轴键和键槽 |键类型 |键控联合应用程序

什么是key&keyway？

一个键和一个键槽组成一个键接点 固定轮毂和轴，以防止动力传递轴和连接部件之间的相对运动。例如，齿轮传动装置、皮带轮或链轮使用键牢固地连接到动力传输轴（图 1）。
键接接头是机械动力传输的重要组成部分 元件轴和联轴器，确保连接传递负载、动力和旋转而不会滑动，并且在设计的精度要求范围内。

一个键 通常由钢制成，并沿轴向插入或安装在部件的轴和轮毂之间，以防止相对运动。 钥匙座 是轴和键槽中的凹槽 是轮毂中的凹槽，用于接收钥匙并因此牢固地锁定组件。一般来说，键座一词很少使用，因为键槽在行业中指的是两个凹槽（图2）。

轴和轮毂键槽通常在键座机上切割，但也可以使用拉削、铣削、成型、开槽电火花加工。

还使用了诸如花键、柔性联轴器、锥形接头等保持元件。如果是非常低的功率传输，也可以使用固定螺钉和销钉。如果要使用定位螺钉或在某些情况下使用键连接，则必须有一种轴向约束的方法，例如弹性挡圈和挡圈。

键控关节的优点和限制

使用轴键有各种优点和缺点，因此必须适当考虑整体设计的细节，以评估键连接的适用性。

轴键和键连接的优点

• 制造成本低廉
• 标准化程度高（ISO、BS、DIN 和 ANSI）
• 中高扭矩传输
• 易于安装和拆卸，因此易于重复使用

轴键和键连接的缺点

• 不适用于交变方向载荷和冲击
• 轮毂可能发生轴向位移，除非由固定螺钉或固定环等额外部件锁定
• 随着时间的推移，键控接头可能会变得非常难以拆卸
• 由于缺口效应，键槽会引入应力点并降低轴强度
• 引入轴不平衡
• 难以计算和结合承载能力和公差堆栈分析，因此键控接头尺寸过大
• 为了传递轴向力，它需要一个止动锁

键的类型

轴键有多种类型和形状，可分为以下四个类别及其子类别。 （图3）

1. 沉没的钥匙
   • 矩形和方形键
   • 平行键
   • 琴头键
   • 羽键（带键的滑动间隙）
   • 木头琴键
2. 马鞍键
   • 扁平和空心马鞍键
3. 切线键
4. 圆形/圆形键

在上述类型的钥匙中，平行方键和半圆键由于易用性和成本原因可能比其他类型的键使用更广泛。

双键 – 由于制造公差和避免双重配合，仅使用一个平行键，但 双键 是 偶尔用于非常高的不频繁负载。仅当材料具有延展性时才应考虑这一点。对于这些，计算应该基于一个半并行键。

沉没键

下沉键沉入轴的一半厚度，在键的侧面进行测量。不沿着通过轴的中心线。 （图四、五）

矩形/方形键

矩形键 如图所示，它们比它们的高度更宽，有时被称为平键。这些用于直径最大约 500 毫米或 20 英寸的轴。额外的键宽允许它在不增加深度的情况下传递更大的扭矩。由于有效轴截面积减少，深度增加意味着轴较弱。

方键 正如他们的名字所暗示的那样，它们是方形横截面键，通常指定用于最大约 25 毫米或 1 英寸的轴。当与矩形键相比需要更深的键深度时，它们可用于更大的轴。由于有效轴截面积减少，深度增加意味着轴较弱。

如图 6 所示，方形和矩形键沿键的长度可能有 100 分之一的锥度。

平行下沉键

平行下沉键可以是矩形或方形截面，但没有锥度。这些钥匙价格便宜且容易获得。它是最容易安装的一种。但理想情况下，钥匙需要通过轮毂固定螺钉固定。因为振动或旋转方向反转经常将钥匙推出。

这些键一般紧贴在轴键槽的底部和键接头的侧面，在轮毂键槽的顶部留有间隙。

Gib 头沉键

添加了一个 Gib 正面沉没键，使其更易于拆卸。如图8所示，圆头沉头键一般为长方形或方形键，顶面有锥度，以保证紧密配合。

羽毛键

滑键连接到轴或轮毂以允许相对轴向运动。如图所示，有三个主要的羽键。 双头 , 钉羽毛 和羽毛键 .这样可以在轴和轮毂之间通过其平行的相对面进行动力传输，同时允许其滑动。

木屑键

半圆键是一个半圆形圆盘，安装在轴上的圆形凹槽中，该凹槽由半圆键槽刀具加工而成。这些半圆键主要用于直径为 ¼” 至 2½”（6 毫米至 60 毫米）的机床和汽车轴。半圆键不能承受与长平行键相同的负载。

半圆键的优点是它能够适应轮毂键槽中的任何锥度，它的固定和深度防止键翻转。

半圆键的缺点或缺点是键槽的深度削弱了轴，这些不能用作平键，安装困难且短，不能承受太大的负载。

马鞍键

与沉键相比，鞍键不沉入轴和轮毂，而是仅沉入轮毂。它们要么位于轴的平面上，要么位于轴的圆周上。动力传递是通过轴和键之间的摩擦来实现的。如下图所示，Saddle键可以细分为Flat saddle 和空心马鞍键 并且只适用于轻载，避免沿轴打滑。

平鞍键 如图 13 所示，顶部呈锥形，底部呈扁平状。键安装在锥形轮毂键槽中，向下压在轴的平面上

一个空心马鞍键 如图14所示，顶部呈锥形，底部呈弧形。键与锥形轮毂键槽配合，并在轴的弯曲圆周表面上向下推。

切线键

如图 15 所示，切向键或有时称为切向键成对成直角安装，其中每个键仅承受一个方向的扭转。这些用于大型重型轴。

圆形/圆形键

圆键的截面是圆形的，并安装在部分在轴上和部分在轮毂上钻孔的孔中。它们具有易于制造的优点，因为它们的键槽可以在配对零件组装后进行钻孔和铰孔。圆形键通常被认为最适合低功率驱动器。

键槽设计和键大小

轴键选择对于避免键合接头过早失效至关重要。阅读“轴键选择和轴键槽设计指南”，了解如何计算轴键上的剪切应力和压缩应力。本文还讨论了在键接接头的实施例设计中要考虑的关键因素，例如键材料、负载类型、正确配合等。

标准和规范

请参阅 BS 4235-1:1972 中列出的用于平行键和半圆键的公制键槽的尺寸和公差。除了键槽尺寸公差和键槽深度尺寸外，一些标准还提供了关于推荐键尺寸、键槽深度作为轴直径函数的信息

• ASME 标准 B17.1-1967、ASME 标准 B17.2-1967 中提供了作为轴直径函数的键尺寸、长度和键槽深度的建议
• 公制键和键槽规范 - 平行键和锥形键 BS 4235-1:1972
• 在 DIN 6888 中还规定了与轴直径匹配的半圆键
• 交变冲击载荷规范 DIN 268:1974 的切向键和切向键槽
• 恒载标准 DIN 271:1974 的切向键和切向键槽

参考

• Collins, J. A.、Busby, H. 和 Staab, G.（未注明日期）。 机械元件和机器的机械设计。 约翰威利父子公司。
• Hamrock, B. J.、Schmid, S. R. 和 Jacobson, B. O.（2006 年）。 机器元件基础知识：Bernard J. Hamrock、Steven R. Schmid、Bo O. Jacobson .波士顿：麦格劳-希尔高等教育。
• Kurt M. Marshek、Robert C. Juvinall（2021 年）。机械部件设计基础。约翰威利父子公司。