Кинематическая пара
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2023 г. ) |
| Часть серии о |
| Классическая механика |
|---|
В классической механике кинематическая пара — это связь между двумя физическими объектами , накладывающая ограничения на их относительное движение ( кинематика ). Немецкий инженер Франц Рело представил кинематическую пару как новый подход к изучению машин. [1] это обеспечило прогресс по сравнению с представлением об элементах, состоящих из простых машин . [2]
Описание
[ редактировать ]Кинематика — раздел классической механики описывающий движение точек , , тел (объектов) и систем тел (групп объектов) без учета причин движения. [3] Кинематику как область исследования часто называют «геометрией движения». [4] Более подробную информацию см. в разделе Кинематика .
Хартенберг и Денавит [5] представлено определение кинематической пары:
Что касается связей между твердыми телами, Рело различал два типа; он назвал их высшими и низшими парами (элементов). В более высоких парах два элемента контактируют в точке или вдоль линии, как в шарикоподшипнике или дисковом кулачке и толкателе; относительные движения совпадающих точек различны. Нижними парами являются те, у которых можно визуализировать контакт площади, например, в штифтовых соединениях, крейцкопфах , шаровых шарнирах и некоторых других; относительное движение совпадающих точек элементов, а значит, и их связей, одинаково, и перестановка элементов из одного звена в другое не меняет относительного движения частей, как это было бы в случае с высшими парами.
В кинематике два связанных физических объекта, образующих кинематическую пару, называются «твердыми телами». При изучении механизмов , манипуляторов или роботов эти два объекта обычно называют «звеньями».
Нижняя пара
[ редактировать ]Нижняя пара – это идеальный сустав, ограничивающий контакт поверхности движущегося тела с соответствующей поверхностью неподвижного тела. Нижняя пара – это пара, в которой происходит поверхностный или поверхностный контакт между двумя элементами, например гайкой и винтом, универсальным шарниром , используемым для соединения двух карданных валов.
Случаи нижних суставов:
- Вращающееся , или шарнирное соединение, требует , R соединение чтобы линия в движущемся теле оставалась коллинеарной с линией в неподвижном теле, а плоскость, перпендикулярная этой линии в движущемся теле, поддерживала контакт с аналогичной перпендикулярной плоскостью в неподвижном теле. тело. Это накладывает пять ограничений на относительное перемещение звеньев, которые, следовательно, имеют одну степень свободы .
- Призматический образный P- шарнир , или ползун, требует, чтобы линия в движущемся теле оставалась коллинеарной с линией в неподвижном теле, а плоскость, параллельная этой линии в движущемся теле, поддерживала контакт с аналогичной параллельной плоскостью в неподвижном теле. . Это накладывает пять ограничений на относительное перемещение звеньев, которые, следовательно, имеют одну степень свободы.
- Винтовое соединение или винтовое соединение H требует нарезания резьбы в двух звеньях, чтобы между ними происходило как вращательное, так и скользящее движение. Этот сустав имеет одну степень свободы.
- Цилиндрический требует , С- образный шарнир чтобы линия в движущемся теле оставалась коллинеарной с линией в неподвижном теле. Это комбинация вращающегося и скользящего соединения. Этот сустав имеет две степени свободы.
- Универсальный образный U- шарнир состоит из двух пересекающихся взаимно ортогональных поворотных шарниров, соединяющих жесткие звенья, оси которых наклонены друг к другу.
- Сферический требует , S- образный шарнир или шаровой шарнир чтобы точка движущегося тела оставалась неподвижной в неподвижном теле. Этот сустав имеет три степени свободы, соответствующие вращению вокруг ортогональных осей.
- Плоское соединение требует, чтобы плоскость движущегося тела поддерживала контакт с плоскостью неподвижного тела. Этот сустав имеет три степени свободы. Движущаяся плоскость может скользить в двух измерениях вдоль неподвижной плоскости и вращаться вокруг оси, нормальной к неподвижной плоскости.
- Соединение параллелограмма Pa состоит из четырех звеньев, соединенных вместе четырьмя вращающимися соединениями в углах параллелограмма.
