Штифтовые соединения это кратко
Обновлено: 04.07.2024
Штифтовые соединения применяют для крепления деталей (например, для фиксации соединения вала со втулкой) или для взаимного ориентирования деталей, которые крепят друг к другу винтами или болтами (в соединениях крышки и корпуса, стойки и основания и др.).
Эскиз изделия со штифтовыми соединениями двух видов – вал-зубчатое колесо и крышка-корпус (соединение с применением двух штифтов) представлен на рисунке. Из рис. 3.105 следует, что штифт сопрягается с двумя деталями. Все штифтовые соединения относятся к разъемным неподвижным соединениям, при необходимости штифты извлекают из отверстий, соединение разбирают. Повторная сборка обеспечивает работу сопряжения с тем же уровнем качества, что и первичная.
Рис. 3.105. Эскиз изделия со штифтовыми соединениями
Из рисунка следует, что штифт сопрягается с двумя деталями. Сопряжение одного штифта (вала) с отверстиями в двух деталях, например посадки штифта в крышку и в корпус или сопряжения штифта с отверстиями вала и ступицы зубчатого колеса (в последнем случае можно формально рассматривать даже три сопряжения) требуют применения посадок в системе вала.
При ориентировании деталей относительно друг друга (соединение крышки и корпуса) обычно используют два штифта, хотя для фиксации углового положения деталей, ориентирование которых обеспечивается цилиндрическим сопряжением (например, соединение круглой крышки с корпусом) достаточно одного фиксирующего штифта.
Штифтовые соединения вала со втулкой относятся к разъемным неподвижным соединениям, в которых дополнительный конструктивный элемент (штифт) обеспечивает взаимную неподвижность деталей. Штифт фиксирует детали и в осевом, и в тангенциальном направлениях. Он предотвращает сдвиг зубчатого колеса вдоль оси вала, а также взаимный поворот деталей в соединении.
В отличие от неразъемных соединений вала и втулки с натягом, штифтовые соединения позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке. В штифтовом соединении вала с ответной деталью штифт обычно используется для передачи крутящего момента (в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом), но возможны и другие решения, например – защита вала от поворота относительно неподвижного корпуса.
В штифтовом соединении вала с зубчатым колесом следует различать центрирующее сопряжение – вал-отверстие зубчатого колеса и две собственно штифтовые посадки: штифт-отверстия во втулке зубчатого колеса (два отверстия) и штифт-отверстие вала.
Точность центрирования деталей в штифтовом соединении вала с зубчатым колесом (шкивом, ступицей рычага и др.) обеспечивается посадкой колеса на вал. Это обычное центрирующее гладкое цилиндрическое сопряжение, для которого можно выбрать посадку с очень малыми зазорами или натягами, следовательно, предпочтительны переходные посадки.
Штифтовое соединение крышки и корпуса образует две посадки (штифт-отверстие корпуса и штифт-отверстие крышки) которые используются только для взаимного ориентирования соединяемых деталей, а крепление крышки к корпусу обычно осуществляют с помощью винтовых соединений.
Поскольку поле допуска диаметра штифта одинаково по всей длине, собственно штифтовые посадки являются посадками в системе вала. Если выбрано основное отклонение поля допуска стандартного штифта h (например, Æ4 h8), посадки реализуются в системе основного вала. А если выбрать иное стандартное основное отклонение поля допуска штифта (например, m), собственно штифтовые посадки реализуются в системе неосновного вала, например, Æ4 F8/m6 и Æ4 K7/m6.
Стандарты предусматривают ряд конструкций штифтов, в том числе штифты конические, штифты цилиндрические с гладкими поверхностями, штифты с лысками, с насечками (для установки в глухие отверстия), штифты трубчатые, в том числе с продольными разрезами. Штифты обычно изготавливают из стали 45, хотя в некоторых случаях допускается изготовление штифтов из сталей А12, 10кп и 20кп. В отдельных случаях возможно их изготовление из качественных конструкционных сталей с закалкой до твердости (54…62) HRC.
