Что такое шарниры: Шарниры. Виды и применение. Принцип работы и особенности

Шарниры. Виды и применение. Принцип работы и особенности

Шарниры – подвижные соединения двух или более деталей, обеспечивающие выполнение ими вращательного движения относительно друг к другу. Являются узлом различных механизмов и простых конструкций, к примеру, дверных петель, карданной передачи автомобиля и т.д. Соединение, состоящее из последовательно скрепленных нескольких шарниров, называется кинематической цепью.

Шарниры являются неотъемлемой конструктивной частью механизмов, предусматривающих возможность вращения одной детали относительно оси или точки второй. Это движение возможно в одном или нескольких направлениях, что зависит от типа крепления. Механика такого соединения используется не только при производстве сложных механизмов. Она заложена в устройстве скелета любого высшего существа. Суставы локтя, кисти, колена работают по принципу шарнира. Скорей всего, именно анатомия послужила источником идей для разработки более сложных механизмов шарниров. Последние используются сейчас в разных направлениях, таких как автомобилестроение, производство промышленного оборудования, дверных петель и т. д.

Наличие шарнира в конструкции позволяет элементам соединенной пары перемещаться без изгибов, деформации или других конструктивных изменений. При этом сложность такого механизма напрямую влияет на ряд важных параметров:

• Уровень его сопротивления вращению.
• Шумность работы.
• Сила нагрева от трения.
• Принципа подачи смазки.

Уход за шарнирами

Шарнирный узел поддается сильному механическому трению. Для снижения износа соединенной пары требуется обеспечение ее смазки. В зависимости от сложности системы она подается вручную или автоматически. В упрощенных шарнирах, типа дверных петель, используется жидкое масло, которое достаточно нанести раз в несколько лет. Оно заполняет зазор между трущимися деталями и не стекает за счет гигроскопичности. У более сложных шарниров для снижения трения предусматриваются подшипники, покрываемые густыми смазками. Смазка наносится на их обойму с шариками или роликами. Устройства с этим типом обслуживания более тихие, долговечные, и меньше подвержены трению. Высокооборотистые машины предусматривают принудительную автоматическую подачу масла для смазки. Их трущиеся детали могут находиться в масляной ванне или подача масла выполняется путем принудительного нагнетания с обмыванием контактной пары.

Для обеспечения тихой стабильной работы шарнирного механизма требуется выполнение его периодического обслуживания согласно техническим рекомендациям. Это сопровождается помимо добавления или замены смазочных материалов, также установкой новых защитных кожухов и пыльников, если они предусмотрены конструктивно. Данные составляющие препятствуют попаданию между трущейся парой пыли, грязи или прочих абразивных частиц. Они предотвращают насыщению смазки стирающим абразивом, ускоряющим износ. Защитные элементы изготавливаются из резины, поэтому подвержены эффекту старения, особенно при контакте с солнечным светом и смазочными материалами. Как следствие они склонны к растрескиванию. В связи с этим периодически выполняется их замена.

Какие шарниры бывают

Современные механизмы состоят из разных типов шарниров.

Наиболее распространенными среди них являются следующие конструкции:

• Цилиндрическая.
• Шаровая.
• Шарнирная головка.
• Карданная.
• ШРУС.

Цилиндрическая

Это очень простой тип шарнира. В нем предусматривается вращение двух элементов вокруг общей оси. Примером такой конструкции выступают дверные петли. Данный механизм представляет собой 2 полых цилиндра, в которых внутри находится общий штырь, выступающий осью вращения.

Они оборачиваются вокруг него. Это очень простая конструкция, для изготовления которой достаточно применения только токарного станка. Прочие шарниры требуют сложного литья и большего количества металла, вследствие чего более дорогие.

Шаровая

Это также достаточно простая конструкция. Она представляет собой палец, заканчивающийся шаром. Тот помещается внутрь полости корпуса, имеющей сферическую форму. Палец с шаром в корпусе сохраняет возможность двигаться вокруг своей оси, а также менять угол уклона. То есть, механизм рассчитан на движение вокруг одной точки, а не оси, как в случае с цилиндрической конструкцией. Это очень распространенная шарнирная схема, применяемая в различных механизмах автомобиля, к примеру, элементах рулевого управления. Особенность шаровой опоры в том, что на нее можно прикладывать большое давление. Шар при этом за счет своей массивности отличается достаточно большой стойкостью к износу, интенсивность которого зависит от способа подачи смазки и ее характеристик.

