Chương 3 cơ cấu cam

cơ cấu cao, cơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu cao cơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu caocơ cấu cao

CHƯƠNG III CƠ CẤU CAM 3.1 Đại Cương

1 Định nghĩa

Xét cơ cấu có lược đồ như hình 9.1 khâu 1 là một đĩa

(không tròn) có thể quay quanh tâm A, thanh 2 có thể trượt

theo một phương cố định và có đầu tiếp xúc với mặt trụ của

khâu 1 Khi khâu 1 quay quanh A thì vị trí tiếp xúc giữa 1 và

2 thay đổi nên khâu 2 tịnh tiến Qui luật chuyển động tịnh

tiến của khâu 2 phụ thuộc vào hình dáng bề mặt tiếp xúc

(giữa 1 và 2) trên khâu 2

Khâu dẫn 1 được gọi là cam, khâu bị dẫn 2 được gọi là

c ần Bề mặt tiếp xúc giữa cam và cần trên cam được gọi là

biên d ạng cam

Như vậy một cách tổng quát có thể định nghĩa: Cơ cấu

cam là cơ cấu có khâu bị dẫn được nối với khâu dẫn bằng khớp cao và có chuyển động đi

về (có thể liên tục hay gián đoạn) theo qui luật nhất định; qui luật này phụ thuộc vào biên

dạng cam

2.Phân lo ại cơ cấu cam

Cơ cấu cam được phân ra hai loại lớn: có cấu cam phẳng và cơ cấu cam không gian

a) Cơ cấu cam phẳng

Cơ cấu cam trên hình 9.2 đều là những cơ cấu cam phẳng Cơ cấu cam phẳng có thể phân ra nhiều loại nhỏ theo nhiều quan điểm khác nhau:

- Theo chuyển động của khâu dẫn 1, ta có cam quay như trên hình 9.2 a, b, c, d, e, f, i; cam tịnh tiến như trên các hình 9.2 g, h

- Theo chuyển động của cần 2 ta có: cần tịnh tiến như trên các hình a, b, c, g, h; cần quay (hay lắc) như trên hình d, e, f và cần chuyển động song phẳng như hình i

- Theo hình dạng đáy cần (chỗ tiếp xúc với cam) ta có các loại: cần đáy nhọn ở các hình a, d, g; cần đáy con lăn ở hình b, e, h, i; cần đáy bằng ở các hình c, f

- Theo mặt tiếp xúc giữa cam và đầu cần ta có: mặt làm việc của cam là mặt trụ ngoài như tất cả các cơ cấu cam trên hình 9.2, mặt trụ trong như hình a và cả hai mặt trụ ngoài

và trong (rãnh) như hình b trên hình 9.3

b) Cơ cấu cam không gian

Trên hình 9.4, các cam 1 quay làm cho cần 2 tịnh tiến như hình a, b và cần 2 lắc như hình c Trong mỗi cơ cấu ở hình 9.4, các khâu 1, 2 chuyển động trong 2 mặt phẳng không song song với nhau

Trong phạm vi giáo trình này, chỉ xét cơ cấu cam phẳng có khâu dẫn quay hoặc tịnh

tiến

3.2 Phân Tích Động Học Cơ Cấu Cam

1 Cơ cấu cam cần lắc đáy nhọn

Cho trước có cấu cam (hình dạng, kích thước động các khâu xác định) cần lắc đáy

nhọn như hình 9.5a; khâu dẫn quay đều với vận tốc góc ω1 Xác định qui luật biến đổi vị trí của cần

Qui lu ật chuyển vị

Vị trí cần 2 được xác định bằng góc ψ tính từ vị trí cố định AC Ban đầu cam và cần

tiếp xúc tại điểm B0, vị trí cần được xác định bằng góc ψ0

Vấn đề được gải quyết khi ta xác định được góc ψi của cần ứng với góc quay φi của cam a) Phương pháp chuyển động thực:

