Штифты крепежные: конические, цилиндрические и пружинные. Виды и особенности

Штифтовые крепления, или крепежные штифты (пальцы), представляют собой крепеж без резьбы, который используется для выравнивания и соединения компонентов в промышленных машинах, транспортных средствах, электронике, архитектуре и других областях. Эти элементы крепежа появились задолго до резьбовых крепежей, таких как винты и болты, поскольку технология создания резьбы была разработана значительно позже. Сегодня штифтовые крепления по-прежнему широко применяются и востребованы наряду с резьбовыми крепежами.

Что такое штифтовое крепление?

Штифтовые соединения в основном используются для фиксации или соединения деталей в условиях, когда на них действуют силы сдвига — противоположные силы, смещающие одну часть штифта в одном направлении, а другую — в противоположном.

Штифты менее подходят для ситуаций, когда они подвергаются преимущественно осевым нагрузкам, которые толкают или растягивают их вдоль оси. Штифты, закрепленные с помощью удерживающего элемента — например, шплинта или штифтовых зажимов, — можно использовать в ситуациях, когда возникает осевая сила, вызванная вращением или вибрацией. Однако для значительных осевых сил больше подходят резьбовые крепежные элементы, такие как болты.

Штифты относятся к деталям высокой точности, для которых чаще всего назначается поле допуска m6, а в некоторых случаях — h8 или h11.

Поскольку они устанавливаются в отверстия без резьбы, их фиксация часто обеспечивается за счет трения или натяга. Ключевое различие между штифтами заключается в способе их удержания:

• Посадка с зазором

Трение между штифтом и отверстием практически отсутствует, так как диаметр отверстия больше диаметра крепежа. Он может выпасть из отверстия или пройти через него, поэтому скользящая посадка не используется в сквозных отверстиях, если штифт не удерживается другим способом.

• Запрессовка

Диаметр штифта немного больше диаметра отверстия, что вызывает деформацию штифта или отверстия при установке и создает радиальную силу, удерживающую его от осевого смещения, хотя эта удерживающая сила меньше, чем у болтов того же размера. Прессовая посадка также известна как посадка с натягом или фрикционная посадка.

• Пружинное усилие

Штифты сконструированы таким образом, что при установке они сжимаются и оказывают пружинное усилие на стенки отверстия, которое и удерживает их на месте; примерами являются пружинные разрезные и спиральные штифты.

• Шплинты

Удерживающие шплинты вставляются в отверстие штифта для предотвращения его выпадения. Примеры включают R-образные игольчатые шплинты, быстросъемные шплинты с кольцом и разводные шплинты.

• Фиксаторы

Фиксатор — это механизм с подпружиненным фиксирующим шариком для самоблокирующейся фиксации. Шарик, выступающий над поверхностью, вдавливается и выдвигается, надежно фиксируя штифт на месте. Данные фиксаторы применяются в стопорных и защелкивающихся штифтах.

Как изготавливают штифтовый крепеж?

Его производят из металлических стержней, проволоки или листов. В зависимости от типа штифта применяются различные процессы обработки. Основные этапы производства включают:

• Резка: пруток или проволоку нарезают на заготовки нужного размера.
• Формовка проволоки: проволока обрабатывается на проволочно-формовочном станке с использованием гибки, штамповки и осадки для создания нужной формы.
• Токарная обработка: штифты большого диаметра изготавливаются на токарных станках, где заготовка вращается на высокой скорости, а режущий инструмент удаляет материал. Этот процесс используется для формирования пальца, создания канавок, отверстий и придания необходимой формы.
• Шлифовка: штифты шлифуются для получения точных размеров и обработки фасок, что особенно важно для крепежа под запрессовку, где требуется высокая точность диаметров.
• Сверление: в штифтах могут быть выполнены отверстия для установки других элементов, таких как разводные или зажимные шплинты.
• Прокатка: пружинные штифты изготавливаются путем прокатки металлической полосы в трубку или спираль.
• Термическая обработка: стальные штифты могут быть закалены путем нагрева и последующего охлаждения для повышения твердости и износостойкости.
• Отделка: на заключительном этапе наносится покрытие. Варианты отделки включают хроматирование, фосфатирование, гальваническое покрытие и пассивацию. Штифты также могут быть доступны в необработанном исполнении.

