Кинематические узлы

Кинематический узел (Joint) описывает возможные движения связей относительно друг друга и создается между двумя связями. Иногда кинематические узлы называют шарнирами. Пока не назначено кинематических узлов, связи могут перемещаться и вращаться относительно осей системы координат, то есть каждая связь обладает шестью степенями свободы, тремя линейными и тремя вращательными. Кинематический узел в зависимости от типа фиксирует определенное количество степеней свободы.

Диалоговое окно задания кинематического узла вызывается в меню Вставить > Узел (Соединение) (рис. 8) или с помощью панели инструментов.

Ниже рассмотрено большинство типов кинематических узлов.

Пара вращения соединяет две связи, оставляя одну степень свободы (вращение вокруг оси). Пара вращения запрещает поступательное перемещение в любом направлении между двумя связями. На узел вращения может быть назначен движитель перемещения.

Ползун или поступательная пара соединяет две связи, оставляя одну степень свободы (поступательное перемещение вдоль оси). Ползун не дает свободу вращения двух связей. Также может быть назначен движитель.

Цилиндрическая пара подключает две связи, разрешая две степени свободы - вращение и поступательное движение относительно оси. Оси вращения каждой связи должны быть коллинеарными и сонаправленными.

Винтовая пара обеспечивает совокупность вращательного и поступательного движений относительно оси. При этом зависимость вращательного движения от поступательного задается с помощью отношения винта. Оно эквивалентно шагу резьбы и измеряется в единицах детали. Отношение винта определяет, насколько будет перемещена первая связь вдоль оси относительно второй связи, сделав при этом полный оборот. При правосторонней ≪ резьбе≫ отношение винта положительное.

Универсальная пара (Рис. 9) определяет вращение ведомой пары вокруг двух перпендикулярных осей Z ₁ и Z ₂. При этом осью ориентации каждой связи является ось X.

Рис. 9 Универсальная пара

Сферическая пара разрешает три вращательные степени свободы.

Плоская пара соединяет две связи, оставляя три степени свободы: две степени поступательного движения и вращение. Доступными являются движения в плоскости (по осям X и Y) и вращение вокруг перпендикулярной плоскости оси Z.

Постоянная скорость представляет собой универсальную пару, в которой связи вращаются с одинаковыми скоростями.

Все перечисленные выше пары являются основными кинематическими узлами. Однако иногда требуется более точно описать поведение механизма. Для этого предназначены примитивные кинематические узлы.

Примитивные кинематические узлы предназначены для более точного управления поведением механизма в тех случаях, когда использование ≪ обычных≫ кинематических узлов потребовало бы введения дополнительных искусственных ограничений.

В точке - фиксирует три поступательные степени свободы, то есть разрешает только вращение вокруг точки.

По линии - фиксирует две поступательные степени свободы, разрешая движение вдоль вектора и вращение вокруг трех осей. Этот тип кинематического узла моделирует движение точки по кривой.

В плоскости - фиксирует одну поступательную степень свободы, разрешая перемещение в плоскости XY.

Ориентация - фиксирует три вращательные степени свободы.

Параллельный - фиксирует две вращательные степени свободы, при этом ось Z перемещаемой связи становится параллельно оси Z базовой связи.

Перпендикулярный - фиксирует одну вращательную степень свободы, запрещая вращение относительно оси.

Чтобы расчет кинематики мог быть произведен, требуется, чтобы суммарное количество степеней свободы системы было равным или меньшим нуля. Это количество называют числом Грубера.

Оно определяется как:

Число Грубера = (Количество связей * 6) - (Сумма фиксированных кинематическими узлами степеней свободы) - (количество движителей).

После задание всех связей и кинематических пар механизма производится анализ данной механической системы. Диалоговое окно задания параметров анализа механизма вызывается в меню Вставить > Решение (рис. 5).

В открывшемся окне задается основные параметры анализы, а именно анализируемый промежуток времени работы механизмов, количество вычислений состояния системы на данном промежутке, а также направление силы тяжести.

После задание параметров в дереве построении появляется