Шарнирный подшипник

Виды шарниров

Под шарниром понимается подвижное соединение деталей, причём несколько шарниров, объединённых в одном механизме, образуют шарнирную цепь. Так как назначение шарнира состоит в передаче вращательного движения, то их можно разделить на три большие группы:

  • Вокруг общей оси (шарнирная петля)
  • Вокруг общей точки (шаровый шарнир)
  • Шарнир равных угловых скоростей

Но многообразие шарнирных соединений лучше всего передать, описав их конструкции и применение на практике.

Угловой шарнир

Как видно из чертежа, угловой шарнир состоит из двух основных деталей – корпуса (заштрихован на чертеже), имеющего сферическую внутреннюю поверхность и шара с выполненным с ним воедино стержнем. Шар плотно фиксируется в сферической полости корпуса шарнира и может совершать как вращательные движения, так и угловые, ограниченные конструкцией корпуса.

Шарниры такого типа используются в автомобилестроении в качестве наконечников рулевых тяг. Вращение пальца вокруг оси позволяет беспрепятственно совершать перемещение других элементов рулевого механизма, что, в совокупности с конструкцией подвески передних колёс, позволяет осуществлять управлением направления движения авто. Для долговечности сферические полости заполняются противозадирным и имеющим высокую механическую прочность полимерным составом.

Угловые перемещения («качания») пальца необходимы для компенсации колебаний подвески.

В шарнир обязательно закладывается смазка, а его корпус защищается от грязи чехлом (обычно резиновым).

Также угловые шарниры используются в стойках стабилизаторов поперечной устойчивости и в качестве наконечников стоек поддержки задней двери (на «универсалах»).

Шарнирная муфта

Шарнирные муфты предназначены для передачи крутящего момента системой из двух несоосных валов. Угол между осями соединяемых шарнирной муфтой валов, может постоянно меняться и составлять до 450.

Схематическое изображение устройства одинарной муфты и передаваемого ею крутящего момента представляет следующий рисунок:

В «вилки» соединяемых валов вставляются шипы крестовины. Как правило, на шипы вилки надеты игольчатые подшипники, позволяющие более плавно передавать крутящий момент, особенно при большой несоосности валов.

Подобная конструкция нашла применение не только в карданных валах автомобилей, но и в промышленном оборудовании – например, для передачи вращения консолям фрезерных станков или шпинделям больших сверлильных станков.

Простейшей шарнирной муфтой оборудованы удлинители и переходники некоторых слесарных инструментов – для обеспечения доступа к ремонтируемому узлу:

Но шарнирные муфты могут иметь несколько иную конструкцию, где вместо крестовины используется сфера с канавками под вилки:

Такая конструкция шарнирного узла позволяет осуществлять передачу крутящего момента более плавно. Главный её недостаток- быстрый износ деталей, если не предусмотреть защитный резиновый чехол, закрывающий подвижные детали от попадания грязи и потери смазки.

Впрочем, подобные конструкции достаточно долго служат в сельхозтехнике, будучи открытыми. Правда, они имеют упрощенную конструкцию – шар не имеет канавок для вилки – для обеспечения большей степени свободы механизму (например, рычагам, управляющим подъёмом и опусканием плуга).

Несколько шарниров могут составлять цепь:

Такое решение позволяет добиться большей подвижности и степени свободы для «крайних» валов, разгружая тем самым крестовины и увеличивая их срок службы. Кроме того, подобная цепь может выдерживать большие нагрузки, чем одинарные шарниры и в некоторых случаях позволяет передавать вращение при большой несоосности деталей машины, как, например, такое шарнирное соединение:

Шарнирные подшипники

Шарнирный подшипник относится к подшипникам скольжения, у которых внутреннее и внешние кольца имеют сферическую форму.

Достаточно широкое применение этого типа подшипников в различных машинах и механизмах потребовало их стандартизации, и их форму, размеры, марки стали и особенности исполнения регламентируются ГОСТ 3635-78.

Этот стандарт устанавливает различные типы шарнирных подшипников – как для подвижных соединений:

  • ШС…К – с отверстиями для смазки во внутреннем и наружных кольцах;
  • ШСШ…К – с отверстиями и канавками в широком внутреннем кольце.

Эти типы подшипников предусмотрены для подвижных шаровых соединений.

Кроме того, ГОСТ предусматривает выпуск подшипников типа ШМ – без канавок для смазки – для неподвижных соединений.

В таблицах, содержащихся в официальном издании ГОСТ 3635-78, даны обозначения, размеры, максимальные углы поворота внутреннего кольца, определены радиальные и осевые нагрузки для каждой марки подшипника.

Предусмотрены исполнения изделий, имеющих особенности, которые необходимо согласовывать с заказчиком.

Чертёж шарнирного подшипника, как видите, предусматривает основные его характеристики, правда, являясь чертежом общего типа, не указывает, какие радиальные и осевые нагрузки являются для него расчетными.

Внешне такой подшипник выглядит довольно просто и является классическим примером шарового шарнира:

Шарнирная петля

Шарнирная петля обычно представляет собой две детали. В одной сделано цилиндрическое отверстие, в которое вставляется стержень, соединённый с другой деталью.

Самое широкое использование шарнирные петли получили как приспособление для крепления дверей.

Но применение шарнирной петли используется и в более «серьёзных» механизмах. Например, в рулевом механизме автомобиля «Волга» шкворень, являющийся не чем иным, как разновидностью шарнирной петли, благодаря своей способности вращаться вокруг своей оси, позволял менять угол поворота колёс и управлять направлением движения авто:

Да и в более современных автомобилях качание рычагов подвески, то есть фактически её работа, осуществляется за счёт крепления рычагов на оси.

Так, например, рычаг подвески «Жигулей» совершает радиальные перемещения вокруг оси, закрепленной неподвижно:

Впрочем, подобным образом работают подвески практически всех автомобилей.

Кроме того, шарнирная петля, являясь одновременно крепёжной деталью, обеспечивает работу таких механизмов и инструментов, как ножницы, плоскогубцы и им подобным.

Шарнир равных угловых скоростей

Самым совершенным шарниром, способным работать при высоких угловых скоростях и достаточно большой несоосности валов (приводного вала и ступицы), является ШРУС – шарнир равных угловых скоростей. Он применяется в автомобилях для передачи крутящего момента, при этом управляемость авто не ограничивается заеданием или рывками ведущих колёс.

Это становится возможным благодаря устройству шарнира.

Шесть шариков, удерживаемых сепаратором(2) на дугообразных дорожках внутренней обоймы(3), устанавливаются в корпус (1), причем таким образом, что они имеют плотный контакт с такими же дугообразными дорожками внутри корпуса. Поэтому, при изменении взаимного положения корпуса ШРУСа и приводного вала, на который надет внутренний сепаратор, каждый шарик, благодаря тому, что дорожки внутренней обоймы и корпуса имеют согласованные радиусы дорожек, встаёт на определённое место.

Благодаря этому при вращении приводного вала каждый шарик не только вращается с одинаковой угловой скоростью с другими шариками, они вдобавок «делят» прилагаемую к приводу нагрузку.

Это, во-первых, увеличивает срок службы шарнира,и, во-вторых делают его работу плавной, так как каждый шарик, благодаря дуговым дорожкам, может моментально изменить своё положение. Иначе говоря, сам шарнир автоматически производит «подстройку» своей работы под меняющиеся условия (изменение несоосности).