Assleutels:soorten, maten, materialen, ontwerpformules en berekeningen

Spieverbindingen worden tot stand gebracht door spiebanen op de as en naaf af te snijden en een onderdeel in te brengen dat een “sleutel” wordt genoemd. Hoewel klein van formaat, speelt de assleutel een belangrijke rol bij mechanische overbrenging. Een sleutel is een mechanisch element dat wordt gebruikt om roterende assen en tandwielen vast te zetten. Het wordt voornamelijk gebruikt om koppel over te brengen door componenten rondom op de as te bevestigen. Sommige spieën bieden ook axiale fixatie of maken axiale beweging mogelijk, zoals de verbinding tussen tandwielen en assen in verloopstukken. Hoewel ze geen prominent onderdeel zijn, zijn sleutels cruciaal bij de krachtoverbrenging. Laten we vandaag dus eens goed kijken naar de Shaft Key, door te praten over de typen, maten, materialen en ontwerp!

Wat is een schachtsleutel?

Assleutel, ook wel motorsleutel genoemd, is een korte staaf die twee roterende delen (meestal een as en een naaf) met elkaar verbindt, gemaakt van zeer sterke materialen om koppel over te brengen. De functie ervan is om twee delen te verenigen in één enkel roterend lichaam, terwijl rotatie langs de as mogelijk is zonder te slippen of verkeerd uitgelijnd te zijn, waardoor de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van de transmissie wordt gegarandeerd. Assleutels worden vaak gebruikt in mechanische systemen zoals auto's, motorfietsen, landbouwmachines en bouwmachines.

Schachtsleuteltypen (diagram, kenmerken en gebruik)

Bij verschillende soorten mechanische transmissie spelen verschillende soorten sleutels een belangrijke rol bij het ontwerp en de toepassing van machines. De basisconcepten van sleutelverbindingen omvatten platte sleutels, Woodruff-sleutels, tapse sleutels en raaksleutels, elk met zijn eigen kenmerken en toepassingsgebied. Hieronder zullen we ze in detail onderzoeken door het diagram, de kenmerken en de toepassing van elk type assleutel te presenteren:

1. Platte sleutel (parallel verzonken sleutel)

De standaard platte sleutel, ook wel parallelle sleutel genoemd, is een soort verzonken sleutel die wordt gebruikt voor vaste verbindingen, zonder relatieve axiale beweging tussen de as en de naaf. Beide zijoppervlakken zijn werkoppervlakken, terwijl er speling is tussen het bovenoppervlak en de onderkant van de spiebaan van de naaf. Tijdens bedrijf wordt het koppel overgebracht door de compressie van de zijvlakken van de spiebaan van de as, de spie en de naafspiebaan. Het is een taps toelopende rechthoekige of vierkante sleutel, gebruikt waar de naaf langs de as moet glijden. De platte assleutel is eenvoudig te vervaardigen, handig voor montage en demontage, goede uitlijning tussen de as en op de as gemonteerde componenten, maar kan de axiale beweging van het op de as gemonteerde onderdeel niet fixeren

De standaard platte sleutels kunnen op basis van het verzonken uiteinde in drie typen worden verdeeld:afgerond uiteinde (A), vierkant uiteinde (B), rechthoekig uiteinde, enkel afgerond uiteinde (C):

• Rechthoekige platte verzonken sleutel

• Vierkante verzonken sleutel

• Ronde verzonken sleutel (dubbelrond of enkelrondzijdig)

2. Woodruff-sleutel (halve maan gezonken sleutel)

Woodruff-sleutel heeft de vorm van een halve maan en past zich aan elke tapsheid in de naaf aan. De extra diepte in de as voorkomt elke neiging tot omdraaien in de spiebaan, maar de diepte van de spiebaan verzwakt de as. De Woodruff-sleutel wordt over het algemeen gebruikt in combinatie met een taps toelopende astap om koppel over te brengen. De sleutelgleuf wordt bewerkt met een frees met dezelfde vorm als de halvemaanvormige sleutel, waardoor deze rond zijn geometrische middelpunt in de gleuf kan zwaaien. De zijoppervlakken van de sleutel zijn de werkoppervlakken en brengen het koppel over via zijdelingse compressie. De spiebaan is gefreesd met een schijfvormige frees en de sleutel zelf is halfrond. De halfronde sleutel is goed te vervaardigen, eenvoudig te monteren en vooral geschikt voor taps toelopende aseindverbindingen. Maar de asgleuf vermindert de sterkte van de as aanzienlijk; alleen geschikt voor lichte aansluitingen.

