Штифтовые соединения

Штифт – это цилиндрический или конический стержень для соединения деталей или фиксации их при сборке.

В соединениях деталей штифты применяют для передачи небольших нагрузок. Для этой цели используют штифты цилиндрические (рис. 4.1, а), конические (рис. 4.1, б, в, г) и др. Штифты обычно изготовляют из среднеуглеродистой стали, например, из стали 45.

Рис. 4.1. Основные типы штифтов:

а – цилиндрические; б, в, г – конические

Следует отметить, что штифты в основном предназначены для фиксирования точного взаимного положения деталей, хотя они могут воспринимать и сдвигающие случайные нагрузки.

В качестве примера рассмотрим применение штифтов в соединениях
«вал–ступица». По расположению в этих соединениях различают осевые и радиальные штифты.

Осевые штифты являются, по сути, круглыми шпонками.

Радиальные штифты после установки фиксируют насаживаемую деталь (ступицу) в угловом и осевом направлениях относительно вала (рис. 4.2). Цилиндрические радиальные штифты (см. рис. 4.1, а) ставят в отверстия с натягом, при этом они удерживаются от выпадения силами трения, а иногда концы штифтов расклепывают. Конические штифты (см. рис. 4.1, б, в, г) выполняют с конусностью 1:50, а затем запрессовывают в отверстия, что обычно обеспечивает стопорение штифта. Для исключения возможности выпадения обычного штифта (рис. 4.2, а) можно расклепать один конец штифта или применить штифт с разрезным концом (см. рис. 4.1, г), у которого при установке разводят разрезной конец, как показано на рис. 4.2, б. Для удобства разборки конические штифты снабжают резьбой (см. рис. 4.1, в).

Достоинства штифтовых соединений:

1. простота конструкции;

2. простота сборки-разборки;

3. точное центрирование соединяемых деталей за счет посадки с натягом.

Недостатки штифтовых соединений:

1. недостаточная технологичность (требуется совместное сверление и развертывание отверстий под штифт после сборки ступицы с валом);

2. ослабление сечения отверстием и связанная с этим концентрация напряжений.

Рис. 4.2. Соединение «вал–ступица» радиальными штифтами:

а – цилиндрическим; б – коническим

(обозначения см. в тексте)

Рассмотренные выше штифтовые соединения рассчитывают на прочность в зависимости от действующих нагрузок. При нагружении соединения вращающим моментом Т в сечениях штифта А–А и Б–Б (см. рис. 4.2) возникают напряжения среза, а на цилиндрических поверхностях контакта штифта с деталями соединения – напряжения смятия. Для упрощения расчетов принимают, что трение между валом и ступицей отсутствует и вся нагрузка передается за счет сопротивления штифта смятию и срезу. Если толщина ступицы достаточна ( ), то нагрузочную способность соединения ограничивают напряжения среза в штифте , действующие в сечениях А–А и Б–Б (см. рис. 4.2). В этом случае, исходя из условий прочности , максимальный вращающий момент , которым может быть нагружено соединение «вал–ступица» с одним штифтом, будет

, (4.1)

где – допускаемые напряжения среза,

, здесь – предел текучести материала штифта;

– диаметр штифта (для конических штифтов расчетным диаметром является средний диаметр, см. рис. 4.2);

– посадочный диаметр соединения.

Расчет по напряжениям смятия для штифтовых соединений имеет условный характер, так как точный закон распределения напряжений смятия по цилиндрической поверхности контакта штифта и деталей соединения весьма сложен. Поэтому расчет на смятие производят только в случае если ступица тонкая, т. е. при , по приближенным зависимостям, которые получены в предположении равномерного распределения напряжений на площади контакта штифта со ступицей: . Тогда условие прочности по напряжениям смятия имеет вид

, (4.2)

где – расчетные действующие напряжения смятия;

[ ] – опускаемые напряжения смятия. Для приближенного расчета стальных деталей принимают

, (4.3)

где – предел текучести, его определяют по менее прочному материалу ступицы или штифта.

Методика расчета на смятие и срез других видов штифтовых соединений будет аналогичной.

Контрольные вопросы

1. Назовите виды штифтовых соединений и их разновидности.

2. Чем ограничивается применение штифтовых соединений?

3. При каких условиях для штифтовых соединений выполняется расчет на смятие?

4. Назовите достоинства штифтовых соединений.

5. Назовите недостатки штифтовых соединений.