Trên biên dạng cam ta lấy điểm Bi Khi cam quay, quĩ đạo của điểm Bi là cung tròn tâm A bán kính lABi và cần 2 quay quanh điểm C nên quĩ đạo của đầu cần là cung tròn tâm C, bán kính là chiều dài l của cần Giao điểm B’i của hai quĩ đạo cho ta vị trí tiếp xúc

của Bi trên cam với đầu cân Vị trí của cần lúc này là:





' 1 ' 1

(9.1)

i

φ B AB







Với nhiều điểm Bi (i= 1, 2,…,n) lấy trên khắp biên dạng cam ta có nhiều giá trị ψiứng

với nhiều giá trị φiđược xác định theo (9.1) và từ đó có thể dựng đồ thị vị trí ψ của cần theo góc quay φ của cam – Đồ thị này thể hiện trên hình 9.5b

Phương pháp trên có sự phiền phức:

- Ở từng vị trí Bi, sau khi xác định B’i ta phải đo góc ψivà φi

ứng với góc quay của cam

'

i

CB được xác định bằng góc

- Khi lấy điểm Bi ta không khống chế góc φi nên mỗi góc quay φita đều phải tính

và đo độ dài biểu diễn trên trục φ trên hình 9.5b

Để tránh bớt phiền phức trên, ta có thể tiến hành phân tích bằng phương pháp khác b) Phương pháp đổi giá:

Ta biết rằng vị trí tương đối giữa cần và giá (AC) không đổi trong hai trường hợp:

* Cam quay quanh A theo chiều ω1, giá đứng yên

* Cam đứng yên, giá quay quanh A ngược chiều ω1.

Cho nên ta có thể tiến hành phân tích theo hình 9.6 như sau:

- Vẽ vòng tròn tâm A, bán kính lAC(Đây là quĩ đạo của điểm C trong chuyển động của giá quanh A)

- Chia vòng tròn ra nhiều phần và đánh dấu thứ tự theo chiều ngược ω1 bằng các điểm C1 (i=1, 2,…, n)

- Cung tròn tâm Ci, bán kính l cắt biên dạng cam (về phía ngược chiều ω1) tại điểm Bi – Đây là vị trí tiếp xúc giữa cam và đầu cần –Như vậy ta có vị trí cần (tính từ giá)



 (9.2)

ψ AC B

φ CAC





Rõ ràng ở cách này ta không cần đo các góc φi và hoàn toàn chủ động chọn các giá trị

φi theo ý muốn

được xác định bằng góc ứng với góc quay của cam

Với các cặp giá trị theo (9.2) ta cũng có được đồ thị biểu diễn sự thay đổi vị trí ψ của

cần theo góc quay φ của cam như trên hình 9.5b

• Các giai đoạn chuyển động của cần:

Từ đồ thị chuyển vị của cần ta nhận thấy:

- Một chu kỳ chuyển động của cần ứng với một vòng quay (2π) của cam

- Khi đầu cần tiếp xúc với biên dạng cam là cung tròn có tâm trùng với tâm quay

A thì vị trí cần không đổi – đồ thị ψ(φ) là một đường nằm ngang Vị trí xa nhất, gần nhất

của cần ứng với khi đầu cần tiếp xúc với cam ở bán kính rmax, rmin

- Một chu kỳ chuyển động của cần thông thường có bốn giai đoạn: đi xa, đứng ở

xa, về gần, đứng ở gần Các góc quay của cam ứng với bốn giai đoạn chuyển động này

được gọi là góc định kỳ và ký hiệu: φđi, φxa, φvề, φgần

• Góc công nghệ:

Về hình dáng hình học, cam được đặc

trưng bằng góc công nghệ Góc họp bởi hai vector

xác định vị trí hai điểm bất kỳ trên biên dạng cam

tính từ tâm quay A của cam được gọi là góc mặt

cam giữa hai điểm đó Ví dụ trên hình 9.7, γ là góc

mặt cam giữa hai điểm M, N trên biên dạng cam –

Để chuyển động của cần có bốn giai đoạn: đi xa, ở

xa, về gần và ở gần thì biên dạng của cam gồm 4

đoạn cong khác nhau được giới hạn bởi các điểm K, L, P, Q trên hình 9.7 Các góc mặt cam ứng với các điểm K, L, P, Q được gọi là góc công nghệ và ký hiệu : γđi, γxa, γvề, γgần