3. Zadelsleutels (conische sleutel)

De werkoppervlakken van een conische sleutel bevinden zich op de bovenste en onderste oppervlakken. Het bovenoppervlak heeft een conus van 1:100, en het onderoppervlak van de spiebaan van de naaf is ook met deze conus ontworpen. Wanneer de conische spie in de spiebanen van de as en de naaf wordt gestoken, wordt er een aanzienlijke voorspankracht op de oppervlakken ervan gegenereerd. Tijdens bedrijf is de conische sleutel voornamelijk afhankelijk van wrijving om koppel over te brengen en is hij bestand tegen unidirectionele axiale krachten. Het kan echter excentriciteit veroorzaken tussen de as en de naaf, waardoor het geschikter is voor verbindingen waarbij de centreernauwkeurigheid niet kritisch is, de belasting stabiel is en de snelheid laag is.

Bovendien kunnen conische sleutels verder worden onderverdeeld in standaard conische sleutels, holle zadelsleutels en tapse sleutels met kop.

• Platte zadelsleutel – zit plat op de as

• Holle zadelsleutel – de onderkant van de sleutel past op het gebogen oppervlak van de schacht

• Gib-Head zadelsleutel – Beschikt over een haak voor eenvoudig verwijderen

4. Gib-Head-sleutel (verzonken sleutel)

De conische sleutel met spiekop is een speciaal type conische sleutel, met een haakvormige kop die is ontworpen om hem effectiever in de spiebanen van de as en de naaf te bevestigen. De spiekop vergemakkelijkt het eenvoudig verwijderen van de sleutel. Dit ontwerp verbetert niet alleen de stabiliteit van de verbinding, maar vermindert ook tot op zekere hoogte de excentriciteit tussen de as en de naaf, waardoor de nauwkeurigheid van de verbinding wordt verbeterd. Daarom zijn conische sleutels met een kopkop bijzonder geschikt voor toepassingen die een hoge centreernauwkeurigheid en veilige verbindingen vereisen, zoals mechanische assemblages onder hoge rotatiesnelheden en zware omstandigheden.

5. Feather Key (verzonken sleutel)

Feather Key wordt op de as of naaf gemonteerd en maakt ook axiale beweging mogelijk. De zijvlakken van de sleutel zijn de werkvlakken; het brengt kracht over via de zijkanten, zorgt voor een goede uitlijning en is eenvoudig te monteren en demonteren. Het biedt geen axiale fixatie. De sleutel wordt met bouten aan de as bevestigd en er wordt een centraal schroefdraadgat gebruikt om de sleutel te verwijderen. Het wordt gebruikt in situaties waarbij het asonderdeel lichtjes langs de as beweegt, zoals bij glijdende tandwielen in versnellingsbakken.

6. Deuvelsleutel (ronde schachtsleutel)

Deuvelsleutel met cilinderlichaam, past in gaten die zowel in de naaf als in de as zijn geboord; meest geschikt voor aandrijvingen met laag vermogen. De cilindrische sleutel is een gebruikelijke vorm van een motorassleutel. Het is cilindrisch en past bij de groeven in de motoras en het transmissieonderdeel. Het is eenvoudig te installeren en kan een aanzienlijk koppel verdragen. Deuvelsleutels kunnen ook worden ontworpen als rechte of taps toelopende pennen om aan verschillende eisen te voldoen.

• Pensleutel met rechte pen

• Tapervormige pin-down-sleutel

7. Tangenssleutel

De tangentiële assleutel past in de spiebanen van zowel de naaf als de as; het wordt gebruikt in paren loodrecht op elkaar. Elke sleutel is slechts in één richting bestand tegen koppel en wordt gebruikt in grote, robuuste assen. De boven- en onderoppervlakken zijn samengesteld uit twee wigsleutels met een conus van 1:100 en vormen samen het werkvlak, dat een groot koppel kan overbrengen. Een enkel paar raaksleutels kan koppel slechts in één richting overbrengen, terwijl twee paar, gerangschikt op 120 ° -135 °, worden gebruikt voor koppel in twee richtingen. Deze worden gebruikt in toepassingen met hoge belasting waarbij centrering niet kritisch is. Raaksleutels genereren koppel door tangentiële druk en kunnen ook kleine unidirectionele axiale krachten verdragen.