Стандарты регламентируют номинальные размеры штифтов и поля допусков их основных размеров, что позволяет назначать необходимые типовые посадки штифтов в отверстия корпусов, крышек, втулок и валов.
Рис. 3.106. Элементы штифтового соединения
Гладкие цилиндрические штифты изготавливают с полями допусков основной поверхности m6, h8, h9, h11, длины штифта – h14, диаметра глухого отверстия в торце штифта – по Н13, а его глубины – по IT15. Поля допусков резьбовых отверстий в торцах штифтов – по 7Н. Конические штифты изготавливают с конусностью 1:50, с полями допусков на угловой размер ± АТ8/2 или ± АТ10/2 и с полем допуска диаметра h10 или h11.
Типичный ряд длин штифтов в некотором ограниченном диапазоне (в миллиметрах): 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 отличается от рядов нормальных линейных размеров.
Условное обозначение стандартного штифта включает:
· обозначение типа (не указывают тип 1 и другие, если тип однозначно определяется стандартом);
· размеры (диаметр d и длину L штифта, при необходимости с указанием поля допуска диаметра);
Примеры обозначений штифтов:
Штифт 10 m6 × 60 ГОСТ 3128 – 70 – штифт диаметром 10 мм и длиной 60 мм.
Штифт 8 h11 × 45 Хим. Окс. прм. ГОСТ 10773 – 80 – штифт диаметром 8 мм и длиной 45 мм, с покрытием Хим. Окс. прм.
Штифтовые соединения применяют для крепления деталей (например, для фиксации соединения вала со втулкой) или для взаимного ориентирования деталей, которые крепят друг к другу винтами или болтами (в соединениях крышки и корпуса, стойки и основания и др.).
Эскиз изделия со штифтовыми соединениями двух видов – вал-зубчатое колесо и крышка-корпус (соединение с применением двух штифтов) представлен на рисунке. Из рис. 3.105 следует, что штифт сопрягается с двумя деталями. Все штифтовые соединения относятся к разъемным неподвижным соединениям, при необходимости штифты извлекают из отверстий, соединение разбирают. Повторная сборка обеспечивает работу сопряжения с тем же уровнем качества, что и первичная.
Рис. 3.105. Эскиз изделия со штифтовыми соединениями
Из рисунка следует, что штифт сопрягается с двумя деталями. Сопряжение одного штифта (вала) с отверстиями в двух деталях, например посадки штифта в крышку и в корпус или сопряжения штифта с отверстиями вала и ступицы зубчатого колеса (в последнем случае можно формально рассматривать даже три сопряжения) требуют применения посадок в системе вала.
При ориентировании деталей относительно друг друга (соединение крышки и корпуса) обычно используют два штифта, хотя для фиксации углового положения деталей, ориентирование которых обеспечивается цилиндрическим сопряжением (например, соединение круглой крышки с корпусом) достаточно одного фиксирующего штифта.
Штифтовые соединения вала со втулкой относятся к разъемным неподвижным соединениям, в которых дополнительный конструктивный элемент (штифт) обеспечивает взаимную неподвижность деталей. Штифт фиксирует детали и в осевом, и в тангенциальном направлениях. Он предотвращает сдвиг зубчатого колеса вдоль оси вала, а также взаимный поворот деталей в соединении.
В отличие от неразъемных соединений вала и втулки с натягом, штифтовые соединения позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке. В штифтовом соединении вала с ответной деталью штифт обычно используется для передачи крутящего момента (в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом), но возможны и другие решения, например – защита вала от поворота относительно неподвижного корпуса.
В штифтовом соединении вала с зубчатым колесом следует различать центрирующее сопряжение – вал-отверстие зубчатого колеса и две собственно штифтовые посадки: штифт-отверстия во втулке зубчатого колеса (два отверстия) и штифт-отверстие вала.
Точность центрирования деталей в штифтовом соединении вала с зубчатым колесом (шкивом, ступицей рычага и др.) обеспечивается посадкой колеса на вал. Это обычное центрирующее гладкое цилиндрическое сопряжение, для которого можно выбрать посадку с очень малыми зазорами или натягами, следовательно, предпочтительны переходные посадки.
