Что такое кинетическая пара. Классификация кинематических пар

Кинематическая пара

подвижное сопряжение двух твёрдых звеньев, налагающее ограничения на их относительное движение условиями связи. Каждое из условий связи устраняет одну Степень свободы , то есть возможность одного из 6 независимых относительных движений в пространстве. В прямоугольной системе координат возможно 3 поступательных движения (в направлении 3 осей координат) и 3 вращательных (вокруг этих осей). По числу условий связи S К. п. делятся на 5 классов. Число степеней свободы К. п. W=6 -S . Внутри каждого класса К. п. делятся на виды по оставшимся возможным относительным движениям звеньев. По характеру соприкосновения звеньев выделяют низшие К. п. - с контактом по поверхностям, и высшие - с контактом по линиям или в точках. Высшие К. п. возможны всех 5 классов и многих видов; низшие - только 3 классов и 6 видов (рис.1 ). Различают также геометрически замкнутые и незамкнутые К. п. В первых постоянное соприкосновение поверхностей обеспечивается формой их элементов (например, все К. п. на рис. 1 ), во вторых - для замыкания требуется прижимающая сила, т. н. силовое замыкание (например, в кулачковом механизме). Условно к К. п. относят некоторые подвижные сопряжения с несколькими промежуточными телами качения (например, шарико- и роликоподшипники) и с промежуточными деформируемыми элементами (например, так называемые безлюфтовые шарниры приборов с плоскими пружинами; рис. 2 ).

Н. Я. Ниберг.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Кинематическая пара" в других словарях:

Соединение 2 звеньев механизма, допускающее их относительное движение. Кинематическая пара, в которой звенья соприкасаются по поверхности, называется низшей (напр., вращательная шарнир, поступательная ползун и направляющая). Кинематическая пара,… … Большой Энциклопедический словарь

кинематическая пара - пара Соединение двух соприкасающихся звеньев, пускающее их относительное движение. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 99. Теория механизмов и машин. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1984 г.] Тематики теория… … Справочник технического переводчика

кинематическая пара - кинематическая пара; пара Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее из относительное движение …

Соединение 2 звеньев механизма, допускающее их относительное движение. Кинематическая пара, в которой звенья соприкасаются по поверхности, называется низшей (например, вращательная шарнир, поступательная ползун и направляющая). Кинематическая… … Энциклопедический словарь

- … Википедия

кинематическая пара - kinematinė pora statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. kinematic pair vok. kinematisches Elementenpaar, n rus. кинематическая пара, f pranc. paire cinématique, f … Fizikos terminų žodynas

Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относит. движение. Поверхности, линии, точки, к рыми звено может соприкасаться с др. звеном, наз. элементами звена. К. п. делят на низшие (соприкосновение поверхностями) и высшие… … Большой энциклопедический политехнический словарь

кинематическая пара - kinematic pair Соединение двух твердых тел механизма, допускающее их заданное относительное движение. Шифр IFToMM: 1.2.3 Раздел: ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН … Теория механизмов и машин

пара - кинематическая пара; пара Соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее из относительное движение. пара сил; пара Система двух параллельных сил, равных по модулю и направленных в противоположные стороны … Политехнический терминологический толковый словарь

высшая пара - Кинематическая пара, в которой требуемое относительное движение звеньев может быть получено только соприкасанием её элементов по линиям и в точках … Политехнический терминологический толковый словарь

Движение твердых тел в механизмах рассматривают относительно звена, принимаемого условно за неподвижное и называемого стойкой (станина станка, корпус двигателя, шасси). Все остальные твердые тела, совершающие движение относительно стойки, называют подвижными звеньями. Каждое звено может состоять из одной или нескольких деталей, но в составе звена они не могут иметь относительного движения, т.е. образуют неразъемные или разъемные соединения отдельных деталей.

По выполняемым функциям звенья могут быть входными и выходными, ведущими и ведомыми, начальными и промежуточными. Входному звену сообщается движение, преобразуемое механизмом в требуемое движение других звеньев. Ведущее звено – звено, для которого элементарная работа внешних сил, приложенных к нему, является положительной. Выходное звено – звено, совершающее движение, для выполнения которого предназначен механизм. Ведомое звено – звено, для которого элементарная работа приложенных к нему внешних сил отрицательна или равна нулю.

