Шар-конус. Как правильно делать колпачок зажигалки.

В серьезной промышленности, в том числе атомной и космической, когда требуется абсолютно герметичное соединение газовых магистралей и тому подобных узлов, особенно если нет возможности применить упругие герметизирующие элементы типа резиновых и прочих прокладок, затыкающих все щели, издавна применяется волшебное соединение «Шар-конус»:

(на фото пример штуцеров Ш-К промышленного изготовления)

Рассмотрим его геометрическую суть:

Конус одет на шар, как китайская соломенная шляпа. И все, мало-мальски обладающие пространственным геометрическим мышлением, поймут, что «пятно контакта» этих фигур, образует замкнутое кольцо (красная полоска на чертеже). То есть, если мы, грубо говоря, припаяем шар со сквозным отверстием на одну трубку, а конус на другую, то сжав эти фигуры между собой, мы получим герметичное соединение трубопровода.
Подумаешь, великая проблема! — могут возразить мне, это далеко не единственный способ соединения! Например, конус-в-конус, так делаются «притертые» пробки в стеклянной химической посуде… Действительно, и в металле такие соединения тоже применяются. Однако, заклинивают они — мама не горюй. Наверное, у каждого в жизни был свой опыт с хорошо засевшим конусом Морзе… А соединение шар-конус, не заклинивает! То есть, годится для соединений, требующих быстрого и многократного рассоединения. Но и это еще не все.
В отличие от всех других соединений, шар-конус допускает осевое несовпадение. Смотрите, «шляпу» можно подвигать по шару, а пятно контакта будет перемещаться вслед за ней, оставаясь кольцом:

Но и это еще не все! Проблема допусков. Представьте себе реальное массовое производство, большой завод, партии в тысячи одинаковых деталей, параллельное изготовление на нескольких станках… А бывает, что одна сопрягаемая деталь делается на одном заводе, а другая — на другом, за сотни километров… Только представьте себе, какую точность изготовления им надо согласовать меж собой (и потом еще соблюсти!), чтобы в итоге получилось реально герметичное соединение! А это в свою очередь, сильно влияет на цену изделия, чем выше точность — тем выше цена… И может оказаться, что соединение конус-в-конус, сделать конечно можно, но цена изделия в итоге получится запредельная… А шар-конус, кроме возможности сборки с перекосами, еще и некритичен к неточностям изготовления! Представьте себе, что у шара изменится диаметр в некотором диапазоне, а у конус — угол раскрытия. Пятно контакта остается кольцом! То есть, детали для такого соединения можно производить на станках более низкого класса точности, которыми управляют бухие менее квалифицированными токаря, и все равно в итоге получим герметичность — во какие чудеса! )
Все эти особенности, играют роль не только в большой, «взрослой» экономике, но и в наших наколенных технологиях. Только у нас проблема точности изготовления в полный рост стоит не потому что токарь пьющий, а потому что вместо станка — дрель. А детали крохотные, угол внутреннего конуса мерить нечем, только на глазок расточить… Правда, хороший шар изготовить тоже задачка та еще, но к счастью, нам не надо делать его весь целиком, достаточно небольшого фрагмента шаровой поверхности…
Короче, на этом теоретическую часть можно закончить. Теперь смотрите, вот они, часть шара и ответная часть конуса, на горелке и колпачке для зажигалки:

Это не я придумал, внимательное рассмотрение лучших исторических образцов зажигалок показывает, что все уже давно украдено придумано до нас.
При культурном изготовлении, у меня зажигалки с такими колпачками до трех недель бензин держат.
И еще пара секретов. Как мы понимаем, бензин — вещество чрезвычайно летучее. Достаточно щели толщиной в одну молекулу, и он будет убегать. Я уже описывал этот способ контроля, закройте свою зажигалку, и через пол-часа понюхайте зону у колпачка. Если чувствуется острый запах свежего бензина — значит, он таки где-то убегает, и колпачок мы сделали неправильно. Допустим лишь слабый запах «старого» бензина, т.е. его наиболее тяжелых, маслянистых фракций.
Поскольку поверхность обратного конуса на колпачке обычно делается путем расточки треугольным шабером, а не резцом, она часто получается не идеальной, а с «гранями». На самом деле, даже просто царапин от от обрабатывающего инструмента — достаточно. Они практически не видны визуально, но парам бензина этого достаточно для утечки. Чтобы вылечить этот косячок, я после полной сборки колпачка, наношу сверху легкий дозированный удар часовым молоточком. Чтобы произошла полная «посадка», обжатие юбки колпачка об шаровую поверхность, смятие царапин. Потом смотрю в увеличительный прибор, надо увидеть то самое пятно контакта. Замкнуто ли оно, имеет ли форму полного кольца? Если нет — зажигалка будет вонять, катастрофически терять бензин в закрытом виде.
Теперь про точку поворота колпачка.
Несмотря на способность шар-конуса прощать ошибки в соосности, лучше если движение колпачка на горелку, в момент их соприкосновения, будет максимально прямолинейным. А для этого, ось поворота колпачка лучше отнести на максимальное расстояние от горелки:

Чем ось ближе — тем хуже обеспечение герметичности, в длительной перспективе. Потому что когда колпачок надвигается на шар по кривой дуге малого радиуса, контакт неизбежно получается неравномерный. И давление запирающей пружинки, ближе к оси поворота будет одно, а на дальней от оси стороне колпачка — другое. А раз давление приложено с перекосом, то в процессе износа, даже если вначале никаких щелей у нас не было, то в дальнейшем они могут появиться! Это тоже важный момент, мы ведь хотим не просто сделать качественную вещь, а чтобы она и через 10 лет продолжала качественно работать?
Кстати, обратите внимание, по высоте точка поворота колпачка тоже не абы как должна располагаться. В идеале она должна лежать на плоскости, которую задает кольцо контакта (красная полоска на чертеже). Потому что только при таком расположении, контакт при захлопывании колпачка происходит сразу по всему кольцу, и без скользящего сдвига относительно шара. Если точка оси поворота выше — контакт будет все время с микроскопическим сдвигом, с проскальзыванием конуса по шару. А это — лишний износ сопряженных деталей. И значит, даже если вначале получилось сделать качественное закрытие, со временем начнет сифонить. Это примерно как при ходьбе, если ногу на асфальт четко-вертикально ставить, или по косой линии, с подшаркиванием — в каком случае подметка быстрее сотрется? )
Попробуйте задрать точку поворота сильно выше красной линии, и мысленно промоделировать, как будет происходить контакт колпачка и горелки. Вот примерно так нарисую, для наглядности:

Очевидно, что в этом случае, характер износа «дальней» точки контакта, и «ближней», будут принципиально различными. На дальней точке — перпендикулярный удар, как молотком по наковальне. А на ближней — практически, горизонтальное взаимное скольжение, без удара! И значит, в процессе эксплуатации, у колпачка неизбежно появится перекос, и зазор. Я думаю, что зазор появится с внутренней стороны, где нет удара. Но возможны варианты…
А вот если ось поворота совпадает с красной линией, то очевидно, что износ происходит боле-мене равномерно. А значит, с сохранением герметичности. Мне кажется, что мастера, желающие создавать реально долговечные вещи, должны такие нюансы учитывать при конструировании.
Вот, как-то так… Разумеется, от этих заморочек свободны колпачки резьбовые, с прямолинейным надвижением на горелку по направляющему штоку, и с резиновым уплотняющим колечком )