Кулачковые механизмы приборных контактных устройств имеют ряд особенностей. Ведущим кинематическим звеном в этих механизмах обычно является кулачок. Инерция ведомого толкателя или рычага очень мала. Силы, действующие в кулачковых механизмах такого типа, в основном определяются силами контактного давления, упругостью деформируемых контактных пружин и силами управления электрическими переключателями. Скорости рычага, толкателя или контактной пружины на участках размыкания и замыкания контактов не могут быть малыми, так как это приводит к обгоранию контактов. Учитывая, что инерция толкателя, рычагов и контактных пружин рассматриваемых кулачковых механизмов очень мала, можно допустить в начале и конце движения практически мгновенные изменения скоростей. Некоторое уменьшение ускорений и жесткости удара достигается в этом случае благодаря неизбежным небольшим технологическим закруглениям в профиле кулачка и имеющим место упругим, деформациям. Скорость конца толкателя зависит от угла давления а (рис. 1): v = ω × r× tg α, где v — окружная скорость рычага в точке соприкосновения с кулачком; r — радиус-вектор кулачка в точке касания с рычагом.
Рнс. 1 Рис. 2
Углом давления при поворачивающемся рычаге называют угол между окружной скоростью рычага v и нормалью п п к поверхности кулачка в точке касания с рычагом; и — окружная скорость кулачка: и = ω × r; ω — угловая скорость кулачка; vотн — относительная скорость или скорость скольжения конца рычага по кулачку. Концы толкателя (рычага) могут быть либо заостренными (рис. 1), либо закругленными, как, например, у пружины 1, выполняющей роль толкателя кулачкового механизма (рис. 2). На всем участке движения толкателя угол давления ос не может превышать предельно допустимого значения α mах, иначе произойдет заклинивание механизма. Для механизма на рис. 2 необходимо учитывать опасность возникновения продольного изгиба контактной пружины при соответствующем направлении силы нормального кулачкового механизма контактного устройства имеют место участки движения ведомого звена и участки выдержки замкнутого или разомкнутого состояния контактов. На участках замкнутого и разомкнутого состояний контактов кулачок профилируют по дугам окружностей, проведенным из геометрической оси вращения кулачка. Соответствующий этим дугам угол γ = ω t = π n t / 30, где ω — угловая скорость кулачка, рад / с; п — частота вращения кулачка, мин-1; t — продолжительность нахождения контакта в заданном (замкнутом или разомкнутом) состоянии; ω и п считаем постоянными. Если кулачок, имеет одностороннее вращение, то участок кулачка, соответствующий обратному ходу толкателя (рычага), часто профилируют по радиальной прямой. Это обеспечивает ускорение движения толкателя или рычага под действием пружины. В последнем случае конец контактной пружины, непосредственно взаимодействующий с кулачком, должен иметь соответствующий наклон.
На рис. 3 показаны некоторые типы кулачковых механизмов приборных контактных устройств. Конструкция на рис. 3, а имеет нормально-разомкнутый контакт. Кулачковый механизм обеспечивает кратковременное замыкание контакта. На рис. 3, б показан кулачковый механизм, обеспечивающий замыкание контакта при повороте кулачка на угол γ1. В конструкции 3, в контакт разомкнут при прохождении кулачком угла γ2 .
Рис. 3
Программные механизмы могут приводиться в движение электрическими двигателями постоянного тока, снабженными стабилизаторами (регуляторами) скорости, или синхронными двигателями. Если в качестве двигателя используют заводную пружину, то в таком механизме для поддержания постоянства скорости ставится спусковой регулятор. Работа программного механизма (рис. 4) характеризуется программой (рис. 4, а), на которой по вертикали отложены номера 1, 2, 3,... электрических контактов, а по горизонтали — время t. Участки замкнутого состояния контактов заштрихованы. На кинематической схеме программного механизма (рис. 4, б) движение от двигателя 10 посредством зубчатого редуктора передается валу 8 с установленными на нем кулачками 9, осуществляющими замыкание и размыкание упомянутых выше электрических контактов 1...7.
Рис. 4
Программные механизмы могут рассчитываться на несколько циклов работы. После отработки одного цикла механизм вновь занимает исходное положение перед началом следующего цикла. Для таких механизмов программу разрабатывают только для одного цикла и называют циклограммой.
На рис. 5 показано определение рабочих углов кулачков по заданной циклограмме. Кулачки на участках замыкания и размыкания контактов профилируются по прямым. Номер кулачка соответствует номеру строки циклограммы. Все кулачки построены в положении, соответствующем моменту начала отработки цикла. Кулачки поворачиваются в направлении вращения часовой стрелки. Каждый кулачок замыкает свой контакт. Все контакты располагаются вдоль прямой параллельно оси вращения кулачков.
Рнс. 5
Кулачок 1 замыкает контакт на угле поворота 0...450, кулачок 2 — на угле 30...100°, кулачок 3 — на угле 135...195°, кулачок 4 — на угле 250...350°. После отработки очередного цикла кулачки вновь занимают первоначальное положение.