Кінематична пара: поняття, класифікація. Шаровий шарнір, шарнірна петля

Кінематична пара: поняття, класифікація. Шаровий шарнір, шарнірна петля

Будь-який складний механізм у машинобудуванні складається із сукупності простих елементів. Щоб зрозуміти, як функціонує система в цілому, необхідно розібрати роботу кожного вузла. А це, перш за все, розуміння того, що таке кінематична пара.

Основні терміни

Якщо взяти два предмети (ланки), які стикаються між собою, і при цьому такий зв 'язок є рухомим, то перед нами кінематична пара (КП). Відмінною її особливістю є якась обмеженість у русі ланок.

Тверде тіло може мати обмежену можливість руху, і тоді виникає таке поняття, як умова зв 'язку. До п 'яти умов зв' язку налічують, розглядаючи взаємодію ланок у парі. Звідси ж поділ на класи. Їх вивели п 'ять для кінематичних пар, кожен з них володіє своїм ступенем рухливості. У класі налічують шість ступенів рухливості. Вся сучасна механіка базується на застосуванні останніх трьох класів кінематичних пар.

Кожне тіло (ланка) має свою геометрію. Тому і стикаються між собою елементи, що відповідають цій формі частинами. Виходить, що КП зможе виконати тільки такий рух, який не буде суперечити геометрії ланок. Крім того, щоб здійснити будь-який рух відносно один одного, одна ланка має бути стаціонарно закріплена, а на друге в парі надано вплив.

Кожна точка в ланці в момент здійснення руху проходить шлях (траєкторію). Ця траєкторія може мати вигляд кривої, розташованої на площині. Коли площини розташування кривих проходження шляху ланок в парі паралельні один одному - це плоска пара. Якщо ж криві руху точок ланок розташовані в тривимірному просторі, кінематична пара є просторовою.

Види

Існують наступні різновиди механізмів.

Пара обертального типу є одноподвижной системою. Ланки, що складають таку пару, здатні здійснювати тільки характерне обертання біля стрижня або осі. У цьому випадку зіткнення елементів здійснюється по поверхні циліндричної форми. Така геометрична система замкнута і відноситься до нижчих. Механізм-аналог в області вищих пар є кульковий підшипник.

Пара поступальної взаємодії така ж, як і попередня, в плані одноподвижности. У такій системі ланки можуть здійснювати тільки поступальний рух у прямолінійному напрямку. Механізм є нижчою парою, замкнутою за геометричними параметрами.

Пара типу взаємодіючих циліндрів. Ця система вже двохподвижна, геометрія її є замкнутою. Вона нижча - ланки можуть як обертатися, так і рухатися вздовж у прямому напрямку.

Пара сферичного типу є триподвижною системою. Свобода такої пари має ступінь, що дозволяє ланкам її обертатися в тривимірному просторі, описуючи осі координат. Також є нижчим геометрично замкнутим механізмом.

Пара сферичного типу з пальцем - двохподвижна. Рух (відносно незалежне обертання) ланок у цій парі обмежено пальцем і прорізом. Пара нижчого порядку геометрично замкнута.

Пара гвинтового типу має одноподвижну ступінь свободи. Механізм нижчого порядку являє собою геометрично замкнуту систему, в якій можливий рух тільки гвинтового характеру з дотриманням певного кроку. Пересування у кутовому та лінійному напрямках однозначно.

Пара плоского типу, площина-циліндр, площина-куля. У цих механізмах застосовують силове замикання. За класом перша відноситься до нижчих, решта - до вищих систем. На практиці такі кінематичні пари ланок не знайшли застосування.

Класифікація

КП мають наступну класифікацію.

  • За видом зв 'язку в місці зіткнення.

Пари нижчого порядку контактують ланками по поверхнях. Вони знайшли широке застосування в механіці, мають більш просте конструктивне виконання, ніж вищі пари. Конструктивно їхні ланки стикаються площинами і ковзають по них. Таким чином відбувається рівномірний розподіл навантаження всередині елемента, але тертя в точці з 'єднання ланок, відповідно, зростає. Позитивним моментом пар нижчого порядку є те, що можна від ланки до ланки передавати великі навантаження.

