Cam a následovník: Definice, typy, pracovní princip, výhody, aplikace

Obsah

Cam a následovník

Cam a následovník je mechanismus používaný k získání požadovaného pohybu, jako je vratný nebo translační z dostupného vstupu, obvykle rotačního.

Na trhu jsou k dispozici vačky a kladičky různých velikostí a tvarů.

Prvky mechanismu jsou;

• Vačka
• Následovník

Schéma vačky a následovníka

Co je to kamera?

Vačka je hnací složkou mechanismu a zajišťuje, aby následovník sledoval požadovaný pohyb.

Proto jsou profil a velikost vačky důležité v a vačka a sledovač mechanismus. 

Při navrhování mechanismu jde hlavně o získání vhodného profilu vačky.

Co je následovník?

Složka, která v mechanismu dává požadovaný pohyb, je následovník. Pohyb sledovače je výstupem v mechanismu vačkového sledovače.

Obecně platí, že následovníci mají dva odlišné typy pohybů, oscilační a vratné. Následovníky jsou navrženy tak, aby se při provozu vačky vždy dotýkaly vačky.

Jak se vlečka pohybuje nad vačkou, působí třecí odpor a boční tah. Třecí odpor vede k selhání opotřebení mechanismu vačky.

Klasifikace vačky a sledovače | Různé typy vaček a následovníků

Podle aplikací jsou k dispozici různé typy vaček a následovníků.

Ty jsou diskutovány níže;

Typy vaček

Vačky lze klasifikovat následovně;

• Na základě tvaru
• Na základě pohybu sledujících
• Na základě typu omezení

Typy vaček: podle tvaru

• Desková nebo disková vačka

Jedná se o nejčastěji používanou kameru. Je řezán z kovového disku nebo desky do předem naplánovaného tvaru podle požadavku. 

Mnoho důležitých parametrů vačky lze vysvětlit pomocí deskové vačky, jako je základní kruh, úhel tlaku, bod stoupání atd.

.

• Válcová vačka

Vačka má válcový tvar. Na povrchu válce je vyříznuta drážka a kladka se pohybuje uvnitř drážky. Válec se otáčí a podle toho oscilátor osciluje. 

• Klínová kamera

Na obrázku je klínová vačka. Klínové vačky mají klín specifikovaného tvaru, který se vratně pohybuje a vede k vratnému pohybu nebo kmitání následovníka. 

• Sférická vačka

Sférická vačka je podobná cylindrické vačce; jediným rozdílem je, že drážka je vyříznuta na kouli místo válce. 

• Globoidová kamera

Globoidová vačka je také podobná válcové vačce; Jediným rozdílem je, že háj je řezán na globoidním tvaru.

• Konjugovaná nebo duální kamera

Konjugovaná vačka se skládá ze dvou kotoučových vaček, které jsou k sobě přišroubovány. Tento typ se používá pro velmi tiché operace. 

Typy vaček: na základě pohybu následovníků

Pohyb následovníka lze klasifikovat jako,

• Dwell - Žádný pohyb k následovníkovi.
• Rise or Ascend - Následovník se pohybuje nahoru.
• Návrat nebo sestup - následovník se pohybuje dolů.

Profil vačky ovládá délku a množství stoupání, klesání nebo přebývání v mechanismu vačky. Podle pohybu sledujících tedy lze vačky klasifikovat.

Správným designem vačkového profilu lze dosáhnout jakékoli kombinace prodlevy, stoupání nebo návratu. V každém cyklu se následovník vrací do počátečního stavu. Pokud tedy dojde ke stoupání, bude tam stejné množství klesání v profilu vačky automaticky.

Některé kombinace jsou,

• Vzestup, setrvání, návratová kamera
• Rise, Return, Rise cam
• Prodleva, stoupání, přebývání, návrat, přebývání

Typy vaček: na základě typu omezení

• Na jaře: Kontakt mezi vačkou a kladkou je povolen pomocí předepnuté pružiny.

• Pozitivní pohon: Poskytnutí drážky, jak je znázorněno na válcové vačce, je příkladem vačky s pozitivním pohonem. Zde je pohyb ucpávky omezen přítomností drážky.
• Gravitační kamera: Gravitační síla pomáhá udržovat kontakt mezi vačkou a vlečkou. Váha sledovatele by měla být dostatečná, aby byl v neustálém kontaktu.

