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

j_s6 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 D_o, 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.