Шарнірне з'єднання своїми руками

Необхідність змонтувати деталі так, щоб вони могли рухатися під час роботи механізму, призвела до винаходу простих і складних шарнірних з'єднань. У цій статті ми поговоримо про це докладніше.

Що таке шарнірне з'єднання?

Пристрій, за допомогою якого дві деталі з'єднуються між собою, зберігаючи рухливість навколо загальної осі, називають шарнірним з'єднанням. Воно складається з цапфи і обойми. Пристрій отримало найширше розвиток і видозміну. Застосовується в різних галузях промисловості і народного господарства.


У циліндричному шарнірі цапфа зазвичай має вигляд стрижня. Вона впрессовивается в отвори іншої деталі, яка називається обоймою. Найпростішим прикладом шарнірного з'єднання дверні петлі. Подивившись на них уважно, легко зрозуміти принцип дії пристрою. Обидві деталі петель оснащені порожнистими циліндрами, є обоймами з'єднання. Штир (зазвичай щільно впрессованный в один з них) — це палець. Сполучені таким чином деталі переміщаються навколо загальної осі. Циліндричний шарнір зустрічається в простих і складних механізмах. Він присутній навіть у звичайному канцелярському степлере.

Складні шарнірні з'єднання

Більш складне шарнірне з'єднання складається з цапфи, впрессованной у внутрішню обойму підшипника ковзання або кочення, що обертається в ньому. Жоден електричний двигун не може бути зібраний без застосування цього сайту. Ротор висить в статорі допомогою циліндричного шарніра з використанням підшипників ковзання або кочення. Колеса залізничних вагонів закріплені до візкам допомогою шарніра, обоймою якого є букса, пальцем - вісь колеса, ковзного в ній за допомогою роликового підшипника кочення.

Кульовий шарнір

Існують інші види шарнірних з'єднань, здатні забезпечувати більшу кількість ступенів свободи обертових конструкцій. З'єднання деталей, при якому вони переміщуються навколо загального центра, називають кульовим шарніром. Цапфа в ньому виготовлена у вигляді сфери. На відміну від циліндричного, цапфа кульового шарніра володіє всіма ступенями свободи. Будучи обмеженою тільки в своєму місці положення, вона забезпечує деталей, зчленованим з її допомогою, можливість переміщення в різних напрямках. Кульовий шарнір називають сферичної кінематичною парою. Корпус, що вміщує в собі кулясту цапфу, зазвичай виготовлений з чавунного литва. Деталі, зібрані в такий вузол, здатні приймати положення під різними кутами один до одного. Для зменшення тертя поверхонь у шарнірі цапфа спеціальними вкладишами захищена від зіткнення з корпусом, заповненим мастилом. Пильник закриває шарнір від попадання бруду і попереджає витік мастила. Всі існуючі механізми спочатку помічені в явищах природи. Так само як і кульовий шарнір, дуже нагадує тазостегнові суглоби і хребтові хребці людського організму.

Еволюція циліндричного шарніра

Вузол з двох циліндричних шарнірів з перпендикулярно розміщеними цапфами застосований в карданній передачі. Названа вона іменем Джероламо Кардано, який описав її в XVI столітті.
Циліндрична кінематична пара винайдена англійською фізиком Робертом Гуком, застосовується для передачі обертального моменту. Безперебійну роботу вузла забезпечує обов'язкове виконання умови співвісності частин приводного валу. В іншому випадку при певних навантаженнях шарнірне з'єднання починає руйнуватися. При порушенні співвісності руху деталей доцільно застосовувати кардан з двома хрестовинами. Такий спосіб використовують у тому випадку, якщо обертальний момент передається по осях, що знаходяться під кутом. Додавання хрестовини збільшує кількість ступенів свободи, знімає навантаження на цапфи і виделки, попереджає їх руйнування.

Використання

Використання шарніра Гука в автомобілебудуванні зробило можливим передачу обертального руху від редуктора до коліс навіть при наявності значних кутів зчленування елементів. Цей вузол згодом ліг в основу кулачково-дискового шарніра, що складається з диска вилок і кулачків, що застосовуються переважно у вантажівках.

ШРУС

Своєрідний мутант, отриманий шляхом схрещування кульового шарніра з карданом Гука, представляє абсолютно новий вид з'єднання елементів. Він являє собою деформований шарикопідшипник, де внутрішня обойма прийняла вид сфери з прорізами, а зовнішня — сфери з канавками на внутрішній поверхні. Обидва кільця шліцьовим з'єднанням кріпляться на приводний вал. Кульки, поміщені між ними, утримує сепаратор. Шарнір рівних кутових швидкостей при значних кутах повороту зазнає великі навантаження. «Вивернуті колеса» при номінальних швидкостях чреваті ушкодженнями сайту. Шруси підлягають обов'язкової герметизації пиляками. Їх місце експлуатації сприяє потраплянню всередину шарніра пилу і вологи, швидко виводять його з ладу. Абразиви і корозія руйнують канавки, кульки, вбивають сепаратор. На сучасних автомобілях застосовують досить надійне з'єднання шарнірне, загерметизоване в кожусі, що сприяє повному використанню його ресурсу. Шарнірне з'єднання вимагає періодичних оглядів гумового чохла. Збереження його цілісності захищає сайт від попадання забруднень. При виявленні порушення його герметичності бажана заміна всього шарніра.

Нетрадиційні шарніри

Оригінальне застосування знайшло циліндричне з'єднання у виробництві меблевої продукції. Двері, жалюзі, декоративні перегородки, зібрані з рейок, стали доступними з появою на ринку деревообробних фрез. Наявність невеликого верстата допоможе легко виготовити шарнірне з'єднання своїми руками. Прохід кромочной крівлі фрезою формує чорнової паз на одній з вузьких граней дерев'яної рейки. Потім його проходять пазової фасонною фрезою для отримання фігурної канавки. З іншого боку формується шип. Його отримують двома чистовими проходами. Допоможе виготовити циліндричне шарнірне з'єднання кромочная фреза фігурна. Після скруглити рейка приймає закінчений вигляд. По черзі закріплюючи на фрезерному верстаті відповідну фрезу і пропускаючи вздовж неї дерев'яну заготовку, виконують виготовлення шарнірних з'єднань. Зібравши рейки шип-паз, отримують гнучкий листовий матеріал, здатний залежно від ширини деталей і щільності з'єднань згортається в трубку до 15 см в діаметрі. Трубні шарніри по своєму пристрою мають багато спільного з ШРУСами: дві сферичні обойми, між якими в канавках розташовані кульки, утримувані сепаратором. Використання фторопластового кільця забезпечує радіальне ущільнення з'єднання. Внутрішня обойма приєднана до одного кінця трубопроводу, зовнішня - до іншого. Таким чином, обидва трубопроводи мають можливість вільно обертатися на всі боки відносно один одного. Взаємну фіксацію обойм забезпечують кульки, що знаходяться між ними. Сливна-наливні елементи трубопроводів працюють в умовах частого зміни напрямку подачі транспортованого речовини. Для прискорення передислокації на таких магістралях застосовують шарнірне з'єднання труб. Воно може бути використано в нафтодобувної, нафтохімічної, харчової або газової промисловості.

Підіб'ємо підсумок

У сучасному світі, куди не кинеш погляд, усюди шарніри: ляльки і навушники, колеса та баштові крани, дитячі керовані машинки і хитні коєчки - все виготовлено з використанням їх. Іноді вони видозмінені до невпізнання.