Шпонка вала и шпоночная канавка | Типы ключей | Применение шпоночного соединения

Что такое ключ и паз?

Шпонка и шпоночный паз составляют Шпоночное соединение. для фиксации ступицы и вала, чтобы предотвратить относительное перемещение между валом, передающим мощность, и прикрепленным компонентом. Например, зубчатые передачи, шкивы или звездочки надежно соединяются шпонками с валом, передающим мощность (рис. 1).
Шпоночные соединения являются важной частью механической передачи мощности. элементы вала и муфты, где это обеспечивает передачу нагрузки, мощности и вращения без проскальзывания и в пределах точности конструкции.

ключ обычно изготавливается из стали и вставляется или устанавливается между валом и ступицей компонента в осевом направлении для предотвращения относительного перемещения. Ключ представляет собой углубление в валу и Шпоночный паз это углубление в ступице для приема ключа и, таким образом, надежной блокировки компонента. Как правило, термин «шпоночный паз» используется редко, поскольку в отрасли под шпоночным пазом понимаются оба углубления (рис. 2).

Шпоночные канавки вала и ступицы часто вырезаются на станках для посадки шпонок, но их также можно изготовить с помощью протяжки, фрезерования, формовки, прорезывания пазов электроэрозионной обработкой.

Также используются удерживающие элементы, такие как шлицы, гибкие муфты, конические соединения и т. д. Если передача очень низкая, можно также использовать установочные винты и штифты. Если должны использоваться установочные винты или, в некоторых случаях, шпоночные соединения, должен быть метод осевых ограничений, таких как стопорные кольца и стопорные кольца.

Преимущества и ограничения шпоночных соединений

Использование шпонок имеет различные преимущества и недостатки, поэтому необходимо уделить должное внимание более мелким деталям общей конструкции, чтобы оценить пригодность шпоночного соединения.

Преимущества шпоночных и шпоночных соединений

• Низкие производственные затраты
• Хорошо стандартизированы (ISO, BS, DIN и ANSI)
• Передача от среднего до высокого крутящего момента
• Легко монтируется и демонтируется, поэтому его можно использовать повторно.

Недостатки шпоночных и шпоночных соединений

• Не подходит для чередующихся направленных нагрузок и ударов.
• Возможно осевое смещение ступицы, если она не заблокирована дополнительным компонентом, таким как установочный винт или стопорные кольца.
• Со временем шпоночное соединение может стать очень трудно разобрать
• Шпоночные канавки создают точку напряжения из-за эффекта надреза и снижают прочность вала.
• Приводит к дисбалансу вала.
• Сложно рассчитать и совместить анализ несущей способности и набора допусков, поэтому шпоночные соединения имеют завышенные размеры.
• Для передачи осевой силы необходим упор.

Типы ключей

Шпоночные ключи бывают самых разных типов и форм и могут быть разделены на следующие четыре категории вместе с подкатегориями. (Рис. 3)

1. Потайные ключи
   • Прямоугольные и квадратные клавиши
   • Параллельные ключи
   • Гибкие ключи
   • Шпонка растушевка (скользящий зазор со шпонками)
   • Ключ Вудраффа
2. Седельные клавиши
   • Плоские и полые седельные ключи
3. Ключи касания
4. Круглые/круглые клавиши

Из вышеперечисленных типов ключей ключ с параллельным квадратом и полукруглый ключ, вероятно, используются более широко, чем другие, из-за простоты использования и стоимости.

Двойной ключ – Из-за производственных допусков и во избежание двойных посадок используется только одна параллельная шпонка, но двойные шпонки. иногда используется для очень высоких нечастых нагрузок. Это следует учитывать только в том случае, если материал пластичен. Для них расчеты должны основываться на полуторапараллельном ключе.

Потайные ключи

Утопленные ключи утоплены в вал на половину его толщины, при этом измерение проводится сбоку от ключа. Не вдоль центральной линии через вал. (Рис. 4 и 5)

Прямоугольные/квадратные клавиши

Прямоугольные клавиши как показано, шире, чем их высота, и иногда их называют плоским ключом. Они используются на валах диаметром до 500 мм или 20 дюймов. Дополнительная ширина шпонки позволяет передавать больший крутящий момент без увеличения глубины. Увеличение глубины означает более слабый вал из-за уменьшения эффективной площади поперечного сечения вала.

Квадратные клавиши как следует из их названия, это шпонки с квадратным поперечным сечением, которые обычно предназначены для валов диаметром до 25 мм или 1 дюйм. Их можно использовать для больших валов, когда желательна более глубокая шпонка по сравнению с прямоугольными шпонками. Увеличение глубины означает более слабый вал из-за уменьшения эффективной площади поперечного сечения вала.

Квадратные и прямоугольные ключи могут иметь конусность 1 к 100 по длине ключа, как показано на рис. 6.

Параллельные встроенные ключи

Параллельно утопленные шпонки могут быть как прямоугольного, так и квадратного сечения, но без конусности. Эти ключи недороги и легко доступны. Это один из самых простых в установке. Но ключи должны идеально удерживаться установочным винтом через ступицу. Потому что вибрация или изменение направления вращения часто выталкивают ключ.

