САМОТОРМОЖЕНИЕ В КУЛАЧКОВЫХ МЕХАНИЗМАХ ПЛАНЕТАРНОГО ТИПА

SELF-BRAKING IN CAMSHAFT MECHANISMS OF THE ORBITAL TYPE

Lubov Alekseeva

associate Professor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Machine Industry Chair, Saint-Petersburg Mining University,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается явление самоторможения. Исследуется механизм  вытяжки стеклянных изделий, используемых в оптических  системах. Наиболее распространены механизмы с цепной передачей. С точки зрения кинематики исследуемое устройство содержит планетарный кулачковый механизм с толкателем, совершающим сложное движение, состоящее из переносного и относительного. Определены условия самоторможения. Показано, что при определенных условиях может произойти заклинивание механизма.

ABSTRACT

The article deals with the phenomenon of self-braking. The mechanism of glass objects extension used in optical systems is under study. Mechanisms with chain drive are the most common. From the kinematics point of view, the investigated device comprises an orbital camshaft mechanism with the follower performing a complex movement which consists of translational and relative. Conditions of self-braking are identified. It is shown that the mechanism jamming may occur under certain conditions.

Ключевые слова: механизм, кулачок, относительное движение, заклинивание, самоторможение, угол давления, ролик.

Keywords: mechanism; cam; relative movement; jamming; self-braking; pressure angle; roller.

К самоторможению могут привести силы трения. Это явление, при  котором относительное движение звена в требуемом направлении невозможно независимо от величины движущей силы. Самоторможение может возникнуть в поступательной, винтовой, червячной парах.  

Самотормозящиеся винтовая и червячная пары используются в грузоподъемных механизмах.  Например, свойства самоторможения  делает невозможным  передачу мощности в обратном направлении от червячного колеса  к червяку.

В [1]  рассмотрены различные механизмы  вытяжки стеклянных изделий,  используемых в оптических  системах.  Наиболее  распространены механизмы с  цепной передач [2]. В таких конструкциях на двух параллельных цепях установлены каретки с захватами, которые вытягивают изделие.

В каретках перемещаются толкатели с роликами. Во время рабочего хода ролики набегают на кулачки (копиры), закрепленные на станине,  и захваты зажимают изделие, вытягивая его из разогретой стекломассы. В конце рабочего хода захваты с помощью кулачкового механизма разжимаются, освобождая изделие. На рисунке 1 изображена расчетная схема только одного кулачкового механизма.

Рисунок 1. Расчетная схема планетарного кулачкового механизма:

1 – толкатель; 2 – ролик; 3 – кулачок

 Исследуемое устройство содержит планетарный кулачковый механизм с толкателем, совершающим сложное движение. Это движение состоит из переносного и относительного. Переносным  является движение цепи, на которой расположены толкатели. Скорость этого движения будет у всех толкателей одинакова. Относительным является движение толкателя в направляющих. Скорость этого движения будет практически  у всех толкателей разной. Разумеется, это отрицательно сказывается на качестве получаемого изделия и требует повышения точности изготовления и сборки кулачкового механизма. Кроме того, при определенных условиях может произойти заклинивание кулачкового механизма. Это связано с величиной угла  наклона  профиля кулачка (рисунок).

Основные этапы проектирования кулачковых механизмов включают:

1. Выбор типа механизма.

2. Выбор закона движения выходного звена.

3. Определение основных размеров.

4. Определение координат элемента высшей кинематической пары.

5. Расчет звеньев  пары на прочность

Основные размеры определяются кинематическими, динамическими и конструктивными  условиями, определяемыми из требований прочности отдельных элементов конструкции.  Динамические  условия связаны с правильным выбором  угла  давления в кулачковом механизме. Если заданы размеры механизма и закон движения толкателя, то можно определить критическое значение угла давления. При этом надо иметь в виду, что заклинивание механизма обычно имеет место только на фазе подъема соответствующей преодолению полезных сопротивлений, силы пружины. На фазе опускания обычно явление заклинивания не возникает.

Для устранения возможности заклинивания механизма ставят условие, чтобы угол давления во всех положениях механизма был меньше критического значения.

Найдем условие незаклинивания  механизма. Все рассуждения будем  вести относительно  эквидистантного профиля, показанного на рисунке  пунктиром. Трение учитываем в паре ролик – кулачок и в направляющих поступательной пары. Причем  считаем, что толкатель при его перекосе касается направляющих в двух точках  А  и B.

Введем обозначения: – внешняя сила, действующая на толкатель (в эту силу входит и сила инерции толкателя);  – реакции в кинематических парах;  – коэффициент трения скольжения;  – угол трения;  – угол давления; остальные обозначения очевидны из рисунка.

Уравнения кинетостатики для толкателя в принятой системе координат имеют вид

                                       (1)

                             (2)

                                             (3)

Решая систему (1)-(3) относительно , получим

.                  (4)

Упростим выражение (4), обозначив

                            (5)

Из (5) следует условие незаклинивания механизма

.                                     (6)

При таком соотношении горизонтальная составляющая   силы , вызывающая перемещение толкателя, больше силы трения   возникающей в направляющих толкателя.

Из рисунка  следует , а из системы (1) - (3)                                            

.

Сопоставляя полученные выражения  для , приходим к условию (6).

Поскольку <<, то условие (6) можно свести к виду 

Угол давления  связан с профильным углом  соотношением ,  поэтому условие незаклинивания можно записать в виде

 .                                          (7)

Для  установки, изображенной на рисунке ,  60 мм; 100 мм; коэффициент трения  прият равным 0,2. Тогда из выражения (7) получим 60º.

Заключение

При проектировании кулачковых механизмов планетарного типа необходимо определить условия незаклинивания механизма. В противном случае нагрузка на кулачковую пару резко возрастает. Неизбежно повышается износ элементов кулачковой пары.

Список литературы:

1. Алексеева Л.Б. Сравнительный анализ исполнительных устройств для автоматизированного производства оптических стержней  // Сб. тр.II всероссийской науч.-прак. конф. аспирантов, мол. ученых и преп. – СПб.: Изд. СЗТУ, 2008. С.76-79.
2. Детали машин: Учебник для вузов / Л.А. Андриенко, Б.А. Байков, И.К. Ганулич и др.; Под ред. О.А. Ряховского.  3-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007.  – 520 с.