Кулачковый механизм
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике, теории механизмов и машин, а также по деталям машин технических вузов, техникумов и технических училищ. Известный кулачковый механизм состоит из кулачка с приводом, на который опирается балансир с роликом на конце. Основной недостаток известного кулачкового механизма заключается в том, что он имеет постоянное положение опор, не позволяющих проводить исследования по отысканию зависимостей, например, значений углов давления кулачка на ролик балансира, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения их взаимного положения. В предложенном кулачковом механизме опоры выполнены изменяющими свое взаимное положение с тем, чтобы можно было проводить исследования по выявлению зависимостей значений углов давления кулачка на ролик балансира, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения взаимного положения их опор. 3 ил.
Полезная модель относится к лабораторному оборудованию и может быть применена в учебных лабораториях по теоретической и прикладной механике, теории механизмов и машин, а также по деталям машин технических вузов, техникумов и технических училищ.
Известен кулачковый механизм с приложенной к нему внешней силой, (Анализ и синтез плоских механизмов / Маркин Ю.С., Наумов Л.Г., Маркин О.Ю. и др. / Под редакцией д.т.н., профессора Маркина Ю.С. - Казань, Татарское кн. изд-во, 2003, стр.145, задания 81-85), начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами, состоящий из кулачка с приводом, на который опирается балансир с роликом на конце диаметром 55 мм, балансир вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира кулачка на расстояниях: по вертикали на 120 мм, по горизонтали на 130 мм, а ролик вращается относительно своей геометрической оси, кулачок состоит из цилиндрической зоны, расположенной в пределах 255°с диаметром, равным 140 мм, и профилируемой зоны, состоящей из участка подъема балансира в пределах I-II, равного 45°, участка выстоя балансира - II-III, равного 15°, и участка опускания балансира - III-IV, равного 45°, эти зоны разделены на более мелкие углы, равные 7,5° и необходимые для профилирования кулачка, ось вращения ролика находится на расстоянии 140 мм от неподвижного вращательного шарнира балансира, который имеет прилив, направленный вверх с правым уклоном и с цилиндрическим отверстием на конце, находящемся на расстоянии 100 мм от неподвижного вращательного шарнира балансира, линия действия силы, приложенной к балансиру, проходит через центр отверстия прилива и геометрическую ось вращения ролика, находящихся на расстоянии 105 мм друг от друга, соответствующее положение занимает центр массы балансира и максимальный угол поворота центра ролика.
Основной недостаток известного кулачкового механизма заключается в том, что он имеет постоянное положение опор, не позволяющих проводить исследования по отысканию зависимостей, например, значений углов давления кулачка на ролик балансира, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения их взаимного положения.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в том, чтобы сделать опоры механизма, изменяющими свое взаимное положение с тем, чтобы можно было проводить исследования по выявлению зависимостей значений углов давления кулачка на ролик балансира, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения взаимного положения их опор.
Технический результат достигается тем, что в кулачковом механизме, состоящем из кулачка с приводом, на который опирается балансир с роликом, причем балансир вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира кулачка, а ролик вращается относительно своей геометрической оси, при этом кулачок состоит из цилиндрической зоны и профилируемой зоны, состоящей из участка подъема балансира, участка выстоя балансира и участка опускания балансира, а балансир, имеет прилив, направленный вверх с правым уклоном и с цилиндрическим отверстием на конце, согласно нашему предложению, основание неподвижного вращательного шарнира балансира выполнено с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Такое исполнение кулачкового механизма позволило изменять взаимное положение опор и исследовать зависимость, например, значений углов давления кулачка на ролик балансира, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения взаимного положения опор.
На фиг 1. представлена принципиальная схема кулачкового механизма, а на фиг.2 и на фиг.3 - план приложенных к механизму сил.
Кулачковый механизм с приложенной к нему внешней силой Р, начальное положение опор и длины звеньев которого определяются соответствующими размерами, состоит из кулачка 1 с приводом, не показанным на схеме. На кулачок опирается балансир 2 с роликом 3 на конце диаметром 55 мм. Балансир 2 вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира С, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира О кулачка на расстояниях: по вертикали на 120 мм, по горизонтали на 130 мм, а ролик 3 вращается относительно своей геометрической оси симметрии В. Кулачок 1 состоит из цилиндрической зоны, расположенной в пределах 255°с диаметром, равным 140 мм, и профилируемой зоны. Профилируемая зона состоит из участка подъема балансира 2 в пределах I-II, равного 45°, участка выстоя балансира - II-III, равного 15°, и участка опускания балансира - III-IV, равного 45°. Эти зоны разделены на более мелкие углы, равные 7,5°и необходимые для профилирования кулачка 1. Ось В вращения ролика 3 находится на расстоянии 140 мм от неподвижного вращательного шарнира С балансира 2, который имеет прилив, направленный вверх с правым уклоном и с цилиндрическим отверстием А на конце, находящемся на расстоянии 100 мм от неподвижного вращательного шарнира С балансира 2. Линия действия силы Р, приложенной к балансиру 2, проходит через центр А отверстия прилива и геометрическую ось В вращения ролика 3, находящихся на расстоянии 105 мм друг от друга. Соответствующее положение занимает центр массы S балансира 2 и максимальный угол поворота центра ролика 3, равный 17°.