Виды

Существует множество видов штифтовых креплений, каждое из которых обладает уникальными характеристиками, подходящими для определенных задач. Ниже приведены некоторые из наиболее распространенных типов.

Цилиндрические штифты

Также их называют стандартными, установочными и направляющими штифтами. Базовая конструкция представляют собой цилиндрический стержень без головки, обработанный с соблюдением определенных допусков.

Они предназначены для точного позиционирования или выравнивания двух или более компонентов в машиностроении, строительстве и мебельном производстве. В большинстве случаев выравнивание достигается с помощью двух таких пальцев, установленных в отверстия на одинаковом расстоянии на сопрягаемых деталях. Стандартные цилиндрические штифты часто используются вместо винтов или болтов там, где требуется быстрое снятие и установка компонентов.

• Скользящие штифты свободно вставляются в отверстие без использования специальных инструментов.
• Штифты для запрессовки имеют увеличенный допуск и предназначены для использования с отверстиями, диаметр которых немного меньше их диаметра. Такая разница в диаметрах, называемая натягом, создает напряжение в соединении, препятствующее смещению пальца в отверстии. Запрессовочные пальцы применяются в прецизионных сборках, где требуется точное выравнивание компонентов с заданным допуском.

Какой инструмент использовать для установки?

Стандартные цилиндрические штифты рекомендуется запрессовывать, избегая ударов молотком, так как это может повредить сам стержень или отверстие. Для правильной установки используйте специальный пресс для запрессовки и нормированную силу.

• Штифты с фаской или скошенным концом имеют небольшой скос на конце, который служит направляющей и облегчает ввод в отверстие для установки.
• Штифты с радиусными концами имеют закругленную головку, которая предотвращает деформацию стержня во время установки.

Основными стандартами, регламентирующими размеры, допуски и технические требования цилиндрических направляющих штифтов являются:

• ГОСТ 3128-70
• ГОСТ 24296-93
• ГОСТ 12207-79
• ASME B18.8.2
• DIN 7 (ISO 2338)
• DIN 6325 (ISO 8734)
• DIN 7979 тип D (ISO 8733, ISO 8735)

По усмотрению заказчика и производителя могут разрабатываться и изготавливаться нестандартные виды штифтов, отличные от основной стандартной базовой формы, размеров и регламентированных допусков.

Допуски

Точные допуски по диаметру обеспечивают надежную посадку пальца в отверстии и его стабильную работу. Так, стандартные метрические штифты DIN 7 (m6) имеют фактический диаметр больше номинального на доли миллиметра. Минимальные / максимальные допуски зависят от размера стержня. Например, для номинального диаметра 12 мм допустимое отклонение может составлять +0,006/+0,018 мм от номинала. То есть фактический диаметр может составлять от 12,007 до 12,018 мм.

Метрические цилиндрические штифты изготавливаются в следующих размерах:

• диаметр - от 0,8 до 50 мм
• длина - от 3 до 200 мм

Установочные штифты обычно изготавливаются из различных видов стали, включая:

• нержавеющую сталь,
• легированную сталь,
• углеродистую и низкоуглеродистую сталь.

Для задач, требующих более мягких или легких материалов, доступны также латунные и алюминиевые установочные штифты.

Закаленные штифты проходят процедуру сквозной закалки для повышения твердости и выносливости. Этот процесс включает нагрев стали до температуры 800-1000°С, а затем быстрое охлаждение, чтобы закрепить структуру детали в закаленном состоянии. Закаленные штифты производятся по стандартам ASME B18.8.2, DIN 6325 и ГОСТ 24296-93. Их твердость измеряется по шкале Роквелла и составляет 60±2 HRC.

Незакаленные

Незакаленные штифты не проходят процесс сквозной закалки. К ним относятся штифты, изготовленные в соответствии с DIN 7 и ГОСТ 3128-70.