Если звену задается одна или несколько обобщенных координат, определяющих положение всех механизмов относительно стойки, то звено называют начальным. Обобщенная координата механизма – это каждая из независимых между собой координат, определяющих положение всех звеньев механизма относительно стойки.

В зависимости от назначения механизма звеньям присваивают функциональные названия: кривошип , шатун, коромысло, поршень, шток, ползун, кулиса, кулачок, толкатель, зубчатое колесо, водило, сателлит, рычаг, траверса, коленчатый вал, распределительный вал и др.

В конкретных механизмах входное звено может быть как ведущим, так и ведомым на отдельных этапах движения в зависимости от приложенных сил и моментов сил, например вал двигателя в режимах разгона и торможения, вал электродвигателя при двигательном и генераторном режимах.

Напомним, что кинематической парой называют соединение двух твердых тел механизма, допускающее их заданное относительное движение (см. раздел 1.1). В паре при взаимодействии ее элементов происходит относительное движение звеньев. Число степеней свободы в относительном движении звеньев определяет вид пары по подвижности. Различают пары одноподвижные , двухподвижные , трехподвижные , четырехподвижные и пятиподвижные . Вид пары зависит от геометрических связей между элементами пары, т.е. условий, ограничивающих перемещения звеньев. Число уравнений связей в паре принимают за номер класса пары.

Каждый элемент сопряжения кинематической пары является совокупностью поверхностей, линий и отдельных точек, образуемых элементами двух твердых тел. Элемент– обобщенный термин, относящийся к номинальнойповерхности, форма которой задается на чертеже или в другой технической документации. Реальные поверхности и реальные профили элементов пар могут иметь отклонения формы и отклонения расположения. Числовое значение предельных отклонений нормируется допусками цилиндричности, круглости, плоскостности, прямолинейности, параллельности в зависимости от степени точности и интервала размеров. Поверхность – это общая часть двух смежных областей пространства. В теории механизмов рассматривают поверхности с идеальной формой и идеальным расположением. При несоблюдении этого условия в парах появляются избыточные локальные связи, так как уравнения связей не являются тождественными, и пара становится статически неопределимой. Если элементы сопряжения в кинематической паре конгруэнтны, т.е. поверхности совпадают во всех своих точках, то пару называют низшей . Пары имеющие сопряжения, элементом которых являются линия или точка, называют высшими. Линия – это общая часть смежных областей поверхности.

Систему звеньев, соединенных между собой парами, называют кинематической цепью . Различают плоские и пространственные, замкнутые и незамкнутые, простые и сложные кинематические цепи.

В замкнутой цепи звенья образуют один или несколько контуров. Контур может быть жестким или иметь степени свободы. Количество степеней свободы определяет класс контура. В плоской цепи все подвижные звенья совершают плоское движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости. В простой цепи звено входит в одну или две кинематические пары. В сложной цепи имеется хотя бы одно звено, образующее больше двух кинематических пар.

Аналогами кинематических пар являются кинематические соединения , выполненные из нескольких подвижных деталей с поверхностным, линейным или точечным контактом элементов в форме компактной конструкции и обеспечивающей возможность разложения относительного движения на составляющие, эквивалентные парам соответствующего вида.

Схему механизма, содержащую стойку, подвижные звенья, кинематические пары с обозначением их вида и указывающую взаимное расположение элементов механизма, выполненную без масштаба, называют структурной схемой механизма .

Наиболее широко в механизмах машин, приборов и других устройств применяют вращательные пары (В ), которые допускают только одно вращательное движение одного звена относительно другого. На структурных и кинематических схемах они имеют условные обозначения в соответствии с рекомендациями международных стандартов (рис. 2.1, а ). Номи-нальные поверхности элементов 1, 2 вращательной пары обычно цилиндрические (рис. 2.1, б ), но могут иметь и другие формы(например, конические, сферические). На рис. 2.1, в приведена структурная схема манипулятора промышленного робота, на которой указаны шесть вращательных пар: О (0–1 ),А (1–2 ),В (2–3 ),С (3–4 ),D (4–5 ),E (5–6 ), связывающих звенья с соответствующими номерами. Схват 6 / имеет шесть степеней свободы, что равно числу одноподвижных пар незамкнутой кинематической цепи. В реальных конструкциях часто используют кинематические соединения, которые содержат несколько подвижных звеньев и несколько кинематических пар, но в таком аналоге вращательной пары только два звена соединяются с другими звеньями механизма. Конструкция подшипника качения, имеющего наружное 1 и внутреннее 2 кольца, между которыми расположены шарики 3, удерживаемые на определенном расстоянии друг относительно друга с помощью сепаратора 4 приведены на рис. 2.2, а.

