (назад и далее) движение в следящем элементе , который представляет собой рычаг, контактирующий с кулачком. кулачковый таймер аналогичен и широко использовался для управления электрическими машинами (электромеханический таймер в стиральной машине является распространенным примером) до появления недорогой электроники, микроконтроллеров, интегральные схемы, программируемые логические контроллеры и цифровое управление.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Диаграмма перемещения
  • 3 Дисковый или пластинчатый кулачок
  • 4 Цилиндрический кулачок
  • 5 Торцевой кулачок
  • 6 Кулачок в форме сердца
  • 7 Кулачок-улитка
  • 8 Линейный кулачок
  • 9 История
  • 10 См. также
  • 11 Ссылки
  • 12 Внешние ссылки

Обзор

Кулачок можно рассматривать как устройство, которое преобразует вращательное движение в возвратно-поступательное (или иногда колебательное) движение. Типичным примером является распределительный вал автомобиля автомобиль, который принимает вращательное движение двигателя и преобразует его в возвратно-поступательное движение, необходимое для приведения в действие впускных и выпускных клапанов <20.>цилиндров.

Диаграмма рабочего объема

Рис. 2 Базовая диаграмма перемещений для вращающегося кулачка

Кулачки могут быть охарактеризованы их диаграммами смещения, которые отражают изменение положения, которое следящий элемент может сделать, когда поверхность кулачка движется в контакте с толкателем. В показанном примере кулачок вращается вокруг оси. Эти диаграммы соотносят угловое положение, обычно в градусах, с радиальным смещением, испытываемым в этом положении. Диаграммы смещения традиционно представляются в виде графиков с неотрицательными значениями. Простая диаграмма смещения иллюстрирует движение ведомого с постоянным увеличением скорости с последующим аналогичным возвратом с задержкой между ними, как показано на рисунке 2. Подъем - это движение ведомого от центра кулачка, задержка - это движение, при котором ведомый находится в состоянии покоя, а возврат - это движение толкателя к центру кулачка.

Распространенным типом является клапанный привод в двигателях внутреннего сгорания. Здесь профиль кулачка обычно симметричен, и при обычно встречающихся скоростях вращения развиваются очень высокие ускоряющие силы. В идеале выпуклая кривая между началом и максимальным положением подъема снижает ускорение, но для этого требуются непрактично большие диаметры вала относительно подъема. Таким образом, на практике точки, в которых начинается и заканчивается подъем, означают, что на профиле появляется касательная к базовой окружности. Это непрерывно с касательной к окружности кончика. При проектировании кулачка указаны подъемная сила и угол остановки θ. Если профиль рассматривается как большая базовая окружность и небольшая окружность на вершине, соединенные общей касательной, дающей подъемную силу L, соотношение может быть вычислено, учитывая угол φ между одной касательной и осью симметрии (φ равен π / 2 - θ / 2), а C - расстояние между центрами окружностей (обязательно), R - радиус основания (задано), а r - радиус концевой окружности (обязательно):

C = L / 1 - sin φ и r = R - L sin φ / 1 - sin φ
Рис. 3 Профиль кулачка

Дисковый или пластинчатый кулачок

Наиболее часто используемым кулачком является кулачковая пластина (также известная как дисковый кулачок или радиальный кулачок), которая вырезана из куска плоского металла или пластины. Здесь толкатель движется в плоскости, перпендикулярной оси вращения распределительного вала. При такой конструкции кулачков пластин уместны несколько ключевых терминов: базовая окружность, первичная окружность (с радиусом, равным сумме радиуса толкателя и радиуса базовой окружности), наклонная кривая. который представляет собой радиальную кривую, начерченную путем применения радиальных смещений от основного круга по всем углам и угла разделения лепестков (LSA - угол между двумя соседними кулачками впускного и выпускного кулачков).

Базовая окружность - это наименьшая окружность, которую можно провести к профилю кулачка.

Когда-то распространенным, но теперь устаревшим применением этого типа кулачков были кулачки для автоматического программирования станков. Каждое движение или операция инструмента управлялись непосредственно одним или несколькими кулачками. Инструкции по созданию кулачков для программирования и данных о создании кулачков для наиболее распространенных марок машин были включены в технические справочники в современную CNC era.

Этот тип кулачков используется во многих простых электромеханические устройства контроллеры, такие как посудомоечные и стиральные машины, для приведения в действие механических переключателей, управляющих различными частями.

Трансмиссия мотоцикла с цилиндрическим кулачком с тремя толкателями. Каждый толкатель управляет положением вилки переключения.

