Как выбрать способ крепления шарнирного штифта для вибрационного оборудования

Необязательно, чтобы штифт шарнира выпал, чтобы возникла проблема с его удержанием. Частичное осевое смещение может привести к ослаблению зацепления с одним из шарнирных узлов, увеличению выступа на противоположном конце, смещению канавки или резьбовой части в сторону рабочей зоны подшипника или к изменению способа опоры штифта в конструкции шарнира.

Поэтому выбор метод фиксации шарнирного штифта Дело не только в том, насколько плотно сидит штифт при сборке. В случае вибрационного оборудования важнее задаться следующими вопросами: что может вызвать смещение штифта, что физически препятствует этому смещению, каков ход до достижения упора и будет ли этот метод фиксации по-прежнему эффективен после установки шарнира внутри готового оборудования.

Два решения позволяют быстро сузить круг вариантов. Во-первых, определите, требуется ли для проекта фиксатор с геометрическим зацеплением или допустимо использование фиксации, основанной на контролируемом фрикционном зацеплении. Затем решите, входит ли извлечение штифта в рамки обычного технического обслуживания. Эти решения, как правило, имеют большее значение, чем коммерческое название фиксатора.

Фиксация штифта также отличается от защиты двери от подъема. Штифт может быть надежно зафиксирован, в то время как съемная дверь по-прежнему может непреднамеренно подняться. В системах, где используются съемные петли, следует учитывать зазор при взлёте и удержание от подъёма в качестве отдельного требования к дверям.

Перемещение штифта представляет собой проблему осевого фиксатора

Обычно шарнир требует некоторой свободы движения в узле «штифт-коленчатый узел», чтобы створки могли поворачиваться, не заклиниваясь в осевом направлении. Такая свобода сама по себе не является признаком неисправности. Она становится проблемой удержания только в том случае, если штифт может смещаться настолько далеко, что это приводит к изменению предусмотренной геометрии опоры или рабочего положения.

Полная потеря штифта — это лишь последнее состояние в данной последовательности. Если часть штифта выходит из одного шарнира, то изменяются опорная длина и распределение нагрузки по остальным шарнирам. Локальная нагрузка на кромку или нагрузка, вызывающая изгиб штифта, могут увеличиться ещё до того, как штифт окажется в состоянии свободного падения.

Одновременно изменяется положение противоположного конца. Дополнительный выступ может мешать крышке, кабельному лотку, ограждению или соседней конструкции. Канавка для стопорного кольца, резьба или поперечное отверстие, которые изначально находились за пределами рабочей зоны подшипника, также могут сместиться ближе к краю шарнира.

Путь выпуска имеет два направления

Вертикальный штифт может казаться надежным, поскольку сила тяжести действует в одном направлении, однако сама по себе сила тяжести не является надежным фиксирующим элементом. Оборудование может транспортироваться в другом положении, подвергаться ударам вдоль оси шарнира или устанавливаться под углом.

Стопорное кольцо на одном конце препятствует перемещению в сторону этого кольца. В противоположном направлении по-прежнему требуется головка, буртик, второе стопорное кольцо, ступенчатая геометрия или иной фиксирующий элемент, если штифт может перемещаться в этом направлении.

Проследить ход штифта от одного конца до другого полезнее, чем задаваться вопросом, присутствует ли на чертеже стопор. Проверка считается завершенной только тогда, когда удается определить элемент, ограничивающий каждое соответствующее направление освобождения.

Способы крепления шарнирного штифта различаются в зависимости от траектории передачи нагрузки

Наибольшее техническое различие заключается между геометрическим упором и соединением, работающим за счет трения.

A позитивный упор предотвращает дальнейшее перемещение, поскольку удерживающий элемент не может пройти через имеющееся отверстие. По этому принципу действуют формованная головка, стопорное кольцо, поперечный штифт или фиксирующий выступ. Для дальнейшего перемещения необходимо, чтобы упор, штифт, паз или окружающий элемент деформировались, сломались или отсоединились.

A система, зависящая от трения сопротивляется перемещению за счет контактного давления. Типичным примером является штифт с прессовой посадкой. Упор стопорного винта на гладкий штифт также может зависеть в первую очередь от контактной силы и трения. Дальше по пути освобождения может не быть никакого фиксирующего элемента.

Оба подхода могут быть верными. Просто для каждого из них требуются разные доказательства. Формованный конец можно оценить по его геометрии и состоянию в сборе. Прессовая посадка в гораздо большей степени зависит от готового штифта, отверстия и взаиморасположения деталей в сборе.

Последствия смещения должны влиять на то, какую степень неопределённости может выдержать конструкция. Если ограниченное смещение практически не влияет на оборудование, то система, основанная на трении и обеспечивающая надлежащий контроль, может оставаться целесообразной. Если же смещение уменьшает необходимый зацеп с шарниром, изменяет положение фиксатора или уплотнителя либо может привести к нарушению геометрии, обеспечивающей опору двери, то применение системы принудительного удержания становится более оправданным.

