Кинематические пары механизмов и их классификация

Кинематическая пара – это подвижное соединение двух звеньев, допускающее их относительное движение. Поверхности, линии, точки соприкосновения звеньев называются элементами кинематической пары.

Если рассматривать звено, свободно движущееся в пространстве, то оно, как и любое твердое тело, обладает шестью степенями свободы Н=6.

Любое сложное движение звена состоит из шести простейших, т.е., его можно представить как поступательное относительно трех произвольно выбранных координатных осей Х, У, Z и вращательное относительно этих же осей (рисунок 3).

Рисунок 3 – Количество степеней свободы в 3-х мерном пространстве

Любая кинематическая пара ограничивает те или иные относительные движения каждого звена. Эти ограничения называют условиями связи, или просто связями – S. Очевидно, что число условий связи находится в пределах 1≤ S≤ 6, т.к., при S = 0 звенья не соприкасаются и кинематическая пара перестает существовать, а при S = 6 – переходит в жесткое соединение двух звеньев, тогда число степеней свободы звена кинематической пары равно:

Н = 6 – S

и изменяется так же в пределах I≤ H≤ 6.

Под степенью свободы принято понимать простейшие движения, которыми может обладать точка или звено кинематической пары.

Число условий связи – S и число степеней свободы Н являются структурными характеристиками кинематических пар.

На кинематических схемах кинематические пары принято обозначить прописными буквами латинского алфавита, соединение подвижных звеньев со стойкой буквой О₁, О₂, и т.д. (Рисунок 1).

Кинематические пары классифицируются:

4.3.1 По количеству возможных движений кинематические пары классифицируются на 5 классов (таблица 1). Цифра кинематической пары показывает ее подвижность, а количество условий связи S = 6 – H – класс кинематической пары. Например: Р₅ – пятиподвижная кинематическая пара 1 класса. (S = 6 – 5 = 1); Р₁ – одноподвижная кинематическая пара 5 класса (S = 6 – 1 = 5).

4.3.2 По виду элементов кинематические пары классифицируются на высшие – элементы, точка, линия (кинематические пары Р₅ (1кл.) и Р₄ (2кл.)) и низшие – элементы поверхность (кинематические пары Р₃ (3кл.), Р₂ (4кл.) и Р₁ (5кл.)). (таблица 1)

4.3.3 По виду траектории кинематические пары классифицируются на пространственные – пространственная траектория (кинематические пары Р₅ (1кл.), Р₄ (2кл.) и Р₃ (3кл.) и плоские – плоская траектория (кинематические пары Р₂ (4кл.), Р₁ (5кл.), (таблица 1)

Примеча-ние	Высшая К.П.	Высшая К.П.	Низшая К.П.	Низшая К.П. Вращат.	Низшая К.П.	Низшая К.П. Поступат.	Низшая К.П. Вращат.
Общее количество ограничен-ных движений. (класс К.П.)	1(1кл.)	2(2кл.)	3(3кл.)	3(3кл.)	4(4кл.)	5(5кл.)	5(5кл.)
Общее количество возможных движений (подвижный К.П.)	5(Р5)	4(Р4)	3(Р3)	3(Р3)	2(Р2)	1(Р1	1(Р1
Количество движений	Вращательн.	Огр. S	-			-
Возм H						-
Поступат.	Огр. S
Возм H				-			-
Элемент К.П.	точка	линия	Поверхн. (плоскость)	Поверхн. (сфера)	Поверхн.	Поверхн.	Поверхн.
Условное обозначение	L BQYAAAAABAAEAPMAAABIBwAAAAA= ">
Рисунок К.П.