Виды опор балок

ВЫБОР ШАРОВЫХ ШАРНИРОВ

Выбор надлежащего типа шарнира для конкретного применения зависит от целого ряда факторов. Тип шарнира (радиальный, с косым или осевым контактом) зависит, прежде всего, от направления прилагаемой нагрузки. Выбор комбинации поверхностей скольжения зависит от способа воздействия этой нагрузки (однонаправленная или знакопеременная).

При радиальной нагрузке следует использовать радиальный тип шарнира. Он допускает в некоторой степени и осевую нагрузку. В случае осевой нагрузки необходимо применять осевой шарнир, но в некоторой степени допускается и радиальная нагрузка. В случае комбинированной нагрузки (радиальная и осевая составляющие примерно равной силы) необходимо применять радиально-упорные шарниры. В случае комбинированной нагрузки, когда осевая составляющая меньше радиальной, можно использовать радиальный и осевой шарнир обособленно. Чтобы осевой шарнир был нагружен только осевой нагрузкой, он должен монтироваться в корпусе с некоторой свободой радиального перемещения. Если нагрузка всегда действует в одном направлении и шарнир подвержен динамическому воздействию, перемещения поверхностей скольжения становятся более широкими. В этих случаях предпочтительно применять самосмазывающиеся шарниры. При незначительных осевых перемещениях (квазистатические условия), когда нагрузка очень большая и во время этих редких перемещений происходят удары, следует использовать шарниры с поверхностями скольжения сталь/сталь. При знакопеременной нагрузке наиболее приемлемыми являются шарниры с поверхностями скольжения сталь/сталь. Самосмазывающиеся шарниры при таких нагрузках могут быть применены только при определённых условиях. В условиях, при которых нагрузка действует в одном направлении, затем мгновенно меняет направление, требуется применение специальных шарниров.

Допустимый угол отклонения зависит от серии, исполнения и размеров шарнира. Шарниры с относительно большой поверхностью скольжения внутреннего кольца, например шарниры серии GEH, допускают больший угол отклонения. Эти углы для каждого типа шарнира и наконечника можно найти в каталожных материалах.

Когда вы выбрали необходимый вам тип шарнира, необходимо определить его размер. Для этого необходимо знать требуемый срок службы. Этот срок связан с типом механизма, условиями работы, требованиями к эксплуатационной надёжности. В первом приближении для определения размера можно воспользоваться индикаторной величиной коэффициента нагрузки С/Р, приведённой в каталожных материалах, чтобы определить требуемую базовую нагрузку  С. Затем подходящий шарнир может быть выбран по таблицам размеров шарниров. Далее с помощью диаграмм pv, выполненных для различных комбинаций поверхностей скольжения необходимо проверить, может ли выбранный шарнир быть применён в реальных условиях работы (нагрузка, скорость скольжения). Если первая проверка, выполненная с помощью диаграмм pv, показала, что выбранный шарнир может быть применён, можно рассчитать предполагаемый срок службы с помощью специальных формул, и если окажется, что рассчитанный срок службы ниже требуемого, необходимо выбрать шарнир больших размеров и повторить расчет. Если же первая проверка обнаружила, что область pv превышена, необходимо взять шарнир с большей нагрузочной способностью. Размеры шарниров часто определяются размерами примыкающих к нему компонентов механизма (машины). В этих случаях, прежде всего, по диаграммам pv нужно подтвердить возможность использования этого шарнира.

Типы шарниров равных угловых скоростей

Существуют различные конструкции ШРУСов. Различают обычно:

Кулачковый шарнир типа «Тракта».

• Сухариковые или кулачковые — были разработаны французом Грегуаром и запатентованы под обозначением «Тракта» в начале 1920-х, в наше время применяются в основном на , так как при высоких скоростях вращения вала склонны к перегреву;
• Кулачково-дисковые — «», ; Часть автомобилей Газ-69 и Уаз-469 до1993г
• Шариковые — «Бендикс-Вейс» (Bendix-Weiss) с делительными канавками, «Рцеппа» (Rzeppa) с делительными рычажками, «Рцеппа-Бирфильд» со смещёнными делительными канавками, «Рцеппа-Лебро» с непараллельными делительными канавками — наиболее распространены сегодня, первые варианты были разработаны в 1920-е годы;
• Трипод (Tripod) со сферическими роликами и вилкой и Трипод-Уникардан со сферическими роликами — допускают бо́льшие осевые перемещения, но при этом — нелинейное изменение скорости при вращении под углом; часто используются как внутренние (то есть — устанавливаются со стороны привода, а не колеса); Используются чаще в задней независимой подвеске,и переднем редукторе полноприводных авто,например Nissan Terrano.