Эти шпонки обычно плотно прилегают к нижней части шпоночного паза вала и сторонам шпоночного соединения, оставляя зазор в верхней части шпоночного паза ступицы.

Утопленные ключи Gib Head

Добавлены утопленные ключи Gib, чтобы их было легче снимать. Как показано на рис. 8, ключи с утопленной головкой обычно представляют собой прямоугольные или квадратные ключи с конусом на верхней поверхности для обеспечения плотного прилегания.

Растушевочные ключи

Перьевые шпонки прикреплены либо к валу, либо к ступице, чтобы обеспечить относительное осевое перемещение. Как показано на рисунке, есть три основных пера. Двуглавый , Перо колышка и Растушевка . Это обеспечивает передачу мощности между валом и ступицей с их параллельными противоположными сторонами, в то же время позволяя ей скользить.

Ключи Woodruff

Шпонка Woodruff представляет собой полукруглый диск и входит в круглую выемку на валу, которая обрабатывается фрезой для шпоночной канавки. Эти деревянные шпонки в основном используются в станках и автомобильных валах диаметром от ¼ до 2½ дюймов (от 6 до 60 мм). Шпонки Woodruff не способны выдерживать такую ​​же нагрузку, как длинные параллельные шпонки.

Преимущество шпонки Woodruff заключается в том, что она способна вместить любой конус в шпоночный паз втулки, а его запирание и глубина предотвращают проворачивание шпонки.

Недостатки деревянных шпонок заключаются в том, что глубина шпоночного паза ослабляет вал, их нельзя использовать в качестве призматической шпонки, они сложны в установке, короткие и не могут выдерживать слишком большую нагрузку.

Седельные ключи

По сравнению с утопленными шпонками седельные шпонки не утоплены в вал и ступицу, а только утоплены в ступицу. Они либо сидят на плоскости, либо по окружности вала. Передача мощности достигается за счет трения между валом и шпонкой. Как показано на рисунке ниже, седловые клавиши можно разделить на плоские седловые. и Полые седельные ключи и подходят только для легких нагрузок, чтобы избежать скольжения по валу.

Плоский седловидный ключ имеет сужение вверху и плоское основание, как показано на рис. 13. Шпонка входит в конический шпоночный паз ступицы, надавливая на плоскую поверхность вала

полый седельный ключ сужается вверху и изгибается внизу, как показано на рис. 14. Шпонка входит в конический шпоночный паз ступицы и надавливается на изогнутую периферийную поверхность вала.

Касательные ключи

Тангенциальные шпонки или иногда называемые тангенциальными шпонками устанавливаются парой под прямым углом, как показано на рис. 15, где каждая шпонка выдерживает кручение только в одном направлении. Они используются в больших тяжелых валах.

Круглые / Круглые клавиши

Круглые шпонки имеют круглое сечение и входят в отверстия, просверленные частично в валу и частично во втулке. Их преимущество заключается в простоте изготовления, поскольку их шпоночные канавки можно просверливать и расширять после сборки сопрягаемых частей. Круглые ключи обычно считаются наиболее подходящими для дисков с низким энергопотреблением.

Дизайн паза и размер ключа

Выбор шпонки имеет решающее значение для предотвращения преждевременного выхода из строя шпоночных соединений. Прочтите «Руководство по выбору шпонки и проектированию шпоночной канавки», чтобы понять, как рассчитать срезающие и сжимающие напряжения на шпонке вала. В статье также обсуждаются критические факторы, такие как материал шпонки, тип нагрузки, правильная посадка и т. д., которые необходимо учитывать при разработке варианта шпоночного соединения.

Стандарты и спецификации

См. табличные размеры и допуски метрических шпоночных канавок для параллельных шпонок и шпонок в соответствии со стандартом BS 4235-1:1972. Наряду с допусками на размер шпоночной канавки и глубиной шпоночной канавки в некоторых стандартах также содержится информация о рекомендуемом размере шпоночной канавки, глубине шпоночной канавки в зависимости от диаметра вала

• Рекомендации по размеру шпонки, длине и глубине шпоночного паза в зависимости от диаметра вала приведены в стандартах ASME B17.1-1967, стандарте ASME B17.2-1967.
• Спецификация метрических шпонок и шпоночных канавок — параллельные и конические шпонки BS 4235-1:1972
• Соответствие шпонки шпонке диаметру вала также указано в стандарте DIN 6888.
• Тангенциальные шпонки и тангенциальные шпоночные канавки для переменных ударных нагрузок, спецификация DIN 268:1974
• Тангенциальные шпонки и тангенциальные шпоночные канавки для постоянной нагрузки согласно спецификации DIN 271:1974

Ссылки

• Коллинз, Дж. А., Басби, Х., и Стааб, Г. (без даты). Механическое проектирование элементов машин и машин. Джон Уайли и сыновья.
• Хэмрок, Б. Дж., Шмид, С. Р., и Якобсон, Б. О. (2006). Основы элементов машин:Бернард Дж. Хэмрок, Стивен Р. Шмид, Бо О. Джейкобсон . Бостон:Высшее образование McGraw-Hill.
• Курт М. Маршек, Роберт С. Джувиналл (2021 г.). Основы проектирования деталей машин. Джон Уайли и сыновья.