Синтез кулачковых механизмов

Данный инструмент позволяет осуществить создание (синтез) плоских и цилиндрических кулачков. Для запуска инструмента служит меню Toolbox – Кулачки… или кнопка  панели инстркментов «Toolbox». Будет открыто диалоговое окно инструмента.

Создание кулачков в SolidWorks Toolbox происходит в три этапа:

Ø Выбор формы кулачка (плоский или цилиндрический) и типа толкателя (поступательно движущийся вдоль нормали к поверхности кулачка, поступательно движущийся вдоль произвольной линии, качающийся);

Ø Настройка закона движения кулачка;

Ø Настройка геометрических размеров кулачка, не относящихся к его рабочей поверхности.

В соответствии с этим диалоговое окно создания кулачка имеет три вкладки.

Первая вкладка показана на рис. 30.12, а. В верхней части окна содержится иллюстрация выбранного типа кулачка и толкателя, в нижней находится таблица с настраиваемыми параметрами:

Ø Единицы измерения – выбирается система СИ или Английская система мер;

Ø Тип кулачка – выбирается линейный или цилиндрический кулачок;

Ø Тип толкателя – выбирается тип движений толкателя, который будет взаимодействовать с кулачком. Для цилиндрических кулачков доступны следующие типы движения:

· Преобразование – поступательное движение толкателя вдоль оси OX системы координат (центр кулачка после его создания будет совпадать с началом координат детали);

· Смещение влево / вправо – поступательное движение толкателя вдоль некой прямой, наклоненной к оси OX под заданным углом и отстоящей от начала координат на заданное расстояние;

· Качание влево / вправо – толкатель представляет собой рычаг заданной длины, ось которого находится в заданном месте относительно начала координат.

Для линейных кулачков также доступен ряд типов толкателя:

· Преобразование – поступательное движение толкателя вдоль оси OY системы координат;

· Наклонный – поступательное движение толкателя вдоль некой прямой, наклоненной к оси OY под заданным углом;

· След качания (более правильный перевод – качание в отстающем положении) – толкатель представляет собой рычаг заданной длины, ось которого находится в заданном месте относительно начала координат позади точки соприкосновения толкателя с кулачком);

· Шаг качания (более правильный перевод – качание в набегающем положении) – толкатель представляет собой рычаг заданной длины, ось которого находится в заданном месте относительно начала координат перед точкой соприкосновения толкателя с кулачком).

Ø Диаметр толкателя – В SolidWorks 2009 предполагается, что на конце толкателя будет установлен цилиндрический ролик. Толкатели другой формы (заостренный, тарельчатый, конический), к сожалению, не поддерживаются. В данном поле таблицы следует указать ненулевой диаметр ролика на конце толкателя;

Ø Начальный радиус для цилиндрических кулачков и Начальный подъем для линейных – определяет положение толкателя в направлении его перемещения в начальной точке профиля кулачка. Начальный радиус должен быть строго больше 0, начальный подъем должен быть любым;

Ø Начальный угол для цилиндрических кулачков и Начальный ход для линейных – позволяет определить угловую или линейную координату точки на профиле кулачка, которая будет считаться начальной точкой профиля. В случае использования качающегося толкателя в правой части данного поля появится выпадающий список, содержащий варианты «Рассчитанный» (SolidWorks самостоятельно определяет координаты начальной точки исходя из положения оси толкателя и его длины) и «Скорректированный» (пользователь принудительно указывает это расстояние; после создания кулачок будет автоматически повернут лил перемещен программой таким образом, чтобы соприкасаться с толкателем в нужной точке);

Ø Направление вращения для цилиндрических кулачков и Движение кулачка для линейных – позволяет выбрать направление предполагаемого вращения (или поступательного движения) кулачка при работе механизма. Последние два параметра будут важны на следующем этапе, при описании траектории перемещения толкателя относительно кулачка.

Для цилиндрических кулачков и толкателей с типом движения «Смещение влево / вправо» в таблице появляются поля Расстояние смещения для ввода расстояния то начала координат до линии движения толкателяи Угол смещения для ввода угла наклона этой линии относительно оси OX (несмотря на наличие отдельных режимов «Смещение влево» и «Смещение вправо», программа поддерживает ввод отрицательных значений угла). Для линейных кулачков с типом движения «Наклонный» вместо этого появится поле «Угол толкателя» для ввода угла наклона линии перемещения толкателя относительно оси OY.

