Что такое шарнирное движение

Содержание

Шарнирный механизм — это… Что такое Шарнирный механизм?

Механизм, звенья которого образуют только вращательные кинематические пары (Шарниры). По видам движения звеньев Ш. м. подразделяются на плоские, сферические и пространственные общего вида. В плоских Ш. м. оси шарниров параллельны, и поэтому все звенья совершают плоскопараллельное движение. Простейший плоский Ш. м. состоит из 4 звеньев и называется шарнирным четырёхзвенником (См. Шарнирный четырёхзвенник). В сферической Ш. м. оси шарниров пересекаются в одной точке. Наименьшее число звеньев сферического Ш. м. также равно 4. Сферический четырёхзвенник (рис. 1) применяется, например, в многопоршневых насосах и в устройствах стабилизации летательных аппаратов. Частный случай сферического четырёхзвенника, в котором оси двух вращательных пар взаимно перпендикулярны, — Карданный механизм. В пространственном Ш. м. оси вращательных пар скрещиваются под различными углами. В общем случае пространств. Ш. м. должен иметь не менее 7 звеньев (пространственный семизвенник). Однако при выполнении определённых соотношений между линейными и угловыми размерами звеньев минимальное число звеньев уменьшается до 4 (например, механизм Беннета). Пространств. Ш. м. применяются в с.-х. машинах, машинах-автоматах (например, в лёгкой и пищевой промышленности) и т.д. По способу задания требуемого движения рабочего звена Ш. м. подразделяются на перемещающие, направляющие, передаточные и механизмы для движения с остановками. Перемещающие Ш. м. предназначены для перемещения рабочего звена из одного положения в другое. Число заданных положений обычно равно 2, реже 3 или 4. Перемещающие Ш. м. применяются в металлургических машинах (кантователи, опрокидыватели, механизмы для закрытия лёток), в машинах-автоматах пищевой промышленности для перемещения рабочих органов и др. Направляющие Ш. м. предназначены для перемещения по заданной кривой одной точки звена, не образующего кинематических пар со стойкой. Наибольшее распространение имеют Ш. м., направляющие по дуге окружности (круговые направляющие механизмы), и прямолинейно-направляющие механизмы (См. Прямолинейно-направляющий механизм) (например, Чебышева параллелограмм). Применяются также Ш. м. для черчения и огибания парабол и гипербол (например, Ш. м. для шлифования зеркал астрономических приборов). Передаточные Ш. м. предназначены для преобразования вращательных движений по определённому закону. Иногда их называют механизмами для воспроизведения заданной функции. В счётно-решающих устройствах передаточные Ш. м. служат для выполнения математических операций: сложения, умножения, возведения в степень и т.п. Путём специального подбора длин звеньев в Ш. м. можно получить приближённое воспроизведение разнообразных функций. Например, при воспроизведении функции
у = f (x) углы поворота одного вращающегося звена пропорциональны аргументу х, а углы поворота другого — пропорциональны функции у. Ш. м. для движения с остановками применяются в машинах-автоматах для приведения в движение рабочего органа, который, выполнив определённую операцию, должен оставаться неподвижным в течение того времени, когда движутся др. рабочие органы. На рис. 2 показана схема шестизвенного Ш. м. для движения с остановками, преобразующего непрерывное движение звена AB в движение звена EF с длительными остановками в одном положении. В основе этого Ш. м. лежит круговой направляющий механизм ABCD, в котором длины звеньев подобраны так, что траектория точки М на участке, отмеченном на схеме жирной линией, почти совпадает с дугой окружности радиуса R. При движении точки М по этому участку звено EF остаётся неподвижным, если длина звена EM равна радиусу R и точка Е совпадает в это время с центром указанной окружности. При движении точки
М по др. участку траектории звено EF перемещается на некоторый угол и возвращается в положение остановки.

