КлассификацияПо числу связей на относительное движение:
от одной до пяти связей. Это связано со степенями свободы, которых для материального тела всего шесть; исключая (связывая) по одной, мы получаем пять вариантов связей.
По контакту между звеньями:
высшие (контакт по точке или линии);
низшие (контакт по поверхности).
Кинематическая цепь – это система звеньев, которые связаны между собой кинематическими парами. К примеру, шатун с коленчатым валом образуют между собой одну кинематическую пару, поршень с шатуном образуют другую кинематическую пару, цилиндр и поршень образуют третью кинематическую пару. Совокупность всех этих кинематических пар и называется кинематической цепью. Кинематическая цепь является основой любого механизма. Но не любая кинематическая цепь является механизмом. Назначением механизма является осуществление заранее заданных закономерных движений. Из этого можно сделать вывод, что кинематическая цепь будет механизмом только в том случае, когда звенья механизма осуществляют целесообразные движения для решения инженерных задач.
Кинематическая цепь (англ. kinematic chain) — это связанная система объектов, образующих между собой кинематические пары.
Кинематические цепи имеют такую классификацию:
Простые и сложные. В простой кинематической цепи каждое из ее звеньев входит в состав одной или двух кинематических пар, а в сложной кинематической цепи имеются звенья, входящие в состав трех и более кинематических пар.
Открытые и замкнутые. В открытой (незамкнутой) кинематической цепи имеются звенья, входящие в состав одной кинематической пары, а в замкнутой цепи каждое звено входит в состав 2-х и более кинематических пар.
Плоские и пространственные. Если точки всех звеньев кинематической цепи двигаются в одной или параллельных плоскостях, то такая кинематическая цепь называется плоской, в противном случае кинематическая цепь — пространственная, так как точки её звеньев описывают плоские кривые в непараллельных плоскостях или пространственные кривые.
Понятие открытых и замкнутых кинематических цепей широко используется в биомеханике и робототехнике. Например, большинство упражнений, выполняемые со штангой, представляют собой многосуставные движения в замкнутой кинематической цепи. Захват грифа штанги двумя руками создаёт замкнутую кинематическую цепь, в которой осуществление изолированного односуставного движения становится невозможным. Незамкнутая (открытая) кинематическая цепь, в отличие от замкнутой, имеет не закреплённое свободное концевое звено (кисть, стопа), в связи с чем возможно осуществление движения в каждом отдельно взятом суставе. Замкнутая кинематическая цепь ограничивает количество степеней свободы в суставах, что в свою очередь позволяет значительно уменьшить число инерционных моментов. Незамкнутая цепь может стать замкнутой, и наоборот, например, две ноги могут замкнуть кинематическую цепь через опору в обычном положении стоя, но если одна нога оторвана от опоры – цепь будет незамкнута.
Кинематической парой называется подвижное соединение двух соприкасающихся тел, например поршень и цилиндр, вал и подшипник и др. Тела, составляющие кинематическую пару, называются звеньями. Звено механизма может состоять из нескольких деталей (отдельно изготовляемых частей механизма), не имеющих между собой относительного движения.
По характеру соприкосновения элементов кинематические пары делятся на два основных класса: низшие и высшие. У низших кинематических пар соприкосновение звеньев происходит по поверхностям, а у высших — по линиям или точкам.
Низшие кинематические пары:
1) поступательные (рис. а, б):
а — цилиндр 1 и поршень со штоком 2; б — ползун 1 и прямолинейные направляющие 2;
2) вращательные (рис. в, г, д):
в — плоский шарнир; г — вал и подшипник; д — шаровой шарнир;
Высшие кинематические пары:
1) колесо и рельс — соприкосновение по линии (рис. а);
2) фрикционные катки — соприкосновение по линии (рис. б);
3) кулачковая пара с острым толкателем — соприкосновение в точке (рис. в).
Низшие пары более износостойки, так как сила давления одного звена на другое у них распределяется по поверхности соприкосновения, тогда как у высших пар соприкосновение звеньев происходит в точках или по линиям.
Кинематической цепью называется связанная система звеньев, образующих между собой кинематические пары.
Система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемое движение других твердых тел, называется механизмом. Механизм обязательно имеет неподвижное 1, ведущее 2 и ведомое 3 звенья.
Неподвижное звено называют также стойкой. Ведущим называется звено, которое передает заданное движение. Ведомым называется звено, воспринимающее движение.
Наличие стойки и других наложенных связей в виде кинематических пар делает возможным получение в механизме определенных движений ведомых звеньев при заданном законе движения ведущего.