Цилиндрический кулачок

Кулачок с постоянным ходом цилиндра в токарном станке American Pacemaker. Этот кулачок используется для обеспечения повторяемой настройки поперечного скольжения при нарезании резьбы одноточечным инструментом.

A цилиндрический кулачок или цилиндрический кулачок - это кулачок, в котором толкатель движется по поверхности цилиндр. В наиболее распространенном типе толкатель движется по канавке, вырезанной в поверхности цилиндра. Эти кулачки в основном используются для преобразования вращательного движения в линейное движение, параллельное оси вращения цилиндра. Цилиндр может иметь несколько канавок, вырезанных в поверхности и приводящих в движение несколько толкателей. Цилиндрические кулачки могут обеспечивать движения, которые включают более одного вращения цилиндра и, как правило, обеспечивают положительное позиционирование, устраняя необходимость в пружине или другом приспособлении для поддержания контакта толкателя с управляющей поверхностью.

Применения включают в себя приводы станков, таких как сабельные пилы, и цилиндры управления переключением в последовательных трансмиссиях, например, на большинстве современных мотоциклов.

Особым случаем этого кулачка является постоянный ход, где положение ведомого элемента линейно с вращением, как в ходовом винте. Цель и детали реализации влияют на то, называется ли это приложение кулачковой или винтовой резьбой, но в некоторых случаях номенклатура может быть неоднозначной.

Цилиндрические кулачки также могут использоваться для привязки выхода к двум входам, где один вход - это вращение цилиндра, а другой - положение толкателя вдоль кулачка. Выход радиальный по отношению к цилиндру. Когда-то они были обычным явлением для специальных функций в системах управления, таких как механизмы управления огнем для орудий на морских судах и механические аналоговые компьютеры.

Примером цилиндрического кулачка с двумя входами является токарно-копировальный станок, пример в том числе токарный станок с ручкой топора Клотца, который обрезает ручку топора до формы, управляемой шаблоном, действующим как кулачок для механизма токарного станка.

Торцевой кулачок

A Торцевой кулачок производит движение с помощью толкателя, перемещающегося по поверхности диска. В наиболее распространенном типе ведомый элемент установлен в прорези, так что невыпадающий толкатель производит радиальное движение с положительным позиционированием без необходимости использования пружины или другого механизма для удержания толкателя в контакте с поверхностью управления. Торцевой кулачок этого типа обычно имеет только одну прорезь для толкателя на каждой грани. В некоторых приложениях отдельный элемент, такой как шестерня, цилиндрический кулачок или другой вращающийся элемент с плоской поверхностью, может выполнять функцию лицевого кулачка в дополнение к другим целям.

Торцевые кулачки могут обеспечивать повторяющееся движение с канавкой, которая образует замкнутую кривую, или могут обеспечивать создание функции с остановленной канавкой. Кулачки, используемые для генерации функций, могут иметь канавки, требующие нескольких оборотов, чтобы покрыть всю функцию, и в этом случае функция обычно должна быть обратимой, чтобы канавка не пересекалась, и выходное значение функции должны различаться при соответствующих поворотах настолько, чтобы оставалось достаточно материала, разделяющего соседние сегменты канавки. Распространенной формой является кулачок с постоянным ходом, в котором перемещение ведомого элемента линейно с вращением, например, спиральная пластина в спиральном патроне . Необратимые функции, требующие самопересечения канавки, могут быть реализованы с использованием специальных конструкций толкателей.

Замок створчатого окна, традиционный кулачковый, для двойного створчатого окна

Вариант торцевого кулачка обеспечивает движение параллельно оси вращения кулачка. Типичным примером является традиционный замок створки окна, в котором кулачок крепится к верхней части нижней створки, а следящий элемент - это крюк на верхней створке. В этом приложении кулачок используется для обеспечения механического преимущества при принудительном закрытии окна, а также обеспечивает самоблокирующееся действие, как некоторые червячные передачи, за счет трения.

Торцевые кулачки также могут использоваться для привязки одного выхода к двум входам, обычно где один вход - это вращение кулачка, а другой - радиальное положение толкателя. Выход параллелен оси кулачка. Когда-то это были обычные механические аналоговые вычисления и специальные функции в системах управления.

Лицевой кулачок, реализующий три выхода для одного вращательного входа, - это стерео фонограф, где относительно постоянная ведущая канавка направляет стилус и тонарм, действуя как толкатель качающегося типа (тонарм) или линейный (поворотный стол с линейным трекингом), а сам стилус действует как повторитель для двух ортогональных выходов для представления звуковых сигналов. Эти движения происходят в плоскости, радиальной к вращению пластинки, и под углами 45 градусов к плоскости диска (перпендикулярно граням канавки). Положение тонарма использовалось некоторыми проигрывателями в качестве управляющего входа, например, для выключения устройства или для загрузки следующего диска в стеке, но в простых единицах измерения игнорировалось.

