Туториал: Суставы/Шарниры из бумаги и как их применять

Необходимость смонтировать детали так, чтобы они смогли перемещаться во время работы механизма, привела к изобретению простых и сложных шарнирных соединений. В этой статье мы поговорим об этом подробнее.

Что такое соединение шарнирное?

Устройство, при помощи которого две детали соединяются между собой, сохраняя подвижность вокруг общей оси, называют шарнирным соединением. Оно состоит из цапфы и обоймы. Устройство получило широчайшее развитие и видоизменение. Применяется в разных областях промышленности и народного хозяйства.

В цилиндрическом шарнире цапфа обычно имеет вид стержня. Она впрессовывается в отверстия другой детали, которая называется обоймой. Простейшим примером шарнирного соединения являются дверные петли. Посмотрев на них внимательно, легко понять принцип действия устройства. Обе детали петель оснащены полыми цилиндрами, являющимися обоймами соединения. Штырь (обычно плотно впрессованный в один из них) — это палец.

Соединенные таким образом детали перемещаются вокруг общей оси. Цилиндрический шарнир встречается в простых и сложных механизмах. Он присутствует даже в обычном канцелярском степлере.

Сложные шарнирные соединения

Более сложное соединение шарнирное состоит из цапфы, впрессованной во внутреннюю обойму подшипника скольжения или качения, вращающейся в нем. Ни один электрический двигатель не может быть собран без применения этого узла. Ротор подвешен в статоре посредством цилиндрического шарнира с использованием подшипников скольжения или качения. Колеса железнодорожных вагонов закреплены к тележкам посредством шарнира, обоймой которого является букса, пальцем — ось колеса, скользящего в ней посредством роликового подшипника качения.

Шаровый шарнир

Существуют другие виды шарнирных соединений, способные обеспечивать большее количество степеней свободы вращающихся конструкций. Соединение деталей, при котором они перемещаются вокруг общего центра, называют шаровым шарниром. Цапфа в нем изготовлена в виде сферы.

В отличие от цилиндрического, цапфа шарового шарнира обладает всеми степенями свободы. Будучи ограниченной только в своем месте положения, она обеспечивает деталям, сочлененным с ее помощью, возможность перемещения в разных направлениях.

Шаровый шарнир называют сферической кинематической парой. Корпус, вмещающий в себе шарообразную цапфу, обычно изготовлен из чугунного литья. Детали, собранные в такой узел, способны принимать положение под разными углами друг к другу. Для уменьшения трения поверхностей в шарнире цапфа специальными вкладышами защищена от соприкосновения с корпусом, заполненным смазкой. Пыльник закрывает шарнир от попадания грязи и предупреждает утечку смазки.

Все существующие механизмы изначально замечены в явлениях природы. Равно как и шаровый шарнир, очень напоминающий тазобедренные суставы и хребтовые позвонки человеческого организма.

Эволюция цилиндрического шарнира

Узел из двух цилиндрических шарниров с перпендикулярно размещенными цапфами применен в карданной передаче. Названа она именем Джероламо Кардано, описавшего ее в XVI веке.

Цилиндрическая кинематическая пара изобретена английским физиком Робертом Гуком, применяется для передачи вращательного момента. Бесперебойную работу узла обеспечивает обязательное выполнение условия соосности частей приводного вала. В противном случае при определенных нагрузках соединение шарнирное начинает разрушаться. При нарушении соосности движения деталей целесообразно применять кардан с двумя крестовинами. Такой способ используют в том случае, если вращательный момент передается по осям, находящимся под углом. Добавление крестовины увеличивает количество степеней свободы, снимает нагрузки на цапфы и вилки, предупреждает их разрушение.

Использование

Использование шарнира Гука в автомобилестроении сделало возможным передачу вращательного движения от редуктора к колесам даже при наличии значительных углов сочленения элементов. Этот узел впоследствии лег в основу кулачково-дискового шарнира, состоящего из диска вилок и кулачков, применяющихся преимущественно в грузовиках.

ШРУС

Своеобразный мутант, полученный путем скрещивания шарового шарнира с карданом Гука, представляет совершенно новый вид соединения элементов. Он представляет собой деформированный шарикоподшипник, где внутренняя обойма приняла вид сферы с прорезями, а внешняя — сферы с канавками на внутренней поверхности. Оба кольца шлицевым соединением крепятся на приводной вал. Шарики, помещенные между ними, удерживает сепаратор.

Шарнир равных угловых скоростей при значительных углах поворота претерпевает большие нагрузки. «Вывернутые колеса» при номинальных скоростях чреваты повреждениями узла.

ШРУСы подлежат обязательной герметизации пыльниками. Их место эксплуатации способствует попаданию внутрь шарнира пыли и влаги, быстро выводящих его из строя. Абразивы и коррозия разрушают канавки, шарики, убивают сепаратор. На современных автомобилях применяют весьма надежное соединение шарнирное, загерметизированное в кожухе, способствующем полному использованию его ресурса.

Шарнирное соединение требует периодических осмотров резинового чехла. Сохранение его целостности защищает узел от попадания загрязнений. При обнаружении нарушения его герметичности желательна замена всего шарнира.

Нетрадиционные шарниры

Оригинальное применение нашло цилиндрическое соединение в изготовлении мебельной продукции. Дверцы, жалюзи, декоративные перегородки, собранные из реек, стали доступными с появлением на рынке деревообрабатывающих фрез. Наличие небольшого станка поможет легко изготовить шарнирное соединение своими руками.

Проход кромочной фальцевой фрезой формирует черновой паз на одной из узких граней деревянной рейки. Затем его проходят пазовой фасонной фрезой для получения фигурной канавки.

С другой стороны формируется шип. Его получают двумя чистовыми проходами. Поможет изготовить цилиндрическое шарнирное соединение фреза кромочная фигурная. После скругления кромок рейка принимает законченный вид.

Поочередно закрепляя на фрезерном станке соответствующую фрезу и пропуская вдоль нее деревянную заготовку, выполняют изготовление шарнирных соединений. Собрав рейки шип-в-паз, получают гибкий листовой материал, способный в зависимости от ширины деталей и плотности соединений сворачиваться в трубку до 15 см в диаметре.

Трубные шарниры по своему устройству имеют много общего с ШРУСами: две сферические обоймы, между которыми в канавках расположены шарики, удерживаемые сепаратором. Использование фторопластового кольца обеспечивает радиальное уплотнение соединения. Внутренняя обойма подсоединена к одному концу трубопровода, наружная — к другому.

Таким образом, оба трубопровода имеют возможность свободно вращаться во все стороны друг относительно друга. Взаимную фиксацию обойм обеспечивают шарики, находящиеся между ними.

Сливно-наливные элементы трубопроводов работают в условиях частого изменения направления подачи транспортируемого вещества. Для ускорения передислокации на таких магистралях применяют шарнирное соединение труб. Оно может быть использовано в нефтедобывающей, нефтехимической, пищевой или газовой промышленности.

Подведем итог

В современном мире, куда ни кинешь взгляд, всюду шарниры: куклы и наушники, колеса и башенные краны, детские управляемые машинки и качающиеся коечки — все изготовлено с использованием их. Иногда они видоизменены до неузнаваемости.

Сделать петли недорого.

Иногда нужна петля или две, но в магазине есть неправильный размер и форма, недостаточно тяжелые, и они стоят слишком дорого. Я придумал способ сделать свои собственные петли такими, какими я их хочу, за очень небольшое время и деньги. Номенклатура: плоские части петли, части, которые прикреплены к двери и ее замятию, называются листьями. Шарнир не требует пояснений. Круглая труба, которая содержит стержень шарнира, является корпусом шарнира.Инструменты Сверлильный станок Сверло Ступенчатое сверло, или зенкерная фреза, и т.д. Сверло 3/16 дюйма Угловая шлифовальная машина с диском для резки металла Сварочные пружинные зажимы Алюминиевый угол ТискиМатериалы 1/8 x 1/2 дюйма из мягкой стали 3/8 дюйма стальной стержень 3/16 дюйма стальной стержень

Шаг 1: Запчасти

Изобретения для самодельщиков в китайском интернет-магазине. Я делаю основную петлю. Детали состоят из двух частей: стальной стержень 1/8 x 1/2 дюйма длиной 1 1/4 дюйма каждый, кусок стального стержня 3/8 дюйма длиной 1 1/16 дюйма и примерно 1 5/16 дюйма 3 /. 16-дюймовый стальной стержень. Стержень 1/8 x 1/2 дюйма можно регулировать по размеру, если петлю нужно поднять или каким-либо образом сместить.

Шаг 2: Тренировка

Сверла имеют тенденцию отклоняться от центра. Сверло с зенковкой в ​​центре фрезы диаметром 3/16 дюйма, или сверло для точения, или ступенчатое долото с наконечником 3/16 дюйма обеспечивают большую жесткость и большую точность запуска. Как только точное отверстие было начато, сверло может выполнить остальную часть работы. Я сделал выемку в куске 2-дюймовой деревянной заготовки и зажал в нее 3/8-дюймовый стержень, чтобы удерживать стержень в вертикальном положении во время сверления. Другой вариант – использовать металлическую трубку с уже проделанным отверстием. Натяжные штифты доступны в магазинах и будут работать очень хорошо. Натяжной штифт 5/16 дюйма имеет внутреннее отверстие, диаметр которого чуть меньше 3/16 дюйма. Но это добавляет к стоимости изготовления петли.

Шаг 3: Первые сварные швы

Изобретения для самодельщиков в китайском интернет-магазине.

Я использовал кусок алюминиевого уголка 1 1/2 x 1 1/2 дюйма, чтобы удерживать и устанавливать листовые детали для сварки на стержень корпуса шарнира 3/8 дюйма. Конец листа слева на фотографии размещается на 3/16 дюйма или на половине диаметра стержня 3/8 дюйма над нижней частью внутреннего угла. Другая часть листа будет действовать как распорка для сварочной установки. Смотрите второе фото. Я бросил 3/8-дюймовый стержень в угол алюминиевого угла и приварил первый лист к корпусу шарнира. Смотрите третье фото. Я прикрепил сварной лист к плоской поверхности алюминия с помощью пружинного зажима. Я приварил второй лист к корпусу шарнира. (На второй фотографии есть текстовое поле, но оно не отображается. Нажмите на фотографию, и вы сможете получить доступ к текстовому полю.)

Шаг 4: Приварить листья на нижней стороне

Для силы я перевернул сборку и приварил концы листьев к корпусу шарнира. Шлифуйте сварные шарики так, чтобы они были на одном уровне с лицевой стороной листьев на нижней стороне.

Шаг 5: Разрезать петлю пополам

Листья шириной 1/2 дюйма каждый, а тело длиной 1 1/16 дюйма. Дополнительные 1/16 дюйма предназначены для отходов, когда две половины шарнира разрезаны с помощью отрезного круга на угловой шлифовальной машине. Попытайтесь подрезать прямо к корпусу, чтобы шарнир работал плавно. Сделайте исправления с помощью мясорубки.

Шаг 6: Приварить стержень петли к половине стержня

Разрметить около 1/8 дюйма шарнирного пальца, чтобы выйти за пределы нижней части тела. Приварить это на месте. Наденьте другую половину петли на стержень петли. Разрежьте шарнирный штифт по длине и закройте верхний край шарнирного пальца.

Шаг 7: Завершить и использовать дверную петлю

Отшлифуйте любые грубые или острые края. Просверлите монтажные отверстия для винтов на листьях. Совместите шарнирный штифт с шарниром между двумя навесными деталями. Просверлите отверстия для винтов и установите шарнир. Петля не нуждается в колпачке на верхнем конце шарнирного пальца. Пользователь может захотеть снять одну навесную панель с другой. Если обе петли расположены с открытым концом штифта вверх, одну панель можно снять с другой. Или открытый конец нижнего шарнира можно установить так, чтобы он был вверх. Верхний шарнир можно установить так, чтобы его открытый конец был опущен. Эта договоренность соединяет две панели вместе.Источник

Карданный шарнир для стедикама своими руками

О выборе шарнира для стедикама, об изготовлении карданного шарнира из резьбовых барашков и о юстировке вилки карданного шарнира.

Самые интересные ролики на Youtube

<

<

<

</span>

Близкие темы.

Самодельный монопод из телескопической ручки с инерционным стабилизатором.

Как сделать простой направленный стерео микрофон из всякого хлама?

Как записывать, смотреть и редактировать видеоролики формата MOV от Nikon?

Конструкция стедикама типа «Мерлин» («Merlin») допускает использование двух типов шарниров, шарового и карданного.

Шаровой шарнир значительно упрощает конструкцию стедикама, но он не способен передать вращение от ручки к подвижной части стедикама.

Такой шарнир проще изготовить, но сложнее снизить трение, возникающее между шариком и пяткой. Есть, правда, шаровые шарниры, обладающие меньшим трением. Пятка таких шарниров заполнена мелкими шариками. Но, мне такой шарнир раздобыть не удалось.

Во время экспериментов, я всё же попытался изготовить шаровой шарнир из шарика от узла крепления телескопической антенны и капролоновой пятки. Но, трение в шарнире оказалось слишком большим, даже после применения прокладки из фторопласта. Так что, пришлось подумать об изготовлении более сложного, карданного шарнира.

В карданном шарнире проще снизить трение, но его намного сложнее изготовить. Но, если я чего втемяшил себе в голову…

Вернуться наверх к оглавлению.

В поисках подходящих деталей отправился на местный радиорынок. И когда мне на глаза попались резьбовые барашки, я сразу купил несколько разных комплектов, так как понял, что, имея самые сложные детали шарнира – вилки, изготовить всё остальное будет намного проще.

Всё остальное, это крестовина. Для её изготовления я подобрал подходящую втулку, в которой к тому же оказалась нарезанной резьба М3, и просверлил в ней два перпендикулярных друг другу отверстия.

Эта операция требует предельной аккуратности, так как от точности изготовления крестовины зависит точность баланса стедикама. Конечно, точность баланса зависит и от точности изготовления нижней вилки карданного шарнира, но вилку можно отрегулировать и позже, чего не скажешь о крестовине.

Ось и две полуоси изготовил из пружинной стали диаметром 1,6мм.

Имеющуюся во втулке резьбу М3 использовал для крепления целой оси, а для крепления полуосей, просверлил ещё два отверстия и нарезал в них резьбу М2.

Во время сборки шарнира, закрепил оси стопорными винтами. Винты, в свою очередь, застопорил краской.

Так как выбранные резьбовые барашки оказались с резьбой М4, а мне требовалась резьба М3 и М5, то я развальцевал в каждом барашке по соответствующей буксе.

Для снижения трения, между крестовиной и вилками вставил шайбы М1,6. Подшипники скольжения смазал техническим вазелином (ЦИАТИМ).

Если после сборки стедикама, камера самопроизвольно вращается даже при незначительном наклоне ручки, значит, шарнир изготовлен недостаточно точно.

На картинке иллюстрация работы карданного шарнира, у которого нижняя вилка расположена ассиметрично по отношению к валу.

В случае, когда ручка расположена строго вертикально (поз.1), ничего страшного вроде не происходит. Однако стоит отклонить ручку от вертикали (поз.2), как подвижная часть стедикама начнёт вращаться и, пытаясь уравновесить систему, изменит положение камеры (поз.3). Произойдёт это потому, что точка опоры подвижной части стедикама оказалась выше точки, в которой система входит в равновесие.

Чтобы, при самостоятельном изготовлении карданного шарнира, обеспечить его симметрию относительно оси вращения, желательно промерить положение нижней вилки в двух плоскостях и, при необходимости, подогнуть «зубья». Последние можно подогнуть двумя парами пассатижей.

Я делал промеры с помощью индикатора, но подойдёт и штангенциркуль, если в качестве точки отсчёта выбрать какую-нибудь жёстко закреплённую деталь.

Также следует с максимально-возможной точностью изготовить крестовину шарнира.

Тут нужно добавить, что если определённым образом сориентировать «неправильный» карданный шарнир относительно положения камеры, установленной на стедикаме, то можно будет использовать ручку в качестве джойстика для управления положением камеры в горизонтальной плоскости.

Для придания шарниру «неправильности» достаточно сместить оси крестовины относительно друг друга.

Я ради эксперимента изготовил такую крестовину, но, из-за возникающего «рысканья» камеры, отказался от её применения.

Вернуться наверх к оглавлению.

5 Июнь, 2012 (13:02) в Бюджетная фотография, Сделай сам FACEBOOK —> Нашли ошибку в тексте?Выделите ошибочный текст мышкой и нажмите Ctrl + EnterСпасибо за помощь!

Вы должны войти для отправки комментария.

Используемые источники:

• https://fb.ru/article/233481/soedinenie-sharnirnoe-svoimi-rukami
• https://izobreteniya.net/dvernye-petli-svoimi-rukami/
• https://oldoctober.com/ru/cardan_joint/