Устройство и принцип действия кулачковых переключателей

Особенности


Двукулачковый механизм

Основные характеристики кулачкового механизма — это максимальное перемещение толкателя (угол качания коромысла), максимальная скорость или ускорение исполнительного механизма и закон движения исполнительного механизма.

Закон движения разных типов и размеров толкателя на одном и том же кулачке отличается, поэтому расчёт профиля кулачка ведётся под конкретный толкатель.

Кулачковый механизм имеет сходные черты с механизмом планшайба-стержни

Главным достоинством и исключительным свойством кулачкового механизма является возможность реализации произвольного (в очень широких пределах) закона движения исполнительного механизма.

Вторым достоинством является простота конструкции, благодаря чему кулачковый механизм иногда используют как простейший преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное, например, в приводе бензонасоса карбюраторных ДВС.

Главным недостатком является дороговизна изготовления профилей. Эта задача решается применением литья, либо перемещением обрабатывающего органа по шаблону, то есть, по сути, также использованием кулачкового механизма (в станке).

Вторым недостатком является относительно малая нагрузочная способность, вследствие трения скольжения кулачка и толкателя по линии, а также из-за значительных боковых усилий на толкатель при резких перемещениях. Для повышения ресурса применяют роликовый толкатель (как правило, на игольчатом подшипнике) и замену поступательного толкателя коромыслом, например, в газораспределительном механизме тракторных дизелей.

Какими бывают?

В наше время используются различные виды кулачковых переключателей.

Двухконтактные устройства совместимые с трансформаторами импульсного вида. Снабжаются регулятором на основе переходника.

Каковы особенности этого вида:

  • Уровень напряжения триггера на выходе 3 В;
  • Создана оболочка для изоляторов;
  • Токовая пиковая перегрузка 5 А;
  • Чувствительность модулятора 10 мВ;
  • Токовая проводимость регулируется мощностью модулятора;
  • Нельзя использовать для работы с вольтметрами.

Различные пакетные кулачковые переключатели необходимы в конструкции аппаратов для измерения величин. Для этих видов модулятор снабжается дополнительным усилителем.

Каковы особенности вида:

  • Уровень проведения тока 12 мк;
  • Имеет фильтры разного типа;
  • Нет обкладки трансивера;
  • Все контакты монтируются с тыльной стороны корпуса;
  • Обладает двумя либо тремя фазами регулятора;
  • К триггерам прилагаются коммутаторы;
  • Пик перегрузки по току 12 А;
  • Нельзя применять на основе импульсных трансформаторов;
  • Подключаются с помощью контактного переходника.

Каковы особенности вида:

  • Некоторые модификации снабжены тетродами на основе изоляторов;
  • Отклик на коммутацию увеличен проходными фильтрами;
  • Если установлен триггер пропуск тока 6 мк;
  • Пик нагрузки на контакты, служащие выходом влияет на уровень чувствительности модуляторов. У модификацией с уровнем в 15 В максимум не превышает 40 мВ.

Кулачковые переключатели созданные для работы с вольтметрами отличаются не большими размерами и обладают трехфазовой конструкцией. Для многих из них применяются оперативные модуляторы.

Каковы особенности вида:

  • Контакты установлены на тыльную сторону;
  • Некоторые модификации обладают стабилизаторами в виде специального расширителя;
  • Чтобы увеличить токовую проводимость применяются тетроды, работающие на триггерной основе. Для их подключения используются обкладки либо возможности изоляторов;
  • Средний максимум напряжения на выходе 20 В;
  • Если установлены триггеры оперативного типа проводимость тока 13-14 мк;
  • Проводники для фильтров на основе устройств этого вида иногда не предлагаются.

Теперь вы получили специфическую информацию и знаете, как выбрать кулачковый переключатель популярного вида. Хотя существует много других модификаций, отличающихся эксплуатационными характеристиками, в большинстве случаев, этого будет достаточно.

Виды кулачковых пар

Разработано множество различных видов кулачковых механизмов. Они объединяются по разным признакам.

По основной функции:

  • приводящие исполнительный орган в движение по определенной траектории;
  • обеспечивающие простое перемещение (линейное или качающее) толкателя на заданное расстояние.