Для качающихся в таблице дополнительно появятся поля «Смещение шарнира качающегося рычага по оси X» и «Смещение шарнира качающегося рычага по оси Y», позволяющие задать положение оси рычага толкателя относительно начала координат и «Длина рычага» для указания длины качающегося толкателя.

                                         а)                                                          б)

Рис. 30.12 Создание кулачка

Вторая вкладка, показанная на рис. 30.12, б, позволяет описать траекторию (закон) движения толкателя при вращении цилиндрического или поступательном перемещении линейного кулачков.

В верхней части окна содержатся два поля, отображающие начальный радиус или подъем и начальный угол поворота или ход кулачка. Данные в эти поля подставляются из первой вкладки окна и менять их нельзя: они носят исключительно справочный характер. Если хотя бы одно из полей пустое, дальнейшая работа на данной вкладке невозможна. В этом случае следует вернуться на предыдущую вкладку и ввести недостающие данные.

Характер движения кулачка задается в виде последовательности сегментов поверхности, каждый из которых соответствует одной строке в таблице в средней части окна. Кнопки снизу позволяют добавить строку – в конец таблицы (кнопка «Добавить») или в середину таблицы ниже выделенной строки (кнопка «Вставить»), открыть параметры выделенной строки для редактирования, а также удалить выделенную строку или все строки таблицы.

При нажатии кнопки «Добавить» или «Вставить» будет отображено окно создания новой строки таблицы. Окно показано на рис. 30.13. Здесь из верхнего выпадающего списка «Тип движения» следует выбрать подходящий математический закон изменения координаты толкателя (линейный, трапецевидный, синусоидальный, экспоненциальный, полиноминальный со степенью многочлена от 3 до 8 и т.д.), во втором поле указать значение радиуса или подъема толкателя в момент прихода кулачка в данную точку, а в третьем поле ввести изменение угла поворота или хода кулачка за время перехода от предыдущей точки к текущей. Перевод данного поля на рис. 30.13 некорректный, правильный перевод – «Приращение перемещения». Отдельно важно отметить тип движения «Задержка», при котором перемещение толкателя не происходит.

После нажатия кнопки «ОК» данные значения сформируют строку таблицы, которая отобразится в окне. Каждый столбец таблицы соответствует полю в окне рис. 30.12, б.

Рис. 30.13 Создание сегмента поверхности кулачка

В нижней части окна располагается поле «Общее движение», в котором суммируются приращения поворота или хода кулачка со всех строки таблицы. Это поле позволяет визуально оценить отношение размеров созданных участков кулачка к его проектируемой длине или к требуемому углу поворота. Также в случае цилиндрического кулачка в поле дополнительно указывается статус: «Открыть», если суммарный угол меньше 360º, «Закрыто», если угол равен 360º и начальный подъем равен конечному (поверхность кулачка – замкнутая), и «Завернут», если угол равен 360º, но конечный подъем не совпадает с начальным (поверхность незамкнута) или угол больше 360º. В первом и третьем случае создание некоторых типов кулачков будет невозможно.

Третья вкладка (рис. 30.12, в) служит для настройки геометрических размеров кулачка. Здесь также имеется иллюстрация и таблица настраиваемых параметров.

В первой строчке таблицы указан тип создаваемого кулачка, тип движения толкателя и количество сегментов его поверхности. Вторая строчка показывает метод создания кулачка. В программе поддерживается единственный метод: создается новая деталь, в ней выдавливанием или вращением создается основание, в основании выдавленным вырезом создается канавка, наружная или внутренняя поверхность кулачка. Канавка может быть определенной глубины или сквозной.

                                         в)                                                           г)

Рис. 30.12 Создание кулачка (продолжение)

Далее в таблице указываются геометрические размеры основания. Для линейного кулачка основание представляет собой прямоугольный параллелепипед, соответственно, заполняются поля «Длина заготовки», «Ширина заготовки» и «Толщина заготовки».

Для цилиндрического кулачка основание представляет собой цилиндр, который при необходимости может иметь с переднюю и заднюю ступицы и сквозное отверстие для оси. Соответственно, в таблице заполняются поля «Внешний диаметр и толщина заготовки» (диаметр основного цилиндра указывается слева, а толщина – справа), «Диаметр и длина ближней ступицы» для передней и «Диаметр и длина дальней ступицы» для задней (слева – диаметр, а справа – высота от поверхности основного цилиндра), «Фаска и радиус скругления заготовки» (SolidWorks может добавить фаску на наружные грани основания и ступиц, тогда катет фасок указывается справа; также программа может создать скругление в месте перехода от ступицы к основному цилиндру – тогда радиус скругления указывается слева), а также «Диаметр сквозного отверстия». Все поля, кроме «Внешний диаметр и толщина заготовки», являются необязательными.

