13. Штифтовые, шпоночные и шлицевые соединения Штифтовые соединения
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 13.1. Из рисунка 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.
Сопряжение 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.
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.
Штифтовое соединение вала с зубчатым колесом подобно шпоночному соединению, в нем 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, 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 регламентируют 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 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:
слово «Штифт»;
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);
обозначение стандарта.
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 крышки и корпуса (рисунок 13.2) представляют собой достаточно сложную конструкцию, 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 обозначенных линейных размерных цепей, можно также составить и рассчитать угловые размерные цепи, поскольку отклонения осей штифтовых отверстий от перпендикулярности также существенно влияют 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 двух деталей в сборе 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. В серийном и массовом производстве применяется и раздельная обработка деталей с использованием специальных приспособлений, обеспечивающих высокую точность координат осей штифтовых отверстий.