Кинематические пары

Кинематической парой называют соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение. Кинематическая пара, в которой требуемое относительное движение звеньев может быть получено постоянным соприкосновением ее элементов по поверхности, называется низшей парой. К низшим парам относятся: вращательная, поступательная, винтовая, цилиндрическая, сферическая и плоскостная.

Поверхности, линии и точки, по которым происходит соприкосновение звеньев в кинематических парах, называют элементами звеньев. Если элементами звена являются точки или линии, то пары называют высшими.

По числу ограничений или связей, накладываемых на движение соприкасающихся звеньев, кинематические пары разделяются на 5 классов. Каждое условие связи в кинематической паре не только устраняет относительную подвижность, но и позволяет передавать от звена к звену силу или момент.

Свободное твердое тело в пространстве применительно к декартовой системе координат имеет 6 степеней свободы: 3 поступательных вдоль координатных осей и 3 вращательных движения вокруг этих же осей.

Число степеней свободы W одного из звеньев кинематической пары, не связанного с неподвижной системой координат, определяется формулой

где U – число связей, налагаемых элементами пары на относительное движение ее звеньев.

При U=0 звено абсолютно свободно, пара отсутствует, а при U=6 два тела жестко связаны и образуют одно звено, следовательно, число условий связи пространственной кинематической пары может быть U=1…5.

Значение U – число условий связи определяет класс; род кинематической пары определяет число степеней свободы – W.

Существование кинематической пары обеспечивается условиями замыкания, сохраняющими постоянство контакта звеньев.

В низших парах обычно реализуется геометрическое замыкание, обусловленное формой соприкасающихся поверхностей, например охват втулкой пальца. В высших кинематических парах зачастую наблюдается силовое замыкание, при котором соприкасание элементов пары обеспечивают силы веса или пружины.

Кинематические пары могут быть плоскими или пространственными. Относительное движение сочлененных звеньев плоских кинематических пар возможно лишь в параллельных плоскостях, пространственных же пар и в непараллельных.

Условные обозначения кинематических пар представлены в табл. 3.