Cơ cấu CAM

CHƢƠNG 6
CƠ CẤU CAM
Cơ cấu cam
Là cơ cấu có dùng khớp cao để truyền chuyển động, quy luật
chuyển động của khâu bị dẫn là do sự thay đổi kích thƣớc động trên
khâu dẫn quyết định. Khâu dẫn (1) gọi là cam, khâu bị dẫn (2) gọi là
cần.
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.1. Định nghĩa

A
d
Bg
C
Bx
B'x
B'g
B
1
2
x
v
g
1
B
A
H
e
C
2

Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.2. Phân loại
Cơ cấu cam phẳng
A
2
1
B
C

1
A

D
2
C
1
A

B
C
2
1
A

B
C
2
1
A


B
C
3
1
A

B
C
2
3
B
D
2
1
2
3
D
1
2
A
A
B
C
B
C
(a)
(b)
(c)
(d)

(e)
(f)
(g)
(h)
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.2. Phân loại
Cơ cấu cam không gian
A

1
B
C
1
2
(a) (b) (c)
- Khi khớp cao B đi từ B
g
đến B
x
thì đầu cần ngày càng xa tâm cam
nên gọi đây là thời kỳ “đi xa”. Góc quay của cam là 
đ
, góc mặt cam
tƣơng ứng là 
đ
.
- Khi khớp cao B đi từ B
x
đến B’

x
thì đầu cần đứng yên ở vị trí xa tâm
cam nhất, gọi là giai đoạn “đứng xa” (ở xa)  
x
, 
x
.
- Khi khớp cao B đi từ B’
x
đến B’
g
thì đầu cần càng về gần tâm cam
hơn, gọi là giai đoạn “về gần” 
v
, 
v
.
- Khi khớp cao B đi từ B’
g
đến B
g
thì đầu cần đứng yên ở vị trí gần
tâm cam nhất, gọi là giai đoạn “đứng gần” (ở gần)  
g
, 
g
.
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.3. Thông số cơ bản của cơ cấu cam


A
d
Bg
C
Bx
B'x
B'g
B
1
2
x
v
g
1
B
A
H
e
C
2
Quá trình chuyển động của cần
ứng với một vòng (chu kì) quay của
cam (2) gồm bốn giai đoạn:
Góc công nghệ, góc định kỳ

đ
≠ 
đ
≠ 0; 

v
≠ 
v
≠ 0; 
x
= 
x
; 
g
= 
g
Cơ cấu cam cần đẩy, đáy nhọn, ngoài những thông số đặc trƣng của
cam nhƣ đã trình bày ở trên ta còn có thêm một thông số nữa gọi là
tâm sai e. Tâm sai e là khoảng cách từ tâm quay của cam A đến
phƣơng tịnh tiến của cần đẩy BC, e = AH. Đƣờng tròn (A,e) gọi là
đƣờng tròn tâm sai. Nếu e = 0 ta có cam cần đẩy chính tâm, còn khi e
≠ 0 ta có cam lệch tâm.

đ
, 
x
, 
v
, 
g
 góc định kì (th.số đ.học của cam)

đ
, 
x

, 
v
, 
g
 góc công nghệ (th.số h.học của
cam)
Ta thấy 
đ
+ 
x
+ 
v
+ 
g
= 
đ
+ 
x
+ 
v
+ 
g
= 2.
Tuy nhiên nói chung thì các góc định kì và công
nghệ ở thời kì đi xa và về gần không bằng nhau
(và phải khác 0), còn thời kì đứng xa và đứng gần
chúng bằng nhau (và có thể bằng 0):
Góc công nghệ, góc định kỳ

A

d
Bg
C
Bx
B'x
B'g
B
1
2
x
v
g
1
B
A
H
e
C
2
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.3. Thông số cơ bản của cơ cấu cam
Góc công nghệ, góc định kỳ
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.3. Thông số cơ bản của cơ cấu cam
Góc công nghệ, góc định kỳ
Cg
C’g
Cx

Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.3. Thông số cơ bản của cơ cấu cam
Thông số lực học của cơ cấu cam
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.3. Thông số cơ bản của cơ cấu cam
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.1. Định nghĩa, phân loại
6.1.4. Nội dung nghiên cứu
• Phân tích cơ cấu cam.
GT: - Cho cc cam: b.dạng cam, tâm cam, cần.
- Cho quy luật c.động của cam, 
1
= const.
KL: - Xđ quy luật c.động của cần (vị trí, v.tốc, g.tốc): bài toán đ.học
- Đại lƣợng đ.l.học: góc áp lực , ma sát, h.suất của cơ cấu.
• Tổng hợp cơ cấu cam.
GT: - Quy luật c.động của cần và điều kiện đ.l.học (góc áp lực )
KL: - Tìm k.thƣớc h.học của cam (b.dạng, vị trí tâm cam, cần)
 2 bài toán:
Tổng hợp động học > Vẽ biên dạng cam.
Tổng hợp động lực học > Tâm cam A.
(cơ cấu cam phẳng)
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
GT: Cho lƣợc đồ cơ cấu: Các kích thƣớc động học l
i
; 
1