Typy následovníků

Následovníky lze klasifikovat následovně;

• Na základě tvaru
• Na základě pohybu
• Na základě cesty následovníka

Typy následovníků : Na základě tvaru následovníka

• Následovník s nožem

Příklad sledovače ostří nože je uveden na obrázku. Má ostrou hranu, tj. Ostří nože, která je v kontaktu s vačkou. 

U těchto typů vaček můžeme očekávat vyšší třecí odpor a opotřebení. A systém má také značný boční tah. Vzhledem k těmto omezením se běžně nepoužívá. 

• Válečkový sledovač

V tomto sledovači je špičatá hrana nahrazena válečkem, který se volně otáčí kolem své osy. Zde se sníží třecí odpor a opotřebení. Boční tah však není eliminován.

• Následovník ploché tváře

Říká se mu také houbový následovník. Bodový kontakt ve sledovači ostří nože je nahrazen plochou deskou, jak je znázorněno na obrázku. Zde není třecí odpor snížen; lze však dosáhnout značného snížení bočního tahu. 

Vačkový profil by měl mít pro tento typ sledovače konvexní tvar; v opačném případě se ucpávka a vačka zaseknou v konkávním profilu vačky.  

• Následovník sférické tváře

Je to podobné jako u plochého následovníka; rozdíl je v tom, že kontaktní profil má tvar polokoule; proto se také snižuje třecí odpor.

Types následovníků : Na základě pohybu

• Oscilační následovník

Následovač osciluje v tomto typu vačkového sledovacího mechanismu. Příklad je uveden na obrázku.

• Vratný následovník

U tohoto typu vačkového mechanismu následovník opětuje. Příklad je uveden na obrázku.

Typy sledováníeRS : Na základě cesty následovníka

• Radiální nebo in-line sledovač

U tohoto typu sledovačů jsou střed vačky a akční linie sledovače ve stejné linii, jak je znázorněno na obrázku.

• Ofsetový sledovací mechanismus nebo mechanismus sledovače vačky Eccintric

U tohoto typu sledovačů není prodloužená linie působení sledovače a středu vačky ve stejné linii. Boční tah je snížen, pokud používáme offsetový sledovač.

Terminologie vačky

Již jsme diskutovali o důležitosti profilu vačky.

Nyní se podíváme na důležitou terminologii kamery. 

Obrázek ukazuje kameru s válečkovým sledovačem, která označuje všechny podmínky, o kterých se chystáme diskutovat. 

Je zobrazen válec v různých polohách nad vačkou, za předpokladu, že vačka zůstává nehybná a válec se pohybuje spolu s profilem vačky.

• Základní kruh 

Je to nejmenší kruh nakreslený se středem ve středu vačky a dotýká se profilu vačky.

• Stopové body

Jedná se o libovolné body kolem profilu vačky, kterými se pohybuje střed sledovače. 

V případě válečkového sledovače jsou stopové body získány přidáním poloměru válečku z profilu vačky, jak je znázorněno na obrázku. 

Pro následovníky na ostří nože jsou stopové body na samotném profilu vačky.

• Křivka rozteče

Pokud spojíme všechny body stopy, dostaneme křivku rozteče.

• Základní kruh

Je to nejmenší kruh nakreslený se středem ve středu vačky a dotýká se křivky rozteče.

• Úhel tlaku

Tlakový úhel je definován v každém bodě křivky rozteče.

Je to úhel mezi směrem pohybu sledovače a normálkou k křivce rozteče.

Čím vyšší je strmost vačkového profilu, tím vyšší je úhel tlaku.

Vyšší úhel tlaku není upřednostňován, protože zvyšuje sílu potřebnou ke zvednutí kladky. 

• Bod stoupání

Jedná se o bod v křivce rozteče, kde je úhel tlaku maximální.

• Rozteč kruh

Kruh se středem ve středu vačky a prochází bodem hřiště.

Pracovní mechanismus vačky a kladičky

Obrázek ukazuje mechanismus vačky a kladičky v různých polohách.

Na daném obrázku se vačka otáčí proti směru hodinových ručiček.

Zpočátku se následovník po určitou dobu pohybuje nahoru. Pohyb nahoru je známý jako období stoupání nebo stoupání (mezi (a) a (b)).