Ze worden voornamelijk gebruikt in situaties waarin alleen unidirectionele koppeloverdracht vereist is, of in bidirectionele gevallen waarin twee paar raaksleutels op een bepaalde afstand zijn gerangschikt. Vanwege hun vermogen om een groot koppel over te brengen, worden raaksleutels vaak gebruikt in zware machines.

8. Spline-toetsen

As + geïntegreerde spie =Spline-as, die axiale beweging mogelijk maakt (vaak gebruikt bij transmissies met glijdende tandwielen). Een spiebaanverbinding bestaat uit meerdere gelijkmatig verdeelde sleuteltanden rond de as en het naafgat, waarbij de tandzijden als werkoppervlak fungeren. Dit type verbinding biedt een hoog draagvermogen, goede centrering en geleidingsprestaties, met minimale verzwakking van de sterkte van de as en de naaf. Het is vooral geschikt voor hoogbelaste, uiterst nauwkeurige centreerverbindingen die vaak moeten verschuiven, zoals glijdende tandwielen in transmissies. Splines kunnen worden geclassificeerd in rechthoekige splines, driehoekige splines en ingewikkelde splines op basis van de tandvorm.

• Rechthoekige spiebaan:eenvoudig te vervaardigen door middel van frezen, afwikkelen, brootsen of vormgeven. Na het slijpen is een hoge nauwkeurigheid haalbaar. Normen definiëren twee series:light-duty (voor lage belastingen) en middelzware (voor middelzware belastingen). Op grote schaal gebruikt in de luchtvaart, auto-industrie, tractoren, werktuigmachines, landbouwmachines en algemene mechanische transmissieapparaten.

• Involute Spline:Heeft een ingewikkeld tandprofiel. Onder belasting zorgen radiale krachten voor zelfcentrering, waardoor een gelijkmatige tandspanning, hoge sterkte en een lange levensduur worden gegarandeerd. De productie is hetzelfde als tandwielen, waardoor hoge precisie en uitwisselbaarheid mogelijk zijn. Standaard drukhoeken αD zijn 30°, 37,5° en 45°, gebruikt bij hoge belasting, uiterst nauwkeurige centrering en grote verbindingen.

Spie- en spiebaanmaattabellen (afmetingen, toleranties)

Om een goede pasvorm tussen assleutels en andere componenten te garanderen, moeten ze voldoen aan de standaardafmetingen:

• Diameter:moet gelijk zijn aan of iets kleiner zijn dan de overeenkomstige gatdiameter, doorgaans 0,01-0,05 mm kleiner
• Lengte:moet iets langer zijn dan de afstand tussen de verbonden delen. Over het algemeen is de sleutellengte gelijk aan de dikte van het verbindingsdeel plus 1–2 mm
• Afrondingsradius:om schade of barsten als gevolg van scherpe randen te voorkomen, moeten aan beide uiteinden een radius van 0,5–1 mm worden gebruikt
• Toleranties:om een goede pasvorm te garanderen, worden de productietoleranties gecontroleerd binnen de klassen h6. h7. of h8

Om u te helpen de afmetingen van assleutels beter te begrijpen en snel enkele algemene maatspecificaties te verkrijgen, vermelden we hieronder de maattabellen voor veel voorkomende typen assleutels:

Maattabel platte sleutels (afmetingen van parallelle as- en spiebaan)

Schachtdiameter
d Nominale sleutelgrootte Schachtsleufdiepte t₁ Sleutelsleufdiepte t₂ Hoekradius b (h9) h (h11) c of r L (h14) Nom. Tolerantie Nom. Tolerantie Min Maximaal 6–8220.16–0,256–201.2+1,0+0.10.080.16>8–10336–361.801.40>10–12446–362.001.80>12–17550.25–0,414 –562.802.300.160.25>17–226614–703.502.80>22–308718–904.0+3.3+0.2>30–381080.4–0.622–1005.00.23.9 00.250.4>38–4412828–1405.003.30>44–5014936–1605.503.80>50–58161045–1806.304.30>58–65181150–200 7.004.40>65–7520120.6–0.856–2507.505.400.40.6>75–85221463–2509.005.40>85–95251470–2809.005.40>9 5–110281680–32010.006.40>110–130321890–36011.007.40>130–15036201.0–1,2100–40012.0+8,4+0,30,71. 0>150–1704022100–40013.00.39.40>170–2004525110–45015.0010.40>200–2305028125–50017.011.4>230–260 56281.6–2.0140–50020.012.41.21.6>260–2906332160–50020.012.4>290–3307036180–50022.014.4>330–3808 0402.5–3.0200–50025.015.42.02.5>380–4409045220–50028.017.4>440–50010050250–50031.019.5L Serie:  6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500

