Устройство разъемных соединений клеммовые штифтовые посадкой на конус

Обновлено: 07.07.2024

Штифтовые соединения применяют для крепления деталей (соединение вала со втулкой) или для взаимного ориентирования деталей, которые крепят друг к другу винтами или болтами (соединение крышки и корпуса, соединение 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 рис. 1.

При ориентировании деталей относительно друг друга (соединение крышки и корпуса) обычно используют два штифта, но для фиксации углового положения деталей, ориентирование которых обеспечивается цилиндрическим сопряжением (например, соединение круглой крышки с корпусом) достаточно одного фиксирующего штифта.

Штифтовые соединения вала со втулкой относятся к разъемным неподвижным соединениям, в которых дополнительный конструктивный элемент (штифт) обеспечивает взаимную неподвижность деталей. В этом соединении штифт фиксирует детали в осевом и тангенциальном направлениях (предотвращает как осевой сдвиг, так и взаимный поворот). 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 проворота относительно неподвижного корпуса.

Штифтовое соединение крышки и корпуса образует две посадки: штифт-отверстие корпуса и штифт-отверстие крышки, а в штифтовом соединении вала с зубчатым колесом следует различать центрирующее сопряжение вал-отверстие зубчатого колеса и две собственно штифтовые посадки: штифт-отверстия (два) во втулке зубчатого колеса 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.

Поскольку поле допуска на диаметр штифта одинаково по всей длине, собственно штифтовые посадки являются посадками в системе вала. Если выбрано основное отклонение поля допуска 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 предусматривают ряд конструкций штифтов, в том числе конические, цилиндрические с гладкими поверхностями, с лысками и насечками (для установки в глухие отверстия), трубчатые, в том числе с продольными разрезами. Дополнительными конструктивными элементами штифтов могут быть резьбовые отверстия для извлечения из штифтов глухих отверстий или резьбовые выступы, глухие цилиндрические отверстия (для облегчения расклепывания концов). Для некоторых типов конических штифтов предусмотрен продольный разрез (шлиц) со стороны меньшего основания конуса примерно на (15…30) % общей длины для стопорения штифта пластическим деформированием (разжатием). Штифты обычно изготавливают из стали 45, хотя в некоторых случаях допускается изготовление из сталей А12, 10кп и 20кп. Для последующей закалки до твердости (54…62) HRCэ штифты могут изготавливать из качественных конструкционных сталей.

Стандартами регламентируются 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 на основную поверхность m6, h8, h9, h11, на длину штифта – по h14, на диаметр глухого отверстия – по Н13, на его глубину – по IT15. Поля допусков резьбовых отверстий 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 на диаметр по h10 или по h11.

Типичный ряд длин штифтов в некотором ограниченном диапазоне, мм: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 отличается от радов нормальных линейных размеров.

Условное обозначение штифта включает:

– обозначение типа (тип 1 не указывают, не указывают и другие, если тип однозначно определяется стандартом);

– размеры (диаметр d и длину L штифта, при необходимости с указанием поля допуска диаметра);

Примеры обозначений штифтов:

Штифт 10 m6 × 60 ГОСТ 3128 – 70 – штифт диаметр 10 мм, длина 60 мм.

Штифт 8 h11 × 45 Хим. Окс. прм. ГОСТ 10773 – 80 – штифт диаметр 8 мм и длина 45 мм, с покрытием Хим. Окс. прм..

Штифтовые соединения крышки и корпуса представляют достаточно сложную задачу, 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 намеченных линейных размерных цепей, следует также составить и рассчитать еще и угловые размерные цепи, поскольку отклонения осей штифтовых отверстий от перпендикулярности также существенно влияет на собираемость изделия.

Контроль элементов штифтового соединения

Контроль размеров штифтов осуществляют при их изготовлении, причем контроль наружных размеров не представляет сложности и осуществляется традиционными методами. При использовании стандартных штифтов контроль элементов штифтового соединения включает контроль размеров отверстий под штифты и контроль координирующих размеров, определяющих положение осей отверстий.

Контроль диаметров отверстий можно осуществлять универсальными средствами измерений, имеющими соответствующие диапазоны измерений, или калибрами-пробками. Для контроля глубины глухих отверстий в корпусных деталях можно использовать глубиномеры или специальные шаблоны (жесткие калибры).