= const.
KL: Xác định quy luật chuyển động của cần: (), (), (): cần
lắc hoặc S(), v(), a(): cần đẩy
+ Phƣơng pháp: Có thể sử dụng nhiều phƣơng pháp để phân tích
động học cơ cấu cam nhƣ:
- Phƣơng pháp chuyển động tuyệt đối (dựa vào chuyển động
tuyệt đối của các khâu trong cơ cấu).
- Phƣơng pháp đổi giá.
- Phƣơng pháp tâm quay tức thời
- Phƣơng pháp giải tích.
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn
Phƣơng pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối)

A
d
Bg
C
Bx
B'x
B'g
B
1
2
x
v
g
1
B

A
H
e
C
2
- Dựng l.đồ cơ cấu, tỷ lệ xích 
l
- Ban đầu, cam và cần tiếp xúc
tại B
0
= B
g
(bắt đầu cung đi xa).
-Lấy AC làm gốc để đo góc
quay của cần
 khi cam quay ứng với mỗi vị
trí  của cam thì cần có vị trí
xác định .
- Dựng hệ trục toạ độ O với tỉ lệ xích của các trục là  [rad/mm],
 [rad/mm].
Nội dung của phƣơng pháp chính là xác định chuyển vị 
i
(i = 0,1,2,…
,n) của cần theo các góc quay liên tiếp của cam 
i
(khi đầu cần tiếp
xúc với các điểm trên biên dạng cam). Từ đó xây dựng đồ thị ().
Việc xác định các cặp giá trị (
i
, 

i
) dựa trên chuyển động thực của cơ
cấu.
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn
Phƣơng pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối)
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn
Phƣơng pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối)
Giả sử khi cam quay đƣợc một góc 
i
thì đầu cần tiếp xúc với biên
dạng cam tại điểm , ta đi xác định góc quay tƣơng ứng của cần 
i
?
Dễ dàng nhận thấy quỹ đạo chuyển động của đầu cần là cung tròn
tâm C, bán kính CB (chiều dài cần), quỹ đạo chuyển động của các
điểm trên biên dạng cam là cung tròn tâm A, bán kính . Giao điểm
của hai cung tròn này chính là vị trí của đầu cần khi tiếp xúc với điểm
trên biên dạng cam. Nhƣ vậy ta sẽ xác định đƣợc:
là góc quay của cam.
góc quay tƣơng ứng của cần.
góc quét của đầu cần trên mặt cam.
Chuyển vị thật của cần là 
i
= 
i
– 

0
Biểu diễn cặp giá trị (
i
,
i
) này trên hệ trục tọa độ O ta sẽ đƣợc
một điểm i của đồ thị cần tìm () với tung độ và hoành độ tƣơng ứng
nhƣ sau:







i
i
i
i
 ,
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn
Phƣơng pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối)
Làm tƣơng tự cho các góc quay 
i
(i = 0,1,2,… ,n) khác trong một chu
kỳ động học, sau đó nối các điểm i lại với nhau bằng 1 đƣờng cong
trơn ta sẽ thu đƣợc đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa góc lắc của cần
 theo góc quay  của cam: ().

Đạo hàm đồ thị chuyển vị của cần () ta thu đƣợc đồ thị vận tốc góc
của cần () và đồ thị gia tốc góc của cần () theo góc quay .
Vận tốc góc của cần:
Gia tốc góc của cần
Nếu cam quay đều, ta có
Trên hình vẽ ta có: Góc định kỳ đi xa là:
Góc công nghệ đi xa là:
 
11
d d d d
t
dt d dt d
. ( )
   
    

     
 
2 2 2
2
1
1 1 1 1
2 2 2
d
d d d d d d d d
t
dt dt d dt d d dt d d
()

      

    
    
           
 
2
2
1
2
d
t
d




21
ˆ
xxđ
BAB

0
1
ˆ
BAB
xđ


Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn

Phƣơng pháp chuyển động thực (Cđ tuyệt đối)
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp:
 Phải đo 2 góc 
i
, 
i
> sai số lớn.
 Khó xác định đƣợc các giá trị 
i
cách đều nhau để tiện biểu diễn
trên trục hoành (khi 
1
= const)
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn
Khi sử dụng phƣơng pháp chuyển động tuyệt đối, ta gặp phải khó
khăn đó là, rất khó chọn các điểm B
i
1
trên mặt cam để có đƣợc các
góc quay 
i
của cam cách đều nhau. Để khắc phục điều đó, phƣơng
pháp đổi giá cho phép xác định chuyển vị của cần theo các góc quay
chọn trƣớc của cam.
Phƣơng pháp đổi giá
- Dựng lƣợc đồ cơ cấu với tỷ lệ xích 
l
. Xét thời điểm ban đầu, cam và cần

tiếp xúc nhau tại điểm B
0
(điểm bắt đầu cung đi xa), vị trí cơ cấu là AB
0
C
0
.
- Lấy đƣờng giá AC (nối tâm quay của cam và tâm quay của cần) làm gốc
để đo góc quay của cần.
- Dựng hệ trục toạ độ O với tỉ lệ xích của các trục là 