Рис. 2.1. Структурная схема манипулятора промышленного робота

Рис. 2.2. Подшипники качения и их условные обозначения

В зависимости от направления воспринимаемой радиальной или осевой силы различают подшипники радиальные (рис. 2.2, б ), упорные (рис. 2.2, в ) и радиально-упорные (рис. 2.2, г ). На схемах используют соответствующие условные обозначения (рис. 2.2, д ). Рабочие поверхности в подшипниках скольжения могут иметь непосредственный контакт (сухое трение), быть разделены жидкостью (жидкостные, гидростатические, гидродинамические подшипники), газом (аэродинамические, аэростатические газовые) или разделены магнитными силами (магнитные опоры).

При использовании вместо вращательной пары кинематических соединений уменьшаются потери на трение, упрощается технология изготовления узлов за счет применения стандартных подшипников, увеличивается несущая способность узлов машин. Схему кинематической пары, отражающей только необходимое число геометрических связей, называют основной . Основная схема пары не содержит избыточных связей. Действительная схема пары может содержать дополнительные связи, но они должны быть тождественными (совпадающими). Устранение избыточных локальных связей в кинематическом соединении при установке валов и осей на нескольких подшипниках обеспечивается надлежащей точностью изготовления деталей и монтажа сборочных единиц. На рис. 2.3 показан длинный вал, установленный на трех шариковых подшипниках А , А / , А // . Соосность базовых поверхностей (рис. 2.3, а ) подшипников зависит от точности расточки отверстий в корпусных деталях и может регулироваться путем установки корпусов подшипников на станине (рис. 2.3, б ) в случае отклонений от прямолинейности общей оси A А / А // за счет смещения или наклона осей отдельных подшипников. При разработке технической документации на кинематические соединения, согласно ГОСТ 24642-81 и 24643-81, обычно указывают предельные отклонения от параллельности поверхностей вращения, отклонения от соосности (радиальное биение), отклонения от концентричности, отклонения от перпендикулярности.

Рис. 2.3. Вал, установленный на трех подшипниках качения

Для примера на рис. 2.4 приведена схема двухопорного вала с указанием для шеек А и В допусков цилиндричности (поз. 1 и 5 ), соосности (поз. 2 и 6) и перпендикулярности торцов (поз. 3 и4 ), которые должны быть выдержаны при шлифовании вала.

Рис. 2.4. Схема двухопорного вала

Аналогичные требования предъявляются при изготовлении отверстий в базовой детали (корпусе). В некоторых конструкциях (рис. 2.5) отклонения от прямолинейности из-за несоосности корпусных отверстий (рис. 2.5, а ) или наклона осей (рис. 2.5, б, в ) компенсируются с помощью сферической внешней поверхности наружного кольца шарикоподшипника и сферической поверхности в корпусе подшипникового узла. При надлежащей сборке узлов обеспечиваются прямолинейность оси кинематического соединения и тождественность геометрических связей за счет исключения избыточных связей.

Рис. 2.5. Схемы установки валов при незначительных отклонениях от прямолинейности

При значительных отклонениях оси вала от прямолинейности (рис. 2.6) вал устанавливают на специальных подшипниках, имеющих сферическую внешнюю поверхность наружного кольца. Такое кинематическое соединение обеспечивает вращение вала при наличии отклонения шеек А и А / вала от соосности (рис. 2.6, а ) и прямолинейности (рис. 2.6, б, в ).

Рис. 2.6. Схемы установки валов при значительных отклонениях от прямолинейности

Число дополнительных связей в реальной конструкции пары или кинематического соединения называют степенью статической неопределимости пары.

Консольный вал 1 с цилиндрической опорой 2, нагруженной в точке С силой F , показан на рис. 2.7, а . В опоре А можно методами статики найти реактивный момент и реакцию, а также прогибы в любой точке вала. Прогиб в точке С при условии а = b можно уменьшить в восемь раз, если ввести в конструкцию тождественные элементы А / с пятью дополнительными связями (рис. 2.7,б ). Число тождественных локальных связей можно уменьшить, если на правом конце вала установить плавающий сферический подшипник (рис. 2.7, б ), дающий только две дополнительные связи в опоре А / . Если вал установить в виде кинематического соединения с двумя сферическими подшипниками, из которых один плавающий, а второй неподвижен в осевом направлении (рис. 2.7, г ), то вал становится статически определимым, при этом в опорах реактивные моменты равны нулю. Однако прогиб такого вала в точке С (при а = b ) меньше прогиба для консольного вала только в два раза. Отсутствие избыточных локальных связей делает конструкцию пары нечувствительной к температурным и силовым деформациям вала и корпуса, а также к отклонениям в расположении осей элементов соединения.