Спаренный кардан

Спаренные карданные — представляют собой состыкованные друг с другом два карданных шарнира, которые взаимно компенсируют неравномерность вращения друг друга; применялись редко, например, на ряде американских автомобилей 1920-х годов, вроде Miller 91 или Cord L29, а также французских «Панарах» пятидесятых-шестидесятых годов и ГДР-овских Wartburg. В конце 20 века устанавливались на карданные валы американских вседорожников (пример — Jeep). В настоящее время применяются на грузовиках, тракторах, строительной технике.

Наиболее распространённый сегодня шариковый ШРУС состоит из шести шариков, внешнего и внутреннего колец с прорезями под шарики, которые соединяются с приводным валом шлицевым соединением, и сепаратора, удерживающего шарики.

3D изображение ШРУСа типа «Рцеппа»

Отдельно стоит остановиться на выборе смазки для ШРУС. Из-за высоких ударных нагрузок, например при трогании автомобиля с места, преодолении подъёмов, данный тип шарнира требует выбора специальной смазки. Применение неподходящей для шарнира смазки — низкого качества или неспособной выдерживать ударные нагрузки, приводит к быстрому износу и выходу ШРУСа из строя.

Для шарниров Рцеппа на 6 шариках применяется пластичная смазка чёрного цвета с содержанием дисульфида молибдена MoS₂ 3% или 5% (для особо тяжёлых условий эксплуатации), что прямо указывается в описании. Смазка для шарниров типа «трипод» на игольчатых подшипниках добавки молибдена MoS₂ не содержит. В любом случае, категорически запрещено применение графитовой смазки.

Также шарнир требует периодического осмотра состояния резинового чехла, защищающего от загрязнения и попадания воды. Вода в сочетании с кислородом воздуха превращает MoS₂ в абразивный диоксид молибдена, чем сильно ограничивает применимость его в смазках.

MoS2+2H2O→ MoO2+2H2S{\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {\ }}MoO_{2}+2H_{2}S}}}

Если обнаружены трещины или сильные потёртости, а сам чехол сохраняет герметичность, то можно обойтись заменой чехла, хомутов крепления, и заново смазать шарнир. В случае, если разрушились хомуты крепления, или чехол порван — рекомендуется замена шарнира целиком.

При больших углах поворота максимальный передаваемый шарниром крутящий момент (допустимая нагрузка) меньше (чем при малых углах поворота), поэтому при эксплуатации рекомендуется избегать больших нагрузок при «вывернутых колёсах».

Шарниры равных угловых скоростей всегда герметизируются пыльником (чехлом), так как расположение шарнира способствует попаданию в него пыли, которая быстро выводит его из строя.

Ресурс ШРУС современных автомобилей (при соблюдении герметичности чехла) очень велик и сопоставим с ресурсом самого автомобиля.

Классификация мебельных петель

По способу скрепления составных частей

Любая мебельная фурнитура состоит из собственно петли и монтажной планки, на которой она и фиксируется.

• Slide-on. Традиционное исполнение, при котором крепежные детали вставляются в отверстия планки, после чего вкручиваются в основу.
• Key-hole. Этот тип фурнитуры имеет и иное название – «замочная скважина». Чтобы достать жалом отвертки до головки винта, его необходимо вставить в специальное «окошко» в петле.
• Clip-on. Вариант приспособления, фиксация которого на монтажной планке не предусматривает использования винтов и инструмента; осуществляется защелкиванием.

По способу закрывания

• Обычные.
• С доводчиком. Это приспособление, называемое еще амортизатором, может быть встроенным в мебельную петлю или устанавливаться отдельно. Вот один из примеров его последнего исполнения.

