Установочные (цилиндрические, конические, "лежачие") штифты

Установочный штифт

Установочные (контрольные) штифты применяют в случаях, когда необходимо точно зафиксировать положение одной детали относительно другой (например, положение крышки разъемного подшипника скольжения относительно его корпуса), а также для восприятия поперечных сил, действующих в плоскости разъема двух деталей (например, для передачи крутящего момента во фланцевом соединении валов).

Применяют два типа установочных штифтов: цилиндрические и конические съемные.

Цилиндрические штифты (рис. 217) устанавливают обычно наглухо (по посадке с натягом) в одной из соединяемых деталей; выступающий конец штифта входит в отверстие другой детали по посадке Н7/js6 или Н7/h6.

Форма штифта имеет большое значение для правильной работы и долговечности соединения. Наиболее простая форма — цилиндрическая с заходными фасками под углом 45° (рис. 217, I) — наименее удовлетворительна: кромки фасок (при запрессовке штифта и при надевании отъемной детали) портят стенки отверстий.

Цилиндрические установочные штифты

Несколько лучше пологие фаски под углом 10—20° (рис. 217, II). Однако и здесь наблюдается, хотя и в меньшей степени, то же явление. Лучше, когда концы штифтов (по крайней мере конец, входящий в съемную деталь) имеют галтели (рис. 217, III).

Оптимальная конструкция показана на рис. 217, IV. Здесь входной конец штифта выполнен с галтелью переменного радиуса, плавно переходящим в цилиндрическую поверхность штифта. Такая форма широко применяется дли штифтов, устанавливаемых в детали из легких сплавов. Изготовление таких штифтов несколько сложнее, но зато они обеспечивают удобный монтаж и длительный срок службы соединения.

Во всех случаях обязательны заходные фаски на отверстиях соединяемых деталей. В посадочном гнезде фаски необходимы для облегчения запрессовки штифта; в изделиях из пластичных металлов фаски, кроме того, предупреждают выпучивание материала у кромок гнезда. В отверстиях отъемных деталей фаски нужны для облегчения монтажа.

В изделиях из мягких материалов, например, из пластиков, отверстие под входной конец штифта футеруют (рис. 217, V). Футорки крепят в изделии на резьбе, опрессовкой и т. п.

Установочные штифты изготовляют из высокоуглеродистой стали, для ответственных силовых соединений — из легированной стали с закалкой до твердости НRС 50—60. Рабочие поверхности штифтов обрабатывают не ниже, чем по 6-му квалитету с параметром шероховатости Ra = 0,32—0,63 мкм.

В глухое отверстие штифт обычно устанавливают по посадке с натягом. Чем меньше диаметр штифта и чем мягче материал изделия, тем больший натяг дается в соединении. В изделиях из легких сплавов применяют посадки с натягом r6, s6, t7, u7. Тем не менее штифты, как правило, еще дополнительно страхуют от выпадения при случайном ослаблении натяга (см. рис. 224).

Сталь, высокопрочный и ковкий чугун, бронза - l = 2d
Серый чугун -
l = (2—2,5)d
Алюминиевые, магниевые, цинковые сплавы –
l = (2,5—3)d
Пластмассы (без футеровки) –
l = (3,3—3,5)d

Глубина запрессовки l (рис. 218) зависит от материала корпуса и диаметра штифта d (см. выше).

К определению параметров цилиндрических установочных штифтов

Для тонких (игольчатых) штифтов, диаметром меньше 3—4 мм, эти значения должны быть увеличены в 1,5—2 раза.

Рабочая высота h выступающей части штифта (рис. 218) не меньше (1,5—2,5)d (большие цифры относятся к изделиям из мягких материалов). Диаметр штифтов для мелких изделий и изделий среднего размера делается равным 4—10 мм, для крупных изделий 10—20 мм. Штифты большего диаметра для уменьшения их массы часто изготовляют полыми (рис. 219).

Полые установочные штифты

Штифты устанавливают в глухие отверстия одним из трех способов: до упора в кромку развернутой части отверстия (рис. 220, I); до упора в днище отверстия (рис. 220, II); запрессовкой с применением мерной втулки (рис. 220, III), обеспечивающей заданную высоту свободного конца штифта. Последний способ предпочтителен; его применяют при запрессовке штифтов в сквозные отверстия.