Штифтовое соединение крышки и корпуса образует две посадки (штифт-отверстие корпуса и штифт-отверстие крышки) которые используются только для взаимного ориентирования соединяемых деталей, а крепление крышки к корпусу обычно осуществляют с помощью винтовых соединений.
Поскольку поле допуска диаметра штифта одинаково по всей длине, собственно штифтовые посадки являются посадками в системе вала. Если выбрано основное отклонение поля допуска стандартного штифта h (например, Æ4 h8), посадки реализуются в системе основного вала. А если выбрать иное стандартное основное отклонение поля допуска штифта (например, m), собственно штифтовые посадки реализуются в системе неосновного вала, например, Æ4 F8/m6 и Æ4 K7/m6.
Стандарты предусматривают ряд конструкций штифтов, в том числе штифты конические, штифты цилиндрические с гладкими поверхностями, штифты с лысками, с насечками (для установки в глухие отверстия), штифты трубчатые, в том числе с продольными разрезами. Штифты обычно изготавливают из стали 45, хотя в некоторых случаях допускается изготовление штифтов из сталей А12, 10кп и 20кп. В отдельных случаях возможно их изготовление из качественных конструкционных сталей с закалкой до твердости (54…62) HRC.
Стандарты регламентируют номинальные размеры штифтов и поля допусков их основных размеров, что позволяет назначать необходимые типовые посадки штифтов в отверстия корпусов, крышек, втулок и валов.
Рис. 3.106. Элементы штифтового соединения
Гладкие цилиндрические штифты изготавливают с полями допусков основной поверхности m6, h8, h9, h11, длины штифта – h14, диаметра глухого отверстия в торце штифта – по Н13, а его глубины – по IT15. Поля допусков резьбовых отверстий в торцах штифтов – по 7Н. Конические штифты изготавливают с конусностью 1:50, с полями допусков на угловой размер ± АТ8/2 или ± АТ10/2 и с полем допуска диаметра h10 или h11.
Типичный ряд длин штифтов в некотором ограниченном диапазоне (в миллиметрах): 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 отличается от рядов нормальных линейных размеров.
Условное обозначение стандартного штифта включает:
· обозначение типа (не указывают тип 1 и другие, если тип однозначно определяется стандартом);
· размеры (диаметр d и длину L штифта, при необходимости с указанием поля допуска диаметра);
Примеры обозначений штифтов:
Штифт 10 m6 × 60 ГОСТ 3128 – 70 – штифт диаметром 10 мм и длиной 60 мм.
Штифт 8 h11 × 45 Хим. Окс. прм. ГОСТ 10773 – 80 – штифт диаметром 8 мм и длиной 45 мм, с покрытием Хим. Окс. прм.
Штифтовые соединения применяют для крепления деталей (соединение вала со втулкой) или для взаимного ориентирования деталей, которые крепят друг к другу винтами или болтами (соединение крышки и корпуса, соединение стойки и основания и др.). Эскиз изделия со штифтовыми соединениями двух видов – вал-зубчатое колесо и крышка-корпус (соединение с применением двух штифтов) представлен на рис. 1.
При ориентировании деталей относительно друг друга (соединение крышки и корпуса) обычно используют два штифта, но для фиксации углового положения деталей, ориентирование которых обеспечивается цилиндрическим сопряжением (например, соединение круглой крышки с корпусом) достаточно одного фиксирующего штифта.
Штифтовые соединения вала со втулкой относятся к разъемным неподвижным соединениям, в которых дополнительный конструктивный элемент (штифт) обеспечивает взаимную неподвижность деталей. В этом соединении штифт фиксирует детали в осевом и тангенциальном направлениях (предотвращает как осевой сдвиг, так и взаимный поворот). В отличие от неразъемных соединений вала и втулки с натягом, штифтовые соединения позволяют осуществлять разборку и повторную сборку конструкции с обеспечением того же эффекта, что и при первичной сборке. В штифтовом соединении вала с ответной деталью штифт обычно используется для передачи крутящего момента (в соединениях вращающегося вала с зубчатым колесом или со шкивом), но возможны и другие решения, например – защита вала от проворота относительно неподвижного корпуса.