Woodruff-sleutelmaattabel (halvemaanvormige assleutel en spiebaanafmetingen)

Sleutelgrootte
(b×h×D) Breedte b Hoogte h Diameter D Afschuining of straal s Nominaal Tolerantie Nominaal h12 Nominaal h12 Min Maximaal 1×1,4×41—1,404−0,120——1,5×2,6×71,5—2,6−0,1070——2×2,6×72—2,6070——2×3,7×102—3,7010−0,150——2,5×3,7×1 02,5—3,7−0,12100——3×5×133—50130——3×6,5×163—6,5016−0,180——4×6,5×16406,501600.160.254×7,5×194−0,0257 .5019−0,2100.250.405×6,5×165—6,501600.250.405×7,5×195—7,5−0,151900.250.405×9×225—902200.250.406×9 ×226—902200.250.406×10×256—10025−0,2100.400.608×11×288—1102800.400.6010×13×3210—13−0,183200.600.90

Maattabel zadelsleutel (standaard afmetingen van spie- en spiebaan met platte conische as)

Breedte b b Tolerantie (h8) Hoogte h h Tolerantie (h11) Afschuining of straal c of r Basisgrootte Bovengrens Basisgrootte Bovengrens 20−0,01420−0,0900,16–0,2530−0,01430−0,09040−0,01840−0,09050−0,01850−0,0900,25–0,4060−0,02260−0,09080−0,02770−0,0 90100−0,02780−0,0900,40–0,60120−0,03390−0,090140−0,033100−0,090150−0,033100−0,0900,60–0,80160−0,033100−0,110180−0 .033120−0,110200−0,033140−0,1101,60–2,00220−0,033140−0,110250−0,040160−0,1302,50–3,00280−0,040160−0,130300−0,046 180−0,130320−0,046200−0,130360−0,046220−0,130400−0,054250−0,160450−0,054280−0,160500−0,054320−0,160Lengte L (tolerantie h14):
18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500

Gib-Head-sleutelmaattabel (Gib-Head tapse as-spie en spiebaanafmetingen)

Breedte
b Tolerantie (h8) Hoogte
h Tolerantie (h11) Hoofdhoogte
h₁ Afschuining of straal
c of r Basis Limiet Basis Limiet 44−0,01840−0,075100.16–0,2555−0,01850−0,0751266−0,02260−0,0901488−0,02270−0,090160.25–0,401010−0,02780−0,090 181212−0,02790−0,090201414−0,027100−0,090220,40–0,601616−0,033100−0,110251818−0,033120−0,110282020−0,033140−0 .110320.60–0,802222−0,033140−0,110362525−0,040160−0,130401,60–2,002828−0,040160−0,130453030−0,046180−0,13050 3232−0,046200−0,130563636−0,046220−0,130634040−0,054250−0,160702,50–3,004545−0,054280−0,16080Standaard Lengte L (h14):
18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500

Tangent-sleutelmaattabel (standaard tangentiële as-spie- en spiebaanafmetingen)

Schachtdiameter
d Sleutel Spiebaandiepte Spiebaanbreedte Afschuining
C Straal
r Dikte
h Breedte
b (±h11) Schacht
t1 Hub
t2 Schacht
b1 Hub
b2 Min Maximaal Min Maximaal 6018−0.0907.07.319.319.60.60.8——6520−0.0908.08.320.120.40.60.8——7022−0.1108.08.321.021. 30.60.8——7525−0.1109.09.323.223.50.60.8——8028−0.09010.010.324.024.40.81.0——8528−0.09010 .010.324.825.20.81.0——9030−0.09010.010.326.727.00.81.0——10032−0.11011.011.428.028.41.01 .2——11036−0.11012.012.431.031.41.01.2——12040014.014.434.635.11.62.01.01.214045016.016.43 7.738.31.62.01.01.216050018.018.442.042.81.62.01.01.220056020.020.449.650.32.02.51.62.0 25063−0.13022.022.459.960.62.53.02.02.531570028.028.472.172.83.04.0——40080−0.16036.036. 493.294.03.04.03.04.0500100−0.22050.050.5125.9126.65.07.0——630140−0.19063.063.5189.0189 .75.07.03.04.0800180080.080.5240.0240.77.09.0——1000200−0.220100.0100.5300.0300.77.09.0——

