Gids voor het ontwerp van de spiebaan, het berekenen en selecteren van de maat van de schacht

Assleutelselectie is cruciaal bij het voorkomen van voortijdig falen van gesleutelde verbindingen . Spiebaan en spiebanen worden gebruikt om het koppel van assen over te brengen op mechanische overbrengingselementen zoals tandwielen, poelies, enz. met behulp van een spieverbinding. Ze kunnen worden gemaakt met behulp van een standaard voorraadmateriaal zoals sleutelmateriaal of op maat bewerkt om aan de toepassing te voldoen.

Over het algemeen wordt de nominale asdiameter gebruikt om de sleutelmaat te specificeren volgens verschillende normen zoals BS4235 en de algemeen beschikbare rechthoekige sleutel wordt voor de meeste toepassingen gebruikt. Op deze manier is een spieverbinding te groot om alle belastingen te weerstaan ​​en specificeren de normen geen sleutelmateriaal of de verbindingsbeperkingen. Maar zorgvuldige afweging moet worden gemaakt, omdat soms zelfs de grootste sleutel faalt door onvoorziene misrekening, om nog maar te zwijgen van een langere of grotere sleutel die ook de as verzwakt.

Ervan uitgaande dat de asmaat en het element zijn ontworpen om te passen bij het koppel en de buigsterkte, is het cruciaal voor een veilige mechanische overbrenging om ervoor te zorgen dat de geselecteerde sleutel past bij die specificatie. Soms wordt de asspie geselecteerd om te falen bij een limiet die de as, het tandwiel en andere elementen beschermt. In dit geval werkt de spieverbinding als een verticuteerzekering.

As key selectiecriteria

Laten we ingaan op de belangrijke selectiecriteria waarmee rekening moet worden gehouden bij het kiezen van een spieverbinding. Bij het ontwerp en de keuze van een spie moet rekening worden gehouden met de volgende 8 kritische factoren.

Het sleuteltype of het verbindingstype wordt over het algemeen gekozen tijdens de late conceptuele fase of vroege uitvoeringsfase van het productontwerp. Maar tijdens de ontwerpconfiguratie of de gedetailleerde ontwerpfasen van het productontwerp, moet de spieverbinding worden beoordeeld op afschuif- en drukspanningsfouten.

Sleuteltypen

Er zijn vier hoofdgroepen assleutels beschikbaar, namelijk verzonken sleutel, zadelsleutel, raaksleutel en ronde sleutels . Elk heeft verschillende kenmerken en draagvermogen; daarom moet de juiste asspie worden geselecteerd voor de toepassing op basis van zijn kenmerken en voordelen.

#productdesigntips

• Soms wordt de asdiameter bepaald door andere elementen, zoals buigweerstand, lagerinstallatie, enz. In dat geval kan de spie kleiner worden gemaakt om aan het koppel te voldoen in plaats van de asdiameter.

Sleutelmateriaal

Doorgaans zijn assleutels gemaakt van middelgroot koolstofstaal of roestvrij staal . Maar ze kunnen worden gemaakt van veel verschillende soorten materiaal, zoals aluminiumlegeringen, brons, koper en messing, voor verschillende toepassingsomgevingen. Bijvoorbeeld messing of bronzen sleutels voor scheepsschroefassen en roestvrij staal voor gebruik in voedselserviceapparatuur.

Over het algemeen wordt sleutelstaal geleverd volgens BS46 en BS4235 en is het een ongelegeerd medium koolstofstaal met een redelijke treksterkte. Ongelegeerd medium koolstofstaal met een koolstofgehalte van 0,25% tot 0,60% wordt gebruikt vanwege hun ideale combinatie van sterkte, taaiheid en goede bewerkingseigenschappen. De volgende tabel geeft een lijst van enkele veelgebruikte materialen voor spiebanen met hun ultieme treksterkte (UTS).

Over het algemeen worden tijdens berekeningen toelaatbare druk- en schuifsterkte berekend op basis van UTS met behulp van een geschikte factor van veiligheids- en faaltheorieën, zoals maximale schuifspanningstheorie.