По размеру чаши петли

Наиболее распространенные параметры – 26 и 35 мм, хотя в зависимости от производителя и вида мебели такая фурнитура может иметь чашу с другими диаметрами. А у некоторых разновидностей петель этой группы она вообще отсутствует.

Основные

Внешняя (накладная) петля:

Одна из самых распространенных разновидностей мебельных петель. При закрытых створках они полностью прикрывают проем вместе с боковинами.

Модификацией такой фурнитуры являются петли-трансформеры (или инверсные).

Отличие в том, что если для традиционного накладного элемента предельный угол открывания 90º, то у этой петли он доходит до 180.

Полувнешняя (полунакладная) петля:

Такие петли устанавливаются в местах схождения смежных створок (например, шкафы трехстворчатые, многосекционные кухонные гарнитуры) и закрывают торцевую часть промежуточной стенки лишь наполовину.

Внутренняя (вкладная):

Подобные мебельные петли используются, если створки шкафа «утоплены» по отношению к фасадной части.

Сравнительная разница в специфике использования вышеперечисленных модификаций фурнитуры хорошо видна на рисунке.

Дополнительные мебельные петли

Угловые:

Наиболее часто используются для крепления дверок подвесных конструкций. Например, кухонных шкафов. Модификаций такой петли несколько. Все они отличаются углом, на который можно открыть створку, причем не только значением его величины, но и знаком «+» или «–» (то есть острый он или тупой).

Штольные, прямые мебельные петли:

Такие петли используются, когда дверку необходимо закрепить на неподвижной основе (фальш-панели). Это по большей части относится к различным вариантам кухонной мебели – тумбочки под мойку, угловые шкафы и тому подобное.

Карусельные петли:

Наиболее известны такие виды мебельных петель данного типа, как «крокодил» и «краб».

Их основное назначение – скрепление подвижных частей предметов меблировки.

Для иных конструктивных частей

Рамочные:

Устанавливаемые без сверления:

Используется, если толщина мебельной стенки недостаточно толстая для крепления обычной петли с утапливаемой чашей. Минус такой фурнитуры – регулировка положения створок возможна лишь в одной плоскости (ниже/выше, дальше/ближе).

Пружинные петли:

Такая фурнитура используется как запасной вариант в случаях, когда установка мебельной петли другого типа по какой-то причине невозможна или нецелесообразна.

Для стекол:

На рисунке – лишь один из вариантов фурнитуры. Модификаций таких изделий очень много. Они используются для крепления стеклянных дверей, створок шкафов, зеркал и так далее. Классификация точно такая же (накладные, внутренние и тому подобное), как и для петель мебельных.

Есть и еще ряд модификаций этой группы изделий, но они применяются довольно редко. Хотя тем, кто занимается изготовлением мебели своими руками (читайте о том, как сделать кровать), знать о них следует. Петли пятачковые, карточные, ломберные, маятниковые, штырьевые, рояльные – вот далеко не полный перечень всех модификаций.

Автор надеется, что и приведенных примеров достаточно, чтобы читатель получил общее представление о наиболее распространенных разновидностях мебельных петель и фурнитуры.

Особенности разъемных и универсальных петель

Разъемные петли иногда называют съемными или навесами. Их отличие в том, что полотно, подвешенное таким образом, снимается без демонтажа петли. По рисунку можно познакомиться с тем, как действует механизм разъемной петли. Оба элемента такого устройства имеют свои названия, которые им дала народная мудрость. Теперь слова «папа» и «мама» стали общепринятыми, ими пользуются как обыватели, так и профессионалы.

На фото – 1. Крыло петли, которое крепится к полотну (мама). 2. Кулак. 3. Стальной палец (усиленный). 4. Рамное крыло (папа).

Универсальные петли являются неразъемными. Чтобы снять полотно, закрепленное с помощью такого механизма, петлю надо откручивать. Универсальные модели используются на дверях, открывающихся и вовнутрь, и наружу. Однако необходимость откручивания всех крепежных элементов, когда надо снять полотно, многие считают неудобным.