На рис. 30.12, г передняя ступица раскрашена зеленым цветом, основной цилиндр – желтым, а стенки канавки – оранжевым. Задняя ступица на рисунке не видна, однако, согласно рис. 30.12, в, она имеет точно такую же форму, как и передняя.

В поле «Тип и глубина направляющей» слева выбирается, будет ли вырез на кулачке сквозным или глухим. Во втором случае справа задается глубина выреза.

Также в поле «Поверхности направляющих» следует выбрать, сколько рабочих поверхностей будет у кулачка: только внутренняя (такие кулачки применяются на распределительных валах поршневых двигателей внутреннего сгорания), только внешняя (кулачок будет иметь форму кольца с толкателем внутри) или обе (в заготовке кулачка будет прорезана канавка).

В зависимости от того, что выбрано в данных полях, будет изменена иллюстрация в верхней части окна. Цветом на ней будет выделено место удаления материала из заготовки при создании канавки. В случае сквозной канавки выделения цветом не производится, вырез рисуется прозрачным.

Если вырез сквозной и выполняется в режиме канавки, в правом нижнем углу иллюстрации появляется подсказка, что таким образом можно создать лишь кулачки с незамкнутой траекторией («WRAPPED/OPEN ONLY» – «Только открытые или завернутые»). Очевидно, что в противном случае деталь кулачка распадется на два непересекающихся твердых тела. Если вырез несквозной с одной поверхностью (внутренней либо наружной), подсказка будет иметь вид «CLOSED ONLY» (поддерживаются только замкнутые траектории). Создать сквозной вырез с наружной рабочей поверхностью (кольцевой кулачок) в SolidWorks 2009, к сожалению, нельзя (подсказка будет иметь вид «NOT SUPPORTED» – «Не поддерживается»).

Наконец, поле «Тип и значение разрешения» указывается способ формирования линий эскиза кулачка, рассчитанных по математическим формулам. Инструмент синтеза кулачков не поддерживает сплайны, поэтому поверхность кулачка может состоять исключительно из отрезков прямой и дуг окружности (если флажок в поле «Дуги» установлен, иначе – только отрезки). Способов формирования (выбираются в левой части поля) поддерживается два:

· Угловой инкремент – приращение угла поворота или расстояния хода кулачка разбивается на равные части, величина которых задается в поле справа, и для каждой части строится свой отрезок или дуга;

· Хордовое отклонение – SolidWorks сам определяет количество отрезков или дуг, исходя из того, чтобы максимальное отклонение каждого отрезка или дуги не превышало значение, указанное в поле справа.

После настройки всех параметров следует нажать кнопку «Создать» в самой нижней части окна. Деталь кулачка будет создана в новом файле. Окно при этом не закроется. Можно изучить полученный кулачок, после чего внести необходимые изменения на вкладки окна и вновь нажать кнопку «Создать». Кулачок будет создан заново с новыми параметрами.

Пример создания кулачка с параметрами, показанными на рис. 30.12, а, б и в, показан на рис. 30.12, г.

Кнопка «Готово» позволяет закрыть окно. При этом все данные, внесенные в него, сохраняются до перезагрузки программы SolidWorks или компонента SolidWorks Toolbox.

Инструмент создания кулачков поддерживает стили кулачков – совокупности настроек в окне, которым присвоены имена. Для работы со стилями служат кнопки группы «Часто используемые» в нижней части окна.

Так, чтобы создать стиль, следует настроить все необходимые параметры в окне и нажать кнопку «Создать…». Будет отображено диалоговое окно, в единственном поле которого следует ввести имя стиля. Флажок «Шаблон» рядом включает для стиля режим «Только для чтения», запрещающий внесение изменений в стиль.

Если при создании стиля флажок «Шаблон» не был установлен, пользователь может изменить стиль. Для этого следует внести изменения в поля окна и нажать кнопку «Обновить». Если флажок был установлен, кнопка «Обновить» будет недоступна.

Чтобы воспользоваться созданным ранее стилем, следует нажать кнопку «Список…». Будет открыто окно рис. 30.14. В окне следует выбрать нужный стиль и нажать кнопку «Загрузить».

Рис. 30.14 Диалоговое окно стилей кулачков

Кнопка «Редактировать» позволяет изменить имя стиля и состояние флажка «Шаблон» в нем, кнопка «Удалить» служит для удаления стиля.

Лабораторная работа №31
Повышение производительности компьютера при работе со сборками. Конверты в сборках