Như vậy góc công nghệ là góc mặt cam ứng với các giai đoạn chuyển động của cần hay nói cách khác: các góc công nghệ γđi, γxa, γvề, γgầnlà các góc xác định cung tiếp xác giữa cam và đầu cần trong quá trình cam quay các góc định kỳ tương ứng φđi, φxa, φvề, φgần

Trên hình 9.8 diễn tả khi cam quay góc φđi thì mặt cam và đầu cần tiếp xúc trong cung

KL được xác định bởi góc γđi

Rõ ràng 'LAL = φđi≠ γđi = LAK

Các góc công nghệ γđi, γxa, γvề, γgần chỉ phụ thuộc vào hình dáng hình học của biên

dạng cam (mà không phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa cam và cần) – nghĩa là sau khi

chế tạo xong cam, các góc này không đổi Vậy góc công nghệ đặc trưng cho hình dáng biên dạng cam Ngược lại, góc định kỳ không những phụ thuộc vào biên dạng cam mà còn phụ thuộc vị trí tương đối giữa cam và cần cũng như phụ thuộc vào chiều dài cần ( rõ ràng trên hình 9.8 nếu thay đổi chiều dài đoạn AC hoặc thay đổi chiều dài l của cần hay thay đổi cả hai thì điểm L’ thay đổi nên φđithay đổi)

2 Cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọn

Cho trước cơ cấu cam (hình dáng hình học của cam và vị trí tương đói với cần), khâu

dẫn quay đều với vận tốc góc ω1; xác định các qui luật chuyển động của cần

Các nội dung và phương pháp tương ứng giống như cơ cấu cam cần lắc đáy nhọn mà người đọc (trên cơ sở nắm chắc phần trên) có thể tự thực hiện Ở đây chỉ trình bày vắn tắt cách xác định đồ thị chuyển vị s(φ) bằng hai phương pháp:

a) Phương pháp chuyển động thực

Xét cơ cấu cam cần đẩy đáy nhọn trên hình 9.9 chuyển vị của cần 2 được xác định

bằng độ dịch chuyển s của đầu cần tính từ tâm cam Đầu tiên cam chưa quay, cam và cần

tiếp xúc tại B0, vị trí cần được xác định bằng so Cần xác định vị trí siứng với góc quay φi

của cam:

Lấy một điểm Bi trên biên dạng cam Khi cam quay, quĩ đạo của điểm Bi là cung tròn tâm A, bán kính lABi, quĩ đạo của đầu cần là phương trượt của cần Hai quĩ đạo giao nhau tại B’I là vị trí đầu cần tiếp xúc với Bi trên biên dạng cam Như vậy :

' 0

(9.3)

φ B AB

s E B





Cam đã quay một góc

Và vị trí cần tương ứng là

Với nhiều điểm Bi (i=1,2,…, n) trên khắp biên dạng cam, ta có nhiều cặp giá trị theo (9.3) để vẽ đồ thị s(φ)

b) Phương pháp đổi giá

Vẽ vòng tròn tâm sai như hình 9.10 vòng

tròn có tâm là tâm quay A của cam, bán kính là

khoảng cách từ tâm A đến phương trượt của cần

Chia vòng tròn ra nhiều phần và đánh dấu thứ tự

theo ngược chiều ω1 bằng các điểm Ei

(i=1,2,…,n) Từ Ei vẽ tiếp tuyến với vòng tròn

tâm sai Các tiếp tuyến này cắt biên dạng cam (về

phía ngược ω1) tại các điểm Bi cho ta vị trí đầu

cần tiếp xúc với biên dạng cam khi giá quay

ngược chiều ω1(cam đứng yên)

Vậy ta có:



0

(9.4)

s E B

φ E AE





ứng với góc của cam

Vị trí của cần