Аналогичным образом работает фаркоп для подсоединения автоприцепа. В этом случае он сам выполняет функцию шаровой опоры, а ответная часть прицепа работает как корпус. Это крепление позволяет выполнять повороты при движении. При этом шаровый фаркоп компенсирует и отклонения по вертикальному углу.

Опора винт для мебели также работает по принципу шарового шарнира. За счет этого она может подстраиваться под любую плоскость пола, действуя в качестве автоматически регулируемой ножки. Использование устройства этого типа гарантирует максимальную устойчивость мебели, и правильное распределение от нее давления на пол. Подобную конструкцию можно увидеть и на прижиме многих винтовых струбцин, специализированных домкратов.

Шарнирная головка

Это достаточно распространенные шарниры, используемые в различных узлах автомобилей, а также сельскохозяйственной технике, в частности для выполнения крепления подвесного оборудования. Она представляет собой полый корпус со сквозным отверстием, внутрь которого вставляется просверленный шар. Крепление шарнира с другими механизмами выполняется за счет установки пальца в шар. Тот позволяет компенсировать изменение угла за счет вращения последнего в любом направлении.

Этот узел подвергается трению с прикладыванием большого давления, так как устанавливается на силовые тяги. В связи с этим он имеет более сложную систему смазки, чем прочие шарниры. Устройство оснащается пресс-масленкой, позволяющей заливать масло прямо между корпусом и шаром. За счет этого уровень трения и шум при поворотах головки снижаются.

Карданный

Это шарнир, состоящий из крестовины, стороны которой соединены с парой вилок. Каждая из них имеет продолжение в виде валов – ведущего и ведомого. Такую конструкцию можно встретить в автомобилях на карданном валу, передающем крутящий момент от коробки передач на задний мост.

Карданный шарнир позволяет передать крутящий момент с соединенным валом под углом. Он применяется там, где прямое соединение валом невозможно. Это несложный механизм, но все же имеющий свои недостатки. Чем больше угол создаваемый между валами, тем неравномернее вращение ведомого вала. Это вызвано применением крестовины. Даже если ведущий будет оборачиваться плавно с одной скоростью, то ведомый будет его опережать, а затем отставать в разные промежутки времени. Такая неравномерность вызывает ускоренный износ последующих механизмов, так как те по сути начинают работать рывками.

Технический недостаток обычного карданного шарнира устраняется использованием двух крестовин. В таком случае вторая компенсирует ускорение первой, затем первая перекроет отклонение скорости второй. Таким образом, непосредственно на последующие механизмы передаются плавные обороты.

ШРУС

Это также очень распространенный вид шарниров, применяемый в тех случаях, когда необходима передача крутящего момента на подвижный механизм, к примеру, ведущие передние колеса автомобиля. ШРУС – это аббревиатура, расшифровываемая как «шарниры равных угловых скоростей». Устройства этого типа имеют несколько популярных конструкций, среди которых самыми распространенными являются шариковый и трипод.

Шариковый шарнир представляет собой корпус в виде кольца, внутри которого размещается обойма. Между ними закладываются стальные шарики, аналогичные что и в подшипниках, удерживаемые сепаратором. Корпус ШРУС соединяется с одним валом, второй стыкуется со вторым посредством штифтов. При изменении угла относительно друг друга, внутри узла происходит перекатывание шариков, и перенастройка крепления.

Трипод состоит из трех роликов, размещенных в массивной стальной чаше корпусе. К последнему присоединен один вал, а к самому шарниру с опорными роликами по бокам второй. За счет этого при вращении ведущего вала оборачивается и ведомый. При этом в случае изменения угла между ними произойдет смещение благодаря роликам, выступающими тремя точками опоры. Это позволит передавать крутящий момент при любом положении скрепляемых механизмов относительно друг к другу.

