
11.3 Штифтовые соединения
Осевые штифты (круглые шпонки) применяют передачи крутящего момента в неразборных соединениях.
Штифты устанавливают на прессовой посадке в отверстия, совместно просверленные и развернутые в валу и ступице по стыку посадочных поверхностей (рис. 11.17, а — д). Конические штифты страхуют от выпадения с помощью шайбы и гайки (вид б). Ступицу обычно сажают на посадках с натягом.
Рис. 11.17 Осевые штифты
Передаваемый
соединением крутящий момент (без учета
натяга на посадочных
поверхностях)
, (11.6)
где d, 1 — соответственно диаметр и длина штифтов, z — число штифтов;
— допускаемое напряжение среза, D
— диаметр соединения.
Вследствие благоприятной формы выемок в валу и ступице концентрация напряжений относительно невелика. Многоштифтовые соединения этого типа по прочности приближаются к шлицевым, а при прессовой посадке по центрирующим поверхностям могут превосходить их.
Недостаток соединения — необходимость совместной обработки отверстий под штифты в валу и ступице. Материал детали и вала должен быть примерно одинаковой твердости, в противном случае неизбежен уход сверла в сторону более мягкого металла.
Соединения осевыми штифтами применимы для крепления насадных деталей в концевых установках при не слишком большой длине вала, когда обеспечен удобный подвод сверл и разверток к торцу вала.
Этим способом можно крепить детали и во внутреннем отверстии вала при условии, если деталь не слишком длинна и наружный диаметр D1 детали меньше (виды в, г) или внутренний диаметр D2 больше (вид д) диаметра D посадочной поверхности.
Положительная особенность конструкций гид заключается в том, что сверло получает хорошее первоначальное направление в стенке детали.
В разборных соединениях штифты запрессовывают в ступицу (виды е, ж) или торец вала (вид з); свободные концы штифтов входят на посадках h6 или
js6 соответственно в отверстия вала или ступицы.
Допустимо крепление деталей разной твердости. Соединение более технологичное, чем первое (возможна раздельная обработка вала и детали по кондукторам), но менее прочное.
На виде и показано крепление на штифтах деталей 1 и 2 к валу. Штифты установлены на прессовой посадке в детали 1 с длинным отверстием и входят на центрирующей посадке в бурт вала и вторую насадную деталь.
Передаваемый осевыми штифтами крутящий момент
,
(11.7)
где
—
диаметр расположения штифтов. При
равенстве z
и d
крутящий момент
меньше, чем для соединений по видам а
- д [формула (11.6)] в
раз
(при обычных значениях
и при
— приблизительно в
4 раза).
Радиальные штифты
В слабонагруженных соединениях (валы вспомогательных приводов) применяют крепление цилиндрическими (рис. 11.18, а) или коническими (вид б) радиальными штифтами, фиксирующими насадную деталь в угловом и осевом направлениях.
Рис. 11.18. Радиальные штифты
Соединение нетехнологичное (требуется совместное сверление и развертывание отверстий в ступице и валу); отверстия сильно ослабляют вал; затяжка соединения отсутствует.
Передаваемый крутящий момент
(11.8)
Сопоставляя это выражение
с формулами (11.6) и
(11.7), видим, что несущая
способность соединения приблизительно
в 0,5z
раз меньше, чем
соединений осевыми штифтами по рис. е
– з и в
раз меньше, чем по
рис. (11.17,а – в) (например,
при z
= 6 и l/d
= 4 — в 17 раз).
Соединение тангентными штифтами (вид е) применимо при одинаковой твердости материала вала и ступицы. Прочность соединения определяется напряжениями смятия на штифтах и вследствие неблагоприятной раздачи сил (малое плечо сил сжатия относительно оси вала) незначительна.
Если к насадной детали нельзя подвести режущий инструмент в радиальном направлении, то применяют штифтовку наклонными штифтами (вид г )- соединение практически неразборное.
В разборных конструкциях для передачи небольших крутящих моментов применяют нарезные штифты с цилиндрическими хвостовиками, входящими в паз (вид д) или в сверление (вид е) на валу. Несколько сильнее крепление штифтами с коническими хвостовиками (вид ж). При центральном угле конуса а < 400 соединение самоконтрящееся. Еще сильнее соединения гладкими коническими штифтами с нарезным отверстием под съемник (вид з).
Конические штифты, затягиваемые внутренней гайкой (вид и), применимы в концевых соединениях. Опорная поверхность гайки должна быть выполнена по сфере диаметром Do, равным диаметру отверстия вала.
В этих конструкциях необходимо совместное развертывание отверстий под штифты в ступице и валу.
В слабонагруженных соединениях применяют радиальные штифты, запрессованные в вал и входящие свободными концами в пазы на ступицах (виды к- и).
В соединениях для самых легких нагрузок крутящий момент иногда передают шариком, установленным в сферическую лунку на валу; противоположной стороной шарик входит в полукруглый паз на ступице (вид н).
На виде о показано более сильное соединение с помощью шариков, установленных на стыке торца детали и упорного буртика вала. Применение шариков в данном случае вызвано стремлением снизить концентрацию напряжений в насадной детали (выполненной из, легкого сплава). Необходимо точное изготовление полусферических гнезд, иначе шарики будут работать в незатянутом состоянии.
В аналогичном соединении вида п крутящий момент передается полусферическими головками штифтов, запрессованных в буртик вала.