Штифтовое соединение крышки и корпуса образует две посадки: штифт-отверстие корпуса и штифт-отверстие крышки, а в штифтовом соединении вала с зубчатым колесом следует различать центрирующее сопряжение вал-отверстие зубчатого колеса и две собственно штифтовые посадки: штифт-отверстия (два) во втулке зубчатого колеса и штифт-отверстие вала.
Точность центрирования деталей в штифтовом соединении вала с зубчатым колесом (шкивом, ступицей рычага и др.) обеспечивается посадкой колеса на вал. Это обычное центрирующее гладкое цилиндрическое сопряжение, для которого можно выбрать посадку с очень малыми зазорами или натягами, следовательно, предпочтительны переходные посадки.
Поскольку поле допуска на диаметр штифта одинаково по всей длине, собственно штифтовые посадки являются посадками в системе вала. Если выбрано основное отклонение поля допуска штифта h (например, ∅4 h8), посадки реализуются в системе основного вала. А если выбрать иное стандартное основное отклонение поля допуска штифта (например, m), собственно штифтовые посадки реализуются в системе неосновного вала, например, ∅4 F8/m6 и ∅4 K7/m6.
Стандарты предусматривают ряд конструкций штифтов, в том числе конические, цилиндрические с гладкими поверхностями, с лысками и насечками (для установки в глухие отверстия), трубчатые, в том числе с продольными разрезами. Дополнительными конструктивными элементами штифтов могут быть резьбовые отверстия для извлечения из штифтов глухих отверстий или резьбовые выступы, глухие цилиндрические отверстия (для облегчения расклепывания концов). Для некоторых типов конических штифтов предусмотрен продольный разрез (шлиц) со стороны меньшего основания конуса примерно на (15…30) % общей длины для стопорения штифта пластическим деформированием (разжатием). Штифты обычно изготавливают из стали 45, хотя в некоторых случаях допускается изготовление из сталей А12, 10кп и 20кп. Для последующей закалки до твердости (54…62) HRCэ штифты могут изготавливать из качественных конструкционных сталей.
Стандартами регламентируются номинальные размеры штифтов и поля допусков их основных размеров, что позволяет назначать необходимые типовые посадки штифтов в отверстия корпусов, крышек, втулок и валов.
Гладкие цилиндрические штифты изготавливают с полями допусков на основную поверхность m6, h8, h9, h11, на длину штифта – по h14, на диаметр глухого отверстия – по Н13, на его глубину – по IT15. Поля допусков резьбовых отверстий штифтов – по 7Н. Конические штифты изготавливают с конусностью 1:50, с полями допусков на угловой размер ± АТ8/2 или ± АТ10/2 и с полем допуска на диаметр по h10 или по h11.
Типичный ряд длин штифтов в некотором ограниченном диапазоне, мм: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 отличается от радов нормальных линейных размеров.
Условное обозначение штифта включает:
– обозначение типа (тип 1 не указывают, не указывают и другие, если тип однозначно определяется стандартом);
– размеры (диаметр d и длину L штифта, при необходимости с указанием поля допуска диаметра);
Примеры обозначений штифтов:
Штифт 10 m6 × 60 ГОСТ 3128 – 70 – штифт диаметр 10 мм, длина 60 мм.
Штифт 8 h11 × 45 Хим. Окс. прм. ГОСТ 10773 – 80 – штифт диаметр 8 мм и длина 45 мм, с покрытием Хим. Окс. прм..
Штифтовые соединения крышки и корпуса представляют достаточно сложную задачу, связанную с составлением и решением взаимосвязанных размерных цепей. Каждое собственно штифтовое сопряжение включает в себя две простейших размерных цепи (посадка штифта в отверстие корпуса и посадка штифта в отверстие крышки. Образовавшиеся замыкающие звенья – зазоры (натяги) будут входить как составляющие звенья в размерные цепи, определяющие межосевые размеры штифтового соединения, а также их замыкающие звенья – зазоры (натяги) между образующими штифтов и корпусной детали (крышки).
