Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Штифтовые соединения — компактный и надёжный способ зафиксировать взаимное положение двух или нескольких деталей и одновременно передать поперечную нагрузку. По форме стержня штифты делят на цилиндрические и конические; внутри каждой группы есть незакалённые и закалённые исполнения, варианты с внутренней резьбой и с резьбовой цапфой, пружинные разрезные и насечные. Конструкция штифта определяет, что именно он решает — точное центрирование, неподвижную фиксацию или передачу нагрузки. В статье собраны типы штифтов по действующим ГОСТам, правила выбора посадок, формулы прочностного расчёта на срез и смятие, типовые допускаемые напряжения и приёмы установки.
Штифтовое соединение образуется при установке цилиндрического или конического штифта в совместно обработанные отверстия двух или нескольких сопрягаемых деталей. Штифт работает на поперечный сдвиг и одновременно удерживает детали от взаимного смещения. В машиностроении и приборостроении штифтовые соединения решают три задачи:
Принцип работы штифтового соединения — обеспечить жёсткое позиционирование и передать поперечную силу через цилиндрический стержень в сквозном или глухом отверстии собранных деталей.
Цилиндрические незакалённые штифты выпускаются по ГОСТ 3128-70 в трёх классах точности — A, B и C, обозначаемых также как исполнения 1, 2, 3. Стандарт распространяется на штифты диаметром от 0,6 до 50 мм и длиной от 2 до 280 мм. Класс точности задаёт допуск на наружный диаметр и определяет применимую посадку в собранном соединении.
Для высокоточного позиционирования и нагруженных посадок применяют закалённые и цементированные штифты по ГОСТ 24296-93. Класс точности — А, диаметр от 0,6 до 20 мм, поле допуска наружного диаметра — m6, поверхность шлифованная. Закалённое исполнение обеспечивает стабильность размеров и износостойкость при многократной разборке. Международные аналоги — ISO 8734 и DIN 6325.
В глухих отверстиях, где нет доступа к торцу штифта для выбивания, применяют исполнение с внутренней резьбой на одном торце. Резьбовое отверстие нужно для вворачивания съёмника при демонтаже. По ГОСТ 12207-79 типоразмер внутренней резьбы соответствует диаметру штифта — например, штифт ∅6 мм имеет резьбу М4, ∅10 мм — М6, ∅20 мм — М10. Международный аналог — ISO 8733 / DIN 7979.
Цилиндрический заклёпочный штифт устанавливается в подготовленное отверстие и после установки расклёпывается с торца, образуя неразъёмное соединение. Применяется в массовом производстве, где разборка не предполагается, а требуется простой и быстрый монтаж.
Конический штифт по ГОСТ 3129-70 имеет постоянную конусность 1:50 по всей длине стержня (угол конуса при вершине — около 1°8'45''; угол наклона образующей к оси — около 0°34'22''). Этот уклон обеспечивает два важных эффекта: самоцентрирование при запрессовке и клиновое заклинивание без необходимости точного натяга в отверстии. Стандарт распространяется на незакалённые штифты диаметром (по тонкому торцу) от 0,6 до 50 мм и длиной от 4 до 280 мм; выпускаются два класса точности — А и В.
Для облегчения демонтажа в глухих отверстиях и для нагруженных соединений применяют конические штифты со специальной обработкой одного торца:
Пружинный штифт изготавливается из листа пружинной стали путём свёртывания в цилиндрическую трубчатую форму с продольной прорезью на всю длину. В свободном состоянии диаметр штифта больше номинального диаметра отверстия. При установке штифт упруго обжимается и удерживается в отверстии за счёт собственного раскрытия и сил трения. ГОСТ 14229-93 (ИСО 8752-87) распространяется на цилиндрические пружинные штифты с прорезью диаметром от 1 до 50 мм; различают тип A (стандартный пружинный штифт) и тип B (нефиксирующий, с упрощённой прорезью). Материал — пружинная сталь марки 60С2 и подобные. Международный аналог — DIN 1481.
Главное преимущество пружинного штифта — установка в просверленное отверстие без развёртывания. Допуск отверстия проще, монтаж быстрее, цена соединения ниже.
Насечные штифты — цилиндрические стержни с тремя продольными радиальными канавками, выдавленными на поверхности. При запрессовке материал штифта по канавкам пластически вытесняется, обеспечивая натяг в отверстии без точной развёртки. Действующие стандарты на насечные штифты — ГОСТ 12850-80, ГОСТ Р 50336-92, ГОСТ Р 50337-92, ГОСТ Р 50338-92, ГОСТ 12850.1-93, ГОСТ 12850.2-93, ГОСТ 10773-93, а также серия гармонизированных с ISO стандартов: ГОСТ Р ИСО 8740-93, 8741-93, 8742-93, 8743-93, 8744-93, 8745-93. Различаются типом и расположением насечек — по всей длине, на половине, в средней части или с обратной конусностью.