По пространственной конфигурации:

  • плоские, все траектории лежат в одной плоскости;
  • пространственно кулачковый механизм, двигается по сложным траекториям.

По типу толкательного механизма различают:

  • плоский;
  • дисковый;
  • ролик;
  • сферический;
  • остроконечный.

По траектории его движения:

  • линейные;
  • качающиеся.

По траектории кулачка:

  • линейная;
  • качающееся;
  • вращение (винтовое движение).

Кулачковый механизм с роликовым толкателем по признаку смещения осей подразделяется на:

  • аксиальные (ось вращения диска находится в плоскости толкателя)
  • дезаксиальные оси вращения и линия движения толкателя разнесены в пространстве.

Дистанцию такого разнесения называют дезаксиалом (e).

Кулачковые регулировочные механизмы часто строятся по дезаксиальной схеме.

Недостатки кулачковых механизмов

Самым заметным минусом служит сложность и высокая себестоимость производства деталей механизма. Наиболее трудоемким является изготовление управляющего профиля. Технологический процесс начинается с отливки заготовки из высокопрочных стальных сплавов, обладающих особой устойчивостью к переменным механическим напряжениям, истиранию и перепадам температуры. Далее требуется провести высокоточную механическую обработку с последующей шлифовкой и полировкой поверхностей. Упрочнение рабочей поверхности достигается термообработкой и цементацией. Такие распредвалы или кулачки привода масляного насоса обходятся дорого, но зато смогут отработать сотни тысяч километров пробега.


Еще одним минусом считается небольшая нагрузка, которую может толкнуть толкатель. Это происходит из-за большого трения в сопряжении пары, кроме того, возникают значительные боковые нагрузки на шток. Этот недостаток ограничивает мощностные возможности исполнительного органа устройства.

Для борьбы с этим недостатком используют роликовый толкатель, размещенный на шариковом или игольчатом подшипнике. Для крупных двигателей с большим диаметром клапанов и мощными возвратными пружинам используют коромысленную схему. Разная длина плеч коромысла работают как рычажная система, трансформируя больший ход на одном плече в большее усилие на другом.

Особенности

Двукулачковый механизм

Основные характеристики кулачкового механизма — это максимальное перемещение толкателя (угол качания коромысла), максимальная скорость или ускорение исполнительного механизма и закон движения исполнительного механизма.

Закон движения разных типов и размеров толкателя на одном и том же кулачке отличается, поэтому расчёт профиля кулачка ведётся под конкретный толкатель.

Кулачковый механизм имеет сходные черты с механизмом планшайба-стержни

Главным достоинством и исключительным свойством кулачкового механизма является возможность реализации произвольного (в очень широких пределах) закона движения исполнительного механизма.

Вторым достоинством является простота конструкции, благодаря чему кулачковый механизм иногда используют как простейший преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное, например, в приводе бензонасоса карбюраторных ДВС.

Главным недостатком является дороговизна изготовления профилей. Эта задача решается применением литья, либо перемещением обрабатывающего органа по шаблону, то есть, по сути, также использованием кулачкового механизма (в станке).

Вторым недостатком является относительно малая нагрузочная способность, вследствие трения скольжения кулачка и толкателя по линии, а также из-за значительных боковых усилий на толкатель при резких перемещениях. Для повышения ресурса применяют роликовый толкатель (как правило, на игольчатом подшипнике) и замену поступательного толкателя коромыслом, например, в газораспределительном механизме тракторных дизелей.

Особенности

Двукулачковый механизм

Основные характеристики кулачкового механизма — это максимальное перемещение толкателя (угол качания коромысла), максимальная скорость или ускорение исполнительного механизма и закон движения исполнительного механизма.

Закон движения разных типов и размеров толкателя на одном и том же кулачке отличается, поэтому расчёт профиля кулачка ведётся под конкретный толкатель.

Кулачковый механизм имеет сходные черты с механизмом планшайба-стержни

Главным достоинством и исключительным свойством кулачкового механизма является возможность реализации произвольного (в очень широких пределах) закона движения исполнительного механизма.

Вторым достоинством является простота конструкции, благодаря чему кулачковый механизм иногда используют как простейший преобразователь вращательного движения в возвратно-поступательное, например, в приводе бензонасоса карбюраторных ДВС.