Способы установки цилиндрических штифтов в глухие отверстия

В глухих отверстиях необходимо предусматривать место для заборного конуса развертки. Расстояние [а] (рис. 220, III) между развернутым участком и днищем отверстия должно быть равно по крайней мере 0,6d при ручном развертывании и 1,5d при машинном.

При запрессовке штифтов в глухие гнезда необходимо обеспечить выход воздуха из гнезда во избежание возможного разрыва стенок гнезда (в особенности в изделиях из мягких сплавов). Для этого в стенках гнезда выполняют отверстия (рис. 221, I, II); в крупных штифтах — канавки (рис. 221, III) или отверстия (рис. 221, IV).

Способы предупреждения сжатия воздуха при запрессовке в глухие гнезда

Применяют обычно три способа установки штифтов в соединяемые детали. При первом способе (рис. 222, I) применяют систему вала. Штифт изготовляют гладким, одного диаметра по длине; отверстие в корпусе развертывают под посадку с натягом, отверстие в съемной детали — под посадки h6 или js6 (в зависимости от требований, предъявляемых к соединению). Этот способ получил наибольшее распространение.

Посадки цилиндрических штифтов

При втором способе (рис. 222, II) применяют систему отверстия. Отверстия развертывают по Н7, один конец штифта обрабатывают под посадку с натягом, другой — по h6 или js6. Штифт получается ступенчатым (что вообще нежелательно по производственным соображениям).

При третьем способе (рис. 222, III) штифт устанавливают в оба отверстия по посадке H7/js6; штифт и отверстия — гладкие. При этом способе обязательно стопорение штифта в корпусе.

В единичном и мелкосерийном производстве по крайней мере одно из отверстий в соединяемых деталях (лучше оба) делают сквозными с таким расчетом, чтобы их можно было просверлить и развернуть совместно в обеих деталях (рис. 223, I, II). В этом случае желательно применение системы отверстия (во избежание нарушения соосности отверстий при дополнительном развертывании под свободный конец штифта).

Способы установки цилиндрических штифтов

В крупносерийном производстве отверстия под контрольные штифты в обеих деталях обрабатывают по согласованной оснастке с применением зеркальных кондукторов, обеспечивающих совпадение осей отверстий с высокой степенью точности.

Совместное развертывание отверстий в крупносерийном производстве только осложнило бы производственный процесс. При применении согласованной оснастки отверстия под штифты могут быть и глухими (рис. 223, III, IV). Сквозные отверстия всегда предпочтительнее, так как они обеспечивают более точную и производительную обработку.

На рис. 224 показаны приемы страховки штифтов от выпадения, которое может произойти при ослаблении посадки в гнезде (особенно в деталях из мягких металлов). Установка штифтов в двух глухих отверстиях (рис. 224, I) фиксация зегером в отъемной детали (рис. 224, II) или на стыке деталей (рис. 224, III) вполне предохраняют штифт от выпадения в собранном соединении.

Приемы страховки цилиндрических штифтов от выпадения

Труднее предупредить возможность потери штифта при разборке. Фиксация штифта заскакивающим зегером (рис. 224, IV) не всегда возможна по габаритным условиям, двусторонняя фиксация зегерами (рис. 224, V) возможна только при сквозном отверстии в корпусе. Способ фиксации завальцовкой металла корпуса в кольцевую выточку (рис. 224, VI) применим только в корпусах, выполненных из пластичных металлов.

На рис. 225 изображен способ страховки штифта шайбой увеличенного диаметра, подкладываемой под близрасположенную крепежную гайку.

Способ страховки штифта подкладной шайбой под гайку

При установке штифтов необходимо соблюдать определенные, установленные практикой правила. Штифт должен быть утоплен в отверстии съемной детали (рис. 226, II). Выход штифта (рис. 226, I) недопустим, так как в этом случае штифт может быть поврежден случайным ударом или расшатан в посадочном гнезде. В случае, когда толщина фланца недостаточна для утопления штифта, на участке выхода штифта в съемной детали пред усматривают местные приливы (рис. 226, III).

Установка штифтов

Штифты всегда следует располагать в непосредственной близости от крепежных элементов: болтов, шпилек и т. д. В деталях, не имеющих других фиксирующих элементов, например, центрирующих заточек, устанавливают два штифта. Большее число штифтов устанавливать нет смысла, кроме случая, когда соединение подвержено повышенным сдвигающим нагрузкам. В соединениях цилиндрических деталей с центрирующей заточкой для угловой фиксации деталей относительно друг друга вполне достаточно одного установочного штифта. При наличии значительных сдвигающих сил применяют и большее число штифтов.

