Вращение и кулачковый механизм: определение, факты, примеры
Главная / Статьи / Образование и наука / Вращение и кулачковый механизм: определение, факты, примеры

Вращение и кулачковый механизм: определение, факты, примеры

Работа большинства созданных человеком механизмов основана на энергии вращения. Иногда, наблюдая со стороны за функционированием какой-либо машины (в данном случае имеется ввиду не автомобиль, а механизм), может показаться, что никакого вращения нет, однако часто первое впечатление обманчиво. Дело в том, что многие машины используют различные технические решения, позволяющие преобразовывать исходный характер движения в другой его вид. Один из наиболее ярких примеров – это кулачковый механизм. С его помощью становится возможным «получить» из вращательного движения поступательное или качательное. Где именно нам может встретиться кулачковый механизм?

Работа большинства созданных человеком механизмов основана на энергии вращения. Иногда, наблюдая со стороны за функционированием какой-либо машины (в данном случае имеется ввиду не автомобиль, а механизм), может показаться, что никакого вращения нет, однако часто первое впечатление обманчиво. Дело в том, что многие машины используют различные технические решения, позволяющие преобразовывать исходный характер движения в другой его вид. Один из наиболее ярких примеров – это кулачковый механизм. С его помощью становится возможным «получить» из вращательного движения поступательное или качательное. Где именно нам может встретиться кулачковый механизм?

Неочевидные факты

Наверняка, в каждой семье среди необходимых инструментов есть электрическая дрель ударного действия: на ее корпусе есть специальный переключатель, позволяющий выбирать режим работы – только вращение сверла или поступательно-возвратное смещение вместе с вращением. В первом случае вопросов не возникает: электродвигатель через вал и редуктор передает часть своих оборотов сверлу. Но что происходит, когда включается режим перфорирования? Ничего сложного нет – просто вступает в действие кулачковый механизм, преобразующий часть вращательного момента в горизонтальное смещение. Подобное решение используется во многих инструментах и бытовых приборах. Также без подобных механизмов было бы невозможно существование двигателей внутреннего сгорания в их классическом виде.

Простота конструкции и низкая стоимость – вот основные преимущества подобных механических преобразователей. При этом есть и недостаток – если на исполнительный механизм оказывается чрезмерное давление (сопротивление движению), то возможно повреждение элементов. Например, чтобы поломать дрель ударного действия, достаточно при сверлении отверстия слишком сильно прижимать сверло к поверхности, фактически, блокируя поступательное его движение.

От примеров к практике

Кулачковый механизм представляет собой одну из разновидностей кинематической пары, состоящей всего из двух звеньев (наличие стойки подразумевается) – толкателя и кулачка. Поверхность последнего, по которой происходит скольжение, выполнена профилированной, что позволяет передавать импульс движения сопряженному с ним толкателю. Кулачки могут быть самой разнообразной формы: плоской, сферической, цилиндрической, сложной пространственной конфигурации и пр. Таким образом, возможно разделение всего на две обобщающие группы – пространственные и плоские.

Рассмотрим, как устроены простейшие кулачковые механизмы плоского типа. Выходное звено может двигаться как поступательно (ползун), так и поворачиваться (коромысло). Сторона звена, соприкасающаяся с кулачком, для снижения износа может быть выполнена в виде плоскости, полусферы, острия или снабжена роликом.

В случае ползуна кулачок с сечением яйцеобразной формы вращается вокруг своей оси. Так как форма отлична от круга, то в вершинах толкатель с роликом приподнимаются, совершая поступательное движение по направляющим. Спад вершины – и ролик идет вниз, возвращая звено назад. Конструкция с коромыслом лишена направляющего устройства, поэтому ролик полностью «прокатывается» по кулачку, что заставляет звено смещаться в соответствии с осью вращения.

Надежная работа кулачковых механизмов возможна только при надежном соприкосновении толкателя и самого кулачка. Для решения этого вопроса используют несколько подходов: выходное звено выполняют подпружиненным; в самом теле вращающейся части делают паз, в котором фиксируют ролик толкателя. Сама выемка может позволять ролику прокатываться, а не фиксировать его в одной точке.

Синтез кулачкового механизма необходим для точного подбора требуемых техпроцессом параметров. Вначале создается структурная часть схемы, где учитывается количество кинематических пар, звеньев, их степени свободы, виды связей. Следующий этап – метрика. В зависимости от требуемых параметров подбираются размеры всех основных элементов. При этом учитывается наиболее рациональная форма кулачка, усилие в вершинах, расход материала на создание конструкции.

Наверх