Poté následovník zůstane ve stejné poloze pro určité otočení vačky (mezi (b) a (c)).

Dále se následovník pohybuje dolů (mezi (c) a (d)), známý jako sestup nebo návrat. Na konci návratu sledující dosáhne své počáteční polohy a zůstane nehybný, dokud nezačne další cyklus (mezi (d) a (e)).

Cyklus se stále opakuje. Zde jsme získali vratný pohyb pro následovníka z rotačního pohybu vačky.

Pohyb následovníka lze kategorizovat jako vzestup-prodleva-návrat-pobyt.

Pohyb sledovače můžeme změnit příslušným návrhem profilu vačky.

Představte si pohyb následovníka na obrázku níže,

Síly působící ve vačkovém a sledovacím mechanismu

V mechanismu sledovače vačky působí hlavně dvě síly, normální síla a třecí síla.

Směr normální síly a třecí síly je znázorněn na obrázku. Normální síla působí kolmo na vačkový profil a třecí síla působí tangenciálně na vačkový profil.

Normální síla se může rozdělit na dvě složky; horizontální a vertikální.

Rovnice pro vodorovnou a svislou sílu je uvedena níže,

  

[latex]F_v = F_ncos\theta[/latex]

[latex]F_h = F_nsin\theta[/latex]

Svislá síla pomáhá zvednout následovníka. Horizontální síla je zbytečná síla, která dává boční tah následovníkovi.

Anděl θ je tlakový úhel.

Výše uvedená analýza se provádí pouze pro normální sílu. Třecí sílu lze také analyzovat podobně rozdělením na horizontální a vertikální složky.

Lze pozorovat, že třecí síla zvyšuje boční tah a snižuje čistou zvedací sílu.

Boční tah ve vačce a sledovači

Jak bylo vysvětleno výše, boční tah je zbytečnou silou, která by měla být snížena pro hladký chod vačkového a vlečného mechanismu.

K bočnímu tahu přispívá jedna složka normální síly a třecí síly. 

Boční tah lze snížit o,

• Pomocí ploché tváře
• Použití offsetového mechanismu vačky.
• Snížení tlakového úhlu.
• Snížení tření

Význam tlakového úhlu ve vačce a sledovači

Z výše uvedené analýzy vidíme, že zvýšení tlakového úhlu vede ke snížení zdvihací síly a zvýšení tahové síly. Síla zdvihu musí být dostatečná k překonání síly pružiny nebo gravitační síly v mechanismu vačky. Je -li tedy tlakový úhel velmi vysoký, je ke zvednutí kladičky zapotřebí vysoká energie.

Proto je úhel tlaku v mechanismu vačkového sledovače obvykle udržován co nejnižší.

Design vačky

Nyní diskutujeme o tom, jak navrhnout mechanismus vačky.

Konstrukce vačkového profilu je primárním krokem při výrobě vačkového mechanismu.

Profil vačky závisí na velikosti sledovače, typu sledovače a druhu požadovaného pohybu. 

Konstantní rychlost, konstantní zrychlení a jednoduchý harmonický pohyb jsou některé z pohybů vačkového a sledovacího mechanismu.

Profily vaček se liší pro získání výše uvedených pohybů. 

Než budeme diskutovat o profilu vačky, měli bychom vědět o některých pojmech.

Úhel stoupání : Úhlová rotace vačky během stoupání následovníka je známá jako úhel stoupání.

Úhel setrvání: Je to úhlová rotace vačky během doby setrvání.

Úhel klesání: Je to úhlová rotace vačky během doby návratu.

Zdvih nebo zdvih: Vzdálenost, kterou sledující ujel během stoupání nebo návratu.

Nyní pojďme diskutovat o návrhu profilu vačky. 

Kritickým krokem při navrhování profilu vačky je nakreslit a diagram posunutí.

Posuvný diagram je graf vykreslený mezi úhlovou vzdáleností vačky a zdvihem sledovače. 

Posuvný diagram se mění pro různé pohyby. 

Po získání diagramu posunutí musíme přenést vzdálenost do základního kruhu, abychom získali profil vačky. 

Posuvný diagram

V této části je vysvětlen diagram posunutí pro různé pohyby.

Úhel stoupání, přebývání, klesání a zvedání zdvihu jsou předdefinované proměnné.