Надежность фиксации с прессовой посадкой зависит от типа установленной посадки

Штифт с прессовой посадкой может обеспечивать значительное сопротивление осевому смещению без дополнительных торцевых элементов, однако именно его установленное положение и является системой фиксации.

На данное сопряжение влияют диаметр штифта, размер отверстия, округлость, состояние поверхности, толщина покрытия, жесткость шарнира и способ сборки. Одного только номинального диаметра штифта недостаточно для описания условий фиксации. Шарнир, изготовленный методом штамповки из листового металла, и толстый обработанный на станке выступ также могут по-разному реагировать на одинаковую номинальную посадку с натягом.

Износ от трения, коррозия, износ или многократное извлечение штифтов могут привести к изменению посадочного соединения в процессе эксплуатации. Это не означает, что прессовая посадка непригодна для вибрационного оборудования. Это означает, что поставщик должен быть в состоянии объяснить, что определяет посадку, и какие данные подтверждают возможность использования данного соединения для осевой фиксации.

Ступенеобразный винт следует рассматривать аналогичным образом. Работа винта, прижимающегося к гладкому цилиндрическому штифту, по-прежнему в значительной степени зависит от условий контакта и фиксации. Винт, входящий в специальную окружную канавку, отверстие или буртик, может обеспечивать более надежную защиту от осевого смещения. Поэтому крепежные детали, внешне похожие друг на друга, могут демонстрировать разные характеристики удержания.

Осевое перемещение может превратить фиксатор в ударный упор

Упор не всегда обеспечивает непрерывную фиксацию нагрузки. Штифт может иметь осевую свободу между двумя опорами и смещаться до того, как соприкоснется с удерживаемым концом.

Это изменяет условия работы в точке остановки. Фиксирующий элемент, прижатый к поверхности с лёгким постоянным контактом, подвергается нагрузке иначе, чем тот, который подвергается повторяющимся ударам после того, как штифт проходит через зазор. При вибрации или ударах во втором случае могут возникать повторяющиеся локальные контакты в канавке фиксирующего кольца, на формованной головке, поперечном штифте или на соседней поверхности шарнира.

Результирующую нагрузку невозможно свести к одной универсальной силе, поскольку она зависит от вибрационных воздействий на оборудование, движущейся массы, доступного осевого хода, относительной скорости, жесткости контакта и локальной деформации. При выборе оборудования важно учитывать следующую зависимость: Увеличение осевой свободы может превратить фиксатор из препятствия для смещения в элемент траектории повторяющейся рабочей нагрузки.

Таким образом, удерживающий элемент может оставаться на месте и при этом подвергаться износу. Кольцо может оставаться установленным, даже если в его канавке возникает локальная деформация. Формованный конец штифта может оставаться неповрежденным, в то время как повторяющиеся контакты оставляют следы на соседней поверхности шарнира. Поперечный штифт может оставаться зафиксированным, в то время как вокруг его отверстия возникает локальная деформация.

Если предусмотренная конструкция допускает многократный контакт штифта с удерживающим устройством, в предложении поставщика следует учесть именно этот режим эксплуатации, а не ограничиваться лишь демонстрацией невозможности полного выскальзывания штифта.

Постоянные и съемные фиксаторы решают разные проблемы при обслуживании

Штифт, который должен оставаться в шарнире на протяжении всего срока службы узла, не требует такой же конструкции крепления, как штифт, извлекаемый при очистке, ремонте или плановом капитальном ремонте.

Формованные, закреплённые штифтами и обжатые концы штифтов

Опрессовка, обжим, центрифугирование, ударная обработка или иная операция формовки изменяют геометрию конца штифта после его сборки. Увеличенный или деформированный конец больше не может пройти через соседнее отверстие.

Благодаря этому отпадает необходимость в отдельном зажиме или гайке, что удобно в тех случаях, когда штифт ни в коем случае не должен сниматься в ходе обычной эксплуатации. Однако в этом случае важное значение приобретает сама технологическая операция. Слишком сильная деформация может зажать узел шарнира или деформировать штифт. Слишком слабая деформация может привести к ненадёжному фиксатору.

Здесь важны материал и состояние штифта. Выбранный материал, твердость и процесс формовки должны быть совместимыми. Концепция фиксации, основанная на пластической деформации конца штифта, не должна утверждаться исключительно на основании готового чертежа без понимания того, как именно формируется данная геометрия.

Лучшее доказательство из первых рук, подтверждающее данную конструкцию, весьма просто: фотография крупным планом реального конца фиксирующего штифта вместе с соответствующим производственным чертежом или образцом. Это гораздо лучше демонстрирует реальную геометрию, чем очередная типовая иллюстрация фиксации.

Фиксирующие штифты

Штифт с головкой, удерживающий выступ или последовательность сборки, перекрывающая путь освобождения, могут обеспечить постоянное надежное удержание без использования отдельного концевого фиксатора.

Компромисс, связанный с техническим обслуживанием, менее очевиден. Если штифт можно установить только до того, как будет сформирован, приварен или соединен другой элемент петли, повреждение штифта может потребовать полной замены петли. Термин “невыпадающий” описывает состояние фиксации; это не означает автоматически, что штифт удобен в обслуживании.

Стопорные кольца, резьбовые стопорные элементы и поперечные штифты

Фиксаторы, снимаемые при обслуживании, целесообразны в тех случаях, когда извлечение штифта входит в запланированные работы по техническому обслуживанию.

Стопорное кольцо обеспечивает заметный упор и позволяет быстро разобрать узл, однако паз становится частью геометрии штифта. Паз должен располагаться за пределами зоны, непригодной для установки подшипника, при этом необходимо обеспечить достаточный доступ с торца как для кольца, так и для инструмента для снятия.

Для резьбового крепления можно использовать гайку, резьбовой наконечник или фиксирующий крепеж. Это удобно в тех случаях, когда в рабочую процедуру уже входят обычные ручные инструменты, однако сама резьба не обеспечивает предотвращение ослабления крепления под воздействием вибрации. Метод фиксации является частью предложения.

Поперечный штифт или шплинт создает очевидный физический упор. Кроме того, для его установки требуется поперечное отверстие в основном штифте, что приводит к появлению еще одного элемента, требующего технического обслуживания. Поэтому, наряду с удобством демонтажа, важное значение имеют положение отверстия, выступ штифта и зазор вокруг него.

Для штифта, который регулярно снимается, требуется система фиксации, рассчитанная на многократное использование. Постоянная обработка торца, как правило, противоречит этому требованию. Верно и обратное: добавление обработанной канавки, отдельного кольца и сменной детали к штифту, который никогда не должен сниматься, может усложнить производство и техническое обслуживание, не решая при этом никакой полезной задачи.

Осевая фиксация не определяет вращение штифта

Фиксированный штифт все равно может вращаться.

В некоторых петлях штифт намеренно закреплен на одной створке, в результате чего вращение происходит между штифтом и противоположными шарнирными узлами. В других петлях штифт может вращаться в более широком диапазоне по всей длине петли. Стопорное кольцо может ограничивать осевое смещение, не влияя при этом ни на одно из этих явлений.

Если не обеспечить закрепление предполагаемого неподвижного сопряжения, активная изнашиваемая поверхность может сместиться на другое сопряжение «штифт–шарнир», даже если осевая фиксация останется полностью сохраненной. Поэтому при сравнении поставщиков следует определить, какое именно сопряжение, как ожидается, будет вращаться, а не только то, что удерживает штифт от выхода из шарнира.

Геометрия удерживающего элемента не должна влиять на работу подшипника

При использовании позитивной фиксации к штифту часто добавляют канавку, отверстие, резьбу или профилированный переход. Эти элементы следует рассматривать в совокупности с участками, на которых штифт опирается.

Канавка для стопорного кольца уменьшает локальное сечение штифта. Поперечное отверстие прерывает сечение иным образом. Биение резьбы и резкие переходы также изменяют локальную геометрию. Расположение этих элементов непосредственно рядом с краем шарнира, подверженным значительным нагрузкам, позволяет сконцентрировать две различные функции — опору подшипника и фиксацию — в одном и том же коротком участке штифта.

Осевое смещение может усугубить эту проблему. Канавка, начинающаяся за пределами зоны подшипника, может сместиться к краю поворотного сустава. Резьбовой участок может проникнуть в зону, предназначенную для плавного скользящего контакта. Поперечное отверстие может сместиться ближе к точке опоры, подвергающейся высокой нагрузке.

В этом полезном обзоре объединены три аспекта геометрии: место опоры штифта, расположение фиксирующего элемента и расстояние, на которое штифт может сместиться до достижения упора.

Установленное оборудование может отбраковать исправный фиксатор

Способ фиксации может выглядеть вполне разумным на чертеже шарнира, но оказаться сложным в применении после сборки остальных частей станка.

Для работы с стопорными кольцами требуется доступ для плоскогубцев. Для стопорных колец с резьбой потребуется гаечный ключ, торцевая головка или отвертка. Для поперечных штифтов необходимо обеспечить пространство, чтобы можно было извлечь вторичный штифт. После освобождения стопорного кольца основному шарнирному штифту может по-прежнему потребоваться осевое перемещение, прежде чем он выйдет из узла поворотного кулака.

