Cơ cấu cam biến chuyển động quay thành nhịp nâng hạ bằng cách nào?
Khám phá mở rộng – KHTN, phần Vật lý 8
Cam dùng hình dạng bề mặt hoặc rãnh để điều khiển vị trí của một bộ phận tì theo nó khi cam quay. Bộ phận ấy thường gọi là con đội. Nhờ biên dạng phù hợp, một trục quay liên tục có thể tạo nhịp nâng, giữ rồi hạ thay vì chỉ truyền một vòng quay sang vòng quay khác.
Hình dạng đóng vai trò lịch chuyển động
Với một cam đĩa và con đội được dẫn hướng, vùng bề mặt đi tới chỗ tiếp xúc thay đổi theo góc quay. Con đội phải đi tới vị trí tương thích với bề mặt ấy nếu tiếp xúc được duy trì.
Hình dung một bánh có mép cao thấp khác nhau quay dưới một thanh chỉ được trượt lên xuống. Khi vùng nhô tới, thanh được đẩy lên; ở vùng thích hợp khác, nó có thể hạ hoặc giữ vị trí. Đây là mô hình trực giác, không phải mọi cam đều có hình quả trứng.
Quay đều không có nghĩa nâng đều
Nếu chiều cao tăng nhanh theo một đoạn góc, con đội có thể đi nhanh trong đoạn đó. Nếu biên dạng tương ứng giữ vị trí không đổi, con đội có khoảng dừng dù cam vẫn quay.
Nhờ vậy một máy có thể được tổ chức để nâng một chi tiết, giữ nó trong thời gian cần rồi trả về. Hình học mang thông tin về thứ tự chuyển động. Thay biên dạng là thay quy luật đáp ứng, không chỉ thay một chi tiết trang trí.
Điều gì kéo con đội trở lại?
Một mặt cam chỉ đẩy chưa chắc kéo được con đội theo lúc bề mặt đi xuống. Tùy thiết kế, lò xo, trọng lực hoặc rãnh giữ có thể giúp duy trì quan hệ tiếp xúc.
Ở tốc độ cao, còn cần lực để thay đổi vận tốc của con đội. Một đoạn chuyển động quá đột ngột có thể làm lực tiếp xúc lớn hoặc mất tiếp xúc. Do đó, người thiết kế quan tâm cả độ nâng, tốc độ và gia tốc, không chỉ vị trí cao nhất.
Hiểu lầm: bất kỳ mép cong nào cũng tạo chuyển động êm ở mọi tốc độ. Biên dạng, khối lượng, liên kết và cách giữ tiếp xúc phải phù hợp.
Ghi nhớ: trục cung cấp chuyển động quay; biên dạng quyết định nhịp; con đội và ràng buộc biến nhịp ấy thành chuyển động hữu ích. Cam không tạo thêm năng lượng, mà tổ chức cách truyền công.
Đọc thêm
- Vì sao xoay một trục vít có thể tạo chuyển động thẳng chậm và lực lớn?
- Vì sao cơ cấu cóc cho bánh quay một chiều nhưng chặn chiều ngược?