Рис. 2.7. Схемы установки валов при расчетах реакций в опорах

Итак, в случае применения тождественных элементов уменьшаются допуски на форму и расположение сопрягаемых поверхностей, что обеспечивает сборку без деформации звеньев в кинематической цепи и устранение дополнительных сил в кинематических парах. При повышении точности сопряжения увеличиваются затраты на изготовление, но повышаются жесткость и несущая способность валов и осей, надежность и долговечность машины. Поэтому вопрос о допустимости тождественных связей, которые при деформации стойки или других звеньев могут быть избыточными, решается с учетом условий работы кинематической пары, затрат на изготовление, ремонт и эксплуатацию машины.

Оптимальная конструкция пары или соединения – понятие относительное: конструкция, оптимальная для одних условий, может быть неприемлемой для других. Оптимизация часто связана с технологичностью, под которой понимают совокупность свойств конструкции, проявляемых в оптимальных затратах труда, материалов, средств и времени при заданных показателях качества, объема выпуска, условиях изготовления, эксплуатации и ремонта машины. Конструкция, технологичная в единичном производстве, зачастую оказывается мало технологичной в массовом производстве и совершенно нетехнологичной в поточно-автоматизированном производстве и наоборот.

Схемы и условные обозначения основных видов кинематических пар приведены в табл. 2.1. Каждой паре в реальных конструкциях могут соответствовать конструктивные варианты кине-матических соединений в виде нескольких деталей, имеющих различное сочетание местных подвижностей, не влияющих на основную подвижность пары. Например, роликовый подшипник эквивалентен двухподвижной цилиндрической паре; шарикоподшипник сферический, допускающий перекосы осей в определенных пределах, эквивалентен сферической трехподвижной паре; упорный шарикоподшипник со сферической наружной поверхностью, установленный на конусной поверхности, эквивалентен пятиподвижной точечной паре.

Таблица 2.1

Основные виды кинематических пар

Кинематические соединения обычно имеют большое число избыточных локальных связей. Их можно устранить, используя принцип многопоточности. В таких конструкциях за счет высокой точности изготовления (например, шариков и колец в шарикоподшипниках) избыточные локальные связи являются тождественными. При этом статическая неопределимость соединения не оказывает вредного влияния на функционирование вращательной пары.

Кинематической парой ( сокращено - парой) называют подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев. Ограничение, наложенное на движение твердого тела, называют условием связи.

Таким образом, кинематическая пара накладывает условие связи на относительное движение двух соединяемых звеньев. Очевидно, что наибольшие число условий связи, наложенное кинематической парой, равно пяти (5).

Различное число условий связи, накладываемое на относительное движение звеньев кинематическими парами, позволяет разделить последние на пять классов, так что пара k-го класса накладывает k условий связи, где k из {1,2,3,4,5}. Отсюда следует, что кинематическая пара k-го класса допускает в относительном движении звеньев 6k степеней подвижности.

Следует заметить, что в механизмах применяются кинематические пары только пятого, четвертого и третьего классов. Кинематические пары первого, второго классов не нашли применения в существующих механизмах. шарнирный рычажный механизм кинематический

Высшие пары - это пары, в которых при соединении двух звеньев, контакт осуществляется на кривых и точках.

Низшие пары - это пары, в которых при соединении двух звеньев, контакт осуществляется по поверхностям.

Данный механизм состоит из 6 звеньев рисунок (2).

• А) 1- Кривошип, подвижное звено, совершает вращательное движение;
• Б) 2,4-шатуны, подвижные звенья, совершают сложные движения;
• В) 3,5- ползуны, подвижные звенья, совершают поступательное движение;
• Г) 6- стойка, неподвижное звено;

Количество подвижных звеньев=5.

Определение степени подвижности механизма.

В рассматриваемом механизме семь (7) кинематических пар, из которых пять (5) вращательных и две (2) поступательные.