#productdesigntips

• De meest populaire staalsoort is AISI 1045 (equivalent C45, EN8, 080M40), die kan worden gehard door het materiaal te verhitten tot ongeveer 820-850C (1508 -1562 F) om de UTS te verhogen.
• Zorg ervoor dat er rekening wordt gehouden met galvanische corrosie als u andere materialen gebruikt.
• Sleutels die volgens Britse normen zijn vervaardigd, moeten zijn vervaardigd van staal dat voldoet aan BS 970 met een treksterkte van niet minder dan 550 MN/m2.

Laadtype

Soms treden er voortijdige storingen op, zelfs wanneer de asspie te groot is voor het maximale overgedragen koppel. Dit is te wijten aan onvoorziene belastingstypes zoals schokken, stoten of kracht veroorzaakt door bidirectionele rotatie. Motoren met variabel toerental zien ook lastfluctuaties tijdens hun versnellings- en vertragingsfasen waarin de krachten op de sleutel veranderen.

Hoewel de meeste spiebanen niet geschikt zijn voor wisselende richtingsbelastingen (draairichting verandert van CW naar CCW of vice versa), worden spiebanen nog steeds gebruikt in dergelijke toepassingen. Als de richting niet vaak verandert, kan de spiebaan veilig worden gebruikt, maar er moet zorgvuldig rekening worden gehouden met vermoeiingsbelastingen en versnellingskoppels.

\(T_m =(T_L + T_a) \)

\(T_a =JA\)

• \(T_m \) – Totaal vereist koppel
• \(T_L \) – Belastingskoppel
• \(T_a \) – Acceleratiekoppel
• \(J \) – Moment traagheid
• \(A \) – Versnellingssnelheid

Als er een axiale of radiale schokbelasting is op het aangesloten element, moet ervoor worden gezorgd dat de externe axiale en radiale schokbelastingen worden ondersteund. Dit is om ervoor te zorgen dat de sleutel het koppel alleen in de draairichting overbrengt.

#productdesigntips

• • Plaats de spiebaan in lijn met de radiale kracht die op het element werkt.
  • De meeste toetsen zijn niet geschikt voor wisselende directionele belastingen en schokken.

Correcte pasvorm

Het is van essentieel belang dat de spiebaan van de as, de spie en de spiebaan van de naaf correct passen. Normen zoals BS 46, ANSI B17.1-1967 of JIS B 1301-1996 specificeren maten en toleranties van de spie- en spiebanen.

Over het algemeen zijn er twee voorraadklassen beschikbaar voor verzonken sleutels, voornamelijk parallelle sleutels. Alle normen erkennen dit en specificeren toleranties voor de spiebaan, zodat je twee tot vier soorten passingen kunt hebben.

De vier pasvormklassen die in deze norm worden behandeld, zijn bedoeld om als volgt aan verschillende eisen te voldoen:

Opruiming/vrije pasvorm - Dit is een relatief vrije pasvorm waarbij de naaf tijdens gebruik over de sleutel moet schuiven en is alleen van toepassing op parallelle sleutels. (Met behulp van staafsleutels en toleranties voor sleutelzittingen)

Normale/Zijwaartse pasvorm – Dit is een relatief strakke passing waarbij de sleutel met minimale montage in de spiebaan moet worden gestoken, zoals vereist is voor massaproductie-assemblage.

Aangesloten pasvorm – Waar een nauwkeurige passing van de sleutel vereist is. In deze klasse is de fitting vereist onder maximale materiaalomstandigheden, en als het nodig is om deze omstandigheden te verkrijgen, kan een selectie van componenten nodig zijn.

Interferentieaanpassing – waar een zodanige passing is vereist dat er geen speling tussen de spie en de spiebaan in de as en naaf is. In deze klasse van pasvorm is het met de hand passen noodzakelijk.

Specificatie van sleutels en spiebanen

De pasvorm is van invloed op de levensduur van de spiebaan en bij de berekening moet rekening worden gehouden met de volgende factor. De wrijvingscorrosie door roterende buiging en/of torsietrilling is bewezen in talrijke duurtesten en is meestal de cruciale factor die leidt tot het falen van de as-naafverbinding.

Fatigue &life safety factor

Net als elke andere mechanische berekening is de veiligheidsfactor een belangrijk element bij het berekenen, specificeren en ontwerpen van een spieverbinding bij mechanische krachtoverbrenging. De relatie tussen toelaatbare spanning en gespecificeerde minimale vloeigrens volgens AISC-code is Spanning