Положительной стороной ШРУС обоих типов выступает их свойство компенсации больших углов отклонения. Однако их недостаток в дороговизне производства и сложности подгонки составляющих частей. Наиболее эффективными в плане компенсации углов и дорогими являются шариковые шарниры. Триподы более простые и доступные. Они используются на легковых автомобилях, не рассчитанных на перевозку тяжестей. Под сильной нагрузкой их ролики изнашиваются быстрее. Существуют и прочие типы ШРУСов, но они не нашли столь широкого промышленного применения.

Похожие темы:

• Редуктор. Виды и устройство. Применение и работа. Особенности
• Доводчик. Типы и работа. Применение и обслуживание. Особенности
• Шестерни. Виды и применение. Особенности и материал изготовления
• Блоки и ролики. Виды и применение. Особенности и отличия
• Полиспаст. Виды и устройство. Применение и особенности

Шарнир. Разновидности и принцип шарнирного соединения

Шарнир – это кинематическая пара вращательного типа, одно звено которой может поворачиваться относительно другого.

Рис. 1 Шарнир цилиндрического типа

Наиболее распространенным примером шарнирного соединения являются дверные петли.

Главным свойством шарнира, используемым в механике, является то, что соединенные им части конструкции имеют возможность углового перемещения. При этом необходимо помнить, что в отличие от силы, момент от одной части конструкции к другой, через шарнир не передается.

Изображение шарнирных соединений

Рис. 2 Шарнирное соединение трех стержней

На чертежах и расчетных схемах шарниры изображаются в виде окружности малого диаметра соединяющей две или более части конструкции (рис. 2) либо примыкающей к одной из них (рис. 3).

Рис. 3 Шарнирное соединение двух стержней

Особое внимание следует уделять изображению шарнира в расчетных схемах задач на изгиб. Шарнир, наложенный на линию балки (рис. 4) подразумевает, что здесь две или более отдельных частей балки соединены шарниром, при этом как отмечалось выше, изгибающий момент через данное соединение не передается.

Рис. 4 Две балки соединены шарнирной опорой

Шарнир, примыкающий к линии балки (рис. 5), говорит о том, что в данном случае балка является сплошной и просто соединена шарниром с другими элементами.

Рис. 5 Фрагмент балки с шарнирной опорой

Другие видео

Классификация шарниров

По способу возможного взаимного перемещения частей шарнира различают:

1. Цилиндрический – поворот осуществляется относительно общей оси звеньев шарнира.
2. Шаровой – поворот возможен относительно общей точки.
3. Карданное соединение – комбинация последовательно соединенных цилиндрических шарниров, оси которых пересекаются.

Пример расчета реакций в шарнирах >

Сохранить или поделиться с друзьями

Вы находитесь тут:

Уважаемые студенты!

На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:

✔ Решение задач и контрольных

✔ Выполнение учебных работ

✔ Помощь на экзаменах

Подробнее

Стоимость мы сообщим в течение 5 минут
на указанный вами адрес электронной почты.

Если стоимость устроит вы сможете оформить заказ.

НАБОР СТУДЕНТА ДЛЯ УЧЁБЫ

На нашем сайте можно бесплатно скачать:

— Рамки A4 для учебных работ
— Миллиметровки разного цвета
— Шрифты чертежные ГОСТ
— Листы в клетку и в линейку

Сохранить или поделиться с друзьями

Помощь с решением

ВЫБЕРИТЕ РАЗДЕЛ МЕХАНИКИ

• Техническая механика (техмех)
• Теоретическая механика (теормех)
• Сопротивление материалов (сопромат)
• Строительная механика (строймех)
• Теория механизмов и машин (ТММ)
• Детали машин и ОК (ДМ)

Поиск формул и решений задач

Что такое петли? — Fastener Engineering

Петли используются для соединения двух деталей вместе, образуя между ними вращательное соединение.

Петли используются для соединения двух частей вместе, позволяя им вращаться относительно друг друга. Обычно они имеют две плоские стороны, известные как листья. К каждой из соединяемых частей крепится по одному листу.

В листьях обычно есть отверстия, чтобы можно было использовать винты или болты и сформировать сустав. Это делается для того, чтобы штифт мог пройти, образуя соединение между двумя вращающимися частями.