Maattabel spiebanen (afmetingen spiebaan- en spiebaanrechthoekige spiebanen)

Schachtdiameter
d Light-serie Middelgrote serie Specificatie
N × d × D × B Afschuining
c Straal
r d₁min αmin Specificatie
N × d × D × B Afschuining
c Straal
r d₁min αmin 116×11×14×30.20.1——136×13×16×3.514.41.0166×16×20×416.61.0186×18×22×50.30 .219.52.0216×21×25×521.22.0236×23×26×60.20.1223.56×23×28×621.21.2266×26× 30×624.53.86×26×32×623.61.2286×28×32×726.64.06×28×34×725.81.4326×32×36×6 0.30.230.22.78×32×38×629.41.0368×36×40×734.43.58×36×42×70.40.333.41.0428× 42×46×840.55.08×42×48×839.42.5468×46×50×944.65.78×46×54×942.61.4528×52×5 8×1049.64.88×52×60×1048.62.5568×56×62×100.40.353.66.58×56×65×1052.02.5628 ×62×68×1259.77.38×62×72×120.50.457.72.47210×72×78×1269.67.310×72×82×1267 .71.08210×82×98×1279.38.510×82×92×1277.02.99210×92×98×11 0.50.499.69.910×92×102×1487.34.510210×102×108×1699.611.310×102×1 12×160.60.597.76.211210×112×120×16108.810.510×112×125×18106.24.1

Materialen van assleutels

Als belangrijk onderdeel van mechanische transmissie houdt de keuze van het materiaal van de asspie rechtstreeks verband met de prestaties en betrouwbaarheid van het mechanische systeem. Veelgebruikte assleutelmaterialen zijn als volgt:

1. Sleutel van koolstofstaal

Koolstofstaal is een van de meest gebruikte spiematerialen. Het heeft een hoge sterkte en slijtvastheid en is bestand tegen grote belastingen en stootkrachten. Sleutels van koolstofstaal zijn de eerste keuze in zware machines en scenario's die hoge belastingen moeten kunnen weerstaan. Bovendien zijn de kosten van koolstofstaal relatief laag, wat het ook economisch voordelig maakt.

2. RVS sleutel

Roestvrijstalen sleutels presteren goed in vochtige of corrosieve omgevingen. Dankzij de uitstekende corrosieweerstand kan het onder zware omstandigheden lange tijd stabiele prestaties behouden. Hoewel de kosten van roestvrijstalen sleutels hoger zijn dan die van koolstofstalen sleutels, zijn roestvrijstalen sleutels een geschiktere keuze voor toepassingen die langdurige stabiliteit en corrosiebestendigheid vereisen.

3. Non-ferro metalen sleutels

Non-ferro metalen sleutels, zoals koperen sleutels of aluminium sleutels, hebben voordelen bij bepaalde specifieke toepassingen. In scenario's waarin geleiding vereist is, worden bijvoorbeeld koperen sleutels gebruikt vanwege hun goede geleiding. Bij het nastreven van een lichtgewicht ontwerp hebben aluminium toetsen de voorkeur vanwege hun lagere dichtheid en gewicht.

Materiaalkwaliteiten van assleutels

1. 45# staal is een veelgebruikt assleutelmateriaal met hoge sterkte en slijtvastheid en hoge kostenprestaties.
2. 40Cr-staal heeft een hoge sterkte en hardheid, geschikt voor koppel en wrijving met hoge intensiteit.
3. 42CrMo-staal heeft een hoge sterkte en taaiheid, goede mechanische eigenschappen en een hoge sterkte.
4. Roestvrij staal is corrosiebestendig en roestbestendig, geschikt voor sommige assleutels die in vochtige of corrosieve omgevingen moeten werken.
5. Materialen zoals rubber of polyurethaan worden gebruikt voor assleutels die afgedicht of schokabsorberend moeten zijn.

Principes van materiaalkeuze voor assleutels

De materiaalkeuze van assleutels moet gebaseerd zijn op factoren zoals transmissievermogen, snelheid, koppel, werkomgeving en levensduur.