1. Рамное крыло, имеет три шарнира; 2. Втулка; 3. Дверное крыло, имеет два шарнира; 4. Саморезы для крепления

РАДИАЛЬНЫЕ САМОСМАЗЫВАЮЩИЕСЯ ШАРОВЫЕ ШАРНИРЫ.

По своей конструкции эти шаровые шарниры аналогичны шарнирным соединениям, требующим технического обслуживания. Однако, поверхности скольжения этих шарниров имеют специальные покрытия из современных материалов, обладающие низким сопротивлением трению и поэтому они не нуждаются в периодическом техническом обслуживании. Данные ШС применяются, когда требуется длительный период эксплуатации шарнира без технического обслуживания, или когда рабочие условия (например, система смазки отсутствует) делают применение шарниров сталь/сталь нежелательным. Самосмазывающиеся шарниры принципиально предназначены для применения при повышенных нагрузках и при постоянном направлении нагрузки. При переменных нагрузках нагрузочная способность этих шаровых шарниров ограничена. Самосмазывающиеся шарнирные соединения выпускаются в трёх комбинациях материалов поверхностей скольжения: — комбинация сталь/ отожженная бронза, — комбинация сталь/ ткань (сетка) PTFE (тефлон), — комбинация сталь/ композит PTFE.

Комбинация поверхностей скольжения шаровых шарниров сталь/бронза

– шаровые шарниры этой серии имеют внешнее кольцо из стали, внутренняя поверхность которого облицована бронзой, покрытой PTFE, содержащим дисульфид молибдена. Внешнее кольцо шарнира смонтировано на внутреннем кольце и имеет прорезь. Внутреннее кольцо шарнира изготовлено из твёрдой хромированной стали, закалено, отшлифовано. Поверхность скольжения внутреннего кольца шарнирного соединения хромирована.

Самосмазывающиеся радиальные шаровые шарниры с комбинацией поверхностей сталь/бронза могут использоваться при температурах от -50°С до +150°С. При чисто статической нагрузке температура может быть увеличена даже до +280°С, но нагрузочная способность ШС при этом снижается.

 Комбинация поверхностей скольжения шаровых шарниров сталь/композит PTFE – шаровые шарниры этой комбинации поверхностей скольжения выпускаются в двух сериях различных по структуре поверхностей скольжения.

Самосмазывающиеся радиальные шаровые шарниры с комбинацией поверхностей сталь/композит PTFE могут работать в области температур от -40°С до +75°С и в течение короткого времени даже до 110°С. Однако нагрузочная способность ШС снижается при достижении температуры  50°С.

Накладныеврезные петли

ГОСТ 5088-2005 регламентирует требования к накладным и врезным петлям. В данном документе принципиальных различий между этими двумя типами конструкций практически нет. Дело в том, что основная часть механизма у них совпадает. В этом можно убедиться по рисунку, размещенному ниже.

Оба эти вида имеют петли карточного типа. Одно крепится к полотну, другое – к коробке. Однако проем и полотно для каждого из этих видов готовится по-своему.

• накладной вид крепится сразу к поверхности;
• для монтажа врезной разновидности выполняются углубления, в которые помещаются петли-карты.

История накладных петель насчитывает не одно столетие. В древности накладные дверные петли ковались из стальных полос. Симметричная форма не была целью работы кузнецов. Они стремились к разнообразию, витиеватым формам и, разумеется, к прочности. Размеры тех старинных петель намного превосходили современные. Каждое изделие было уникальным, несло отпечаток стиля мастера, выковавшего его.

Сегодня при воссоздании стиля ретро дизайнеры проектируют и дверные петли, повторяя ушедшие в прошлое правила и традиции изготовления данной части дверной конструкции. Для изготовления этих деталей дизайнеры обращаются к мастерам художественной ковки.

Популярность накладных петель связана с легкостью и высокой скоростью их монтажа. Пластины прикручивают шурупами, после чего дверь устанавливается в проем. Физические и временные затраты при этом минимизированы. В последние годы набирает популярность такая разновидность накладных моделей, как дверные петли «бабочки». Особая форма выреза, внешне похожая на крыло бабочки, позволяет механизму складываться так, что толщина изделия соответствует одной половинке. Под такую петлю не делают никаких вырезов ни на коробке, ни на полотне.