Большинство петель обеспечивают идеальное вращательное соединение. Это означает, что между объектами, соединенными шарниром, допускается только относительное вращение вокруг одной оси. Все перемещения, а также повороты вокруг любой другой оси предотвращаются. Следовательно, вращательное соединение имеет одну степень свободы (1-DOF).

Некоторые шарниры обеспечивают более сложное движение. Например, это может быть сделано для того, чтобы позволить дверям и окнам двигаться прямо из ниши, прежде чем распахнуться. Шарниры, которые обеспечивают эти более сложные движения, требуют более одного штифта, часто устроенного в виде четырехзвенной связи.

Дверные и оконные петли
Петли почти всегда используются для крепления дверей и окон в зданиях, транспортных средствах, шкафах и ограждениях. Для этих целей доступны несколько стандартных типов петель:

• Петля встык или врезная : Предназначена для утопления (врезания) в двери и дверные коробки, что позволяет дверям закрываться с минимальным зазором между дверью и коробкой. Это наиболее распространенный тип петель, используемых для подвешивания дверей. Обычно используются три или четыре петли.
• Самозакрывающаяся или пружинная петля :   Часто используется для противопожарных дверей, а иногда в сочетании с магнитными открывателями дверей, которые отпирают дверь при обнаружении пожара.  
• Непрерывные петли или петли для фортепиано : Длинные петли, которые можно обрезать по длине, предназначенные для крепления по всей длине двери или панели.
• Скрытые петли : Более сложные рычажные петли, которые позволяют двери двигаться прямо из ниши, прежде чем распахнуться. Они часто используются для дверей шкафов, например, в кухонных шкафах. Они могут включать в себя пружины и амортизаторы.

Петли специального назначения:

• Петли для ворот : Петли для ворот способны выдерживать значительные усилия, создаваемые воротами, которые консольно выдвигаются из стойки ворот. Они часто включают в себя регулировку, которая позволяет регулировать высоту и угол наклона ворот.
• Каркасы и фермы : Доступно множество систем для изготовления каркасов ферм из стандартных компонентов. Примеры включают строительные леса, в которых используются круглые трубы и системы алюминиевых профилей с Т-образными пазами. Эти системы часто включают в себя специально разработанные петли для создания штифтовых соединений между структурными элементами.
• Шарнирные выключатели : Дверные петли, интегрированные с предохранительными выключателями. Они используются на дверях и люках для защиты машин и других устройств безопасности, требующих блокировки.
• Петли для крепления цилиндров : Пневматические и гидравлические цилиндры часто необходимо крепить с помощью шарнирных соединений на каждом конце. Они могут быть рассчитаны на прием штифта, или к их торцам может быть прикреплен отдельный шарнирный компонент.

11 Различные типы петель и их применение

Петли, которые часто недооценивают в отделе фурнитуры, которые удерживают вашу дверь на месте, бывают разных размеров и стилей.

Выбор идеальных петель для вашего проекта зависит от того, где вы их установите, и от того, какой законченный вид вы хотите получить.

В этом наглядном руководстве представлены различные типы петель, их конструкция и назначение.

Петля встык

Наиболее распространенный тип дверных петель — это петля встык. Он назван так потому, что две створки врезаны в дверь и раму, что позволяет им соприкасаться друг с другом. Существует три разных типа стыковых петель: обычный , шариковый подшипник и подпружиненный .

Строители обычно используют плоские петли для облегченных межкомнатных дверей. Штифт, который может быть съемным или несъемным, соединяет две створки (или пластины) в суставах шарнира.

Петля на шарикоподшипниках

Петля на шарикоподшипниках имеет смазанные подшипники между суставами шарнира для уменьшения трения, вызванного тяжелыми дверями. Эти прочные петли идеально подходят для тяжелых входных дверей или дверей, которые выдерживают частое использование.

На фото: 4-дюймовая дверная петля из цельной латуни на шарикоподшипниках; $37,99 House of Antique Hardware

Подпружиненная петля

Чтобы дверь закрывалась за вами, используйте подпружиненную петлю. Часто используемые на сетчатых дверях, вы можете откалибровать эти петли, чтобы они открывались или закрывались с разной степенью натяжения.