Вищі кінематичні пари мають контакт ланок за кривою або в точках. Основне їх призначення - знижувати ступінь тертя між елементами ланок при русі. Класичний приклад вищих пар - це підшипники або ролики. Внутрішнє конструктивне виконання цих елементів на рух ланок, що з 'єднуються в пару, не впливає. Щоб спростити механізм, застосовують методи заміни вищих кінематичних пар нижчими аналогами.

  • За видом відносного руху, який здійснюють ланки пари.
  1. Обертальне.
  2. Вступне.
  3. Циліндричне.
  4. Сферичне.
  5. Гвинтове.
  6. Плоске.

Якщо в механізмі присутні тільки пари, що використовують виключно перші чотири типи руху, то він називається важелевим.

  • За видом забезпечення зв 'язку між ланками.
  1. За рахунок силового впливу, наприклад тиску пружини, маси тіла, стисненого газу або рідини, інерційних сил.
  2. За рахунок геометричного конструктивного виконання елементів пари.
  • За ступенем рухливості ланок під час руху.
  • За кількістю умов зв 'язку.

Звернені і незворотні механізми

По можливості руху ланок у системі щодо вибору умовно нерухомої ланки розрізняють зворотні і незворотні КП.

Якщо в механізмі будь-який елемент у вільному стані повторює відносний рух елемента в умовно нерухомому стані, то кінематична пара вважається обратимою (приклад - одноподвижные пари).

Якщо в механізмі кожен елемент у вільному стані робить свій відносний рух відмінний від інших, то така пара є незворотною.

Види передач у механіці

Під механічною передачею розуміють механічну систему, яка перетворює кінематику та енергію двигуна на вигляд, прийнятний для використання робочими органами машин, щоб функціонувати в заданому режимі.

Передачі бувають:

  • Зубчастого типу. Такий зв 'язок побудовано на циліндричних і конічних елементах. Перші передають рух в одній площині, другі - під кутом. Зубчасті передачі характеризуються компактністю і можливістю передачі великих потужностей. Вони високоефективні, але створюють під час роботи шум і вимагають мастила.
  • Гвинтового типу. Крім класичної гвинтової, в цю категорію входять гіпоїдні і черв 'якові передачі. Останній вид механічної передачі застосовують у тому випадку, коли необхідно отримати велике передавальне ставлення. Також вони відрізняються безшумністю і плавністю в роботі і здатністю до самоторможення. До недоліків можна віднести маленький ККД і високий знос.
  • На гнучких елементах. Тут рух і енергія передаються в одній площині за рахунок різних ременів і ланцюгів. Ремінні передачі відрізняються простотою і можливістю охоплення великих відстаней.
  • Фрикційного типу. У зв 'язках такого характеру застосовується сила тертя. Використовують їх у механізмах, експлуатація яких проходить у важких умовах.

Шаровий тип шарніру

Основне призначення шарового шарніру, щоб поперечна тяга рульової рейки могла з 'єднатися через важіль з поворотною стійкою колеса. У конструкцію шарніру входить наконечник; в нього вбудовані сухарі, пружина, притискний ковпачок, шаровий палець, масляна. Пружина тисне на сухарі шарового шарніру, які поверхнями сферичної форми утримують палець. Така конструкція забезпечує працездатність механізму навіть при його зносі.

Шарнірна петля

Петлі або навіси - механізми, побудовані на основі циліндричного шарніру. Вони служать для того, щоб могли відкриватися і закриватися двері, вікна, меблеві дверцята. Конструкція петлі включає два прямокутних полотна (карти), в яких просверлені отвори кріплення і стрижень. Виготовляють шарнірні петлі в основному зі сталі і різних сплавів.

Ув 'язнення

Цікаво те, що людські суглоби являють собою всі основні види кінематичних пар, описаних вище. Тому очевидна необхідність у розумінні процесів, що протікають у механіці.