Nyní předpokládejme, že úhel stoupání, přebývání a klesání a zdvih zdvihu je 90^o, 90^o, 90^o, respektive 10 cm. 

 Výkresy různých diagramů posunutí jsou vysvětleny níže;

Konstantní rychlost

• Nakreslete osu x a osu y, označte úhly v ose x a zvedněte v ose y.
• Označte stoupání, klesání a setrvání v ose x.
• Připojte se k levému dolnímu rohu a pravému hornímu rohu při výstupu, abyste získali posun následovníka během období rýže.
• Během doby prodlevy bude křivka posunutí rovnoběžná s osou x.
• Připojte se k levému hornímu rohu a pravému dolnímu rohu a nakreslete křivku posunutí během sestupu.

Konstantní zrychlení

Obrázek ukazuje kreslení diagramu posunutí pro výstup.

• Rozdělte úhel stoupání na sudý počet částí (n dílů). A nakreslete svislé čáry. 
• Označte středovou čáru a rozdělte ji na n částí. 
• Nakreslete čáru od levého dolního rohu ke každému bodu ve středové ose až do n/2 částí, totéž proveďte pro zbývající bod z pravého horního rohu.
• Označte bod kontaktu mezi 1. svislou čarou a 1. nakloněnou čarou a 2. svislou a 2. nakloněnou čarou atd.
• Spojte body.

Jednoduchý harmonický pohyb

Obrázek ukazuje kreslení diagramu posunutí pro výstup.

• Rozdělte úhel stoupání na n počet částí. A nakreslete svislé čáry. 
• Nakreslete půlkruh v ose y s průměrem rovným zvednutí, rozdělte jej na n částí.
• Nyní nakreslete vodorovnou čáru z každého bodu na půlkruhu k odpovídajícím svislým čarám.
• Spojte bod kontaktu mezi vodorovnou a svislou čarou.

Kreslení vačkového profilu

Obrázek ukazuje profil vačky pro výše uvedený profil konstantní rychlosti.

Kroky zahrnuté v kreslení profilu vačky z diagramu posunutí jsou,

• Nakreslete základní kruh.
• Označte stoupání, klesání a dobu setrvání v základním kruhu.
• Rozdělte stoupání a klesání na stejné části podobné diagramu posunutí.
• Změřte vzdálenost od osy x ke křivce v diagramu posunutí pro každou svislou úroveň.
• Označte změřenou vzdálenost od základního kruhu pro každou svislou úroveň.
• Připojte se k půllitrům

Výběr materiálu vačky a sledovače

Pro většinu aplikací je vačka vyráběna z kovů. Nejčastěji používaným materiálem jsou slitiny oceli a litiny.

V některých případech se používá termoplast jako nylon a polypropylen.

Jak postavit kameru a následovníka?

Zde diskutujeme výrobní techniku ​​používanou pro výrobu vačky a následovníku.

Zpočátku musíme navrhnout vačku a ucpávku a studovat síly působící, vyvolané napětím, maximální zatížení, které dvojice vačkových kladek zvládne atd. Obecně se k návrhu vačkového a kladkového mechanismu používá software SolidWorks.

U termoplastických materiálů se k výrobě používá rázové lití.

Pro kovové vačky se používá řada výrobních technik. K výrobě vačky se používají konvenční výrobní postupy, jako je broušení, frézování, kování za studena atd. Pro vysokou přesnost se používá CNC obrábění. V mnoha situacích se také používá prášková metalurgická technika.

Stupeň volnosti vačky a následovníka

Míra svobody vačky a následovníka by vždy měla být jedna.

Stupeň volnosti udává počet nezávislých proměnných, které definují pohyb systému. Stupeň volnosti 1 znamená, že k popisu pohybu potřebujeme jednu nezávislou proměnnou. To znamená, že pohyb mezi odkazy je možný pouze jedním způsobem. Pokud otočíme vačkou, následovník se bude pouze oplácet; nebude se to opětovat a oscilovat společně.

Omezení jsou k dispozici, aby se zajistilo, že stupeň volnosti systému je jeden.

