Więzy wspólne

Zbiór ogniw połączonych ruchowo tworzy łańcuch kinematyczny. Różne ogniwa łańcucha mogą mieć przy tym różne, spośród sześciu, możliwości ruchu względnego w przestrzeni (trzech ruchów postępowych i trzech ruchów obrotowych).

Zależnie od liczby i rodzaju węzłów kinematycznych oraz sposobu ich usytuowania wszystkie te rodzaje ruchu względnego mogą być dla ogniw łańcucha możliwe (każdy przynajmniej dla jednego z nich), lub też niektóre z wymienionych ruchów mogą nie być możliwe do zrealizowania przez którekolwiek z ogniw. Ten drugi przypadek, częstszy w praktyce, ma miejsce wtedy, gdy skojarzenie szeregu par nakłada na ruch względny wszystkich ogniw pewne wspólne warunki więzów.

Na przykład skojarzenie szeregu par obrotowych, tak by osie wszystkich węzłów , były do siebie równoległe, nakłada na ruch względny ogniw trzy wspólne warunki więzów.

Żadne z ogniw nie może mieć ruchu postępowego w kierunku tych osi (jeden warunek) oraz ruchu obrotowego dookoła żadnej z osi prostopadłej do wymienionych (dwa warunki).

Ogniwa łańcucha mogą więc wykonywać tylko ruch płaski w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku osi węzłów obrotowych, a więc mogą wykonywać tylko dwa ruchy postępowe i jeden ruch obrotowy w płaszczyźnie. Jest to łańcuch płaski.

W przypadku gdy na ruch ogniw nałożony został tylko jeden wspólny warunek więzów. Żadne z ogniw nie ma możliwości obrotu dookoła osi prostopadłej do obu kierunków osi węzłów obrotowych. Każdy z pozostałych ruchów względnych może wykonywać przynajmniej jedno z ogniw łańcucha. W przypadku łańcucha otwartego skojarzenie nie zmniejsza względnych możliwości ruchu ogniw żadnej z kojarzonych par, niezależnie od tego czy wspólne warunki więzów zostają przy tym nałożone czy nie.

W przypadku łańcucha zamkniętego przy skojarzeniu nakładającym na wszystkie ogniwa pewne wspólne warunki więzów może się zdarzyć, że niektóre z kojarzonych par tracą pewne możliwości ruchu względnego. Dotyczy to mianowicie tych możliwości ruchu, które nie są dopuszczone wspólnymi więzami nałożonymi na wszystkie ogniwa łańcucha. W takim przypadku liczba możliwości ruchu względnego ogniw pary dopuszczana łączącym je węzłem, a więc i klasa tego węzła, ulega obniżeniu o liczbę tych możliwości ruchu, które nie są dopuszczone więzami wspólnymi.

 

Więzy bierne

W pewnych przypadkach niektóre skojarzenia par kinematycznych w łańcuchu nie wprowadzają żadnych nowych ograniczeń możliwości ruchu względnego ogniw łańcucha.

Tak jest wtedy, gdy przedstawione przez nie ograniczenia ruchu czyli więzy są ścisłym powtórzeniem więzów już i tak istniejących. Takie więzy nazywamy więzami biernymi.

Z punktu widzenia przeniesienia ruchu, skojarzenia ogniw wprowadzające więzy bierne są w mechanizmach całkowicie zbędne i mogą być zeń usunięte bez zmiany ruchu mechanizmu jako całości.

 

Zbędne stopnie swobody
Innym rodzajem skojarzeń nie mającym wpływu na ruch łańcucha kinematycznego jako całości są połączenia, które wprowadzają zbędne stopnie swobody, czyli pewne lokalne dodatkowe możliwości ruchów (np. jednego z ogniw) nie mające wpływu na ruch ogniw pozostałych. Bez naruszenia ruchu całości te możliwości ruchu mogą być zlikwidowane i usunięte z rozważań. W mechanizmie krzywkowym ruch obrotowy rolki r nie ma wpływu na ruch nadawany popychaczowi przez krzywkę, stanowi więc z punktu widzenia ruchu całości zbędną możliwość ruchu. Możliwość ta może być zlikwidowana przez usunięcie rolki i zakończenie popychacza ostrzem. Zarys krzywki powinien być wtedy oczywiście rozszerzony o wielkość równą promieniowi rolki r.

Na schematach kinematycznych usuwać będziemy tak bierne więzy jak i zbędne możliwości ruchu. Te zbędne możliwości ruchu w praktyce konstrukcyjnej stosowane są dla innych względów jak np. zmniejszenie oporów ruchu i zużywania się stykających powierzchni (zastosowanie rolki), zmniejszenie tolerancji wykonania itp. Z tych też względów stosowanie ich w mechanizmach jest całkowicie wskazane, jakkolwiek z rozważań kinematycznych powinny być usunięte.