Другие виды цилиндрических штифтов

Помимо базовых моделей штифтов существуют их разновидности, разработанные для выполнения специфических задач:

• Штифты с резьбовым отверстием — это цилиндрические элементы со скошенным концом и вентиляционным желобком (лыской) по всей длине. Желобок служит для отвода воздуха или воды, что позволяет устанавливать и извлекать палец из глухих отверстий. Также они имеют внутреннюю резьбу, которая используется для демонтажа крепежа при помощи съемника.
• Штифты со спиральной канавкой и скошенными концами. По внешнему диаметру стержня по спирали проходит паз для выхода жидкости и воздуха во время установки. Однако, в отличие от аналогов с желобком, они сохраняют полный контакт с поверхностью отверстия. Они также имеют резьбовое отверстие для облегчения демонтажа.
• Съемные штифты — это цилиндрические стержни со скошенными направляющими концами. Они имеют внутреннюю резьбу по одном из концов, что позволяет использовать съемный обратный молоток для упрощенного извлечения. Этот тип отлично подходит для конструкций с глухими отверстиями, где они используются как фиксирующие элементы, шарниры или распорки для точного позиционирования деталей и сохранения соосности при сборке узлов с высокой степенью точности.



• Полые цилиндрические штифты, также называемые центровочными, представляют собой трубчатые элементы, через которые можно пропустить провода или другие крепежные элементы, такие как болты или шпильки. Они позволяют выравнивать и одновременно закреплять детали, используя отверстие.

Примеры использования

Простота соединения нескольких компонентов с помощью установочных штифтов.

Полые штифты позволяют использовать одно и то же отверстие для центровки и установки болтов, проводов и кабелей.

Съемные штифты устанавливаются заподлицо в глухих отверстиях.

Конические штифты

Конические штифты, как и цилиндрические, используются для позиционирования и фиксации деталей, но они отличаются конической формой — один конец стержня имеет больший диаметр, чем другой. Они выпускаются в дюймовых и метрических размерах.

Дюймовые конические штифты измеряются по диаметру самого широкого конца. Метрические конические штифты измеряются по диаметру самого узкого конца.

Конусность обеспечивает постоянный контакт по всей длине и поперечному сечению штифта, создавая исключительную удерживающую способность. Она также гарантирует стабильную жесткость крепления и точное расположение при повторной установке после демонтажа.

Конусность выражается соотношением высоты к длине и измеряется в линейных единицах. Конусность метрических штифтов составляет 1:50. Это означает, что на каждые 50 мм длины толщина детали уменьшается на 1 мм.

Простота установки

Конические штифты не используют для фиксации деталей из легких сплавов, так как их установка может привести к смятию стенок гнезда.

Конические штифты также доступны с дополнительными функциями. Например, предлагаются модели с внутренней резьбой и внешней резьбой (цапфой), которые легко извлекаются с помощью болта или гайки, опирающиеся через подкладные шайбы на поверхность.

Стандарты:

• ASME B18.8.2
• ГОСТ 3129-70
• ГОСТ 9464-79, внутренняя резьба
• ГОСТ 9465-79, с резьбовой цапфой
• DIN 1 (ISO 2339)
• DIN 258, с длинной резьбовой цапфой
• DIN 7977 (ISO 8737), наружная резьба
• DIN 7978 (ISO 8736), внутренняя резьба

Примеры использования

1) Конические штифты используются для выравнивания и удержания компонентов сборки вместе.

2) Конические штифты с внешней резьбой используются для скрепления часового механизма со стрелкой.

3) Конические штифты с внутренней резьбой используются там, где требуется установка заподлицо с поверхностью.

Преимущества

Конические установочные штифты обеспечивают более высокую точность фиксации по сравнению с цилиндрическими аналогами. Их особенность заключается в том, что даже при износе и многократной разборке узла плотность посадки сохраняется, поскольку штифт погружается в гнездо на большую глубину, автоматически восстанавливая фиксацию.

Еще одним преимуществом является сравнительная легкость удаления, что упрощает замену поврежденных штифтов и облегчает процессы сборки и разборки соединений.

Однако изготовление конических штифтовых соединений требует большего мастерства и точности. Процесс включает совместное сверление, зенкерование и развертывание отверстий в фиксируемых деталях.

