1.2. Классификация кинематических пар

Классификацию кинематических пар можно провести по числу степеней свободы и по числу условий связи.

Число степеней свободы механической системы называется число независимых перемещении. Твердое тело имеет в пространстве шесть (Рис. 1.1) независимых движений: три вращательных и три поступательных, т.е. Н – число степеней свободы такого тела равно 6, Н = 6.

Рис. 1.1

Если тело (звено) соединить подвижно с другим телом (звеном), то на движение этих звеньев будут наложены ограничения, которые носят названия условий связи в кинематической паре. Число условий связи в кинематической паре зависит от способа соединения звеньев в кинематические пары. Число условий связи S изменяется от 1 до 5, т.е. 1S5. Если на тело налагается шесть условий связи, то тело лишается возможности двигаться.

Степень свободы звена в кинематической паре можно определить как H=6–S. Число степеней свободы звена в паре может меняться от 1 до 5, т.е. 1H5.

Все кинематические пары делят на пять классов. Класс кинематической пары определяется числом условий связи, наложенных на относительное движение звеньев. Класс пары может быть определен и числом степеней свободы. Рассмотрим примеры пяти классов кинематических пар. Два звена: 1 – плоскость, 2 – шар.

Создадим кинематическую пару, положим шар на плоскость. Этим лишим шар одного из шести возможных движений, шар не может перемещаться по оси Z, т.е. на его движение наложено одно ограничение, одно условие связи. Такая пара названа парой 1 класса или пятиподвижной (Рис. 1.2).

Н=5; S=1

Рис. 1.2

Цилиндр на плоскости. Н = 4; S =2 пара II класса или четырехподвижная (Рис. 1.3).

Рис. 1.3

Сферическая пара. Н=3; S=3 пара III класса трехподвижная (Рис. 1.4).

Рис. 1.4

Цилиндрическая пара. Н =2; S=4 пара IV класса или двухподвижная, одноподвижная вращательная (Рис. 1.5).

Рис. 1.5

Поступательная пара. Н=1; S=5 пара V класса одноподвижная поступательная (Рис. 1.6)

Рис. 1.6

Кроме предложенной, классификации кинематических пар, существует деление на высшие и низшие кинематические пары. Высшей кинематической парой является пара, в которой элементами пары является линия или точка. В низшей кинематической паре элементами пары являются поверхности. Пример высшей пары:

пара. I, II класса. Еще, колесо и рельс, зацепление зубчатых колес и др.

Низшие пары: сферическая, цилиндрическая, поступательная.

Поршень – цилиндр.

Чтобы элементы кинематических пар находились в постоянном контакте, необходимо их замыкание. Замыкание может быть кинематическим (геометрическим) конструктивным и силовым (сила веса, пружины).

Условные обозначения используемые в ТММ (Рис. 1.7)

Рис. 1.7

1.3. Кинематические цепи

Система звеньев, образующая между собой кинематические пары называется кинематической цепью (К.Ц. ).

Все К.Ц. делят на плоские и пространственные. В плоской К.Ц. при закреплении одного из звеньев все остальные совершают движение в одной неподвижной плоскости или в параллельных ей плоскостях. В пространственной кинематической цепи звенья совершают движение в непараллельных плоскостях.

К.Ц. можно разделить на замкнутые к незамкнутые. К.Ц., которая не образует замкнутого контура называется незамкнутой, К.Ц., которая образует один или несколько замкнутых контуров называется замкнутой (Рис. 1.8).

Кинематические цепи могут быть простые и cложные.

Рис. 1.8