Структура механизмов Лекция 2 Кинематические цепи и их классификация
Кинематической цепью называют несколько звеньев подвижно соединённых между собой.
Кинематические цепи делятся по следующим основным признакам:
Простые и сложные.
Кинематическая цепь называется простой, если каждое звено её входит не более чем в две кинематические пары.
Пример простой кинематической цепи приведен на рисунке 1. Это шарнирно-рычажный четырёхзвенник, состоящий из четырёх звеньев (рычагов), шарнирно соединённых между собой. Каждое его звено входит не более чем в две кинематические пары.
Кинематическая цепь называется сложной, если в ней есть хотя бы одно звено, входящее более чем в две кинематические пары.
Пример сложной кинематической цепи приведен на рисунке 2. Это шарнирный шестизвенник. В нём звено 3 и звено 6 входят в три кинематические пары.
Замкнутые и разомкнутые.
Кинематическая цепь называется разомкнутой, если в ней есть хотя бы одно звено, входящее в одну кинематическую пару.
Пример разомкнутой кинематической цепи (манипулятор) показан на рисунке 3. Здесь звенья 1 и 4 входят только в одну кинематическую пару.
Кинематическая цепь называется замкнутой, если каждое звено её входит не менее чем в две кинематические пары.
Примеры замкнутых кинематических цепей приведены на рисунках 1 и 2.
Плоские и пространственные.
Кинематическая цепь называется плоской, если каждое звено её относительно других звеньев движется плоско.
Примеры плоских кинематических цепей показаны на рисунках 1 и 2. Здесь все звенья друг относительно друга движутся плоско.
Кинематическая цепь называется пространственной, если в ней есть хотя бы два звена, относительное движение которых не плоское. Примером пространственной кинематической цепи является манипулятор, кинематическая схема которого приведена на рисунке 3. В ряде случаев удобно вместо кинематической пары, сложной в изготовлении, заменить её кинематической цепью. Например вращательная пара может быть заменена шарикоподшипником, шаровой шарнир – карданной передачей (рисунок 4).
Кинематическим соединением называется кинематическая цепь, конструктивно заменяющая в механизме кинематическую пару.
Структурные формулы для определения степени подвижности кинематической цепи и механизма
Если одно из звеньев кинематической цепи сделать неподвижным, кинематическая цепь превращается в механизм. В механизме рассматривают движение всех звеньев относительно неподвижного звена (стойки).
Механизмом называется кинематическая цепь, у которой одно звено неподвижно, а движение остальных звеньев относительно неподвижного определены или заданы.
В качестве неподвижного звена, как правило, выбирается корпус машины, хотя он может быть и подвижным (автомобиль, самолёт и т. д.).
Для выполнения анализа или проектирования механизма необходимо знать законы движения и положения всех звеньев, которые зависят от числа степеней свободы механизма, т. е. от числа обобщённых координат, определяющих законы движения и положения звеньев механизма.
Числом степеней свободы механизма называется число независимых параметров (обобщенных координат), определяющих положение всех его звеньев относительно станины.
Русским учёным Чебышевым П. Л. (1821-1894) были впервые выведены формулы, позволяющие определить число степеней свободы кинематической цепи или механизма в зависимости от числа звеньев и кинематических пар.