Старшие пары
[ редактировать ]Обычно высшая пара — это ограничение, которое требует, чтобы кривая или поверхность движущегося тела поддерживала контакт с кривой или поверхностью неподвижного тела. Например, контакт между кулачком и его толкателем представляет собой высшую пару, называемую кулачковым соединением . Точно так же контакт между эвольвентными кривыми, образующими зацепляющиеся зубья двух шестерен, представляет собой кулачковые соединения, как и колесо, катящееся по поверхности. Имеет точечный или линейный контакт.
Пара упаковки/Высшая пара
[ редактировать ]Пара «обертка/высшая ступень» — это ограничение, состоящее из ремней , цепей и других подобных устройств. с ременным приводом шкив Примером этой пары является .Этот тип очень похож на высшую пару (которая имеет точечный или линейный контакт), но имеет многоточечный контакт.
Совместные обозначения
[ редактировать ]Контекст
[ редактировать ]Механизмы, манипуляторы или роботы обычно состоят из звеньев, соединенных между собой шарнирами. Серийные манипуляторы , такие как робот SCARA , соединяют движущуюся платформу с основанием через единую цепочку звеньев и соединений. В робототехнике движущуюся платформу называют «конечным эффектором». Множественные последовательные цепи соединяют движущуюся платформу с основанием параллельных манипуляторов , наподобие механизма Гофа-Стюарта . Отдельные последовательные цепочки параллельных манипуляторов называются «конечностями» или «ногами». Топология относится к расположению звеньев и соединений, образующих манипулятор или робот. Совместная нотация — это удобный способ определения совместной топологии механизмов, манипуляторов или роботов.
Сокращения
[ редактировать ]Сочленения сокращенно обозначаются следующим образом: призматическое П, вращающееся R , универсальное U , цилиндрическое С , сферическое S , параллелограммное Па . Приведенные в действие или активные соединения обозначаются подчеркиванием, т.е. P , R , U , C , S , Pa .
Обозначения
[ редактировать ]Обозначение соединений определяет тип и порядок соединений, образующих механизм. [6] Он определяет последовательность соединений, начиная с сокращения первого сустава у основания и заканчивая последним сокращением на движущейся платформе. Например, обозначение соединения для серийного робота SCARA — RRP , что указывает на то, что он состоит из двух активных вращающихся соединений RR , за которыми следует активное призматическое P. соединение Повторяющиеся соединения можно суммировать по их количеству; так что совместная запись для робота SCARA тоже может быть записана 2 RP например. Обозначение соединения для параллельного механизма Гофа-Стюарта — 6- UPS , или 6(UPS ) , что указывает на то, что он состоит из шести идентичных последовательных плеч, каждое из которых состоит из универсального U-образного активного призматического P- образного и сферического S- сочленения. В скобках () заключены суставы отдельных серийных конечностей.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Рело, Ф., 1876 г. Кинематика машин (пер. и с аннотациями ABW Кеннеди), перепечатано Дувром, Нью-Йорк (1963).
- ^ AP Usher, 1929, История механических изобретений, издательство Гарвардского университета (перепечатано Dover Publications, 1968).
- ^ Томас Уоллес Райт (1896). Элементы механики, включая кинематику, кинетику и статику . Э и ФН Спон. Глава 1.
- ^ Рассел К. Хиббелер (2009). «Кинематика и кинетика частицы» . Инженерная механика: Динамика (12-е изд.). Прентис Холл. п. 298. ИСБН 978-0-13-607791-6 .
- ^ Р.С. Хартенберг и Дж. Денавит (1964) Кинематический синтез связей , стр. 17-18, Нью-Йорк: McGraw-Hill.
- ^ Крейг, Джон (2005). Введение в робототехнику . Пирсон/Прентис Холл. п. 71. ИСБН 0-13-123629-6 .
- Хартенберг, Р.С. и Дж. Денавит (1964) Кинематический синтез связей , стр. 17,18, Нью-Йорк: McGraw-Hill, онлайн-ссылка из Корнельского университета .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