Для более точной фиксации штифты должны быть как можно дальше расположены друг от друга и от геометрической оси детали.

На рис. 227 приведены примеры неправильной и правильной расстановки штифтов на детали типа крышки (отверстия под штифты показаны зачерненными наполовину кружками).

Примеры неправильной и правильной расстановки штифтов на детали

Ошибка в конструкции на рис. 227, I состоит в том, что штифты далеко отнесены от крепежных болтов. В конструкции на рис. 227, II штифты расположены в непосредственной близости от крепежных болтов; здесь ошибка заключается в малом расстоянии между штифтами. Фиксация получается ненадежной; сдвигающие силы (например, от рабочей нагрузки, приложенной к центральной бобышке крышки) вызывают в штифтах соединения большие напряжения.

В конструкции на рис. 227, III ошибки исправлены разноской штифтов. Наиболее правильна конструкция на рис. 227, IV, где штифты разнесены па максимально возможное расстояние.

Конические установочные штифты обеспечивают более точную фиксацию, чем цилиндрические. Точность фиксации почти не теряется с течением времени при износе и после многократных переборок, так как плотность посадки штифта каждый раз восстанавливается в результате погружения штифта в гнездо на большую глубину. Другое преимущество этих штифтов заключается в их относительно легкой удаляемости, что позволяет заменять поврежденные штифты и в известной мере облегчает сборку и разборку соединения. Изготовление соединений на конических штифтах значительно сложнее, чем на цилиндрических. Здесь обязательно совместное сверление, зенкерование и развертывание отверстий в фиксируемых деталях.

Штифты выполняют из закаленной стали. Стандартная конусность 1:50. Штифты устанавливают в гнезда нормированной силой. Конические штифты для фиксации деталей из легких сплавов не применяют из-за возможности смятия стенок отверстия при установке штифта.

Основные типы конических установочных штифтов показаны на рис. 228. Штифт, приведенный на рис. 228, I, применим только для неразъемных соединений или при сквозном отверстии, когда имеется возможность выбить штифт с обратной стороны.

Конические установочные штифты

В разъемных соединениях и при установке штифтов в глухие отверстия обязательно применение съемных элементов.

Простейший съемный элемент — кольцевая канавка на выступающем конце штифта (рис. 228, II) под захваты съемника. Удобнее в обращении штифты с наружной (рис. 228, III) или внутренней (рис. 228, V) резьбой. Такие штифты извлекаются из гнезда с помощью гайки (рис. 228, IV) или болта (рис. 228, VI), опирающихся через подкладные шайбы на поверхность отъемной детали. Гайку (или болт) достаточно повернуть на несколько оборотов, чтобы только стронуть штифт с места; после этого штифт вынимают вручную.

В отличие от цилиндрических установочных штифтов, допускающих применение уплотняющих прокладок на стыке соединяемых деталей, конические штифты могут правильно работать только в соединениях «металл по металлу».

Конические установочные штифты применяют в узлах и машинах, где основным требованием является точность установки.

«Лежачие» установочные штифты, ось которых совпадает с плоскостью стыка соединяемых деталей (рис. 229), в отдельных случаях применяют для их фиксации. Сами штифты должны быть зафиксированы.

«Лежачие» установочные штифты

Фиксация зегерами (рис. 229, I) не предохраняет от выпадения штифта при сборке и разборке. Лучше фиксировать штифты, например, креплением к одной из деталей винтами (рис. 229, II) или зачеканкой металла детали в углубление в теле штифта (рис. 229, III). Последний способ применим только в деталях, выполненных из достаточно пластичных металлов. Отверстия под штифты сверлят с торца и развертывают совместно в обеих деталях. Достоинство этого соединения — большая площадь среза и смятия. Недостаток состоит в том, что под действием сдвигающих сил в соединении возникают перпендикулярные к плоскости стыка силы, дополнительно нагружающие крепежные болты.

Штифты применяют только в стыках типа «металл по металлу». «Лежачие» штифты фиксируют детали только в направлении, перпендикулярном к оси штифтов. При необходимости фиксации во всех направлениях применяют установку нескольких взаимно перпендикулярных штифтов (рис. 229, IV).

Точность фиксации «лежачими» штифтами из-за их расположения гораздо меньше, чем точность фиксации цилиндрическими и коническими установочными штифтами.