Aplikace Cam a Follower

• IC motory
  • Otevírání a zavírání sacího a výfukového ventilu.
  • Provoz palivového čerpadla
• Automatický soustruh
  • podávací mechanismus
• Hračky
• Nástěnné hodiny

Výhody a nevýhody kamer a následovníků

Výhody mechanismu sledovače vačky

• Správným návrhem profilu vačky lze dosáhnout různých pohybů následovníků.
• Dokáže přesně fungovat.
• Snadný mechanismus pro převod rotačního pohybu na vratný nebo oscilační pohyb.
• Počet komponentů se snižuje s použitím vačky a sledovacího mechanismu.
• Kompaktní

Nevýhody mechanismu sledovače vačky

• Vystavené opotřebení lze tedy použít pouze tehdy, je -li přenosová síla menší.
• Je vyžadována přesná výroba.
• Vysoké výrobní náklady. 
• Velikost mechanismu je omezena. Velká velikost je náročná na provoz.

Objektivní otázky vačky a následovníka

1. Během období stoupání nebo stoupání je následovníkem;
   1. Pohyb nahoru
   2. Pohyb dolů
   3. stacionární
   4. Žádná z výše uvedených

Odpověď: 1

2. U vačky a následovníka by tření mělo být
   1. Vysoký
   2. Nízký
   3. Střední

Odpověď: 2

3. Boční tah lze snížit, pokud použijeme;
   1. Válečkový sledovač
   2. Sledovač hran nože
   3. Plochý talířový sledovač

Odpověď: 3

Problém s kamerou a následovníkem

Zkuste si na daný problém odpovědět sami,

• Nakreslete diagram posunutí a profil vačky pro následující podmínky,

Typ následovníka: Sledovač ostří nože

Zdvih: 6 cm

Poloměr základního kruhu: 6 cm

Úhel stoupání: 60

Úhel setrvání: 120

Úhel klesání: 60

Typ pohybu při výstupu: Jednoduchý harmonický pohyb.

Typ pohybu při sestupu: Jednoduchý harmonický pohyb.

Důležité otázky a odpovědi 

Jaký je rozdíl mezi kamerou a následovníkem?

Cam je ovladač v mechanismu vačky a kladičky, který se vratně pohybuje nebo se otáčí. Následovník je hnaná součást, která osciluje nebo opětuje. Konečným cílem mechanismu vačky a sledovače je dosáhnout požadovaného pohybu pro následovníka.

Pohyb kamery a následovníka?

Vačka a následovník mohou mít jinou kombinaci pohybů. 

Vačka se obvykle otáčí (válcová, desková vačka) nebo vratná (klínová vačka)

Následovník osciluje nebo opětuje.

Je následovník vačky zvedák?

Ano

Typy vaček a následovníků

Podrobný popis je uveden ve výše uvedeném obsahu.

Proč jsou u kamery a sledujících vyžadovány „offsety“?

Ofset slouží ke snížení opotřebení a bočního tahu.

Jak to, že ve fyzikální mechanice je následovník vačky vyšší dvojicí?

Klasifikace vyššího páru a nižšího páru je založena na kontaktu mezi odkazy. Povaha kontaktu je v mechanismu vačkového sledovače bodový (sledovač ostří nože) nebo čára (válečkový sledovač). Proto je to vyšší pár. 

Jaký je význam tlakového úhlu u stoupenců Cam?

Tlakový úhel udává strmost profilu vačky.

Zvýšení tlakového úhlu vede ke snížení zvedací síly a zvýšení přítlačné síly. Síla zdvihu musí být dostatečná k překonání síly pružiny nebo gravitační síly v mechanismu vačky. Je -li tedy tlakový úhel velmi vysoký, je ke zvednutí kladičky zapotřebí vysoká energie. 

Proto je úhel tlaku v mechanismu vačkového sledovače obvykle udržován co nejnižší.

Proč je kladka kladky upřednostňována před kladkou ostří nože?

Válečková kladka je upřednostňována před kladkou ostří nože, aby se snížilo tření, a tím i opotřebení kladičky.

Jaký je tlakový úhel a způsoby ovládání tlakového úhlu vačky?

Úhel tlaku je definován v každém bodě křivky rozteče.

Je to úhel mezi směrem pohybu sledovače a normální křivkou rozteče. 

Metody ke snížení tlakového úhlu;

• Použijte offsetový sledovač
• Zvětšete velikost kamery

Další příspěvky o strojírenství najdete na našem webu Mechanická stránka.