Степень подвижности механизмов определяется по формуле:

W=3(n-1)-2P5-P4;

n - Число звеньев;

P5 - количество кинематических пар 5 класса;

P4 - количество кинематических пар 4 класса;

w=3(6-1)-2*7=1; w=1;

Группа ассуры и группы начального звена.

Разделим механизм на группы асура. Для этого выделим группы начального звена. Так как степень подвижности механизма w=1, то и группы начального звена должно быть w=1. В группу входит стойка (6) и подвижное звено (1).

Простейшие группы звеньев, присоединение к которым к другим звеньям механизма не изменяет числа его степеней свободы, называют группами асуры. Поскольку единственное неподвижное звено вошло в группу начальных звеньев, то группы ассуры содержит только подвижные звенья.

Степень подвижности группы асуры w=0 и может быть определена как число степеней свободы группы относительно неподвижного звена. Группы ассуры классифицируются по числу кинематических пар, которыми они присоединяются к основному механизму. Это число определяет порядок группы. Кроме того группа ассуры имеет класс определяемый числом кинематических пар, образующих наиболее сложный замкнутый контур.

Физические величины и единицы измерений,

Используемые в механике

Физическая величина	Единица измерений
Наименование	Обозначение	Наименование	Обозначение
Длина Масса Время Угол плоский Перемещение точки Скорость линейная Скорость угловая Ускорение линейное Ускорение угловое Частота вращения Плотность материала Момент инерции Сила Момент силы Вращающий момент Работа Кинетическая энергия Мощность	L, l, r m T, t a, b, g, d S u w a e n r J F, P, Q, G M T A E N	Метр Килограмм Секунда Радиан, градус Метр Метр в секунду Радиан в секунду Метр на секунду в квадрате Радиан на секунду в квадрате Оборот в минуту Килограмм на кубический метр Килограмм-метр в квадрате Ньютон Ньютон-метр Ньютон-метр Джоуль Джоуль Ватт	м кг с рад, α 0 м м/с рад/с, 1/c м/с 2 рад/c 2 , 1/c 2 об/мин кг/м 3 кг. м 2 Н (кг. м/с 2) Нм Нм Дж = Нм Дж Вт (Дж/с)

СТРУКТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЗМОВ

Структура механизмов

В состав механизмов входят твёрдые тела , которые называют звеньями . Звенья могут быть и не твёрдыми (например, ремень). Жидкости и газы в гидро- и пневмомеханизмах звеньями не считаются.

Условное изображение звеньев на кинематических схемах механизмов регламентируется ГОСТом. Примеры изображения некоторых звеньев приведены на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Примеры изображения звеньев

на кинематических схемах механизмов

Звенья бывают :

– входные (ведущие) – отличительным признаком их является то, что элементарная работа приложенных к ним сил положительна (работа силы считается положительной, если направление действия силы совпадает с направлением движения точки её приложения или под острым углом к ней);

– выходные (ведомые) – элементарная работа приложенных к ним сил является отрицательной (работа силы считается отрицательной, если направление действия силы противоположно направлению движения точки её приложения);

– подвижные ;

– неподвижные (станина, стойка).

На кинематических схемах звенья обозначаются арабскими цифрами:0, 1, 2 и т.д. (см. рис. 1.1).

Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называется кинематической парой . Она допускает возможность движения одного звена относительно другого.

Классификация кинематических пар

1. По элементам соединения звеньев кинематические пары делятся:

– на высшие (они имеются, например, в зубчатых и кулачковых механизмах) – соединение звеньев друг с другом происходит по линии или в точке:

– низшие – соединение звеньев друг с другом происходит по поверхности. В свою очередь низшие соединения делятся:

на вращательные

поступательные

цилиндрические

	в пространственных механизмах.

сферические

2. По количеству наложенных связей . Тело, находясь в пространстве (в декартовой системе координат X, Y, Z ) имеет 6 степеней свободы. Оно может перемещаться вдоль каждой из трёх осей X, Y и Z , а также вращаться вокруг каждой оси (рис. 1.2). Если тело (звено) образует с другим телом (звеном) кинематическую пару, то оно теряет одну или несколько из этих 6 степеней свободы.

По количеству утраченных телом (звеном) степеней свободы кинематические пары делят на 5 классов. Например, если телами (звеньями), образовавшими кинематическую пару, утрачено по 5 степеней свободы каждым, эту пару называют кинематической парой 5-го класса. Если утрачено 4 степени свободы – 4-го класса и т.д. Примеры кинематических пар различных классов приведены на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Примеры кинематических пар различных классов

По структурно-конструктивному признаку кинематические пары можно разделить на вращательные, поступательные, сферические, цилиндрические и др.