Основание неподвижного вращательного шарнира С балансира 2 выполнено с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей 4, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей 5 станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
Кулачковый механизм работает следующим образом.
При вращении кулачка 1 с угловой скоростью со (фиг.1), под действием внешней силы Р, приложенной к балансиру 2, возникает сила QB, направленная вдоль общей нормали к профилю кулачка 1 и ролика 3, с которой кулачок 1 действует на ролик 3 балансира 2, если пренебречь коэффициентом трения качения. В точке С возникает реакция связи (неподвижного вращательного шарнира) QC. Ролик 3 находится в рассматриваемый момент времени на границе цилиндрической и профилируемой зон. Ролик 3, перекатываясь по цилиндрической зоне, обеспечивал равновесие сил, приложенных к балансиру 2, поскольку балансир не двигался. План сил для этого случая представлен на фиг.2. Измерив отрезок, изображающий силу QC и умножив его на масштаб построения известных сил, получают величину неизвестной силы. Углом 5 давления кулачка 1 на ролик 3 балансира 2 принято считать угол, образованный вектором скорости точки В и силой QB. Для нулевого положения угол давления 
равен нулю. Аналогичная картина будет и на участке II-III, который представляет собой цилиндр, но другого радиуса. На участках I-II и III-IV центр ролика 3 будет занимать последовательно различные положения. На этих участках надо строить заменяющие механизмы и определять скорости и ускорения характерных точек В и S балансира 2, а также его угловую скорость и угловое ускорение. Далее надо привести силы, приложенные к балансиру 2, к главному вектору и к главному моменту и заменить их равнодействующей.
После этого надо воспользоваться свойствами равнодействующей: теоремой Вариньона (момент равнодействующей системы сил относительно центра С должен быть равен алгебраической сумме моментов от сил составляющих) и определить силу QB. Затем: равнодействующая равна геометрической сумме приложенных к балансиру 2 сил 
. Силу QC можно определить из построенного плана сил, представленного на фиг.3. Приведенные теоретические рассуждения помогают понять работу кулачкового механизма. После изготовления кулачковый механизм нуждается в экспериментальном исследовании. С помощью соответствующих датчиков можно определять силы, приложенные к звеньям, и сравнивать их с теоретическими значениями.
С увеличением угла давления происходит и увеличение сил, приложенных к балансиру 2. При определенном значении угла давления возникает явление самоторможения, т.е. силы возрастают до бесконечности. Какой бы величины момент мы не приложили к кулачку 1, он вращаться не будет. И это явление можно исследовать с помощью предложенного кулачкового механизма. Для этого предусмотрено изменение расстояний как по вертикали, так и по горизонтали между шарнирами О и С, соответственно кулачка 1 и балансира 2.
Таким образом, поставленная задача перед полезной моделью полностью выполнена. Опоры кулачкового механизма выполнены изменяющими свое взаимное положение. Это дает возможность проводить исследования по выявлению зависимостей значений углов давления е кулачка на балансир, величин реакций связей и сил взаимодействия его звеньев от изменения взаимного положения их опор.
Кулачковый механизм, состоящий из кулачка с приводом, на который опирается балансир с роликом, причем балансир вращается вокруг неподвижного вращательного шарнира, находящегося выше и правее неподвижного вращательного шарнира кулачка, а ролик вращается относительно своей геометрической оси, при этом кулачок состоит из цилиндрической зоны и профилируемой зоны, состоящей из участка подъема балансира, участка выстоя балансира и участка опускания балансира, а балансир имеет прилив, направленный вверх с правым уклоном и с цилиндрическим отверстием на конце, отличающийся тем, что основание неподвижного вращательного шарнира балансира выполнено с возможностью перемещения вдоль вертикальной направляющей, которая выполнена с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей станины и жесткого закрепления и тех и других к направляющим.
