Шарнир универсальный

Шарнир универсальный (шарнир Гука, подвес Кардана), такое соединение двух тел, которое позволяет им иметь друг относительно друга всевозможные перемещения вокруг одной общей им, неподвижной при этом точки. Проще всего такое соединение двух тел выполняется непосредственным их обоих соприкосновением при помощи шарового шипа (рис. 1);

Рис. 1.

на одном теле делается выемка, обточенная по сфере произвольного радиуса, а на другом теле — такого же диаметра шаровой шип, и затем шип вставляется в углубление (для возможности сборки оболочка должна быть разъемной). Такая конструкция встречается и в практике (в соединениях труб, в передачах от регулятора к золотнику и пр.). Но часто соединение выполняется не непосредственно, а при участии еще третьего, промежуточного тела, как показано на рис. 2.

Рис. 2.

Здесь промежуточное тело в схеме имеет вид креста и иногда таким и выполняется, но это не существенно; суть дела здесь в том, что это промежуточное тело имеет на себе элементы четырех вращательных пар а, а', b, b' так расположенных, что два шипа а и а' образуют одну ось вращения, а два другие b и b' — вторую, к ней перпендикулярную. Одно из соединяемых тел может относительно креста вращаться вокруг оси аа' а другое — вокруг оси bb'. Благодаря сложению этих двух вращений относительное движение тел 1 и 2 будет вращением вокруг точки пересечения двух осей. В том виде, как устройство показано здесь, оно называется шарниром Гука и служит в практике для передачи вращения от одного приводного вала к другому, ось которого отклонена от оси первого; в этом случае соединяемые тела суть валы 1 и 2 и лежат в неподвижных подшипниках О₁ и О₂. Центр креста должен совпадать с точкою пересечения геометрических осей двух соединяемых валов.

Следует заметить, что как средство для передачи вращения от одного вала к другому шарнир Гука не особенно совершенен, так как при равномерном вращении одного вала другой будет вращаться неравномерно и тем в большей степени, чем больше ось второго вала отклонена от оси первого. Но при передаче небольших сил шарнир Гука, тем не менее, оказывает большие услуги в машинах. Неравномерность передачи вращения может быть полностью уничтожена устройством двух шарниров Гука, поставленных известным образом один за другим, т. ч. между двумя главными валами введен еще промежуточный валик. Пример конструктивного выполнения шарнира Гука показан на рис. 3, где изображен сделанный из чугуна шарнир, надеваемый на концы двух соединяемых валов.

Рис. 3.

Другая цель, для которой пользуются такой системой трех тел, есть устранение влияния качки на компас (см. XLI, ч. V, 240). В этом случае одно тело должно оставаться (приблизительно) неподвижным (именно, коробка компаса), а крест и другое тело (шкапик компаса и палуба корабля) могут качаться в пространстве. Соблазняясь примером компаса, пробовали устраивать на этом же принципе каюты для пассажиров, которые не подвергались бы качке, но эти попытки успеха не имели, благодаря значительным силам инерции тяжелой каюты и, может быть, неумению конструкторов применить надлежащей силы тормоза или буфера.

В таком виде устройство называется обыкновенно подвесом Кардана; изображение его можно найти во всяком курсе физики.

А. С.