Кинематическая цепь

Несколько звеньев, соединённых между собой кинематическими парами, образуют кинематическую цепь .

Кинематические цепи бывают:

замкнутые

разомкнутые

Чтобы из кинематической цепи получить механизм , необходимо:

– одно звено сделать неподвижным, т.е. образовать станину (стойку);

– одному или нескольким звеньям задать закон движения (сделать ведущими) таким образом, чтобы все остальные звенья совершали требуемые целесообразные движения.

Число степеней свободы механизма – это число степеней свободы всей кинематической цепи относительно неподвижного звена (стойки).

Для пространственной кинематической цепи в общем виде условно обозначим:

количество подвижных звеньев – n ,

количество степеней свободы всех этих звеньев – 6n ,

количество кинематических пар 5-го класса – P 5 ,

количество связей, наложенных кинематическими парами 5-го класса на звенья, входящие в них, – 5Р 5 ,

количество кинематических пар 4-го класса – Р 4 ,

количество связей наложенных кинематическими парами 4-го класса на звенья, входящие в них, – 4Р 4 и т.д.

Для плоской кинематической цепи и соответственно для плоского механизма

Эту формулу называют формулой П.Л. Чебышева (1869). Она может быть получена из формулы Малышева при условии, что на плоскости тело обладает не шестью, а тремя степенями свободы:

W = (6 – 3)n – (5 – 3)P 5 – (4 – 3) P 4 .

Величина W показывает, сколько должно быть у механизма ведущих звеньев (если W = 1 – одно, W = 2 – два ведущих звена и т.д.).

Кинематическая пара, как указывалось выше, это соединение двух соприкасающихся звеньев, допускающее их относительное движение. Модели этих движений изображены на рис. 1.16. Звенья при их объединении в кинематическую пару могут соприкасаться между собой по поверхностям, линиям и точкам. Элементами кинематической пары называют совокупность поверхностей, линий или точек, по которым происходит подвижное соединение двух звеньев, и которые образуют кинематическую пару. Точнее, элементами кинематической пары называют общие для соединенных звеньев поверхности, линии или точки, которыми звенья соприкасаются между собой, образуя кинематическую пару. Таким образом, кинематическая пара не может быть образована телами, которые не находятся в соприкосновении. Степень ограничения свободы движения одного звена кинематической пары относительно другого может зависеть только от геометрических форм мест соприкосновения, то есть от элементов кинематической пары. Ни материалы, из которых выполнены звенья, ни форма тех их частей, которые не соприкасаются между собой, не могут налагать ограничений на относительную подвижность звеньев, и потому в теории механизмов и машин они не рассматриваются.

Рис. 1.16. Модели кинематических пар, слева направо: верхний ряд - шар на плоскости, цилиндр на плоскости, шар в цилиндре, плоскостная пара, сферическая пара и нижний ряд - сферическая с пальцем, цилиндрическая, поступательная, винтовая

Кинематические пары классифицируются по нескольким признакам. Чтобы пара могла существовать, элементы входящих в нее звеньев должны быть замкнутыми, то есть быть в постоянном контакте.

Классификация кинематических пар

Таблица 1.2

Вид пары и степень свободы	Полуконструк- изображение	Подвижность пары w, число связей	Условное обозначение
вращательная		» € и и ^ „
винтовая [ШЖ00]
цилиндрическая
сферическая
плоскостная
линейная ;
		w = 4 5=2
точечная

По геометрическому виду связи поверхностей и способу замыкания

кинематические пары делятся на низшие и высшие, с силовым или геометрическим замыканием. Замыканием пары называется обеспечение постоянного соприкосновения соответственных элементов пары. У низших контакт звеньев, связь поверхностей осуществляется по одной или нескольким поверхностям. Это пары скольжения (их относительное движение всегда является скольжением), и для таких пар характерно геометрическое замыкание за счет конструктивной формы элементов пары. У высших кинематических пар звенья соприкасаются по линии или в точке. Поэтому возможно не только относительное скольжение, но и качение, верчение. Для таких пар чаще характерно силовое замыкание, то есть элементы прижимаются друг к другу силами веса, упругими силами и т.д. На рис. 1.16 к высшим парам относятся шар на плоскости (соприкасаются в точке), цилиндр на плоскости (соприкасаются по отрезку прямой) и шар в цилиндре (соприкасаются по окружности). Все остальные пары - низшие.