Назначение штифта в конкретном узле определяет тип, посадку и расчёт. Технически штифты решают две принципиально разные задачи.
Центрирующий штифт удерживает детали в строго определённом взаимном положении, но основную нагрузку не воспринимает. Нагрузка передаётся через стяжные болты, сжимающие пакет деталей по плоскости разъёма. Штифт работает только как точный геометрический ориентир. Типичный пример — два конических штифта на крышке редуктора или на корпусе подшипникового узла: они фиксируют положение, а вертикальная нагрузка распределяется по болтам.
Фиксирующий штифт несёт поперечную нагрузку: связь ступицы с валом, передача крутящего момента в соединении вала с рычагом, удержание оси в проушинах. Здесь штифт работает на срез, а отверстие — на смятие. Прочностной расчёт обязателен; диаметр выбирается по требуемой нагрузке.
Если в соединении штифт одновременно центрирует и передаёт нагрузку, расчёт ведут по передаче нагрузки, а посадку выбирают с натягом или переходную — на разрешённое сочетание из приложения к ГОСТ 3128-70.
Цилиндрический штифт работает в соединении только при правильно выбранной посадке. ГОСТ 3128-70 в приложении приводит рекомендуемые посадки для каждого исполнения штифта.
Цилиндрический штифт в нагруженном соединении проверяется по двум критериям прочности: на срез по поперечному сечению и на смятие боковой поверхности в контакте с отверстием. На практике смятие поверхности наступает раньше, поэтому смятие используют для проектировочного расчёта (определение требуемого диаметра штифта), а срез — для проверочного.
τср = F / (n · Aср) ≤ [τ]ср
σсм = F / Aсм ≤ [σ]см
Для радиального штифта, передающего крутящий момент от вала ступице, поперечная сила на штифт связана с моментом через диаметр вала. Из условия прочности на срез получают эквивалентную формулу:
τср = 8 · Mкр / (π · dв · d²) ≤ [τ]ср
τср = 8 · 30 000 / (π · 30 · 8²) = 39,8 МПа
Для гладких стальных штифтов в типовых расчётах деталей машин при умеренных условиях нагружения принимают (по данным справочников конструктора-машиностроителя):
Типовое соотношение для проектных расчётов: [τ]ср ≈ 0,6 · [σ]см. При жёстких условиях работы целесообразнее не увеличивать диаметр штифта, а перейти к более прочному материалу.
Отверстия в валах под радиальные штифты являются концентраторами напряжений и должны учитываться при проверочном расчёте самого вала на изгиб и кручение.
Контрольные испытания штифтов на срез проводят по ГОСТ 30322-95 (ИСО 8749-86) «Штифты и штифты насечённые. Испытание на срез», который заменил ГОСТ Р 50076-92. Стандарт регламентирует приспособление, условия нагружения и расчёт усилия среза для контроля партии штифтов.
Качество штифтового соединения определяется не только классом штифта, но и точностью отверстия. Для каждого исполнения штифта требуется свой уровень обработки.
Конический штифт демонтируется ударом со стороны меньшего торца в направлении большего отверстия. Поскольку штифт сидит клинообразно, для извлечения достаточно нескольких лёгких ударов выколоткой. Для глухих отверстий применяют исполнение с внутренней резьбой по ГОСТ 9464-79 — съёмником вытягивают штифт в сторону большего диаметра.
Пружинный штифт устанавливается в просверленное отверстие без развёртывания. Достаточно соблюдать допуск диаметра отверстия по H12 — точная развёртка не требуется. Это резко снижает трудоёмкость подготовки отверстий и стоимость соединения в массовом производстве.
Для центрирующих соединений два штифта располагают на максимально возможном расстоянии друг от друга и предпочтительно на разных диагоналях фланца. Это улучшает точность углового базирования и снижает чувствительность к погрешностям обработки отверстий.
Штифт работает на поперечный сдвиг (срез) и одновременно фиксирует взаимное положение деталей. Шпонка передаёт только крутящий момент в соединении вала со ступицей и не базирует детали. Болт работает на растяжение и обеспечивает разъёмное силовое замыкание стяжкой; точность положения он не задаёт. В одном узле штифты и болты часто применяются совместно: болты воспринимают нагрузку, штифты центрируют детали.