Универсальными средствами измерений, пригодными для контроля размеров и расположения парных штифтовых отверстий являются измерительные микроскопы. Контроль сквозных отверстий осуществляют в проходящем свете, контроль глухих отверстий – в отраженном свете.

Такие соединения применяют для закрепления деталей на концах валов (рис. 74). Давление на конической поверхности образуется в результате затяжки гайки. В остальном соединение подобно соединению посадкой с натягом. В отличие от последнего легко монтируется и демонтируется без применения специального оборудования (например, прессов). Это удобно для соединений узлов, монтаж и демонтаж которых производят не только при сборке изделия на заводе, но и в процессе эксплуатации.

Задачей расчета является определение момента Т, который может передавать соединение при заданных размерах и силе F_MT затяжки гайки. Учитывая малое значение α

Давление р (МПа) на рабочей поверхности при осевой силе F_зат (Н) затяжки равно

где d_m и l - соответственно средний диаметр и длина соединения, мм;

f - коэффициент сцепления (трения), f ≈ 0,12; α - угол наклона образующей конуса к оси вала.

Из приведенного соотношения следует, что при больших значениях угла α требуется большая сила затяжки соединения для сохранения того же уровня контактного давления р.

Для выходных концов валов наиболее часто применяют конусность 1:10, при этом α = 2°51'45", tgα = 0,05.

Вращающий момент Т (Нм), который может передать соединение, находят предполагая, что равнодействующие нормальных давлений и сил трения расположены на окружности среднего диаметра d_m:

Требуемая сила F_зат затяжки для передачи соединением заданного вращающего момента Т

где К= 1,3…1,5 - коэффициент запаса сцепления; f_пр - приведенный коэффициент сцепления (трения);

ЛЕКЦИЯ №12.

ПЕРЕДАЧИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕДАЧАХ

Виды передач

Передачей называется устройство для передачи энергии в пространстве от движителя до исполнительного механизма. В зависимости от способа осуществления передачи энергии различают механические, электрические, пневматические и гидравлические передачи. Из механических передач самые распространенные передачи вращательного движения, так как вращательное движение легко сделать непрерывным, проще и легче осуществить в виде компактной конструкции, при нем легче достигнуть равномерности хода, уменьшить потери на трение.

Передачи вращательного движения служат для передачи энергии от двигателей к рабочим машинам, обычно с преобразованием сил, скоростей и крутящих моментов. а в некоторых случаях и вида или закона движения. Передачи вращательного движения подразделяют:

· на передачи с непосредственным контактом тел вращения

· передачи с гибкой связью, в которых тела вращения связаны между собой гибким звеном.

К первым передачам относятся фрикционная (рис.75, а), зубчатая (рис. 75,б) и червячная (рис. 75, в), а ко вторым —ременная (рис.75, г) и цепная (рис.75, д).

В зависимости от способа передачи движения от ведущего тела вращения ведомому различают передачи трением и передачи зацеплением. К первым относятся передачи фрикционные и ременные, а ко вторым — зубчатые, червячные и цепные. К передачам вращательного движения относят также передачи винт — гайка (рис.75, е), назначение которых — преобразовывать вращательное движение в поступательное.

Штифты и штифтовые соединения состоят из деталей, соединяемых с применением штифтов.

Штифтовые соединения применяют для фиксации взаимного положения деталей (рис. 1; а, б, в, г), при передаче сравнительно небольших вращающих моментов (рис. 1; д, е). В качестве распространенного примера можно привести фиксацию двумя коническими штифтами взаимного положения корпуса и крышки редуктора (рис. 1, б), чем обеспечивается сохранение их взаимного положения при совместной механической обработке, сборке и разборке редуктора.

Рис. 1. Штифтовые соединения

Достоинства штифтовых соединений: их простота, технологичность и низкая стоимость. Недостаток некоторых штифтовых соединений – ослабление сечения вала отверстием и связанная с этим концентрация напряжений.

Основные типы стандартных штифтов представлены на рис. 1.

Кроме приведенных конструкций имеется много других штифтов, которые находят применение в машиностроении. К ним относятся: конический и цилиндрический с насечкой на наружной поверхности, пружинный, штифты цилиндрические и конические с внутренней резьбой (резьба на штифтах служит либо для их закрепления, либо для извлечения из отверстия при разборке); штифты конические разводные, штифты цилиндрические закаленные и штифты цилиндрические заклепочные (эти штифты с канавками, и их применяют вместо гвоздей или шурупов и др.).