Главным недостатком является дороговизна изготовления профилей. Эта задача решается применением литья, либо перемещением обрабатывающего органа по шаблону, то есть, по сути, также использованием кулачкового механизма (в станке).

Вторым недостатком является относительно малая нагрузочная способность, вследствие трения скольжения кулачка и толкателя по линии, а также из-за значительных боковых усилий на толкатель при резких перемещениях. Для повышения ресурса применяют роликовый толкатель (как правило, на игольчатом подшипнике) и замену поступательного толкателя коромыслом, например, в газораспределительном механизме тракторных дизелей.

Применение

Кулачковый механизм применяется:

  • в газораспределительном механизме ДВС;
  • в топливных насосах высокого давления дизелей;
  • в топливных насосах автомобильных карбюраторных двигателей;
  • в механическом (пневматическом) приводе колодочных тормозов (грузовики, тракторы);
  • в прерывателе контактной системы зажигания бензиновых ДВС;
  • в приводе воздушной заслонки карбюраторов (автомобиль ОКА);
  • в механизмах переключения коробок передач мотоциклов;
  • в швейных машинках (механические переключатели режимов, варианты движения рабочих органов);
  • в шарманках и музыкальных шкатулках (вырожденный кулачок — шип — только включает звук в определённый момент);
  • в механических (часовых) таймерах и реле времени;
  • в металлорежущих станках;
  • и многих других машинах для воспроизведения сложной траектории движения рабочих органов и выполнения функций управления, таких, как включение и выключение рабочих органов по определённой схеме.

Вопросы для самопроверки

— Назовите особенности кулачковых механизмов, обусловившие их широкое применение в различных машинах и приборах.

— Каковы недостатки кулачковых механизмов?

— Изобразите схемы наиболее распространенных плоских и пространственных кулачковых механизмов.

— Как подразделяются кулачковые механизмы по способу замыкания высшей пары?

— Перечислите основные фазы движения толкателя кулачкового механизма и соответствующие им углы поворота кулачка.

— Расскажите об основных этапах синтеза кулачковых механизмов.

— Какие законы движения толкателя рационально применять в быстроходных кулачковых механизмах и почему?

— Как определить положение центра вращения кулачка в механизме с поступательно двигающемся толкателем при заданном допустимом угле давления?

— Как определить положение центра вращения кулачка в механизме с качающемся толкателем при заданном допустимом угле давления?

— Из каких соображений выбирается величина радиуса ролика кулачкового механизма?

— Как по теоретическому (центровому) профилю кулачка построить действительный (конструктивный) профиль?

— Какие углы называются фазовыми?

Ответ: углы , , — называются фазовыми углами.

— Какой угол называется углом давления?

Ответ: это угол между направлением вектора скорости толкателя и реакцией в точке касания кулачка и толкателя.

— В чем заключается синтез кулачкового механизма?

Ответ: в определении основных размеров и профиля кулачка по заданным кинематическим и динамическим парметрам.

— В чем заключается анализ кулачкового механизма?

Ответ: в определении закона движения толкателя по заданным: профилю кулачка, соответствующему закону его движения, размерам звеньев и схеме механизма.

— Что такое жесткие удары в кулачковом механизме?

Ответ: при жестких ударах значения ускорения достигают значительных величин или даже бесконечности.

— Что такое мягкие удары в кулачковом механизме?

Ответ: при мягких ударах значения ускорения достигают небольших величин.

— Что такое инверсия?


Ответ: сообщение кулачку и толкателю общей угловой скорости , равную и обратно направленную угловой скорости кулачка.

— Как выбрать минимальный радиус шайбы кулачка?

Ответ: увеличивая радиус получим меньшие углы давления, но большие габариты. Уменьшая – возрастают углы давления и уменьшается коэффициент полезного действия. При динамическом синтезе радиус шайбы выбирают из условия обеспечения угла давления меньше допустимого.

— Особенности кулачковых механизмов?

Ответ: 1) можно получить любой закон движения ведомого звена.

2) обязательно наличие силового или геометрического замыкания.

3) самые распространенные механизмы в технике.

