Кинематические пары, их классификация

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СТРОЕНИИ МЕХАНИЗМОВ

Основные понятия и определения

Машиной называется устройство, предназначенное для преобразования энергии, материалов или информации с целью облегчения или исключения труда человека. Соответственно, машины бывают энергетические, технологические и транспортные, информационные.

Механизмом называется система твердых тел, служащих для преобразования одних видов движения в другие.

В настоящее время известно 8 видов механизмов, которые классифицируются по принципу передачи движения:

1) плоские механизмы, у которых движение всех точек про­исходит в одной плоскости или в параллельных плоскостях;

2) пространственные механизмы, у которых движение точек происходит в разных плоскостях (пересекающихся);

3) кулачковые механизмы, в состав которых входит кулачок — звено переменного профиля;

4) зубчатые механизмы, у которых движение передается по взаимоогибаемым кривым. Эти механизмы могут быть как плос­кими, так и пространственными;

5) фрикционные механизмы, у которых движение передается за счет сил трения (фрикционные муфты, вариаторы);

6) механизмы с гибкими связями, у которых движение пере­дается с помощью ремней, цепей, канатов на большие расстояния;

7) волновая передача, которая основана на деформации звень­ев (диафрагмы или гибкого колеса);

8) гидравлические или пневматические механизмы, в которых преобразование движения твердых тел происходит посредством жидкости или газа. Жидкости или газы не считаются звеньями, новходят в состав механизма.

Все механизмы состоят из звеньев, которые представляют собой одну деталь, либо несколько неподвижно соединенных между собой деталей. В свою очередь звенья бывают подвижными или неподвижными. Неподвижное звено называют стойкой. За стойку принимают основание, раму, корпус, фундамент и все, что с ними неподвижно связано. Стойка в механизме только одна.

Подвижные звенья бывают входные (ведущие) и выходные (ведомые). Входным называют звено, к которому приложено движение извне, а выходным – звено, которое совершает требуемое движение, для выполнения которого служит данный механизм. Поверхности, линии, точки звена, по которым оно соприкасается с другим звеном, называют элементами звена [1, с. 18-21].

Кинематические пары, их классификация

Рис. 1.1. Возможные движения в пространстве звена, не связанного

кинематической парой с другим звеном.

Подвижные звенья соединяются между собой либо со стойкой; при этом на движение накладывается определенное количество связей (ограничений движению). Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называется кинематической парой.

Как известно, любое звено, не связанное с другим звеном, в пространстве имеет шесть степеней свободы (шесть независимых движений), показанных на рисунке 1.1.

Если соединить два звена между собой, то, в зависимости от вида соединения, может быть ограничено 1, 2, 3, 4 или 5 движений. Если ограничить все 6 движений, то получим одно неподвижное звено, и кинематическая пара перестанет существовать. Если звенья не соприкасаются, то кинематической пары также не существует, а есть только свободные звенья.

Рис 1.2. Примеры кинематических пар 1-го, 2-го, 3-го, 4-го, 5-го классов.

Шар на плоскости

Таблица 1. Классификация кинематических пар.

Продолжение табл. 1

Таким образом, для существования кинематической пары необходимы три условия:

- наличие двух звеньев;

- контакт между звеньями;

- возможность относительного движения звеньев.

Очевидно, что количество связей (S), накладываемых при соединении звеньев кинематической парой, изменяется в пределах: 1 £ S £ 5. Соответственно, существует 5 классов кинематических пар, и класс кинематической пары определяется числом наложенных связей, например, пара 5-го класса накладывает 5 связей и из шести возможных движений остается только одно: вращательное или поступательное относительно какой-либо оси; пара 4-го класса накладывает 4 связи, оставляя возможными только два независимых движения и т. д. Примеры кинематических пар 1-го, 2-го, … 5-го классов приведены на рисунке 1.2, а соответствующая классификация их и обозначения – в таблице 1.

Кроме классификации по числу наложенных связей кинематические пары делят на высшие и низшие, в зависимости от элементов соприкасания звеньев: если контакт между звеньями осуществляется по точкам или по линиям, то кинематические пары относятся к высшим; если звенья кинематической пары контактируют по поверхности, то такие пары относятся к низшим.