В машиностроении штифты — это универсальные крепежные и установочные элементы. Их используют для соединения, выравнивания и передачи нагрузки между деталями. Они отличаются высокой точностью изготовления и чистотой поверхности, и требуют таких же параметров от отверстия под установку. Благодаря своей простоте и эффективности они находят применение в разных отраслях, от машиностроения до медицины.
Концы штифтов могут быть с фасками, сферическими, прямыми или совмещенными. Разные концы применяются для упрощения установки, предотвращение заедания и компенсации неровностей в расположении скрепляемых деталей.
Размеры штифтов
Эти крепежные элементы бывают как небольшими, так и довольно крупными. Основные размеры при выборе — это диаметр и длина.
ВНИМАНИЕ:
- В стандартах DIN концы штифта не учитываются в определении его длины. Это ВАЖНО помнить при использовании данного крепежа по стандартам DIN в своей конструкции, иначе выйдет неловко.
- Разные виды штифтов имеют свое поле допуска на диаметральный размер, поэтому не стоит пренебрегать поиском информации в стандартах для подбора необходимой посадки.
Материалы
Выбор материала зависит от условий эксплуатации, требуемой прочности, устойчивости к коррозии. Штифты изготавливаются из углеродистой конструкционной, нержавеющей, пружинной, инструментальной сталей, бронзы, алюминия или пластика. Стали могут быть закаленные или же без термообработки. Для защиты от коррозии применяются различные антикоррозийные покрытия.
Виды штифтов по форме и устройству
Осознанный выбор этих крепежных элементов поможет упростить конструкцию и обеспечить надежное, эффективное соединение.
Штифты делятся на 3 основные группы: цилиндрические, конические и насеченные.
1. Цилиндрические — держат детали за счет сил трения или за счет небольшого натяга при установке (P.S. для мягких материалов изделия можно закладывать более плотную посадку). Зачастую применяются как установочный элемент для фиксации присоединяемых деталей относительно друг друга при необходимости предохранить детали от возникающих боковых усилий. Они включают следующие подвиды:
- Цилиндрические незакаленные и закаленные штифты (рис. 2.а) — наиболее распространенный вид. Главный недостаток — ослабление посадки при повторных разборках, сборках. Рекомендуется делать сквозное отверстие под установку для облегчения разборки конструкции. Для больших диаметров они могут выполнятся полыми.
- Цилиндрические заклепочные (рис. 2.б) — применяются для неразъемного соединения путем расклепывания концов штифта. Обеспечивают прочные, долговечные соединения, которые выдерживают значительные нагрузки.
- Цилиндрические с внутренней резьбой (рис. 2.в) — они могут легко извлекаться из деталей за счет резьбы. Это дает преимущество для применения в конструкции, когда нет возможности применять сквозное отверстие.
- Цилиндрические пружинные с прорезью (рис. 2.г) — применяются для разъемного соединения. Их изготавливают из пружинной стали с дальнейшей термообработкой. Установочные отверстия делают равными номинальному диаметру штифтов. Надежное соединение осуществляется за счет сил упругости материала. Такие элементы можно многократно устанавливать и снимать без заметного ослабления силы сцепления.
2. Конические штифты широко применяются в машиностроении. Они изготавливаются как закаленными, так и без термообработки. Они способны обеспечить более точную фиксацию, по сравнению с цилиндрическими собратьями. Важно, что соединение получается разборное, которое не теряет точности и прочности фиксации даже при многократной сборке-разборке изделия. Однако обработка отверстия под установку конического штифта, значительно тяжелее чем для цилиндрического и требует совместной обработки в сопрягаемых деталях, включая сверление, зенкерование и развертывание отверстия.
Подвиды конических штифтов:
- Конические незакаленные (рис. 3.а) — устанавливается в сквозное отверстие, для возможности извлечения штифта (ну или в глухие отверстия при неразъемном соединении)
- Конические с внутренней резьбой (рис. 3.б и 3.в) и конические с резьбовой цапфой. Они дают разъемное соединение, удаляются при помощи болта или гайки (соответственно) за несколько оборотов. Посадка идет по конусу, поэтому необходимо только немного стронуть штифт с места.
- Конические разводные (рис. 3.г) — применяются для конструкций, подверженных ударным нагрузкам. После установки их концы штифта разводятся.
3. Насеченные — изготавливаются с насеченными или выдавленными канавками. Для них не требуется развертывания отверстия. Эти штифты обеспечивают надежное соединение (фиксацию) и защищены от выпадения.
К ним относятся следующие подвиды:
- Цилиндрические насеченные (рис. 4.а; 4.б; 4.в) — имеют обычную цилиндрическую форму с насечками разнообразных форм, местоположений и размеров.
- Насеченные с полукруглой головкой (рис. 4.г), насеченные с потайной головкой (рис. 4.д) — тело штифта также выполнено с насечками. Отличительная особенность – наличие головки для фиксации изделий или элементов конструкции. Например, фиксируют хомутики, которые в свою очередь крепятся на щитах или панелях и держат деталь (рис. 5).
В этой статье затронуты не все типы и подтипы штифтов. Другие могут отличаться некоторыми конструктивными особенностями, но несут такой же функционал, что и описанные в статье.
Напоследок несколько важных советов:
1. Глубина запрессовки штифта Lзависит от материала изделия и диаметра штифта d. Чем мягче материал, тем больше глубина запрессовки.
- 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.
Для тонких (игольчатых) штифтов, диаметром меньше 3–4 мм, эти значения увеличивают в 1,5–2 раза.
Рабочая высота h выступающей части штифта не меньше (1,5–2,5)d (большие цифры относятся к изделиям из мягких материалов).
2. При запрессовке в глухие гнезда важно дать выйти воздуху из гнезда, чтобы избежать риска разрыва стенок гнезда (особенно в конструкциях из мягких сплавов). Для этого в стенках гнезда выполняют отверстия, в крупных штифтах — канавки или отверстия.
3. Штифты всегда следует располагать в непосредственной близости от крепежных элементов: болтов, шпилек и т. д.
4. Для более точной фиксации штифты должны быть как можно дальше расположены друг от друга и от геометрической оси детали.
Надеемся, что помогли разобраться в назначении и типах штифтов, которые используются в машиностроении.
Автор статьи: Евгений Радчиков, заместитель главного инженера по управлению проектами
Заявки на конструкторские и технологические работы размещайте здесь:
https://complexcad.ru/#modal-project
Получить консультацию по конструкторским и технологическим услугам можно по ☎ +7 (495) 127-72-03
Приглашаем в наш телеграм-канал https://t.me/complexcad
С уважением, команда «Комплекс КАД»