Широкое распространение Ш. м. в различных областях техники объясняется простотой их изготовления и большой надёжностью. К недостаткам Ш. м. относятся сравнительно большие их габариты и возможность появления значительных усилий, действующих на звенья в тех положениях, когда перемещение какого-либо центра шарнира составляет с действующей силой угол, близкий к 90°. Кроме того, не все требуемые законы преобразования движения могут быть получены с помощью Ш. м.

Н. И. Левитский.

Рис. 1. Сферический четырёхзвенник: 0 — неподвижное звено; 1—3 подвижные звенья.

Рис. 2. Шарнирный механизм для движения с остановками.

dic.academic.ru

виды и назначение :: SYL.ru

Если электричество, например, стали применять сравнительно недавно, то механика сопровождает человечество тысячелетиями. Древние познания в этой области не уступают знаниям современности, хотя, конечно, технологии наших дней во многом изменились. Но элементарные законы кинематики, лежащие в основе всех механических процессов, актуальны и теперь. А также актуальны узлы связи и передачи между механическими элементами. Одним из таких узлов является шарнир.

Что такое шарнир

В схемах и технических чертежах соединение шарнирное изображается в виде окружности небольшой в диаметре. Эта окружность может объединять два либо более элементов конструкции, иногда примыкать только к одной.

Если на изображение балки наложено изображение шарнира, значит, балка имеет составную конструкцию, собранную на шарнирах. Если шарнир только примыкает к ней на схеме, то такая балка является цельной, к ней подсоединен шарнир.

Виды шарнирных соединений

Что такое шарнир неподвижный? Система, где вокруг шарнирной оси может быть осуществлен поворот стержня, но сама точка закрепления шарнира остается фиксированной. Подвижные – это такие связи, где и ось вращается на шарнире, и точка крепления шарнира может двигаться по направляющей.

Все шарниры классифицируются по возможному способу смещения друг относительно друга соединяемых деталей. Они бывают:

Цилиндрического поворота. Такая конструкция шарнира предполагает осуществление углового движения относительно оси общей для обоих звеньев.
Шарового поворота. Угловое движение возможно вокруг общей точки.
Карданного типа. Сложное соединение шарнирное, которое состоит из шарниров цилиндрических, пересеченных осями под прямым углом (крестовина). Они последовательно объединены в комбинацию с вилками ведущего и ведомого вала.
Равных угловых скоростей (ШРУС). Конструкция сложная для передачи тяги и одновременного осуществления поворотных движений при поддержке одинакового вращательного момента между приводным и ведомым валом.

Жесткий шарнир

Примером такого упругого элемента служит муфта Гуибо. Она имеет вид элемента шестигранной формы, в который вулканизированы вкладыши из металла. Муфта предварительно сжата. Такая конструкция отличается хорошим сглаживанием колебаний при кручении, а также стуков конструкции. Допускает сочленение валов с углом до 8 градусов расхождения и перемещении оси до 12 мм в обе стороны. Основная задача такого механизма – компенсировать неточности при монтаже.

К недостаткам узла можно отнести повышенный шум в работе, сложности в изготовлении и ограниченный срок службы.

Где применимо шарнирное соединение

Простой цилиндрический шарнир распространен в бытовом и промышленном машиностроении: все виды дверных соединений, элементы сантехники (поворотные смесители), инструмент типа пассатижи, ножницы, любой, где смещаются плоские части и др.

Сферический (шаровой) шарнир используют в автомобилестроении в ходовом механизме, в пультах дистанционного управления, в машиностроении и робототехнике.

Кардан (шарнир Гука) в передаче вращательного движения от двигателя к заднему приводу автомобиля, от вала отбора мощности к навесному оборудованию в спецтехнике, везде, где передача идет между валами, расположенными под углом.

Подвижные шарнирные соединения типа ШРУС установлены в переднеприводных автомобилях.