Цилиндрические штифты обычно ставят на рабочее место с гарантированным натягом K7/m6 или по переходной посадке Н7/m6, а в движущихся соединениях – с расклепыванием концов (рис. 1, д).

Твердость незакаленных штифтов – не менее 145 НВ и закаленных – 58…62 HRC.

Конические штифты выполняют с конусностью 1:50, обеспечивающей их самоторможение. Обыкновенные конические штифты (рис. 1, б) ставят при сквозных отверстиях, когда их можно выбивать с противоположной стороны. При глухих отверстиях ставят конические штифты с резьбой для вытаскивания (рис. 1, в). Конические с резьбой на конце (рис. 1, г) и разводные штифты ставят в соединениях, испытывающих динамические нагрузки, толчки и удары, а также в соединениях, движущихся с большой скоростью. После установки разводных штифтов на рабочее место концы их слегка разводят.

Штифты изготовляют из стали Ст4, Ст5, Сталь 35, 40 и 45. Просечные штифты рекомендуется изготовлять из пружинной стали (сталь 65Г). При необходимости применяют штифты с термообработкой 45..65 HRC. Шероховатость посадочной поверхности Ra = 0,8…0,4 мкм. Для соединения пластмассовых деталей применяют штифты из пластмасс.

1. Расчет конического штифта на прочность

Диаметр установочного штифта принимают конструктивно. Диаметр крепежного штифта определяют из расчета штифта на срез.

Рис. 2. Схема сил для расчета конического штифта

Средний диаметр штифта d_ш определяют из условия прочности на срез по двум плоскостям среза (рис. 2):

где Т – вращающий момент.

При действии на штифт силы F, перпендикулярной его оси, условие прочности на срез:

Допускаемое напряжение на срез для штифта, изготовленного из стали указанных марок, [τ_ср] = 35…75 МПа; меньшие значения – при нагрузке с толчками и ударами.

2. Цилиндрический штифт-шпонка

Диаметральное сечение штифта проверяется на срез, боковая поверхность – на смятие (рис. 3).

Рис. 3. Схема сил, действующих на цилиндрический штифт-шпонку

прочность штифта на смятие:

прочность штифта на срез:

момент, передаваемый соединением:

Допускаемые напряжения в зависимости от прочности материалов вала и ступицы и от режима работы выбирают в пределах [σ_см] = 60…150 МПа (меньшие значения выбирают для чугунных ступиц и при неравномерной и ударной нагрузке, а большие – для стальных ступиц).

3. Расчет цилиндрического штифта на прочность

Под действием сил F штифт испытывает напряжения среза (рис. 4).

Рис. 4. Схема сил для расчета нагрузки на цилиндрический штифт

прочность штифта на срез:

Похожие статьи

Железоуглеродистые сплавы

Содержание страницы1. Теория сплавов2. Железоуглеродистые сплавы2.1 Структурные составляющие железоуглеродистых сплавов2.2 Диаграмма состоянияжелезоуглеродистых сплавов 1. Теория сплавов Чистые металлы относительно редко применяют в машиностроении, так как не обеспечивают необходимого комплекса механических и технологических свойств изготовляемых из них деталей. Широко используют сплавы, состоящие из двух и более элементов (из двух металлов, например меди и цинка, или из […]

Крепление стаканов и крышек подшипников

Содержание страницы1. Определение необходимой длины винта и глубины резьбового отверстия2. Размеры винта В крышках кроме отверстий для крепежных винтов часто предусматривают два диаметрально расположенных резьбовых отверстия под отжимные винты для удобства разборки узла. При помощи винтов, ввертываемых в эти отверстия, крышки можно легко снять с корпусной детали. В коробках скоростей не допускают, чтобы головки винтов […]

Охрана труда и использование безопасных способов сварки и резки

Содержание страницыМеры безопасности при дуговой сваркеТребования техники безопасности при газовой сварке и резкеТребования безопасности при дефектоскопии сварных соединенийОказание первой помощи при несчастных случаях Меры безопасности при дуговой сварке При выполнении сварочных работ могут возникнуть ситуации, способные привести к производственным травмам: поражение электрическим током; поражение органов зрения и открытой поверхности кожи световым излучением электрической дуги; отравление […]