Запирающие штифты с отверстием под шплинт

Запирающие штифты или такелажные пальцы — это цилиндрические крепежные элементы без резьбы, которые имеют головку на одном конце и отверстие на другом. Они идеально подходят для быстрого присоединения или отсоединения сцепных устройств, элементов подъемного оборудования, такелажных скоб, буксировочных крюков, сцепки для прицепов и других подобных компонентов.

Запирающий штифт вставляется в проушины скобы, крюка, вилки или петли, а для его фиксации используется шплинт, который продевается через отверстие в стержне.

Хотя использование болта иногда может показаться подходящей альтернативой, но болты предназначены для восприятия растягивающих нагрузок, а запирающие штифты — для восприятия сдвигающих нагрузок.

Стандартная базовая конструкция

• A - головка
• B - стержень
• C - конец стержня; 
• D - длина стержня
• E - диаметр стрежня
• F - эффективная длина
• G - диаметр головки

Примеры использования

• DIN 1444 форма B (ISO 2341), с головкой и отверстием под шплинт.
• DIN 1443 (ISO 2340), без головки, А - без отверстий под шплинты, В - с отверстиями под шплинты.

Подходящие шплинты

• Разводной шплинт: Также известный как прямой игольчатый (DIN 94), он имеет каплевидную головку и две ножки разной длины, что облегчает их разделение. Обе ножки шплинта вставляются в отверстие в запирающем штифте. Головка не позволяет ему полностью пройти через отверстие, а ножки шплинта загибаются назад, чтобы зафиксировать его на месте. Это обеспечивает более прочное соединение, но такой шплинт обычно не используется повторно.



• R-образный игольчатый шплинт: Также известный как зажим для штифтов или изогнутый пружинный шплинт (DIN 11024). Характерная для R-образных зажимов ребристая проволочная структура обеспечивает надежное крепление без необходимости его загибать.Чтобы установить такой шплинт, вставьте прямую ножку в отверстие и протолкните до тех пор, пока первый изгиб не обхватит штифт. В отличие от разводных шплинтов, R-зажимы легко устанавливать и снимать. Эти шплинты обеспечивают надежную фиксацию и исключают риск выскальзывания со своего места.
• Шплинт-булавка, предохранительный: Подобно обычной булавке, он устанавливается путем продевания прямой ножки через отверстие в штифте и проталкивания, затем его конец фиксируется на крючке булавки.

Варианты применения

Штифты с насечками

Штифты с насечками (насеченные, рифленые) схожи с цилиндрическими штифтами, но имеют три продольные насечки (канавки или пазы), расположенные параллельно оси. В процессе производства канавки образуются путем обжима стержней для смещения материала. Для создания канавки материал фактически не удаляется. При установке пальца в отверстие вытесненный материал сжимается, создавая радиальные силы, которые надежно удерживают крепеж на месте.

Штифты с канавками (насечные) часто имеют направляющие участки без канавок и выпускаются в различных конфигурациях, соответствующих стандартам как в дюймах, так и в метрической системе (DIN, ГОСТ). Несмотря на схожие характеристики, эти стандарты не являются взаимозаменяемыми.

Стандарты

Штифты с насечками производятся в соответствии со стандартами:

• DIN 1470 (ISO 8739): цилиндрические, с насечками по всей длине и направляющим концом.
• DIN 1471 (ISO 8744): конические, с канавками по всей длине.
• DIN 1472: конические, с канавками на половину длины.
• DIN 1473 (ISO 8740): цилиндрические, с насечками по всей длине и фаской.
• DIN 1474 (ISO 8741): забивные цилиндрические, с насечками на полудлине.
• DIN 1475 (ISO 8742): забивные цилиндрические, с центральной насечкой на треть длины, с утолщением.
• ГОСТ 12850.1-93: цилиндрические насеченные с насечками по всей длине и направляющим концом.
• ГОСТ 12850.2-93: цилиндрические насеченные с насечками по всей длине и фасками.
• ГОСТ 10773-93: цилиндрические насеченные с коническими насечками по всей длине.