По своим свойствам врезные модели во многом напоминают накладные. Только для их установки надо сделать вырез под пластину петли. Углубления делают и на коробке, и на полотне, а именно в торцевой его части. Прикручивают это изделие с помощью шурупов. Когда дверь, подвешенная на врезных петлях, находится в закрытом положении, можно снаружи заметить только поворотную ось.

Каждый из вышеуказанных видов петель делится на разъемные и универсальные.

Если сравнивать накладные разъемные модели и универсальные, надо отметить, что универсальная дверная петля имеет более прочную и жесткую конструкцию. Поэтому даже при небольших размерах эти устройства справляются с довольно большими нагрузками. Выбирая такой тип, вы защищаете дверную конструкцию от последующего провисания.

Накладные разъемные петли бывают правосторонними и левосторонними. Нужно быть внимательным при покупке, чтобы не ошибиться. В случае с универсальными моделями этого опасаться не приходится. Здесь нет ограничений по стороне открывания створки.

Разновидности моделей по материалу и по типу покрытия

Изделия из стали не выходят из моды. В прошлом кузнецы славились умением сделать из стали самые разнообразные вещи, в том числе и навесы для дверей. Сегодня для дверей, которые эксплуатируются внутри помещений или на входе, применяют петли из сплавов. Чаще всего для этого берут сплавы алюминия и латуни. Сталь используют для изделий художественной ковки, выпускаемых под заказ. В советские годы петли были заурядным видом продукции, все изделия были одинаковыми, непривлекательными. При производстве петель не использовались никакие защитные или декоративные покрытия. Поэтому петли приходилось красить обычными лакокрасочными веществами перед эксплуатацией вместе с полотнами.

Сегодня навесы «советского» типа устанавливают в подсобных помещениях, на улице. В квартирах и домах ставят петли из нержавеющей стали или кованые изделия, стилизованные «под старину».

Стальные изделия из нержавейки имеют ряд преимуществ, проверенных временем:

• высокая прочность;
• долговечность;
• устойчивость к механическим нагрузкам;
• стойкость к скачкам температуры;
• способность без изменения качества контактировать с влагой.

В продаже имеются различные по дизайну и цвету петли для деверей. Вариации цвета достигаются за счет применения разнообразных покрытий. Для этого применяют эмали и особые составы. В итоге получаются петли с цветом «под золото» или «под бронзу». Есть хромированные изделия, покрытые латунью и некоторые другие.

Изготавливаются петли из сплавов алюминия, цинка, стали, меди. В процессе производства на изделия наносятся покрытия, защищающие механизмы от коррозии, придающие современный привлекательный внешний вид. Это дает возможность подобрать вариант, оптимально соответствующий дизайну помещения, согласовать по цвету и стилю навесы с другими элементами фурнитуры и декора, использованными в пространстве.

Ведущие мировые производители избегают покрытий из латуни. Они целиком изготавливают их из данного материала. Это исключает проблему истирания, они великолепно выглядят после полировки, служат очень долго. Петли из латуни считаются такими же прочными и надежными, как устройства из стали. Однако их цена довольно высокая, поэтому не каждый может позволить себе их приобретение.

Перед покупкой надо удостовериться, что товар не является контрафактным. Подделки служат мало, быстро теряют внешний вид, в короткий срок приводят к провисанию дверных полотен. Это связано с теми материалами, которые идут на их изготовление. Они могут неожиданно разрушиться, вследствие чего полотно может упасть и травмировать окружающих людей.

Шарниры в расчетных схемах

Так или иначе, проектирование конструкции начинается с разработки ее расчетной схемы . Рассмотрим несколько примеров простейших расчетных схем:

Рисунок 1. Примеры расчетных схем с шарнирными опорами

Удивляет вас это или нет, но на всех трех схемах изображен один и тот же тип опирания конструкции — шарнирное

Обратите внимание, что левая опора в каждой схеме «повернута» на какой-то угол. Это сделано лишь с целью подчеркнуть, что сейчас мы работаем не с реальной конструкцией, а с её виртуальным аналогом, упрощенной моделью (расчетной схемой)

А на расчетной схеме важно отметить только те особенности, которые принципиально влияют на работу конструкции: в данном случае это два опорных стержня, которыми конструкция крепится к земле. Вот еще пример расчетной схемы, взятый из пояснительной записки проекта путепровода 1905 года:

Вот еще пример расчетной схемы, взятый из пояснительной записки проекта путепровода 1905 года:

Рисунок 2. Шарнирно-опертая балка, проект 1905 г.

