Что такое штифтовое соединение?

Как и шпоночные, штифтовые соединения чаще всего используются в узлах для передачи крутящего момента между валом и деталью. Их основной особенностью является то, что они позволяют устанавливать элементы с высокой точностью. Выполняются соединения этого типа с использованием особых деталей — штифтов.

Где используются

Применяются такие соединения для передачи в основном только очень небольших нагрузок. Иногда штифты используют для взаимной фиксации деталей. Существуют также особые срезаемые элементы этого типа, применяемые в качестве предохранителей. Помимо узлов с валами, такие изделия очень часто используются для соединения крышек и корпусов.

Еще одно назначение штифтовых соединений - протезирование в стоматологии. С использованием таких элементов производится крепление искусственных зубов.

Разновидности штифтов

При сборке разного рода узлов используют два основных типа подобных изделий:

• цилиндрические;

• конические.

Цилиндрические штифты, в свою очередь, могут быть:

• пружинными разрезными;

• просечными (с канавками).

Дополнительными элементами конструкции штифтов могут быть резьбовые отверстия или выступы. Применяются они для выемки изделий из глухих отверстий.

По выполняемым в узле функциям различают три группы штифтов:

• установочные;

• направляющие;

• крепежные.

Штифтовое соединение: ГОСТ

В большинстве случаев при сборке узлов используются стандартные штифты, изготовленные с соблюдением нормативов ГОСТ. Для каждого конкретного вида изделий они свои. Так, изготовление штифтов простой формы регулируется ГОСТ 3128-70 (цилиндрические) и ГОСТ 3129-70 (конические). Делают такие детали обычно из стали марки 45. Но ГОСТ допускает применять для этой цели и материал марок А12, 10 кп, 20 кп и пр. Просечные изделия изготавливают из пружинной стали. Иногда штифты разных видов делают и из цветных металлов.

Разумеется, регулируются стандартами и номинальные размеры этих элементов. Также ГОСТ предусматривает и допустимые отклонения последних. Это позволяет назначать типовые посадки штифтов в отверстия втулок, валов, крышек и корпусов.

Условное обозначение этих изделий включает в себя:

• слово «штифт»;

• тип изделия;

• его размеры;

• обозначение стандарта.

Тип при этом указывается только в том случае, если он однозначно определяется стандартом. В поле «размеры» отмечаются диаметр изделия и его длина. Иногда здесь же проставляются поля допуска.

Что собой представляет

Относятся соединения этой разновидности к типу разъемных. При их создании сначала производится сверление деталей узла. Причем оно обязательно должно быть совместным. То есть предварительно детали складываются друг с другом таким образом, как они будут располагаться в узле в дальнейшем при его работе. После этого производится собственно сверление.

В полученные отверстия на следующем этапе вставляются сами штифты. Цилиндрические элементы этого типа устанавливаются очень плотно. То есть штифт всегда имеет несколько больший диаметр, чем подготовленное под него отверстие.

В том случае если узел в процессе эксплуатации будет подвергаться неоднократной сборке/разборке, для него предусматриваются не цилиндрические, а конические штифты. Это позволяет продлить срок службы конструкции. Поскольку цилиндрические штифты вставляются в отверстия деталей очень плотно, после разборки и сборки узел может потерять присущие ему изначально эксплуатационное качества. То есть соединение может стать попросту не слишком прочным.

Работают штифты в процессе эксплуатации:

• на срез (по поверхности стыка);

• на смятие.

Именно по этим признакам производятся расчеты на их пригодность при использовании в том или ином узле. Смятию могут подвергаться рабочие поверхности как штифтов, так и соединяемых деталей.

Преимущества и недостатки

При изготовлении разного рода узлов могут использоваться, помимо штифтовых, и клиновые соединения, шпоночные, шлицевые. Все они относятся к типу разъемных. Очень часто применяются также резьбовые соединения этой разновидности с применением винтов, шпилек и болтов, профильные, клеммовые. Каждый из этих типов имеет как свои достоинства, так и недостатки.

К плюсам штифтовых соединений относят в первую очередь:

• простоту конструкции;

• простоту сборки/разборки;

• точное центрирование соединяемых деталей.

Недостаток такие соединения имеют в основном только один. Просверленное под штифт отверстие в любом случае в дальнейшем будет ослаблять деталь. Клеммовые соединения, к примеру, такого минуса лишены.

