Assleutel en spiebaan | Shat-sleuteltypen | Ingetoetste gezamenlijke toepassing

Wat is een key &keyway?

Een sleutel en de spiebaan vormen een Gesloten verbinding om de naaf en de as vast te zetten om relatieve beweging tussen een krachtoverbrengende as en een bevestigd onderdeel te voorkomen. Tandwielaandrijvingen, katrollen of tandwielen zijn bijvoorbeeld stevig met sleutels verbonden aan de krachtoverbrengingsas (Afbeelding 1).
Spieverbindingen vormen een belangrijk onderdeel van mechanische krachtoverbrenging elementen as en koppelingen, waar het ervoor zorgt dat de verbinding de belasting, kracht en rotatie overbrengt zonder te slippen en binnen de nauwkeurigheidseis van het ontwerp.

Een sleutel is meestal gemaakt van staal en wordt in axiale richting tussen de as en de naaf van het onderdeel gestoken of gemonteerd om relatieve beweging te voorkomen. Keyseat is een uitsparing in de as en de Spiebaan is de uitsparing in de naaf om de sleutel op te nemen en zo het onderdeel veilig af te sluiten. Over het algemeen wordt de term spiezitting zelden gebruikt omdat spiebaan in de industrie naar beide uitsparingen wordt verwezen (Figuur 2).

As- en naafspiebanen worden vaak gesneden op machines voor het plaatsen van sleutels, maar kunnen ook worden gemaakt met behulp van frezen, frezen, vormgeven en sleuffrezen.

Ook worden vasthoudelementen zoals splines, flexibele koppelingen, conische verbindingen enz. gebruikt. Als het een zeer lage krachtoverbrenging is, kunnen ook stelschroeven en pennen worden gebruikt. Als de stelschroeven of in sommige gevallen van spieverbindingen moeten worden gebruikt, moet er een methode zijn van axiale beperkingen zoals borgringen en borgringen.

Voordelen en limieten van spieverbindingen

Er zijn verschillende voor- en nadelen van het gebruik van asspieen, daarom moet er goed rekening worden gehouden met de fijnere details van het algehele ontwerp om de geschiktheid van de spieverbinding te beoordelen.

Voordelen van asspiesen en spieverbinding

• Goedkope fabricagekosten
• Goed gestandaardiseerd (ISO, BS, DIN en ANSI)
• Overbrenging met gemiddeld tot hoog koppel
• Eenvoudig te monteren en demonteren, dus gemakkelijk herbruikbaar

Nadelen van asspieën en spieverbinding

• Niet geschikt voor wisselende directionele belastingen en schokken
• Mogelijke axiale verplaatsing van de naaf tenzij vergrendeld door een extra onderdeel zoals een stelschroef of borgringen
• Na verloop van tijd kan een spieverbinding erg moeilijk te demonteren worden
• Spiebanen introduceren een spanningspunt vanwege het inkepingseffect en verminderen de assterkte
• Introduceert as-onbalans
• Moeilijk om de belastingdragende en de tolerantiestapelanalyse te berekenen en te combineren, vandaar dat spieverbindingen te groot zijn gedimensioneerd
• Om axiale kracht over te brengen, heeft het een stopvergrendeling nodig

Soorten sleutels

Assleutels zijn er in een grote verscheidenheid aan soorten en vormen en kunnen samen met de subcategorieën worden onderverdeeld in de volgende vier categorieën. (Figuur 3)

1. Verzonken sleutels
   • Rechthoekige en vierkante toetsen
   • Parallelle toetsen
   • Gib-koptoetsen
   • Verensleutel (glijdende speling met sleutels)
   • Woodruff-sleutel
2. Zadelsleutels
   • Platte en holle zadelsleutels
3. Tangenstoetsen
4. Ronde/ronde toetsen

Van de bovengenoemde typen sleutels worden de parallelle vierkante sleutel en de woodruff-sleutel waarschijnlijk meer gebruikt dan andere vanwege het gebruiksgemak en de kosten.

Dubbele toets – Vanwege fabricagetoleranties en om dubbele passingen te voorkomen, wordt slechts één parallelle sleutel gebruikt, maar Dubbele sleutels zijn af en toe gebruikt voor zeer hoge zeldzame belastingen. Dit moet alleen worden overwogen als het materiaal ductiel is. Hiervoor moeten de berekeningen gebaseerd zijn op anderhalve parallelle sleutel.

Verzonken toetsen

Verzonken sleutels worden voor de helft van de dikte in de schacht verzonken, waarbij de maat wordt genomen aan de zijkant van de sleutel. Niet langs de middellijn door de schacht. (Figuur 4 &5)

Rechthoekige/vierkante toetsen

Rechthoekige toetsen zoals afgebeeld zijn breder dan hun hoogte en worden soms een platte sleutel genoemd. Deze worden gebruikt op assen tot ongeveer 500 mm of 20″ in diameter. Door de extra sleutelbreedte kan het een groter koppel overbrengen zonder de diepte te vergroten. Een grotere diepte betekent een zwakkere schacht door een vermindering van de effectieve dwarsdoorsnede van de schacht.

Vierkante toetsen zoals hun namen doen vermoeden zijn spiebanen met vierkante dwarsdoorsnede en over het algemeen gespecificeerd voor assen tot ongeveer 25 mm of 1″. Ze kunnen worden gebruikt voor grotere assen wanneer een diepere sleuteldiepte wenselijk is in vergelijking met rechthoekige sleutels. Een grotere diepte betekent een zwakkere schacht vanwege de vermindering van het effectieve dwarsdoorsnede-oppervlak van de schacht.

Vierkante en rechthoekige toetsen kunnen een taps verloop hebben van 1 op 100 over de lengte van de toets, zoals weergegeven in afbeelding 6.

Parallel verzonken toetsen

Parallelle verzonken sleutels kunnen rechthoekige of vierkante secties zijn, maar zonder de tapsheid. Deze sleutels zijn goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar. Het is een van de gemakkelijkste om te installeren. Maar de sleutels moeten idealiter worden vastgehouden door een stelschroef door de naaf. Omdat trillingen of omkering van de draairichting vaak de sleutel naar buiten duwen.

Deze spieën zijn over het algemeen stevig bevestigd aan de onderkant van de spiebaan van de as en de zijkanten van de spieverbinding, waardoor er een speling overblijft aan de bovenkant van de naafspiebaan.

Gib head verzonken toetsen

Een Gib frontale verzonken sleutels zijn toegevoegd om het verwijderen te vergemakkelijken. Zoals te zien is in afbeelding 8, zijn Gib-sleutels met verzonken kop over het algemeen rechthoekige of vierkante sleutels met een taps toelopend bovenoppervlak om een ​​strakke pasvorm te garanderen.

Verentoetsen

Veersleutels zijn bevestigd aan de as of de naaf om relatieve axiale beweging mogelijk te maken. Zoals op de afbeelding te zien is, zijn er drie hoofdveren. Tweekoppig , Peg veer en Verensleutel . Dit maakt krachtoverbrenging mogelijk tussen de as en de naaf met zijn parallelle tegenoverliggende vlakken, terwijl deze tegelijkertijd kan schuiven.

Woodruff-toetsen

De Woodruff-sleutel is een halfronde schijf en past in een cirkelvormige uitsparing in de as die wordt bewerkt door een Woodruff-spiebaanfrees. Deze woodruff-sleutels worden meestal gebruikt in werktuigmachines en auto-assen met een diameter van ¼” tot 2½” (6 mm tot 60 mm). Woodruff-sleutels kunnen niet dezelfde belasting dragen als de lange parallelle sleutels.

Het voordeel van de Woodruff-sleutel is dat hij in staat is om elke tapsheid in de naafspiebaan op te nemen, zijn gevangenschap en diepte voorkomen dat de sleutel omslaat.

De voor- of nadelen van woodruff-sleutels zijn dat de diepte van de spiebaan de schacht verzwakt, deze kunnen niet worden gebruikt als een spiebaan, zijn moeilijk te installeren en kort en kunnen niet te veel lading dragen.

Zadelsleutels

Vergeleken met verzonken sleutels zijn zadelsleutels niet verzonken in de as en naaf, maar zijn ze alleen verzonken in de naaf. Ze zitten op een platte of omtrek van de schacht. Krachtoverbrenging wordt bereikt door wrijving tussen de as en de spie. Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, kunnen zadeltoetsen worden onderverdeeld in plat zadel en Holle zadelsleutels en zijn alleen geschikt voor lichte ladingen om wegglijden langs de schacht te voorkomen.

Een platte zadelsleutel loopt taps toe aan de bovenkant en plat aan de onderkant, zoals weergegeven in afbeelding 13. De spie past in een taps toelopende spiebaan die op het platte vlak van de as naar beneden drukt

Een holle zadelsleutel loopt taps toe aan de bovenkant en gebogen aan de onderkant, zoals weergegeven in afbeelding 14. De spie past in een taps toelopende spiebaan en wordt naar beneden gedrukt op het gebogen omtreksoppervlak van de as.

Tangent-toetsen

De tangentiële sleutels of soms tangentiële sleutels genoemd, zijn als een paar in een rechte hoek gemonteerd, zoals weergegeven in figuur 15, waarbij elke sleutel slechts in één richting bestand is tegen torsie. Deze worden gebruikt in grote zware assen.

Ronde / ronde toetsen

De ronde sleutels hebben een cirkelvormige doorsnede en passen in gaten die deels in de as en deels in de naaf zijn geboord. Ze hebben het voordeel dat ze gemakkelijk te vervaardigen zijn, aangezien hun spiebanen kunnen worden geboord en geruimd nadat de passende onderdelen zijn gemonteerd. Ronde sleutels worden meestal het meest geschikt geacht voor aandrijvingen met een laag vermogen.

Spiebaanontwerp en sleutelmaat

De selectie van de assleutel is cruciaal om voortijdig falen van spieverbindingen te voorkomen. Lees "Assleutelselectie en ontwerpgids voor asspiebanen" om te begrijpen hoe u zowel schuif- als drukspanningen op asspie kunt berekenen. Het artikel bespreekt ook kritische factoren zoals sleutelmateriaal, belastingstype, juiste pasvorm enz. waarmee rekening moet worden gehouden tijdens het uitvoeringsontwerp van de spieverbinding.

Standaarden en specificaties

Raadpleeg de afmetingen en toleranties in de tabel van metrische spiebanen voor parallelle spie- en woodruff-sleutels volgens BS 4235-1:1972. Naast de toleranties voor de spiebaanmaat en de diepte van de spiebaan, bieden sommige normen ook informatie over de aanbevolen spiegrootte, spiebaandiepte als functie van de asdiameter

• Aanbevelingen voor spiegrootte, lengte en spiebaandiepte als functie van de asdiameter worden gegeven in ASME-normen B17.1-1967, ASME-norm B17.2-1967
• Specificatie voor metrische sleutels en spiebanen – Parallelle en tapse sleutels BS 4235-1:1972
• Het matchen van een spie van een bostrofee aan de asdiameter wordt ook gespecificeerd in DIN 6888
• Tangentiële spiebanen en tangentiële spiebanen voor wisselende schokbelastingen specificatie DIN 268:1974
• Tangentiële spiebanen en tangentiële spiebanen voor constante belastingen, specificatie DIN 271:1974

Referenties

• Collins, J.A., Busby, H., &Staab, G. (n.d.). Mechanisch ontwerp van machine-elementen en machines. John Wiley &Zonen.
• Hamrock, B.J., Schmid, S.R., &Jacobson, B.O. (2006). Fundamenten van machine-elementen:Bernard J. Hamrock, Steven R. Schmid, Bo O. Jacobson . Boston:McGraw-Hill Hoger Onderwijs.
• Kurt M. Marshek, Robert C. Juvinall (2021). Grondbeginselen van het ontwerp van machineonderdelen. John Wiley &Zonen.