Варианты использования

Пружинные штифты

Пружинные штифты, также известные как разрезные, спиральные или трубчатые, представляют собой полые запрессовываемые крепежные детали со скошенными концами. Они изготавливаются из легированной, углеродистой и нержавеющей стали и обладают упругими свойствами, подобно пружинам. Их часто используют в качестве фиксирующих элементов, точек позиционирования, противоскользящих осей и втулок для проводки.

Пружинные штифты обычно делятся на два типа:

• Штифты разрезные представляют собой полые металлические трубки с прорезями, расположенными параллельно оси. При установке прорезь закрывается, и крепеж создает радиальное удерживающее усилие.
• Штифты спиральные изготавливаются путем сворачивания длинной металлической полосы в спираль, выполненную в 2¼ витка. Они классифицируются по толщине материала на легкие, стандартные и сверхпрочные. Спиральная конструкция обеспечивает равномерное распределение нагрузки по всему поперечному сечению и 270° контакта с сопрягаемым компонентом.

Стандарты на разрезные штифты:

• DIN 7346 (ISO 13337), легкое исполнение
• DIN 1481 (ISO 8752), тяжелое исполнение
• ГОСТ 14229-93

В группе разрезных есть штифты с зубчатыми пазами.

Стандарты на спиральные штифты:

• DIN 7343 (ISO 8750, ISO 8751), стандартное и легкое исполнение
• DIN 7344 (ISO 8748), тяжелое исполнение

Как работают пружинные штифты?

Пружинные штифты сжимаются при вставке в отверстие. Из-за их упругости диаметр уменьшается по мере вставки в отверстие. После установки пружинные усилия пытаются вернуть исходную форму - это создает натяжение, которое прижимает внешнюю поверхность к внутренней стенке ответного отверстия. Сила трения между двумя поверхностями удерживает трубчатый штифт на месте, предотвращая его выпадение или непреднамеренное смещение.

Ориентация и нагрузка

При установке разрезных пружинных штифтов важно правильно ориентировать их, так как максимальная концентрация напряжения возникает напротив прорези.

После монтажа прорезь должна оставаться слегка приоткрытой для поглощения нагрузок. Полное закрытие прорези может привести к передаче избыточной нагрузки на материал отверстия, что увеличивает риск повреждения узла.

Двойная установка

Для повышения прочности на сдвиг можно использовать два пружинных штифта, вставляя один внутрь другого. Их прорези должны быть смещены на 180° для равномерного распределения нагрузки. Также необходимо убедиться, что диаметр отверстия соответствует допустимым значениям для надежной фиксации.

Особенности спиральных штифтов

Гибкость конструкции позволяет спиральным штифтам поглощать удары и вибрации, предотвращая повреждение сопрягаемой детали и сохраняя прочность на сдвиг независимо от направления нагрузки. При сжатии внешний край штифта поворачивается внутрь, а при ослаблении возвращается в исходное положение. Этот процесс повторяется бесчисленное количество раз, что делает штифты идеальными для условий высокой вибрации.

Уникальное преимущество спиральных штифтов — их способность адаптироваться к некруглым отверстиям. Это особенно полезно в деформируемых конструкциях или когда точная геометрия отверстия неизвестна до установки.

Примеры использования

Установка

Демонтаж

Для извлечения из сквозного отверстия используйте выколотку подходящего размера. Ударяйте молотком по выколотке до тех пор, пока штифт полностью не выйдет с противоположной стороны.

При удалении из глухого отверстия возможно два подхода:

• Если штифт выступает, захватите его плоскогубцами и извлеките.
• Если штифт заподлицо, вкрутите саморез меньшего диаметра в центр штифта и, удерживая его головку плоскогубцами, вытяните штифт.

Найдите лучший штифт для вашего проекта с Крепком

КРЕПКОМ — ваш надежный партнер в выборе резьбовых и безрезьбовых крепежных изделий. Мы предлагаем широкий ассортимент цилиндрических, конических и пружинных штифтов различных размеров и покрытий, идеально подходящих для ваших задач. Чтобы найти правильный вариант для вашего проекта, ознакомьтесь с полным ассортиментом штифтовых креплений на сайте krepcom.ru. Не нашли нужный вариант или требуется нестандартная деталь? Свяжитесь с нашим профессиональным отделом продаж — мы всегда готовы помочь!