При этом и обрабатываться гнезда под штифты должны очень тщательно. В противном случае изделие в последующем может погнуться. Необходимость же точной обработки отверстия удорожает изготовление детали узла.

Особенности использования цилиндрических штифтов

Сборка штифтовых соединений при скреплении деталей машин выполняется обычно с применением гладких изделий. Таким же образом обычно производится обычная фиксация элементов конструкции машины в процессе ее эксплуатации. В этом случае чаще всего применяются два гладких штифта.

Для фиксации положения деталей могут использоваться и просечные изделия этого типа. Их основным преимуществом, в сравнении с гладкими, является то, что они не требуют развертки отверстий. При отсутствии дополнительных креплений такие элементы к тому же более надежны в плане выпадения. Как и при использовании конических, при применении просечных цилиндрических штифтов сборку/разборку соединения можно в последующем в процессе эксплуатации проводить неоднократно.

В статичные соединения цилиндрические изделия устанавливают с натягом. В движущихся же их монтируют с обязательным расклепом концов. Пружинные цилиндрические штифты монтируются обычно в малонагруженных соединениях. Натяг при их использовании создается за счет уменьшения диаметра отверстия. Установочные типы штифтов в соединениях по посадке устанавливаются с натягом с одной из деталей. С другой их монтируют с посадкой H7/h6 или же H7/js6.

Конические изделия

Штифты этой разновидности изготавливаются с конусностью 1:50. Это обеспечивает в последующем их самооторжение в узлах. Используются такие изделия для передачи крутящего момента и для соединения крышек с корпусами почти так же часто, как и цилиндрические.

Простые конические штифты устанавливают обычно в сквозные отверстия. В этом случае при монтаже их просто вбивают с противоположной стороны соединения. Если отверстие не сквозное, в него устанавливается конический штифт с резьбой для вытаскивания.

Разводные изделия этого типа используют в таких соединения, которые в процессе работы механизма могут подвергаться толчкам и ударным нагрузкам. Помимо этого, их устанавливают в тех узлах, в которых детали движутся с очень большой скоростью. Концы таких штифтов по окончании монтажа обычно разводят.

Особенности установки в узле

Просверливают детали для соединения штифтом, как уже упоминалось, в сборе. В некоторых случаях эти элементы, во избежание выпадения, дополнительно фиксируют. Так поступают, к примеру, при монтаже разборных соединений. Дополнительную фиксацию в этом случае обеспечивают кольцом из проволоки 0.5-0.8 мм.

В неразборных соединения штифты обычно кернят. Но в некоторых случаях могут применяться и изделия с засверленными концами. После сборки такие штифты развальцовываются.

При использовании конических изделий в некоторых случаях условие самоотторжения может не выполняться. Происходит так довольно-таки часто, к примеру, в узлах, подвергающихся вибрациям или же функционирующих в условиях, при которых резко меняется температура. В таких соединениях конические штифты положено закреплять дополнительно.

Выбор и расчет штифтового соединения

Размеры используемых для передачи крутящего момента изделий зависят в первую очередь от диаметра вала (в пределах d шт.<0.3d). По прочности на срез штифт выбирают с использованием такой формулы:

• t ср=4T/dxd2шт.<[t ср].

Здесь T — вращающий момент, [t ср] — допустимые напряжения среза. Последний параметр смотрят в специальных таблицах. На смятие при тонкой ступице соединение проверяют по формуле:

• Q ср=2T/d(D-d)d шт.<[Q ср].

Здесь /d(D-d)d шт. — условная площадь смятия, [Q ср] — допустимое напряжение смятия для стали.

Ремонт

Помимо смятия или среза, в соединениях этого типа могут возникать также такие дефекты, как износ отверстия и появление трещин в самих деталях. Эксплуатировать узлы далее при появлении любой из четырех проблем не допускается. Ремонт узла должен быть проведен обязательно. Проработает узел с дефектом в любом случае очень недолго.

Собственно сам ремонт штифтовых соединений, конечно же, выполняют с соблюдением определенных нормативов. В большинстве случаев дефектные штифты утилизируются и заменяются на новые. Однако ГОСТ все же допускает, к примеру, расширять изношенные отверстия под другой штифт большего размера. Также разрешается заваривать старые отверстия и просверливать на их месте новые.