轴键槽设计、轴键尺寸计算和选择指南

轴键选择 对于避免键合接头过早失效至关重要 .轴键槽和键用于使用键连接将扭矩从轴传递到机械传动元件，例如齿轮、滑轮等。它们可以使用标准库存材料（例如关键库存）或定制加工以适合应用来制造。

通常，公称轴直径用于根据各种标准（例如 BS4235）指定键尺寸，并且在大多数应用中使用广泛可用的矩形键。通过这种方式，键接接头尺寸过大以承受所有负载，并且标准未指定键材料或接头限制。但必须仔细考虑，因为有时即使是最大的键也会因为不可预见的错误计算而失效，更不用说更长或更大的键也会削弱轴。

假设轴尺寸和元件的设计适合扭矩和弯曲强度，那么确保选择的键适合该规格对于安全机械传动至关重要。有时，轴键会选择在保护轴、齿轮和其他元件的极限处失效。在这种情况下，键接接头就像一个熔断器保险丝。

轴键选择标准

让我们深入研究选择键连接时要考虑的重要选择标准。在轴键的设计和选择过程中必须考虑以下8个关键因素。

按键式或接头式一般在产品设计的后期概念阶段或早期实施例设计阶段选择。但在设计配置或产品设计的详细设计阶段，必须对键合接头进行剪应力和压应力失效评估。

键类型

有四组主要的轴键可供选择，即沉头键、鞍形键、切线键和圆键 .各有不同的特点和承重能力；因此，必须根据其特性和优点为应用选择正确的轴键。

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• 有时轴直径取决于其他因素，例如抗弯能力、轴承安装等。在这种情况下，键的尺寸可以更小以适应扭矩而不是轴直径。

密钥材料

通常，轴键由中碳钢制成 或 不锈钢 .但它们可以由多种不同类型的材料制成，例如铝合金、青铜、铜和黄铜，以适应不同的应用环境。例如，用于船用螺旋桨轴的黄铜或青铜键和用于食品服务设备的不锈钢级。

一般来说，关键钢是按照BS46和BS4235供应的，是一种非合金中碳钢，具有合理的抗拉强度。使用碳含量在 0.25% 到 0.60% 之间的非合金中碳钢，因为它们具有强度、韧性和良好加工特性的理想组合。下表列出了一些常见的轴键材料及其极限抗拉强度 (UTS)。

通常在计算过程中，允许的抗压和抗剪强度是根据 UTS 使用适当的安全系数和失效理论（如最大剪应力理论）计算得出的。

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• 最受欢迎的钢种是 AISI 1045（相当于 C45、EN8、080M40），可以通过将材料加热到大约 820-850C (1508 -1562 F) 来硬化，以增加 UTS。
• 如果您使用其他材料，请确保考虑电偶腐蚀。
• 使用英国标准制造的钥匙应由符合 BS 970 的钢材制造，抗拉强度不低于 550 MN/m2。

加载类型

有时，即使轴键尺寸过大以达到最大传递扭矩，也会发生过早失效。这是由于不可预见的负载类型，例如冲击、冲击或双向旋转引起的力。变速电机在加速和减速阶段也会出现负载波动，此时键上的力会发生变化。

尽管大多数键不适合交变方向载荷（旋转方向从 CW 变为 CCW，反之亦然），但在此类应用中仍使用键槽。如果方向不经常变化，键槽可以安全使用，但必须仔细考虑疲劳载荷和加速扭矩。

\(T_m =(T_L + T_a) \)

\(T_a =JA\)

• \(T_m \) – 所需总扭矩
• \(T_L \) – 负载扭矩
• \(T_a \) – 加速力矩
• \(J \) – 惯性矩
• \(A \) – 加速度

如果连接的元件上有任何轴向或径向冲击载荷，则应注意支撑外部轴向和径向冲击载荷。这是为了确保钥匙只在旋转方向上传递扭矩。

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• • 将键槽与作用在元件上的径向力对齐。
  • 大多数按键不适合交变方向载荷和冲击。

正确拟合

轴键槽、键和轮毂键槽之间的正确配合至关​​重要。 BS 46、ANSI B17.1-1967 或 JIS B 1301-1996 等标准规定了键和键槽的尺寸和公差。

一般来说，有两种可供沉键使用的库存，主要是平行键。所有标准都承认这一点，并指定了键槽的公差，因此可以有两到四类配合。

本标准中涉及的四类配合旨在满足如下不同的要求：

间隙/自由搭配 – 这是一种相对自由的配合，在使用时需要轮毂在键上滑动并且仅适用于平行键。 （使用棒料键和键座公差）

正常/侧面合身 - 这是一种相对紧密的配合，键以最少的配合插入到键槽中，这是批量生产装配所必需的。

合身 – 需要精确匹配钥匙的地方。在本课程中，将需要在最大材料条件下进行配件，如果需要获得这些条件，则可能需要选择一些组件。

过盈配合 – 需要配合使得轴和轮毂中的键和键槽之间没有间隙的可能性。在此类合身中，需要手工合身。

键和键槽规范

配合会影响键槽的寿命，计算时必须考虑以下因素。由旋转弯曲和/或扭转振动引起的微动腐蚀已在许多耐久性试验中得到证明，通常是导致轴-毂连接失效的关键因素。

疲劳和生命安全系数

与任何其他机械计算一样，安全系数是计算、指定和设计机械动力传输中键连接的关键要素。许用应力与AISC规范规定的最小屈服强度之间的关系是拉力