— Какое звено в кулачковом механизме ведущее?

Ответ: кулачок.

— Какое звено в кулачковом механизме ведомое?

Ответ: толкатель.

— Цель силового замыкания?

Ответ: для обеспечения постоянного контакта звеньев, образующих высшую пару.

— Цель геометрического замыкания?

Ответ: для обеспечения постоянного контакта звеньев, образующих высшую пару.

— Из скольких звеньев состоит кулачковый механизм с игольчатым толкателем?

Ответ: из трех: кулачок, толкатель, стойка.

— Из скольких звеньев состоит кулачковый механизм с роликовым толкателем?

Ответ: из четырех: кулачок, толкатель, ролик, стойка.

— Из скольких звеньев состоит кулачковый механизм с плоским толкателем?


Ответ: из трех.

— Из скольких звеньев состоит кулачковый механизм с качающимся толкателем?

Ответ: из трех.

— Из скольких звеньев состоит кулачковый механизм с качающимся толкателем с роликом?

Ответ: из четырех.

— Какой механизм называется кулачковым механизмом со смещенным толкателем?

Ответ: кулачковый механизм, у которого ось перемещения толкателя не проходит через ось вращения кулачка.

— Что нужно знать, чтобы спроектировать профиль кулачка?

Ответ: кинематическую схему, закон движения выходного звена в виде функции от обобщенной координаты, максимальный ход толкателя, фазовые углы и допустимый угол давления.

— Какие требования должны удовлетворяться при выборе закона движения?

Ответ: закон должен удовлетворять требованиям технологического процесса, для выполнения которого проектируется кулачковый механизм.

— Что такое жесткие удары?

Ответ: удары, при которых сила, действующая на звенья механизма, теоретически достигает бесконечности.

— Какие законы изменения аналогов ускорений на фазе подъема вы знаете?

Ответ: линейно-убывающий, косинусоидальный, синусоидальный, равноускоренный, трапецеидальный.

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика Сопротивление материалов

Прикладная механика Детали машин Строительная механика

00:00:00

Особенности и принцип работы

Применяются кулачковые механизмы обычно в тех случаях, когда необходимо переместить ведомые звенья устройства на небольшие расстояния относительно друг друга.

Если рассмотреть кулачковые механизмы, то все они имеют в своей основе фигурный диск, который по-другому называют кулачок (1), толкатель (2) и ролик (3). Кулачок вращается вокруг своей оси и взаимодействует с толкателем. В итоге получается равномерное возвратно-поступательное движение, на основе которого работает большое количество устройств.

1 — кулачок, 2 — толкатель, 3 — ролик; Основные узлы кулачкового механизма

Фигурный диск выполняет главную роль в работе и выступает ведущим элементом кулачкового механизма. Ведомой же частью является толкатель, который еще иногда называют щупом. Щуп выполняет роль исполнительного органа, который выполняет основную полезную работу.

Когда механизм активен, то кулачок активируется и толкает толкатель в заранее заданном направлении. Для его возвращения в исходное положение необходимо использовать возвратную пружину. Кроме пружины, под непосредственным активным влиянием противодействующих усилий органов механизма, которые взаимодействуют с толкателем, также возможно вернуть механизм в первоначальное положение.

Есть и такие варианты, где толкатель двигается строго вокруг заданного центра. При такой работе кулачок выполняет прямолинейное перемещение и после полного оборота возвращается в первоначальное положение.

Конструкционные особенности?

Для изготовления используются материалы, обладающие изолирующими и проводящими свойствами отличного качества. Внешне устройство выделяется маленькими размерами, но наделено удивительной устойчивостью к небольшим перегрузкам, длящимся непродолжительный период на основе электрических цепей. Выделяется выраженными коммутационными свойствами.

Устройство покрывается пластмассовым корпусом изготовленным с помощью меламина. Это покрытие обладает защитой от электрических дуг и вихревых потоков. За счет продуманной конструкции можно включать либо выключать все, имеющиеся контакты почти одновременно. Это достигается за счет того, что кулачки разных элементов обладают механическим соединением. Далее советуем познакомиться с фото кулачкового переключателя это поможет детально разобраться в элементах конструкции.


С этим читают