11 Штифтовые соединения и корпусные детали

11.1 Штифтовые соединения

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 рисунке 11.1.

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.

Рисунок 11.1 Применение штифтовых соединений

Штифтовые соединения вала со втулкой относятся к разъемным неподвижным соединениям, в которых штифт, как дополнительный конструктивный элемент, 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, 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), 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 или резьбовые выступы, для извлечения штифтов из глухих отверстий. Штифты обычно изготавливают из стали 45, хотя в некоторых случаях допускается изготовление из сталей А12, 10кп и 20кп. 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 рядов нормальных линейных размеров.

Условное обозначение штифта включает:

• слово "Штифт";

• 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);

• обозначение стандарта.

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 10773-93 – 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 штифтовое сопряжение включает в себя две простейшие размерные 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 отверстием корпусной детали (крышки).

Рисунок 11.2 - Эскиз соединения крышка-корпус (ориентирование по двум штифтам)

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.

В связи с тем, что обеспечить точность замыкающих звеньев таких размерных цепей методами полной взаимозаменяемости бывает затруднительно, достаточно часто прибегают к «технологической компенсации» – применяют совместную окончательную обработку штифтовых отверстий в сборе. Корпус и крышку с предварительно просверленными отверстиями собирают без штифтов и крепят друг к другу, затем «совпадающие» отверстия обрабатывают разверткой, чем обеспечивается их соосное расположение при фиксированном межосевом расстоянии. Такой технологический процесс можно рассматривать как применение технологии индивидуального производства, поскольку каждая крышка подходит только к своему корпусу.