, 

.
-Cho cả cơ cấu quay với vận tốc – ω
1
quanh tâm quay A. Khi đó vận tốc các
khâu tƣơng ứng sẽ là:
Cam 1: Cần 2 : Giá :
0
11


12


Giá 0 :
1



Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn
Phƣơng pháp đổi giá
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn
- Cam 1 đƣợc xem nhƣ đứng yên (đƣợc đổi thành “giá”) và giá 0
chuyển động với vận tốc – ω
1
.
Quỹ đạo của điểm C là đƣờng tròn tâm A, bán kính AC gọi là vòng
tròn tâm cần. Chia vòng tròn tâm cần thành n khoảng đều nhau (giả
sử n = 8) và đánh dấu bằng các điểm C
i
(i = 0 -> n) theo chiều quay
của giá – ω
1
(ngƣợc chiều kim đồng hồ).
Tại thời điểm i, vị trí tâm cần là C
i
, vị trí khớp cao nối cam và cần là
B
i
= giao điểm của cung tròn tâm C
i
, bán kính CB (chiều dài cần) cắt
biên dạng cam. Nhƣ vậy ta có trong chuyển động đổi giá, góc quay
của giá (tƣơng ứng với góc quay của cam trong chuyển động thực)
là 

i
= , chuyển vị tƣơng ứng của cần là 
i
= .Biểu diễn
cặp giá trị (
i
, 
i
) này trên hệ trục toạ độ O ta đƣợc điểm i thuộc
đồ thị () cần tìm.
Phƣơng pháp đổi giá
i
CAC

0
ACB
ii
ˆ
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.1. Cơ cấu cam cần lắc nhọn
Chuyển vị thật của cần là 
i
= 
i
– 
0
Làm tƣơng tự cho các điểm i (i = 0,1,2,… ,n) khác trong một chu kỳ
động học, sau đó nối các điểm i lại với nhau bằng 1 đƣờng cong trơn
ta sẽ thu đƣợc đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa góc lắc của cần 

theo góc quay  của cam: ().
Đạo hàm đồ thị chuyển vị của cần () ta thu đƣợc đồ thị vận tốc
góc của cần () và đồ thị gia tốc góc của cần () theo góc quay .
Trên hình vẽ ta có:
Góc định kỳ đi xa là:
Góc công nghệ đi xa là:
Phƣơng pháp đổi giá







i
i
i
i
 ,
xđ
CAC
ˆ
0


0
ˆ
BAB
xđ



Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.2. Phân tích động học cơ cấu cam
6.2.2. Cơ cấu cam cần đẩy nhọn
Phƣơng pháp chuyển động thực
Phƣơng pháp đổi giá
 Xem TLTK
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.3. Phân tích lực cơ cấu cam
Mục đích
Nhằm mục đích xác định mối quan hệ giữa cấu tạo (tâm cam, biên
dạng) và động học (hành trình, vận tốc) với lực (góc áp lực )
Od
B
A
C

P
V
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.3. Phân tích lực cơ cấu cam
6.3.1. Góc áp lực trong cơ cấu cam
Góc áp lực là góc giữa lực tác dụng từ khâu dẫn (1) lên khâu bị dẫn
(2) và vận tốc điểm đặt lực trên khâu bị dẫn, kí hiệu là
- Ứng với những điểm khác nhau có những góc áp lực khác nhau.
- Vì giả thiết bỏ qua ma sát ở các khớp, do đó lực tác dụng từ khâu 1
lên khâu 2 chỉ có một thành phần là áp lực và có phƣơng pháp tuyến
nn với biên dạng cam tại khớp cao B.
-Xét công suất truyền động của cam:
 P = N/(V.cos)

Trong cơ cấu cam thì xem nhƣ N = const, V là quy luật chuyển động
của cần, xem nhƣ đã xác định, do đó P phụ thuộc .
Nếu  tăng thì P tăng > cơ cấu chuyển động khó khăn, hiệu suất 
 = 90
0
> P tăng  > cơ cấu không thể chuyển động đƣợc và gọi là
cơ cấu ở trạng thái tự hãm.
Trong thực tế   50
0
- 60
0
cơ cấu đã tự hãm. Tự hãm : 
th
.
Để cơ cấu làm việc đƣợc thì cơ cấu phải đƣợc thiết kế sao cho
  [
max
] với [
max
] < 
th
[

max
] – góc áp lực lớn nhất cho phép.
),( VP


cos VPVPN 
Chương 6 CƠ CẤU CAM

6.3. Phân tích lực cơ cấu cam
6.3.1. Góc áp lực trong cơ cấu cam
Chương 6 CƠ CẤU CAM
6.3. Phân tích lực cơ cấu cam
6.3.1. Góc áp lực trong cơ cấu cam