Таким образом, соответствующий зазор для обслуживания представляет собой полную зону, охватывающую движение фиксатора, инструмента и выдвижения штифта, а не только видимый зазор рядом с шарниром.

Безопасен в эксплуатации, заблокирован во время обслуживания

Стопорное кольцо, расположенное над верхним шарниром, может надлежащим образом предотвратить выскальзывание штифта, в то время как верхний кожух оборудования препятствует доступу к плоскогубцам, необходимым для его снятия. И кольцо, и паз работают в соответствии с назначением. Проблема возникает только при оценке шарнира в контексте окружающей конструкции.

Доступ к прототипу также может вводить в заблуждение. К зажиму может быть легко добраться до установки кабельного лотка, дождевого козырька, защитного кожуха или внутреннего модуля, но в условиях серийной сборки он может оказаться фактически недоступным.

Условия эксплуатации вносят дополнительный фактор. В открытых пазах и зажимах могут скапливаться стружка, краска, грязь или лед. Выступающие шплинты или предохранительные штифты могут создавать места зацепления. Коррозия и загрязнение также могут значительно затруднить обслуживание фиксатора, который в принципе должен быть съемным. Таким образом, для двух применений с одинаковой интенсивностью вибрации могут потребоваться разные методы фиксации из-за различий в условиях установки.

Сравнивайте предложения поставщиков на основе фактических данных, а не на основе этикеток с указанием срока хранения

Одного лишь упоминания термина “фиксирующий штифт” недостаточно для сравнения двух петель. Предложение становится полезным, когда производитель оригинального оборудования может понять, что предотвращает смещение, какие условия производства определяют эту характеристику и что происходит, когда штифт в конечном итоге требует технического обслуживания.

Ни один из методов, представленных в таблице, не является безусловно лучшим. Стоимость складывается из стоимости самого штифта, вспомогательных крепежных элементов, операций механической обработки или формовки, контроля сборки и будущего технического обслуживания. Недорогая деталь может обернуться дорогостоящим решением в отношении оборудования, если впоследствии она вынудит прибегнуть к разрушающему демонтажу или полной замене шарнира.

При заявлении характеристик виброустойчивости важны подтверждающие данные

Если поставщик утверждает, что конструкция с фиксирующим штифтом прошла испытания на вибрационную устойчивость, то достоверным доказательством служит протокол испытаний, а не фраза “прошла вибрационные испытания”. В отчете должны быть указаны: испытанная конфигурация шарнира или образца, метод фиксации, приспособление, условия вибрации, продолжительность или время воздействия, а также что проверялось до и после испытания. Любой допустимый предел смещения штифта должен быть взят из требований к оборудованию или согласованной проектной спецификации.

Для проектов, в которых используются широкополосные случайные вибрации, стандарт IEC 60068-2-64:2008+A1:2019 устанавливает стандартизированный метод экологических испытаний для оценки образцов в заданных условиях случайной вибрации. Данный стандарт используется совместно с соответствующей спецификацией изделия для определения приемлемости; он не устанавливает универсального допустимого смещения штифта шарнира или минимального удерживающего усилия для всех случаев применения.

Ссылка: МЭК 60068-2-64:2008+A1:2019, Испытания на воздействие окружающей среды. Часть 2-64: Испытания. Испытание Fh: Вибрация, широкополосная случайная и руководство.

Перед заказом образца

Запрос на предоставление образцов должен обеспечить сопоставимость архитектуры хранения данных, не превращая запрос в полноценный пакет документов для проверки в производственной среде.

• Цель удаления булавки: постоянный, периодический демонтаж для капитального ремонта или планового технического обслуживания.
• Инструкции по применению: определить, что препятствует осевой миграции на каждом соответствующем конце.
• Механизм удержания: фиксированная или ограниченная геометрия, съемный упор, прессовая посадка или иной четко определенный способ.
• Последствия миграции: определить, что изменится в первую очередь, если штифт начнёт смещаться — зацепление, совмещение, зазор между соседними деталями или какое-либо другое функциональное состояние.
• Вращение штифта: Укажите, предполагается ли, что штифт будет вращаться или останется закреплённым на одном из элементов шарнира.
• Установленный доступ: убедитесь, что фиксатор, инструмент и необходимое пространство для извлечения штифта остаются доступными в готовом станке.

После выбора метода его производственные размеры и условия приемки должны быть указаны в контролируемом чертеже шарнира. Эти Технические характеристики петель и руководство по использованию конструкторских чертежей охватывает следующий этап проверки чертежей, не дублируя при этом принятое здесь решение о методе хранения.

После того как архитектура и условия обслуживания будут определены, сравните подходящие варианты модели промышленных петель с учётом этих требований, а не руководствуясь исключительно типом контактов или ценой за единицу.

Часто задаваемые вопросы о фиксации шарнирного штифта