Кулачок в форме сердца

Кулачок этого типа в форме симметричного сердца используется для возврата вала, удерживающего кулачок, в заданное положение за счет давления со стороны ролика. Они использовались на ранних моделях Post Office Master Clock для синхронизации времени часов со средним временем по Гринвичу, когда активирующий повторитель автоматически нажимался на кулачок посредством сигнала от источника точного времени.

Кулачок опускания улитки

Этот тип кулачка использовался, например, в механических хронометрах, чтобы приводить в действие механизм дневного опережения ровно в полночь, и состоял из ведомого, поднимаемого кулачком в течение 24 часов по спирали. путь, который заканчивался резкой отсечкой, на которой последователь падал и активировал дневное продвижение. Там, где требуется точность синхронизации, как в синхронизирующих часах, они, как правило, были изобретательно устроены так, чтобы иметь роликовый кулачковый толкатель для поднятия падающего груза на протяжении большей части его пути почти до его полной высоты и только на последней части его хода для веса. должны быть приняты и поддержаны твердым последователем с острой кромкой. Это гарантировало, что вес упадет в точный момент, обеспечивая точное время. Это было достигнуто за счет использования двух кулачков-улиток, установленных соосно с роликом, который первоначально опирался на один кулачок, а последний твердый толкатель - на другой, но не контактировал с его профилем кулачка. Таким образом, роликовый кулачок первоначально нес вес, до тех пор, пока на последнем участке пробега профиль не роликового кулачка поднялся больше, чем другой, заставляя твердый толкатель принять вес.

Линейный кулачок

Линейный кулачок - это кулачок, в котором кулачковый элемент движется по прямой линии, а не вращается. Кулачковый элемент часто представляет собой пластину или блок, но может иметь любое поперечное сечение. Ключевой особенностью является то, что вход представляет собой линейное движение, а не вращательное. Профиль кулачка может быть вырезан на одном или нескольких краях пластины или блока, может быть, в одной или нескольких прорезях или канавках на лицевой стороне элемента, или даже может быть профилем поверхности для кулачка с более чем одним входом. Разработка линейного кулачка аналогична, но не идентична конструкции вращающегося кулачка.

Машина для дублирования ключей. Оригинальный ключ (установленный в левом держателе) действует как линейный кулачок для управления глубиной резания дубликата.

Типичным примером линейного кулачка является ключ для штифтового тумблерного замка. Штифты действуют как следящие. Это поведение проиллюстрировано, когда ключ дублируется в машине дублирования ключей, где исходный ключ действует как управляющий кулачок для вырезания нового ключа.

История

Кулачковые механизмы появились в Китае около 600 г. до н.э. в виде спускового механизма арбалета с кулачковым поворотным рычагом. Однако спусковой механизм не вращался вокруг своей оси, и в традиционной китайской технологии обычно мало использовались непрерывно вращающиеся кулачки. Тем не менее, более поздние исследования показали, что такие кулачковые механизмы действительно вращаются вокруг своей оси. Аналогичным образом, более недавние исследования показывают, что кулачки использовались в гидравлических отбойных молотках во второй половине династии Западная Хань (206 г. до н.э. - 8 г. н.э.), как записано в Хуань Цзы Синь Лунь. Сложные пестики также упоминались в более поздних записях, таких как Jin Zhu Gong Zan и Tian Gong Kai Wu, среди многих других записей о пестиках, приводимых в движение водой. Во времена династии Тан деревянные часы в астрономическом устройстве с водным приводом, шпоры внутри армиллярной сферы с водным приводом, автоматический будильник в пятиколесных часах с песком, искусственные бумажные фигурки во вращающемся фонаре - все это использовало кулачок. механизмы. Китайский годометр, в котором использовался механизм звонка и гонга, также является кулачком, как описано в Сун Ши. В книге «Нонгшу» вертикальное колесо ветрового короба с водяным приводом также является кулачком. В этих примерах и пестик с водяным приводом, и ветровая коробка с водяным приводом имеют внутри по два кулачковых механизма. Кулачки, которые вращались непрерывно и функционировали как неотъемлемые элементы машины, были встроены в эллинистические водные автоматы с 3 века до нашей эры. Кулачок и распределительный вал позже появились в механизмах Аль-Джазари и Шоштари, которые использовали их в своих автоматах, описанных в 1206. Кулачок и распределительный вал появились в европейских механизмах с 14 века.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

.

Последняя правка сделана 2021-05-14 03:14:54
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте