Кинематическая муфта - Kinematic coupling
Кинематическая связь описывает приспособления, предназначенные для точного закрепления рассматриваемой детали, обеспечивая точность и определенность местоположения. Канонический пример кинематической муфты состоит из трех радиальных V-образных канавок в одной части, которые сопрягаются с тремя полусферами в другой части. Каждое полушарие имеет две точки контакта, всего шесть точек контакта, которых достаточно, чтобы ограничить все шесть степеней свободы детали . Альтернативный дизайн состоит из трех полусфер на одной части, которые входят соответственно в четырехгранную вмятину, V-образную канавку и плоскость.
Задний план
Кинематические соединения возникли из-за необходимости точного соединения между структурными интерфейсами, которые должны были обычно разбираться и собираться вместе.
Кельвина муфта
Муфта Кельвина названа в честь Уильяма Томпсона (лорда Кельвина), который опубликовал проект в 1868–1871 годах. Он состоит из трех сферических поверхностей, опирающихся на вогнутый тетраэдр , V-образной канавки, направленной в сторону тетраэдра, и плоской пластины. Тетраэдр обеспечивает три точки контакта, в то время как V-образная канавка обеспечивает две, а плоскость обеспечивает одну, всего требуемые шесть точек контакта. Преимущества этой конструкции заключаются в том, что центр вращения расположен в тетраэдре, однако при высоких нагрузках возникают проблемы с контактным напряжением.
Муфта Максвелла
Принципы этой соединительной системы были первоначально опубликованы Джеймсом Клерком Максвеллом в 1871 году. Кинематическая система Максвелла состоит из трех V-образных канавок, ориентированных по центру детали, а сопрягаемая часть имеет три изогнутые поверхности, которые входят в три паза. Каждая из трех V-образных канавок обеспечивает две точки контакта, всего шесть. Эта конструкция выигрывает от симметрии и, следовательно, более простых технологий изготовления. Кроме того, муфта Максвелла термически стабильна благодаря этой симметрии, поскольку изогнутые поверхности могут расширяться или сжиматься в унисон в v-образных канавках.
Теория
Воспроизводимость и точность кинематической муфты проистекают из идеи точного расчета ограничений . Принцип точного проектирования с ограничениями состоит в том, что количество точек ограничения должно быть равно количеству ограничиваемых степеней свободы. В механической системе существует шесть потенциальных степеней свободы. Есть три линейных степени свободы, оси «x», «y» и «z», и три степени свободы вращения вокруг каждой оси, обычно называемые тангажем, креном и рысканием. Если система не имеет ограничений, две части могут свободно перемещаться по одной из степеней свободы. Если система чрезмерно ограничена, это может привести к ее разрушению при деформации, при проектировании чрезмерно ограниченной системы необходимо проявлять особую осторожность. Кинематические муфты контактируют только с количеством точек, равным количеству степеней свободы, которые должны быть ограничены, и, следовательно, предсказуемы.