• 1. Hoge sterkte-eisen:Assleutels moeten meestal grote koppels kunnen weerstaan en zijn meestal gemaakt van materialen met een hoge sterkte, zoals 45# staal, 40Cr, 42CrMo, enz.
• 2. Hoge eisen op het gebied van slijtvastheid:Assleutels moeten wrijving en slijtage kunnen weerstaan tijdens rotatie op hoge snelheid, dus de hardheid en sterkte van het materiaal moeten hoog zijn, zoals 40Cr.
• 3. Hoge eisen op het gebied van corrosiebestendigheid:Assleutels die in vochtige of corrosieve omgevingen werken, moeten bestand zijn tegen corrosie, daarom zijn ze vaak gemaakt van roestvrij staal.
• 4. Hoge afdichtingseisen:Sommige assleutels moeten tijdens het draaien als afdichting fungeren, meestal gemaakt van materialen zoals rubber of polyurethaan.

Assleutelontwerp (sleutelfactoren, formules en berekeningen)

Het ontwerp van assleutels vereist uitgebreide overweging van verschillende factoren en moet worden berekend met behulp van specifieke formules om ervoor te zorgen dat de sleutel tijdens bedrijf goede werkomstandigheden en levensduur behoudt. Het ontwerp van een assleutel omvat hoofdzakelijk twee aspecten:dimensionaal ontwerp en vormontwerp. Het dimensionele ontwerp wordt bepaald door de grootte van de as en de spiebaan, terwijl het vormontwerp rekening moet houden met de arbeidsomstandigheden, de omgeving en de belasting. Hieronder leggen we in detail uit vanuit het perspectief van theoretische formules, berekeningsstappen, essentiële ontwerpprincipes en belangrijke overwegingen om u te helpen het ontwerp van assleutels volledig te begrijpen.

Belangrijke factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerp van assleutels

Structureel ontwerp van sleutels

1. Belastingsanalyse:analyseer eerst de soorten belastingen die de sleutel zal dragen, inclusief axiale belastingen en koppelbelastingen, om de ontwerpbelasting te bepalen.
2. Materiaalselectie:Selecteer het juiste materiaal op basis van de ontwerpbelasting, werkomstandigheden en kosten. Veel voorkomende materialen zijn staal, aluminium en koper.
3. Dimensionaal ontwerp:bepaal op basis van het geselecteerde materiaal en de ontwerpbelasting de geometrische afmetingen van de sleutel, inclusief breedte, hoogte en lengte.
4. Spiebaanontwerp:houd rekening met de pasvorm tussen de sleutel en de bijbehorende onderdelen, inclusief de vorm, afmetingen en speling van de spiebaan.

Krachtberekening

1. Belastingsanalyse op de sleutel:Analyseer de krachten die op de sleutel inwerken op basis van de belasting en het structurele ontwerp, inclusief axiale kracht en schuifkracht.
2. Stressanalyse:bereken de spanningsverdeling op de sleutel, rekening houdend met zowel statische als dynamische belastingen.
3. Vervormingsanalyse:bereken de vervorming van de sleutel onder belasting, inclusief axiale vervorming en buigvervorming.

Krachtverificatie

1. Krachtevaluatie:Evalueer of de berekende spanning en vervorming voldoen aan de ontwerpvereisten en veiligheidsfactor.
2. Evaluatie van de levensduur van vermoeiing:Beoordeel de levensduur van de sleutel tegen vermoeiing onder cyclische belasting, rekening houdend met het ontstaan en de voortplanting van vermoeiingsscheuren.
3. Verificatie en optimalisatie:voer op basis van sterkte- en vermoeidheidsevaluaties structurele verificatie en optimalisatie uit om ervoor te zorgen dat de sleutel veilig en betrouwbaar is tijdens gebruik.

Formules voor het berekenen van assleuteldimensies

een. Wanneer de sleutelbreedte bekend is:

De diepte (h ), hoogte (t ), en bovenbreedte (b ) kan worden berekend met behulp van de volgende formules:

• h = d / 2
• t = d / 2
• b = S × d

Waar:

• d  =schachtdiameter
• S  =verhouding van spiebreedte tot schachtdiameter, doorgaans tussen 0,1 en 0,3

b. Wanneer de sleutelhoogte bekend is:

De breedte, diepte en bovenbreedte kunnen als volgt worden berekend:

• b = S × d
• h = 2 × t
• B = S × d + k

Waar:

• k  =veiligheidsfactor, doorgaans rond de 0,1

Formule en berekening van de sterkte van de schachtsleutels

Spieverbindingen zijn een belangrijke methode voor koppeloverdracht in mechanische systemen. Bij hun ontwerp moet rekening worden gehouden met twee kernsterkteaspecten:schuifsterkte en buigsterkte.