Кроме намеченных линейных размерных цепей, следует также составить и рассчитать еще и угловые размерные цепи, поскольку отклонения осей штифтовых отверстий от перпендикулярности также существенно влияет на собираемость изделия.
Контроль элементов штифтового соединения
Контроль размеров штифтов осуществляют при их изготовлении, причем контроль наружных размеров не представляет сложности и осуществляется традиционными методами. При использовании стандартных штифтов контроль элементов штифтового соединения включает контроль размеров отверстий под штифты и контроль координирующих размеров, определяющих положение осей отверстий.
Контроль диаметров отверстий можно осуществлять универсальными средствами измерений, имеющими соответствующие диапазоны измерений, или калибрами-пробками. Для контроля глубины глухих отверстий в корпусных деталях можно использовать глубиномеры или специальные шаблоны (жесткие калибры).
Универсальными средствами измерений, пригодными для контроля размеров и расположения парных штифтовых отверстий являются измерительные микроскопы. Контроль сквозных отверстий осуществляют в проходящем свете, контроль глухих отверстий – в отраженном свете.
Штифты и штифтовые соединения состоят из деталей, соединяемых с применением штифтов.
Штифтовые соединения применяют для фиксации взаимного положения деталей (рис. 1; а, б, в, г), при передаче сравнительно небольших вращающих моментов (рис. 1; д, е). В качестве распространенного примера можно привести фиксацию двумя коническими штифтами взаимного положения корпуса и крышки редуктора (рис. 1, б), чем обеспечивается сохранение их взаимного положения при совместной механической обработке, сборке и разборке редуктора.
Рис. 1. Штифтовые соединения
Достоинства штифтовых соединений: их простота, технологичность и низкая стоимость. Недостаток некоторых штифтовых соединений – ослабление сечения вала отверстием и связанная с этим концентрация напряжений.
Основные типы стандартных штифтов представлены на рис. 1.
Кроме приведенных конструкций имеется много других штифтов, которые находят применение в машиностроении. К ним относятся: конический и цилиндрический с насечкой на наружной поверхности, пружинный, штифты цилиндрические и конические с внутренней резьбой (резьба на штифтах служит либо для их закрепления, либо для извлечения из отверстия при разборке); штифты конические разводные, штифты цилиндрические закаленные и штифты цилиндрические заклепочные (эти штифты с канавками, и их применяют вместо гвоздей или шурупов и др.).
Цилиндрические штифты обычно ставят на рабочее место с гарантированным натягом K7/m6 или по переходной посадке Н7/m6, а в движущихся соединениях – с расклепыванием концов (рис. 1, д).
Твердость незакаленных штифтов – не менее 145 НВ и закаленных – 58…62 HRC.
Конические штифты выполняют с конусностью 1:50, обеспечивающей их самоторможение. Обыкновенные конические штифты (рис. 1, б) ставят при сквозных отверстиях, когда их можно выбивать с противоположной стороны. При глухих отверстиях ставят конические штифты с резьбой для вытаскивания (рис. 1, в). Конические с резьбой на конце (рис. 1, г) и разводные штифты ставят в соединениях, испытывающих динамические нагрузки, толчки и удары, а также в соединениях, движущихся с большой скоростью. После установки разводных штифтов на рабочее место концы их слегка разводят.
Штифты изготовляют из стали Ст4, Ст5, Сталь 35, 40 и 45. Просечные штифты рекомендуется изготовлять из пружинной стали (сталь 65Г). При необходимости применяют штифты с термообработкой 45..65 HRC. Шероховатость посадочной поверхности Ra = 0,8…0,4 мкм. Для соединения пластмассовых деталей применяют штифты из пластмасс.
1. Расчет конического штифта на прочность
Диаметр установочного штифта принимают конструктивно. Диаметр крепежного штифта определяют из расчета штифта на срез.