Уход за узлом шарнирным

В сложных шарнирах (автомобильный ШРУС), где применяются подшипниковые узлы открытого типа, фактором разрушающим является грязь и пыль. Они действуют как абразив и приводят к быстрому износу металла. В таких системах применяют защитные кожухи (пыльники), которые защищают весь шарнир в целом. Уход за такими узлами состоит в своевременной замене пыльников, так как резина имеет свойство разрушаться, также потребуется смазка шарнирных соединений.

Смазки, применяемые для шарнирных соединений

На основе лития. Надежные густые смазки, обладающие высокими консервационными характеристиками. Снижают нагрузки на узловые соединения до десяти раз. Нейтрализуют пыль и совместимы практически со всеми полимерными материалами для пыльников. Недостаток – имеют невысокую антикоррозионную защиту и разрушают некоторые пластики.
На основе дисульфид молибдена. Смазки продолжительной службы до ста тысяч пробега. Отличные смазочные и антикоррозионные характеристики. Не разрушают пластики. Недостаток – при попадании влаги смазка утрачивает свои свойства.
На основе бария. Хорошие смазки, обладающие достоинствами литиевых и дисульфид молибденовых. Также они не боятся влаги. Недостаток – разрушение при низких температурах и высокая цена.

Заключение

Не стоит забывать, что среди великого разнообразия механических конструкций с разными шарнирными связями и способами кинематической передачи главным механизмом является все же человеческий аппарат. Который, кстати, содержит 187 природных шарниров, именуемых суставами. Поэтому своевременно заботясь о технике и продлевая ей жизнь, человек позволяет ей облегчать нагрузки на наше тело – ведь его, согласитесь, нечем заменить.

www.syl.ru

Что такое шарнир?

Механика окружала людей с давних пор. Именно благодаря ей удалось облегчить труд человека и привести ко многим открытиям в «доэлектрическую» эру. Хоть за это время изменились технологии и чаще стала использоваться компьютерная техника, без механики представить современную жизнь нельзя. В этой статье я расскажу о таком популярном механическом элементе как шарнир.

Содержание:

Что такое шарнир? Информация об этом элементе, его предназначении, а также обозначениях на схемах и чертежах.
Виды. Классификация шарниров по различным признакам.
Где применяется? Рассказывается в каких сферах это соединение используется.
Уход за узлом. Ответы на вопросы как ухаживать за шарнирным соединением, какие виды смазок используются.

Что такое шарнир?

Посмотрите на свою входную или межкомнатную дверь. Ее петли, которые помогают двери открываться и закрываться являются, самым простым видом шарнира. Вообще, этот конструктивный элемент любого механизма, представляет собой соединение двух (или больше) элементов, один из которого вращается вокруг другого. Он может вращаться в одном направлении или в нескольких.

Важно: шарниры позволяют частям конструкции, которые объединяются ими, совершать перемещение без необходимости изменения конструкции ее элементов в следствие изгибов и других деформаций. Изгибающий момент через них не передается.

На чертежах и иных схемах такие соединения обозначаются небольшой окружностью. Они могут объединять два или несколько частей конструкции. Схематичный знак шарнирного соединения наносится на конструктивные элементы для облегчения их обслуживания. Так, такой знак может быть нанесен на балку имеющую шарнирную конструкцию. Также к такой балке может примыкать шарнир, но она сама будет цельной.

Виды шарнирных соединений

Существует несколько видов шарниров. Классификация этого механического элемента может производиться по числу объединенных конструктивных элементов:

Простой. Объединяет один или два элемента.
Сложный. Объединяет три и боле элементов.

Также шарниры могут быть подвижными и неподвижными:

Неподвижный. Точка крепления неподвижна. Вокруг оси осуществляется поворот стержня.
Подвижный. Вращается как ось, так и точка крепления.

Но самая большая классификация этих механических элементов заключается в способах смещения конструктивных элементов. Такая классификация делит их на шарниры:

Цилиндрический. Движение двух элементов происходит относительно общей оси.
Шаровый. Движение происходит вокруг общей точки.
Кардан. В такой сложный механизм входят несколько элементов. На общей крестовине размещаются несколько шарниров. Которые, в свою очередь, соединены с другими элементами механизма.
ШРУС. Сложный механизм, которая способствует передаче тяги и осуществляет поворотные движения.

Жесткий. Часто использующимся в современных механизмах. Он обладает конструкцией полукарданного типа. Элементы шарнира находятся под разным углом. Передача крутящего момента происходит с помощью деформации звена. Для этого, его изготавливают из прочной резины. Материал, обладающий амортизирующими свойствами, дает возможность работы такой всей конструкции.

Где применимо шарнирное соединение?

Сфера применения таких конструкций зависит от их вида. На практике применение того или иного шарнира зависит от степени свободы (количества независимых параметров). Системы сложного типа имеют три таких параметра на поворот и три на перемещение. Чем больше у шарнира этот показатель, тем он имеет больше возможностей в использовании.

Простые цилиндрические шарниры имеют огромное распространение в быту. Такой тип соединения элементов конструкции присущ ножницам, плоскогубцам, крану смесителя и т.п. Названные выше двери также имеют в своей конструкции такой элемент.

Шаровой шарнир хорошо представлен в автомобилестроении и в других сферах, где необходимо передать мощность от вала к различному оборудованию.

Карданы имеют схожую с вышеназванной конструкцией сферу использования. Они применяются там, где необходимо передать усилия между элементами, находящимися под углом друг к другу.

ШРУСы обязательный элемент переднеприводных автомобилей.

Уход за узлом шарнирным

Так как шарниры подвержены сильному механическому воздействию и нагрузкам, они нуждаются в особом уходе. Главную нагрузку такого узла составляет трение. Уменьшить ее можно за счет подшипников. А для того, чтобы продлить их долговечность необходим смазочный материал. В сложных системах смазка подается автоматически. Это обеспечивает постоянное нахождение смазочного материала в подшипнике.

При открытых шарнирах (типа ШРУС и др.) влияющем на их долговечность фактором является попадание в механизм пыли и грязи. Мелкие частицы этих масс, действуют как абразив. Попадая во внутрь, они начинают изнашивать металл. Защитные кожухи, которыми накрыты шарниры не всегда могут защитить механизм от такого пагубного воздействия грязи. Продлить жизнь трущемся элементам механизма можно благодаря периодической замене пыльников и обеспечении наличия смазки.

Основные виды смазок для описываемых соединений:

Литиевые. Густые смазочные материалы, обладающие высокими эксплуатационными характеристиками. Способны снять нагрузку от трения в 8-10 раз. Уменьшают пагубное действие пыли и хорошо взаимодействуют со многими полимерами, использующихся в составе пыльников. Из недостатков следует отметить, что смазки на основе лития не смогут защитить металлические детали от коррозии.
Из дисульфид молибдена. Смазка, отличающаяся продолжительным сроком службы. Обладает великолепными характеристиками. В отличие от литиевой защищает не только от трения, но и от коррозии. Но при попадании в смазочный материал влаги сильно теряет свои великолепные характеристики.

Бариевые. Смазочный материал, который объединяет в себе все достоинства предыдущих смазок. И в отличие от них не боится влаги. Из недостатков этого материала стоит отметить утрачивание свойств при низких температурах. Также, в отличие от литиевой смазки, обладает высокой стоимостью.

Шарнир – это простейший способ соединения двух подвижных деталей. Кто первым его изобрел неизвестно. Да и не могло быть известно, ведь многие основы механики были разработаны задолго до появления письменности. В известных нам цивилизациях древности уже вовсю использовались сложные шарниры. Которые помогали человеку на его нелегком пути развития. Сегодня без шарниров нельзя представить ни один механизм. Конструкция таких элементов постоянно усовершенствуется и помогает решить многие проблемы механики.

sopromats.ru