Справа (фиг. 8, рис. 2) показана простая балка на двух опорах, а черными треугольниками показаны шарнирно-подвижная и шарнирно-неподвижная опоры (правда, сложно узнать где какая, но это уже вопрос к авторам проекта, инженерам Е. О. Патону и П. Я. Каменцеву). Как видим, единого правильного варианта в обозначении шарнирной опоры нет, и как этот элемент показывать на схемах — решать вам.

Что означает кружок

Как легко убедиться, на схемах шарнир символизирует маленький кружок. Вокруг этого центра происходит вращение опорного сечения конструкции:

Рисунок 3. Сечения конструкции A, B вращаются при изгибе вокруг шарнирных опор

Вкручиваемые ввертные петли

Ввертные петли – это устройства, состоящие из 2-х частей, имеющих форму цилиндра. Составляющие части расположены симметрично относительно друг друга. Изделие снабжено отверстиями для крепежа. Один «бочонок» монтируют к полотну, другой – к коробке. Вкручиваемые петли считаются универсальными, потому что нет правых и левых элементов. Основное свойство ввертных петель – капитальность крепления. Такую дверь с петель снять нет получится. Возможно, это не только достоинство, но и существенный недостаток. Но многие именно из-за этого свойства приобретают петли подобной конструкции.

На фото – Европолотно (двери с четвертью).

Перемещения и реакции

Шарнир допускает вращение сечения вокруг своего центра. Поскольку в этой точке разрешены угловые перемещения, то соответствующий опорный момент отсутствует. В этом состоит основное назначение шарнира в строительной конструкции — обнулять моменты, появляющиеся в процессе изгиба:

Рисунок 4. Жесткое защемление (1) и шарнирное опирание (2) балки

В чем разница между подвижной и неподвижной опорами?

Вы наверняка обратили внимание, что на рисунках 1, 3, 4 балки лежат на разных опорах: слева опора нарисована тремя кружка
ми и двумя соединительными линиями, а справа — двумя кружка
ми и одной линией. Почему так?. Каждая соединительная линия (короткий отрезок в изображении опоры) моделирует крепление данного узла к земле, поэтому линейные перемещения балки в этом направлении запрещены

Так, балка не может прогибаться вниз в опорных сечениях; и в начале, и в конце конструкции нарисованы вертикальные или наклонные стержни, поддерживающие балку. Напомню, что наклонную конструкцию всегда можно спроецировать на взаимно перпендикулярные оси (вертикальную и горизонтальную), поэтому схема 2 на рисунке 1 принципиально не отличается от остальных

Каждая соединительная линия (короткий отрезок в изображении опоры) моделирует крепление данного узла к земле, поэтому линейные перемещения балки в этом направлении запрещены. Так, балка не может прогибаться вниз в опорных сечениях; и в начале, и в конце конструкции нарисованы вертикальные или наклонные стержни, поддерживающие балку. Напомню, что наклонную конструкцию всегда можно спроецировать на взаимно перпендикулярные оси (вертикальную и горизонтальную), поэтому схема 2 на рисунке 1 принципиально не отличается от остальных.

Важно также понимать назначение единственного горизонтального опорного стержня. Он запрещает горизонтальное перемещение балки (в направлении продольной оси), но только того сечения, в котором он установлен

Это классическая шарнирно-неподвижная опора:

Рисунок 5. Какие перемещения запрещают и разрешают шарнирные опоры

На рисунке 5 правая опора называется шарнирно-подвижной, так как допускает смещение правого конца балки в горизонтальном направлении

Это важное обстоятельство для учета удлинений и укорочений конструкции вследствие, например, температурных колебаний