Formule voor buigsterkte

Wanneer de as in bedrijf is, ondervindt de sleutel buigbelastingen. Daarom moet rekening worden gehouden met de buigsterkte van de sleutel.

• Buigmoment:
  M = F × b / 2 Waar:
  • F  =kracht uitoefenen op de sleutel
  • b  =sleutelbreedte
• Buigspanning:
  σ_b = 4M / (π × d³) Waar:
  • d  =schachtdiameter
  • π  =3,1416

Formule voor schuifsterkte

De schuifsterkte van de sleutel moet voldoen aan de arbeidsomstandigheden:

• τ = F / (b × h)

Waar:

• F  =kracht uitoefenen op de sleutel
• b  =sleutelbreedte
• h  =sleutelhoogte

Kernformules voor sterkteverificatie

Dwarssterktecontrole

• τ =F / A ≤ [τ]

Waar:

• τ =werkelijke schuifspanning (MPa)
• F =schuifkracht =2 × M / d
• A =afschuifoppervlak =b × l
• [τ] =toegestane schuifspanning (MPa)

Druksterktecontrole

• σ_jy =F / A_jy ≤ [σ_jy]

Waar:

• σ_jy =werkelijke drukspanning (MPa)
• A_jy =drukoppervlak =l × (h / 2)
• [σ_jy] =toelaatbare drukspanning (MPa)

Berekeningsstappen en casusanalyse

Geval 1:sterkteverificatie van een bestaande sleutel

Gegeven:

• Schachtdiameter d =70 mm
• Koppel M =600 N·m
• Sleutelafmetingen:b =16 mm, h =10 mm, l =50 mm
• Toelaatbare spanningen:[τ] =60 MPa, [σ_jy] =100 MPa

Stap 1:Bereken de schuifkracht (F)
F =2 × M / d =2 × 600 × 1000 / 70 =17142,86 N

Stap 2:Schuifspanning (τ)
τ =17142,86 / (16 × 50) =21,43 MPa <60 MPa → Geslaagd

Stap 3:Drukspanning (σ_jy)
σ_jy =17142,86 / (50 × 5) =68,57 MPa <100 MPa → Geslaagd

Geval 2:ontwerp met minimale sleutellengte

Gegeven:

• Schachtdiameter d =50 mm
• Koppel M =1600 N·m
• Toelaatbare spanningen:[τ] =80 MPa, [σ_jy] =240 MPa

Stap 1:Afschuifkracht (F)
F =2 × 1600 × 1000 / 50 =64000 N

Stap 2:Sleutellengte vanaf afschuifconditie
l ≥ 64000 / (16 × 80) =50 mm

Stap 3:Sleutellengte vanaf druktoestand
l ≥ 64000 / (5 × 240) ≈ 53,3 mm

Definitieve selectie:Gebaseerd op standaardseries, kies l =56 mm

Ontwerprichtlijnen en overwegingen

Sleuteltypeselectie

• Loszittende toetsen (bijvoorbeeld platte toetsen, Woodruff-toetsen):
  Breng koppel over via zijvlakken; geschikt voor uiterst nauwkeurige toepassingen zonder axiale kracht.
• Nauwsluitende toetsen (bijvoorbeeld conische toetsen, raaktoetsen):
  Breng koppel over via wrijving op de boven- en onderoppervlakken; geschikt voor zware lasten met lagere precisie-eisen.

Relatie tussen sleutellengte en hublengte

• De sleutellengte is gewoonlijk 5-10 mm korter dan de naaflengte om interferentie bij de montage te voorkomen.
• Standaard sleutellengtes moeten voldoen aan de waarden in het Mechanical Design Handbook (bijvoorbeeld 50, 56, 63, 70 mm, enz.)

Toepasselijkheid en controverses van de formule

Voor nauwsluitende sleutels, zoals conische sleutels, kunnen verschillende handboeken de wrijvingscoëfficiënt (μ) verschillend behandelen.
Sommige formules gebruiken 6μd, terwijl andere bμd gebruiken.
We raden aan formules uit gezaghebbende bronnen (zoals de edities van Cheng Dashian of Qin Datong) te volgen en deze te valideren via dimensionale (eenheids)analyse.