Динамические нагрузки в приводе при выполнении вспомогательных движений узла определяются параметрами узла и его привода, профилем и угловой скоростью приводного кулачка, ударами, возникающими при переходе зазора и контакта ролика ведомого звена с одного участка профиля на другой. С повышением угловой скорости кулачка динамические нагрузки возрастают.
Для возможности повышения угловой скорости кулачка и сокращения затрат времени на вспомогательные движения узла необходимо;
1) полностью исключить или значительно уменьшить возникающие удары, обеспечив постоянство контакта ролика ведомого звена с кулачком подбором замыкающих пружин или уменьшением величин зазоров между роликом и соответствующими участками профилей кулачков;
2) выбирать законы вспомогательных движений узла и соотношения между периодами его разгона и торможения исходя из условия получения возможно меньших суммарных нагрузок в приводе;
3) определять расчетом координаты теоретического и конструктивного профиля приводного кулачка с учетом кинематики и жесткости всей системы привода, а при осуществлении вспомогательных движений узла во время изменения угловой скорости кулачка также с учетом переменности угловой скорости кулачка.
На рис. 5.9 приведены варианты схем механизмов, обеспечивающих сокращения времени выполнения вспомогательных движений.
В механизмах, показанных на рис. 5.9,а, б, кулачки получают движение от приводов с жесткой механической характеристикой и их профили определяют движение ведомых звеньев. Дополнительные приводы имеют мягкую механическую характеристику.
В механизме, изображенном на рис. 5.9,а, приводом служит пружина, сжимаемая кулачком на некотором участке подъема своего профиля, после чего на следующем участке профиля, на котором приняты большие углы давления, ведомое звено уже перемещается за счет энергии сжатой пружины.
В механизме, приведенном на рис. 5.9,6, перемещение ведомого звена, соответствующее крутым участкам профиля кулачка, осуществляется пневмоцилинд-ром, а профиль кулачка только ограничивает движение. Быстродействие привода должно соответствовать принятой угловой скорости кулачка
На рис. 5.9,6 дана схема механизма, в которой для сокращения времени вспомогательных движений в кинематическую цепь привода кулачка включена обгонная муфта. При каждом цикле работы механизма после включения привода получают вращение внутренняя звездочка 3 обгонной муфты и кулачок 2, ползун получает движения быстрого подвода и рабочей подачи, сжимая при этом пружину 8. После перехода ролика 4 на крутой участок спуска профиля кулачка происходит быстрый отвод ползуна и возврат кулачка в исходное положение под действием силы упругости пружины при неизменной скорости движения остальных звеньев кинематической цепи. При подходе ползуна 1 в исходное положение отключается привод и втулка 7 упирается в планку 6, связанную с корпусом, а ползун, продолжая двигаться вместе со стержнем 5, сжимает пружину 8. Таким образом, кинетическая энергия ползуна переходит снова в потенциальную энергию сжатия пружины. При этом головка стержня 5 несколько отходит от упорной поверхности планки 6, а затем под действием силы упругости пружины возвращается в исходное положение. Механизмы, работающие по этому принципу, применяют в некоторых силовых головках агрегатных станков, они позволяют повысить их производительность примерно на 15 % по сравнению с производительностью станков, в силовых головках которых отсутствует муфта обгона.
Рис. 5.9. Схемы кулачковых механиз-
мов, обеспечивающих сокращение за-
трат времени на вспомогательные дви-
жения
На рис. 5.9,г дана схема кулачкового привода перемещений силовой головки агрегатного станка, в котором для сокращения времени выполнения вспомогательных движений применены пневмо-цилиндры. В начале цикла работы силовой головки воздух подают в бесштоковые полости пневмоцилиндров 6. Поршни 7 и штоки передают движение насадке 1, закрепленной на пиноли 2, которая перемещается до упора ролика 3 в закрытый участок профиля кулачка 4. При этом освобождается рычаг 5, включается муфта кинематической цепи привода вращения кулачка (на схеме не показана); кулачок начинает вращаться и, когда ролик находится уже над рабочим участком профиля кулачка, по команде конечного выключателя полости пневмоцилиндров переключаются и воздух под давлением подается в штоковые полости, что обеспечивает контакт ролика с профилем кулачка во время рабочей подачи и по¬следующий отвод пиноли с насадкой. В конце отвода пиноль, упи¬раясь в рычажок 5, отключает муфту цепи привода вращения кулачка.
Кинематика ведомого звена кулачкового механизма определяется геометрическими параметрами всего механизма и параметрами движения его ведущего звена.
При расчете кинематики сложного кулачково-рычажного механизма привода узла его расчленяют на простые, последовательно соединенные механизмы. В табл. 5.1 приведены формулы для расчета скоростей и ускорений звеньев типовых кулачковых механизмов в заданных мгновенных положениях в зависимости от параметров точек центрового профиля кулачка при заданной его постоянной скорости.
Для всех типов механизмов приняты следующие обозначения:
О — угол давления, т. е. острый угол между иормалью'к центровому профилю кулачка и вектором скорости центра ролика;
р — радиус кривизны центрового профиля кулачка;
V — скорость центра ролика;
а — линейное ускорение центра ролика.
Для механизмов с дисковым кулачком:
а — угол поворота кулачка;
К — радиус-вектор кулачка, т. е. расстояние между осями вращения кулачка и ролика;
е—эксцентриситет — расстояние от оси вращения кулачка до направления вектора скорости центра ролика;
g—угол смещения, т. е. угол между радиусом-вектором кулачка и вектором скорости центра ролика;
Для механизмов с ведомым звеном-коромыслом
L — длина плеча коромысла;
Для механизмов с дисковым кулачком и коромыслом
с—расстояние между осями вращения кулачка и коромысла;