Рис. 2. Схема сил для расчета конического штифта
Средний диаметр штифта dш определяют из условия прочности на срез по двум плоскостям среза (рис. 2):
где Т – вращающий момент.
При действии на штифт силы F, перпендикулярной его оси, условие прочности на срез:
Допускаемое напряжение на срез для штифта, изготовленного из стали указанных марок, [τср] = 35…75 МПа; меньшие значения – при нагрузке с толчками и ударами.
2. Цилиндрический штифт-шпонка
Диаметральное сечение штифта проверяется на срез, боковая поверхность – на смятие (рис. 3).
Рис. 3. Схема сил, действующих на цилиндрический штифт-шпонку
прочность штифта на смятие:
прочность штифта на срез:
момент, передаваемый соединением:
Допускаемые напряжения в зависимости от прочности материалов вала и ступицы и от режима работы выбирают в пределах [σсм] = 60…150 МПа (меньшие значения выбирают для чугунных ступиц и при неравномерной и ударной нагрузке, а большие – для стальных ступиц).
3. Расчет цилиндрического штифта на прочность
Под действием сил F штифт испытывает напряжения среза (рис. 4).
Рис. 4. Схема сил для расчета нагрузки на цилиндрический штифт
Клиновое соединение (рис. 1) состоит из стержня, втулки и клина. Соединяющей деталью является клин, который вставляется в сквозные прорези вала и втулки.
Рис. 1. Клиновые соединения: а — силовые; б — установочные;
1 — стержень; 3 — втулка; 3 — клин; 4 — винт; 5 — корпус; F — усилие предварительного натяга
В зависимости от назначения различают силовые (рис. 1, а) и установочные (рис. 1, б) клиновые соединения. В силовых соединениях клинья служат для прочного соединения деталей машин и механизмов, а в установочных они предназначены для установки деталей в нужном положении и регулирования этого положения. В силовых соединениях клин устанавливают на место, забивая его или затягивая с помощью винта.
В зависимости от способа сборки различают напряженные и ненапряженные клиновые соединения, но чаще применяют первые, так как в клиновых соединениях, в большинстве случаев, действуют знакопеременные нагрузки. Предварительный натяг в напряженных клиновых соединениях достигается или за счет заплечиков на стержне 1, или за счет посадки хвостовика во втулке 2 на конусе (см. рис. 1, а). Клин 3 удерживается в основном за счет сил трения. Для надежного удерживания клина в силовых соединениях его уклон должен быть сравнительно небольшим (1:100, 1:40 или 1:30).
Штифтовые соединения.
Штифтовое соединение (рис. 2) — разновидность клинового соединения. Крепежной деталью в нем является штифт, представляющий собой конический или цилиндрический стержень с гладкими поверхностями (рис. 2, а), на которых иногда выполняются выточки, канавки или отверстия. Штифты служат для передачи небольших крутящих моментов, а также для обеспечения точного взаимного расположения соединяемых между собой деталей. Конические штифты имеют конусность 1:50 и могут использоваться многократно.
Цилиндрические штифты удерживаются в отверстии за счет натяга, поэтому при многократном использовании нарушается плотность их посадки и точность установки.
Рис. 2. Штифтовые соединения:
а — гладким штифтом; б — разводным штифтом; в — штифтом с резьбой
Для повышения надежности установки применяют разводные (рис. 2, б) и резьбовые (рис. 2, в) штифты.
Недостатком штифтовых соединений является то, что отверстия в валу и во втулке необходимо сверлить и развертывать одновременно, так как при раздельном сверлении они, как правило, не совпадают.
Считается, что нормальный натяг в штифтовом соединении может быть получен, если штифт, вставляемый в отверстие вручную без применения каких-либо инструментов, входит в него на 70… 75 % длины. Устанавливают штифты с помощью молотка, используя оправку, или на прессе. Для того чтобы при разборке штифт можно было легко удалить, его тонкая часть должна несколько выступать над поверхностью сопрягаемых деталей.
Читайте также: