Как сделать шарнирный механизм своими руками

Соединение шарнирное сделать самому своими руками

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.

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.

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.

Рычажные съемники.

Рычажные съемники представляют собой инструмент, состоящий из пары соединенных между собой посередине рычагов. Также с одной стороны в них присутствует стяжной болт. В процессе воздействия на шаровую опору этот болт выкручивается, сводя друг с другом концы рычагов, один из которых находится между опорой и проушиной, второй – под пальцем.

Читать также: Кинематическая схема станка 2н125

Такие съемники также достаточно эффективны, но имеют больший размер, поэтому не везде могут быть применимы.

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.

Полезные советы

• Не беритесь за восстановление шарнира, если палец вынимается из него без разборки, такому узлу не поможет ремонт, а только замена. Отверстие под палец в корпусе должно быть меньше диаметра шара чтобы. В случае износа вкладыша, палец не мог вылететь из корпуса, став причиной аварии.
• Восстанавливая шарнир своими руками, разбирайте его полностью и шлифуйте шар пальца, каким бы способом вы ни собирались реставрировать узел. Тогда плоду вашей работы не так скоро понадобится замена. Даже собираясь, использовать для восстановления экструдер не поленитесь разобрать шарнир чтобы посмотреть не нужна ли замена пальцу. Если не нужна, тогда только отшлифуете его шар.

Читать также: Термоэлектрический охладитель пельтье что это

Карданный шарнир для стедикама своими руками

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

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.

Подготовка инструментов, материалов, задумка куклы и вырисовка эскиза

Инструменты нужно заготовить заранее, чтобы потом не попасть в безвыходную ситуацию и не испортить работу. Вам понадобится ваш маникюрный набор, а лучше стоматологический. Нужны будут крошечные сверла, пилки, надфили, шило, проволока разной толщины, резинка (круглая), наждачка разной текстуры, а также кисти. Нужен примерно такой набор. А самое главное — пластик самозатвердевающий материал капризный — не терпит пересыхания!).

Еще до начала работы нужно придумать образ своей куколки до мельчайших подробностей: возраст, пол, телосложение. Советуем все зарисовать. Для естественного вида тела нужно изучить анатомическое строение. Можно конечно поступить проще — просто взять эскиз из интернета, но тогда кукла будет лишена индивидуальности. Но для начала можно и так. Также возьмите оптимальный размер: 15-20 см — маленькая и требует особой кропотливости и мастерства, 50-60 см – большая и займет много времени и затрат, 25-30 см — самое оно!

Итак, можно взять такой эскиз

Съемник типа «клин».

Самый простой по своей конструкции, однако тоже хорошо справляющийся с поставленной перед ним задачей. Для его изготовления вам понадобится:

• взять небольшую металлическую пластину (достаточно размера в спичечный коробок);
• с помощью болгарки (угловой шлифовальной машинки)/станка с абразивным кругом придать ей форму клина, получившаяся заготовка в профиль должна обрести форму треугольника;
• все той же болгаркой, начиная с верхнего угла треугольника, в нем нужно проделать вертикальный прорез на 2/3 его высоты, шириной чуть больше диаметра пальца шаровой опоры;
• для облегчения работы с инструментом к середине основания клина рекомендуется приварить металлический прут, хотя это можно и не делать, если такого прута у вас под рукой нет.

Вот такая вот своебразная скоба у вас должна получиться в итоге.

Дальше дело техники:

1. вставьте изготовленный только что клин между корпусом шаровой и проушиной;
2. ударяя молотком по пруту (основанию клина), забивайте самодельный съемник опор до того момента, пока палец не выскочит из гнезда.

ВАЖНО!

При использовании данного вида съемника всегда существует риск повреждения пыльника, поэтому применять такой инструмент можно лишь в случае запланированной замены наконечников или опор. Если ремонт рулевого механизма или подвески такую замену не предусматривает, от съемника типа «клин» лучше отказаться.

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.

Выбор конструкции шарнира для стедикама типа «Merlin»

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…

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.

Диагностика неисправности

Во время движения на малой скорости изношенная шаровая проявляется стуком или же скрипом. Также ухудшается управляемость автомобиля и интенсивно стирается резина по внешнему краю.

Для проверки шаровой опоры на ВАЗ 2110 и других моделях, установите автомобиль на яму. Далее заведите монтировку за рычаг и упираясь в плоскость крепления шаровой попробуйте покачать ее. Если ощущается люфт, деталь под замену.

Также можно попросить помощника покрутить руль на месте и во время этого послушать звук, который издает шаровая при работе. Если слышите стук или скрип, шаровая опора изношена.

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.

Устройство и назначение узла

Шаровая опора предназначена для надежного подвижного крепления ступицы колеса к рычагу подвески. Состоит шаровая опора из шарового пальца, корпуса и пластмассового вкладыша. Корпус шаровой опоры либо сваривается точечной сваркой из двух половинок со штампованными, сферическими углублениями с отверстием под палец в одной из них или является толстостенным металлическим стаканом в который вставляется вкладыш с пальцем, после чего ставится дно, а край завальцовывается чтобы конструкция не разбиралась. Иногда вкладыш не изготавливают, а наполняют промежуток между корпусом и шаром размягченной полиамидной пластмассой. Используют для этого обычно экструдер. Он же используется как основное оборудование в фирмах для реставрации шаровых опор. Для защиты сопрягаемых поверхностей шарнира от воды с грязью сверху надевают резиновый пыльник.

Пока цел пыльник ― шаровая практически не изнашивается. Интенсивный износ шаровой начинается после прихода пыльника в негодность, с попаданием внутрь грязи. Поэтому следите за пыльниками, так как своевременная замена негодного пыльника ― это продление срока работы узла.

Правда, стык сварного корпуса не герметичен поэтому через него внутрь корпуса набирается вода даже с целым пыльником. Потому если корпус узла состоит из двух частей, желательно наполнять его через тавотницу литолом.

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.

Инструмент для выкручивания опоры

Рассмотрим мы еще один тип, который используется не для выпрессовки пальца, а для извлечения самой опоры.

Дело в том, что на ряде авто (Пежо, Ситроен) шаровая опора вкручивается в рычаг. Со временем резьбовое соединение закисает, и выкрутить данный элемент подвески достаточно сложно без специального инструмента.

Но необходимые съемник можно и самостоятельно изготовить, а не тратить деньги на заводской.

Изготавливается он из толстостенной трубы на 2’’ длиной 8-9 см.

С торца этой трубы необходимо сделать 4 шипа шириной 5 мм и высотой 7 мм, расположенных под углом 90 град относительно друг друга.

То есть должно получиться на торце трубы 4 выступа равномерно распределенных по окружности. Сделать это можно при помощи ножовки по металлу и напильника или же «болгаркой».

С другого торца делаем прорези на глубину 3 см, деля окружность трубы на 8 частей.

Затем эти лепестки при помощи молотка подгибаем к центру, значительно уменьшая диаметр.

Берем гайку на 24, и привираем ее к торцевой части, а затем сварочным аппаратом заделываем проделанные прорези.

Работать таким съемников достаточно удобно – надеваем его на опору, так, чтобы шипы вошли в специальные пазы на корпусе опоры.

При этом палец пройдет сквозь изготовленный инструмент, что позволит на него накрутить стопорную гайку, тем самым фиксируя съемник. Остается только ключом на 24 за приваренную гайку выкрутить опору.

Другие варианты

Не каждый может похвастаться наличием сварочного аппарата у себя дома. Для других подобные изделия оказываются дорогим вариантом, который жалко устанавливать на легкую дверь. В таком случае необходимую фурнитуру изготавливают из подручных материалов. Какой вариант окажется подходящим, зависит от размеров двери створки, и материала дверного полотна.

Для этого подготовьте транспортерную ленту и металлические пластины. Их толщина может быть сравнительно небольшой. Можно взять металл, толщина которого не на много превосходит толщину листов, которые используются при изготовлении консервных банок. Для крепления элементов фурнитуры подготовьте гвозди, длина которых равна 4 – 5 см.

Монтаж петель производят, выставив полотно в дверном проеме. Между вертикальной стойкой и дверным полотном оставьте один сантиметр с той стороны, где расположатся петли. Зафиксировав положение двери, прибивают петли. Для этого сначала располагают транспортерную ленту, а сверху – металлические пластины. Транспортерная лента в этом случае выполняет роль гибкого элемента, обеспечивающего открывание и закрывание створки.

Такая фурнитура подойдет для легких дверей, которые устанавливают на вход в курятник или место, где содержатся кролики. Их отличительной особенностью становится отсутствие скрипа в процессе эксплуатации, а также возможность эксплуатации без смазки.

Таким образом, изготовить петли самостоятельно может каждый. Такая фурнитура подойдет для гаражных ворот и входных дверей. Если к процессу изготовления подойти ответственно, можно сделать свой дом настоящей крепостью. Качественная и прочная фурнитура выдерживает внешнюю нагрузку, и при этом имеет эстетически привлекательный внешний вид.

Винтовой Г-образный

Третий тип съемного механизма, который можно сделать самому – тоже винтовой, но он показал себя с отличной стороны и позволяет работать на любом авто.

Для его изготовления понадобиться круглый металлический прут диаметром не менее 10 мм и длиной 15-17 см.

Из него необходимо сделать Г-образную заготовку с длиной плеча 5 см. То есть, берем прут, на нем отмеряем 5 см, зажимаем в тисках и при помощи молотка загибаем его на 90 град.

На длинной части заготовки нарезаем резьбу и подбираем гайку.

Остается изготовить упорную планку. Сделать ее можно по подобию клина, расписанного выше. То есть берем пластину, но толщиной 0,5 см. С одной стороны делаем прорез под палец опоры.

При надобности можно толщину пластины со стороны пропила уменьшить, сточив слой металла. Главное, чтобы пластина входила в зазор между корпусом опоры и проушиной, при этом она не оказалась слишком тонкой, иначе в процессе выпрессовки она согнется.

С другой стороны, от пропила делаем отверстие под Г-образную заготовку. Остается только надеть пластину на длинную часть прута. Если резьба получилась по длине недостаточной, чтобы выжать палец, то можно под гайку подложить несколько шайб.

Работает этот съемник так: Выкручиваем гайку практически до конца, устанавливаем пластину в зазор между опорой и проушиной, а прут поворачиваем так, чтобы короткое плечо упиралось в палец.

Затем просто закручиваем гайку, при этом пластина будет выступать в качестве упора, а прут коротким плечом выдавит палец.

Источник