Кулачковые механизмы служат главным образом для того, чтобы перемещать ведомое звено по заданной траектории с заданным законом движения. Кулачковые механизмы характеризуются наличием высших кинематических пар. Они чаще всего бывают трехзвенными, т. е. состоят из неподвижного звена - стойки 1 (фиг. 114), ведущего звена 2 и ведомого звена 3. Звено 2 называется кулачком, а ведомое звено 3 - толкателем, если оно совершает поступательное движение, и коромыслом при вращательном движении ведомого звена. По характеру движения ведущего звена различают кулачковые механизмы с вращающимся кулачком (фиг. 115) и с поступательно движущимся кулачком (фиг. 116). Форма кулачков определяется в зависимости от назначения механизма.

Если необходимо построить механизм копирования, например для копировального станка, то кулачок должен иметь увеличенный или уменьшенный профиль детали, которую предполагается копировать.

Если же кулачковый механизм предназначается для преобразования движения, например вращательного движения в возвратно-поступательное или наоборот по определенному закону или траектории движения, то здесь необходимо заранее знать этот закон или траекторию, изобразив ее графически в виде диаграммы «путь - время».

Пример. Требуется при помощи механизма, подобного изображенному на фиг. 116. превратить горизонтальное равномерное движение в вертикальное движение со скоростью, в 2 раза меньшей.

τ = v₀ / 2.

Выбирают размеры ведущего звена (кулачка) по длине и в определенном масштабе вычерчивают закон равномерного движения, так называемую диаграмму скоростей (фиг. 117). На горизонтальной оси откладывают скорости V₀, а по вертикальной скорости V, т. е. скорости V₀, уменьшенные в 2 раза.

Получают на графике ряд точек, которые соединяют прямой линией. Линию вверх строят до середины выбранной длины кулачка, для обратного движения линию таким же способом строят вниз.

Если кулачок, изготовленный по такому профилю, двигать взад и вперед со скоростью V_o, то толкатель будет передвигаться со скоростью, в два раза меньшей. Если требуется, чтобы толкатель в определенный момент замедлил свое движение, то на кулачке должна быть сделана впадина, например, как показано на фиг. 117 пунктиром.

Для вращающегося кулачка или эксцентрика диаграмму движения необходимо строить в полярных координатах.

Например, для разобранного выше равномерного движения (фиг. 117), когда требуется преобразовать равномерное вращательное движение в равномерное поступательное, каждая из боковых сторон равнобедренного треугольника превращается в спираль Архимеда (фиг. 118). Эта фигура и образует профиль кулачка. Пунктиром показано изменение профиля в случае замедленного движения толкателя на середине пути в 2,5 раза.

В большинстве случаев, особенно тогда, когда закон движения сложный, построение кривых для кулачков производят следующим образом. В крупном масштабе вычерчивают схематично ведущее и ведомое звенья механизма сначала в неходком положении, а затем сообщают ведомому звену движение со скоростью, равной скорости ведущего звена, но противоположно направленной. При этом ведомое звено будет занимать положения 1, 2, 3, 4, 5 к т. д. Соединяя линией точки, принадлежащие острию ведомого звена, получают профиль кулачка. На фиг. 119, 120 показаны простейшие случаи получения кривых кулачков при помощи вычерчивания толкателей в различных положениях при превращении горизонтального поступательного движения в вертикальное поступательное (фиг. 119) и при прекращении вращательного движения в возвратно-поступательное (фиг. 120). Для построения профиля кулачка толкателю и ролику В сообщается вращение, противоположное направлению вращения кулачка. Сделав построение, показанное на фиг. 120, находят положение оси ролика и величину хода толкателя в зависимости от угла поворота кулачка. Ведомое звено - толкатель, конструктивно может быть выполнен в виде ролика (фиг. 121), рычага (фиг. 122), плоскости (фиг. 123) и т. д.

Кулачковые механизмы широко используются в различных машинах, станках, приспособлениях. На фиг. 124 показан копировальный аппарат фрезерного станка с кулачковым механизмом. Когда кулачок не имеет постоянной ширины, а нужно обеспечить постоянное расстояние между точками касания, кулачок делают сдвоенным (фиг. 125). Фиг. 126 изображает также сдвоенный кулачковый механизм листоукладчика саморезки упаковочной машины. Кулачок 1 служит для горизонтального, а кулачок 2 для вертикального перемещения прихвата А. В прессах и ножницах часто встречается кулачковый механизм, подобный изображенному на фиг. 127, где вращение вала превращается в поступательное движение ползуна при помощи треугольного кулачка или эксцентрика, профиль которого очерчен дугами окружностей. От одного и того же кулачка возможно получить одновременно различные законы движения для нескольких ползунов, рычагов и других ведомых звеньев. На фиг. 128 изображен привод двух ведомых деталей от одного кулачка (эксцентрика).

В большинстве кулачковых механизмов роль ведущего звена выполняет кулачок. Возможны механизмы, в которых кулачок - ведомое звено.

На фиг. 129 изображен опрокидывающий механизм для вагоне­ток, где ролик 3 поршневого штока 2 поднимает или опускает кула­чок (эксцентрик) 1. Кроме плоских кулачковых механизмов, существуют пространственные кулачковые механизмы. На фиг. 130 изоб­ражен кулачковый механизм для передвижения раскаточных валков, а на фиг. 131 - вращающийся конический кулачок 1, где ролик 3 движется по сложной криволинейной (типа винтовой) поверхности аа кулачка и получает поступательное движение.

Пространственные кулачковые механизмы широко применяются во многих машинах и особенно в автоматических станках. Такие ме­ханизмы можно встретить в револьверных автоматах (кулачковые барабаны), в лубрикаторах, в швейных и текстильных машинах, в пневматических дрелях, в прокатных и раскаточных станах и т. д.