Известно, что любое твердое тело в декартовом пространстве обладает шестью степенями свободы, а именно, тремя вращательными и тремя поступательными движениями относительно трех осей декартовых координат.
Кинематическая цепь, собранная из твердых тел - звеньев, соединенных в кинематические пары без наложенных на нее общих связей (m = 0), есть цепь самоустанавливающаяся [1]. Она работает в пространстве ВПВПВП (рис. 1), где В - вращательное движение, а П - поступательное относительно соответствующих осей.
Механизмами второго семейства называются такие, на движение звеньев которых накладываются два общих условия связи (m = 2) и их подвижность определяется структурной формулой
(1)
где W2 - подвижность, определяющая число степеней свободы механизма; n - число подвижных звеньев; р3, р4, р5 - числа кинематических пар третьего, четвертого и пятого классов.
Два общих условия связи могут быть наложены различным образом, путем исключения движений ПП, ПВ, ВП и ВВ. В этих случаях кинематические цепи принуждаются к движению в пространствах соответственно ВПВВ, ВППВ, ВПВП, ВППП, показанных на рис. 2, 3, 4 и 5 (черными стрелками отмечены запрещенные движения).
Рис. 1. Пространство ВПВПВП (m = 0)
Рис. 2. Пространство ВПВВ
Рис. 3. Пространство ВППВ
Рис. 4. Пространство ВПВП
Следует отметить, что во всех четырех рассмотренных пространствах возможными остаются движения ВП хотя бы относительно одной из осей декартовой системы координат. Это движение может быть названо винтовым, хотя и В, и П могут быть независимыми друг от друга.
Рис. 5. Пространство ВППП
Обратимся к известным механизмам второго семейства с целью определения их принадлежности к одному из четырех пространств. На рис. 6 показан механизм для воспроизведения пространственных кривых (МВПК) [2] и схема его движений. В этом механизме запрещено вращательное движение вокруг оси z и поступательное движение вдоль оси x, механизм работает в пространстве ВППВ.
Рис. 6. Схема движений МВПК
Рис. 7. Схема движений пространственного механизма второго семейства
Рис. 8. Схема движений рычажного механизма второго семейства
Пространственный механизм второго семейства, показанный на рис. 7, функционирует в пространстве ВППП, так как в нем запрещено движение ВВ.
На рис. 8 изображен рычажный механизм второго семейства [1], работающий в пространстве ВПВВ.
В работе излагаются подходы к поиску всего многообразия механизмов второго семейства.
Список литературы
1. Артоболевский И.И. Теория механизмов. - М.: Наука, 1965. - 776 с.
2. Пат. № 2309051 С1 РФ, МПК B 43 L 11/00. Механизм для воспроизведения пространственных кривых / Дворников Л.Т., Фомин А.С. - № 2005141747; заяв. 30.12.2005; опубл. 27.10.2007, Бюл. № 30 - 4 с.; 1 ил.