Конический штифт с конусностью 1:50 самоцентрируется при установке и удерживается в отверстии клиновым эффектом без необходимости точно подбирать натяг. После многократной разборки и повторной установки точность позиционирования сохраняется. Цилиндрический штифт при посадке с натягом такого ресурса не имеет: после первого извлечения отверстие незначительно увеличивается, и натяг теряется. Поэтому конические штифты — стандартный выбор для регулярно разбираемых соединений: крышек редукторов, ступиц на валах, корпусов кондукторов.
Посадка зависит от назначения соединения. Для неподвижной нагруженной фиксации — посадки с натягом K7/m6 или N7/m6 для исполнения 1. Универсальный вариант на практике — переходная H7/m6: соединение остаётся беззазорным, при этом штифт можно извлечь и поставить заново. Если штифт служит установочным элементом приспособления и нужен лёгкий монтаж — посадка с зазором F7/m6. Для исполнения 2 — переходные R8/h8 и H9/h8; для исполнения 3 — H12/h11. Все варианты приведены в приложении к ГОСТ 3128-70.
Диаметр определяют из условия прочности на смятие боковой поверхности штифта: σсм = F / (d · h) ≤ [σ]см, где F — поперечная сила, d — диаметр штифта, h — толщина соединяемой детали (длина рабочего участка штифта в ней), [σ]см — допускаемое напряжение (для стальных гладких штифтов — 100 МПа при спокойной нагрузке). Выбранный по таблице ГОСТ ближайший больший стандартный диаметр затем проверяют расчётом на срез: τср = F / Aср ≤ [τ]ср, где [τ]ср ≈ 0,6·[σ]см.
Внутренняя резьба на торце штифта (ГОСТ 12207-79 для цилиндрических, ГОСТ 9464-79 для конических) предназначена для съёмника при демонтаже из глухих отверстий, где нет сквозного прохода для выбивания. В резьбовое отверстие вворачивают рым-болт или специальный съёмник и вытягивают штифт. Такое исполнение нужно предусматривать в конструкции заранее, если доступ к противоположному торцу штифта при разборке невозможен.
Пружинный штифт по ГОСТ 14229-93 не требует развёртывания отверстия и устанавливается в просверленное отверстие — это резко удешевляет соединение в массовом производстве. Но он не обеспечивает точного позиционирования: упругое раскрытие в отверстии создаёт некоторую игру и не гарантирует беззазорной посадки. Для точных установочных соединений (базирование кондукторных плит, ответственные корпусные стыки) применяют сплошные цилиндрические штифты с развёрнутым отверстием. Пружинный штифт хорош для неответственных соединений и в качестве предохранительного элемента.
Для центрирующего соединения двух деталей по плоскости разъёма ставят два штифта, разнесённых на максимально возможное расстояние и расположенных предпочтительно по диагонали фланца. Один штифт фиксирует положение только по двум координатам в плоскости и не задаёт угловой ориентации — детали могут провернуться. Для соединений с передачей крутящего момента через радиальный штифт (вал–ступица) обычно достаточно одного штифта, рассчитанного на нагрузку.
В контакте с агрессивными средами (химическое машиностроение, пищевая промышленность, морские условия) применяют штифты из нержавеющих сталей — групп А2 или А4 по международной классификации (12Х18Н10Т и подобные по отечественным маркам). Закалённые штифты по ГОСТ 24296-93 в нержавеющем исполнении сочетают точность и коррозионную стойкость. Для общепромышленных условий часто достаточно химического окисного покрытия с пропиткой машинным маслом, предусмотренного в самом ГОСТ 3128-70.
Срезной штифт — это штифт намеренно ослабленного сечения, рассчитанный на гарантированное разрушение при превышении заданной нагрузки. Применяется как предохранительный элемент в кинематических цепях с риском перегрузки: на приводных валах сельскохозяйственной техники, в карданных передачах малой мощности, в шнековых механизмах. При срабатывании срезного штифта мощный приводной механизм разъединяется с заклиненным рабочим органом, и более дорогие узлы остаются целыми. Расчёт ведут на гарантированное усилие среза по фактическому сечению.
Цилиндрические незакалённые: ГОСТ 3128-70 ↔ ISO 2338 / DIN 7. Цилиндрические закалённые: ГОСТ 24296-93 ↔ ISO 8734 / DIN 6325. Конические незакалённые: ГОСТ 3129-70 ↔ ISO 2339 / DIN 1. Цилиндрические с внутренней резьбой (незакалённые): ГОСТ 12207-79 ↔ ISO 8733 / DIN 7979. Пружинные с прорезью: ГОСТ 14229-93 ↔ ISO 8752 / DIN 1481. Возможны небольшие расхождения по длине фасок и допускам; при использовании импортного крепежа эти отличия учитывают.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.