На фото: 3,5-дюймовая подпружиненная стыковая петля с радиусом 1/4 дюйма; 13,99 долл. США House of Antique Hardware

Подъемная петля

Поднимающаяся петля поднимает дверь на ½ дюйма, чтобы не задевать ковры с толстым ворсом или порог. В закрытом состоянии выглядит как обычная петля.

Цилиндрическая петля

Для специальных работ по дереву, таких как ящик или небольшой шкаф, используйте цилиндрическую петлю. Эта небольшая петля идеально подходит для проектов, в которых вы хотите, чтобы петля была скрыта от глаз. Для установки просто просверлите отверстия нужного размера для размещения стволов и вставьте шарнир. Обычно изготавливаемые из латуни, цилиндрические петли не предназначены для несущих нагрузок.

На фото: 3 1/2-дюймовая чугунная цилиндрическая петля; $10,49 Дом антикварной фурнитуры

Скрытая петля

Скрытые петли, спроектированные таким образом, чтобы их не было видно, не умаляют красоты изысканной мебели или шкафов. Они могут быть самозакрывающимися и регулируемыми с помощью пары винтов. Вы также можете найти более крупные скрытые петли для дверей. Поскольку они не открыты и, следовательно, защищены от несанкционированного доступа, они обеспечивают безопасность, которой нет у обычных петель.

На фото: SOSS 5/8 дюйма x 2-3/4 дюйма, невидимая петля из матового хрома; $ Home Depot

Нож (шарнирный) Петля

Петли для ножей можно найти в шкафах. Также называемые шарнирными петлями, они напоминают лезвия ножниц, закрепленные в точке поворота. Вы врезаете один лист петли в торец дверцы шкафа, а другой — в шкаф. После установки все, что открывается, — это стержень.

Другой тип поворотной петли позволяет дверям открываться и закрываться в обе стороны, подобно кухонным дверям, которые вы видите в ресторанах. Эти подпружиненные петли больше и тяжелее, чем петли для шкафов.

Накладная петля

Некоторые петли увеличивают толщину шкафа. Чтобы уменьшить эту толщину, рассмотрите накладной шарнир. Петли этого типа складываются, позволяя дверце прилегать к лицевой стороне шкафа.

На фото: Бескаркасный набор шарниров с полным наложением 95°; $9,98 Home Depot

Смещенная петля

Вы когда-нибудь пытались передвинуть кушетку через дверной проем только для того, чтобы обнаружить, что дверной проем на ½ дюйма меньше? Вот тут и помогает смещенный шарнир. Эта специальная петля позволяет откидывать дверь от дверной рамы, расширяя проем до двух дюймов. Петли со смещением особенно полезны для областей, которые вы хотите сделать совместимыми с ADA. 9№ 0003

На изображении: Смещенные петли шкафа Hoosier цвета Antique-By-Hand; 18,69 долл. США House of Antique Hardware

Петля для фортепиано

Эта длинная непрерывная петля метко названа в честь петли на крышке фортепиано. Длинный стержень проходит через суставы двух длинных лепестков этой петли, удерживая ее вместе. Это идеальный выбор петель для ящиков для игрушек, складных столов и скамеек для хранения.

На фото: Everbilt Непрерывная петля 1-1/2 дюйма x 30 дюймов из блестящего никеля; $ 7,28 Home Depot

Петля для ремня

Снаружи вы найдете петли для ремня на воротах. Внутри дизайнеры используют их уменьшенные версии на шкафах, чтобы создать ощущение деревенского стиля. Длинные петли (или ремни) обеспечивают дополнительную поддержку для тяжелых ворот или амбарных дверей.

На фото: Дверная петля из грубой кованой стали с сердечком; $18,89-$39,99 House of Antique Hardware

Петли изготавливаются из различных материалов, включая нержавеющую сталь, латунь, бронзу, олово и медь. Вы также можете выбрать различные варианты отделки, такие как хром, полировка или матовая отделка, чтобы дополнить ваш дизайн. А если ваша петля предназначена для использования вне помещений, выберите петлю с антикоррозийным покрытием.