По относительному движению звеньев пары делятся на вращательные (В) (англ, a revolute joint (R)), поступательные (П) (англ, a prismatic joint (Р)), винтовые (Ви) (англ, a helical joint (Н) or screw pair), плоские или плоскостные (Пл) (англ, planar joint (Е)), цилиндрические (Ц) (англ, a cylindrical joint (С)), сферические (С) (англ, a spherical or ball joint (S)), линейные (Л) и точечные (Т).

По числу подвижностей w (числу степеней свободы) в относительном движении звеньев пары они делятся на одно-, двух-, трех-, четырех- и пятиподвижные.

По числу связей s, наложенных на относительное движение звеньев, кинематические пары делятся на классы: 1-, 2-, 3-, 4-, 5-связные пары образуют соответственно пары 1, 11, III, IV и V классов. Высшие кинематические пары могут быть всех классов и многих видов, а низшие - только III, IV и V классов и 6 видов. В таблице 1.2 показаны разные виды кинематических пар, их по- луконструктивные и схематические изображения, а также подвижность пары w и число связей s.

Подвижность пары w определяется по формуле

где П - подвижность пространства, в котором конструктивно реализуется пара, s - число налагаемых парой связей.

Напомним, что в трехмерном пространстве абсолютно твердое тело (а значит и звенья, которые им моделируются) обладает шестью степенями свободы. Это три степени свободы поступательного движения, например, вдоль координатных осей. И три степени свободы вращательного движения, например, вращения вокруг тех же координатных осей.

Таблица 1.3

Кинематические соединения, эквивалентные кинематическим парам

Контакт звеньев	Виды пары	Подвижность	Виды кинематических пар	Изображение	Эквивалентное кинематическое соединение
По поверхности	Низшая кинематическая пара
	Высшая кинематическая пара	w = 4 5 = 2

Таблица 1.4

Условные обозначения кинематических пар по ГОСТ 2.770-68

		степеней	Название		Условное обозначение
			шар-плоскость
			шар-цилиндр
			сферическая
			плоскостная
			цилиндрическая
			сферическая с пальцем
			поступательная
			вращательная
			винтовая

В плоском движении абсолютно твердое тело обладает тремя степенями свободы - две степени поступательного движения и одна степень вращательного движения. Поэтому трехмерное пространство шестиподвижно, а двумерное - трехподвижно. Данные в таблице 1.2 следует рассматривать с учетом этого. Например, вращательная пара и поступательная , и в 6-подвижном, и в 3-подвижном пространстве будет одноподвижной, то есть w - 1. Нов первом случае на нее будет наложено 5 связей (s = 5), а во втором - 2 связи (s = 2).

Можно подобрать такую форму элементов пары, чтобы при одном независимом простейшем движении возникало второе - зависимое. Примером такой кинематической пары является винтовая . В этой паре вращательное движение винта (гайки) вызывает поступательное его (ее) перемещение вдоль оси. Такую пару следует отнести к одноподвижным (w = 1), так как в ней реализуется всего одно независимое простейшее движение.

В роли кинематической пары может выступить и кинематическое соединение - выполненная из нескольких подвижных деталей с поверхностным, линейным или точечным контактом элементов компактная конструкция, обеспечивающая возможность относительного движения соответственного вида, эквивалентного данной кинематической паре. То есть, кинематическим соединением называется кинематическая цепь, предназначенная для замены кинематической пары. Примером такого кинематического соединения служат подшипники. Кинематические соединения имеют чаще всего большое число избыточных локальных связей, но за счет конструктивного изготовления это не оказывает влияния на основные подвижности кинематических пар. Каждой паре в механизме могут соответствовать разные варианты кинематических соединений в виде нескольких деталей, имеющих местные подвижности, которые не влияют на конечную подвижность пары (роликовый подшипник эквивалентен двухподвижной цилиндрической паре, упорный шарикоподшипник со сферической наружной поверхностью, установленный на конусной поверхности, эквивалентен пятиподвижной точечной паре). В таблице 1.3 приведены кинематические пары и эквивалентные им кинематические соединения.

В конце этого пункта приведем условные обозначения кинематических пар по ГОСТ 2770-68 (табл. 1.4).