Leitfaden für die Konstruktion von Wellenkeilnuten, Berechnung und Auswahl der Wellenkeilgröße

Schachtschlüsselauswahl ist entscheidend, um vorzeitiges Versagen an keilförmigen Verbindungen zu vermeiden . Keilnuten und Keile werden verwendet, um Drehmomente von Wellen auf mechanische Übertragungselemente wie Zahnräder, Riemenscheiben usw. unter Verwendung einer Passfederverbindung zu übertragen. Sie können entweder aus einem standardmäßigen Lagermaterial wie z

Im Allgemeinen wird der nominelle Wellendurchmesser verwendet, um die Schlüsselgröße gemäß verschiedener Standards wie BS4235 anzugeben, und der weit verbreitete rechteckige Schlüssel wird für die meisten Anwendungen verwendet. Auf diese Weise ist eine Keilverbindung überdimensioniert, um allen Belastungen standzuhalten, und die Normen geben kein Keilmaterial oder die Verbindungsbeschränkungen an. Aber es muss sorgfältig abgewogen werden, da manchmal sogar der größte Schlüssel aufgrund einer unvorhergesehenen Fehleinschätzung versagt, ganz zu schweigen von einem längeren oder größeren Schlüssel, der auch die Welle schwächt.

Unter der Annahme, dass die Wellengröße und das Element so ausgelegt wurden, dass sie dem Drehmoment und der Biegefestigkeit entsprechen, ist es für eine sichere mechanische Übertragung von entscheidender Bedeutung, dass die ausgewählte Passfeder dieser Spezifikation entspricht. Manchmal wird die Passfeder so ausgewählt, dass sie an einer Grenze versagt, die die Welle, das Zahnrad und andere Elemente schützt. In diesem Fall wirkt die Keilverbindung wie eine reißende Lunte.

Auswahlkriterien für Schachtschlüssel

Lassen Sie uns auf die wichtigen Auswahlkriterien eingehen, die bei der Auswahl einer Passfederverbindung zu berücksichtigen sind. Die folgenden 8 kritischen Faktoren müssen bei der Konstruktion und Auswahl einer Passfeder berücksichtigt werden.

Der Schlüsseltyp oder der Verbindungstyp wird im Allgemeinen während der späten Konzeptphase oder der frühen Ausführungsdesignphase des Produktdesigns gewählt. Aber während der Konstruktionskonfiguration oder der detaillierten Konstruktionsphase des Produktdesigns muss die Passfederverbindung auf Scher- und Druckspannungsversagen untersucht werden.

Schlüsseltypen

Es sind vier Hauptgruppen von Wellenkeilen verfügbar, nämlich Senkkeil, Sattelkeil, Tangentenkeil und Rundkeil . Jeder hat unterschiedliche Eigenschaften und Tragfähigkeiten; Daher muss die richtige Passfeder für die Anwendung basierend auf ihren Eigenschaften und Vorteilen ausgewählt werden.

#Produktdesigntipps

• Manchmal wird der Wellendurchmesser durch andere Elemente wie Biegefestigkeit, Lagereinbau usw. bestimmt. In diesem Fall kann die Passfeder kleiner dimensioniert werden, um dem Drehmoment und nicht dem Wellendurchmesser zu entsprechen.

Schlüsselmaterial

Typischerweise werden Keile entweder aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt hergestellt oder Edelstahl . Sie können jedoch aus vielen verschiedenen Materialarten wie Aluminiumlegierungen, Bronze, Kupfer und Messing hergestellt werden, um für unterschiedliche Anwendungsumgebungen geeignet zu sein. Zum Beispiel Keile aus Messing oder Bronze für Schiffspropellerwellen und Edelstahl für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie.

Im Allgemeinen wird Schlüsselstahl gemäß BS46 und BS4235 geliefert und ist ein unlegierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und angemessener Zugfestigkeit. Unlegierte Stähle mit mittlerem Kohlenstoffgehalt mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,25 % bis 0,60 % werden aufgrund ihrer idealen Kombinationen aus Festigkeit, Zähigkeit und guten Zerspanungseigenschaften verwendet. Die folgende Tabelle enthält eine Liste einiger gebräuchlicher Wellenkeilmaterialien mit ihrer Zugfestigkeit (UTS).

Im Allgemeinen werden während der Berechnungen die zulässigen Druck- und Scherfestigkeiten aus UTS unter Verwendung eines geeigneten Sicherheitsfaktors und Versagenstheorien wie der Theorie der maximalen Scherspannung berechnet.

#Produktdesigntipps

• Der beliebteste Stahl ist AISI 1045 (entspricht C45, EN8, 080M40), der durch Erhitzen des Materials auf etwa 820–850 °C (1508–1562 °F) gehärtet werden kann, um die UTS zu erhöhen.
• Stellen Sie sicher, dass galvanische Korrosion berücksichtigt wird, wenn Sie andere Materialien verwenden.
• Schlüssel, die nach britischen Standards hergestellt werden, sollten aus Stahl hergestellt sein, der BS 970 entspricht, mit einer Zugfestigkeit von mindestens 550 MN/m2.

Typ laden

Manchmal kommt es sogar dann zu vorzeitigen Ausfällen, wenn die Passfeder für das maximal übertragene Drehmoment überdimensioniert ist. Dies liegt an unvorhergesehenen Belastungsarten wie Stoß, Schlag oder Krafteinwirkung durch bidirektionale Rotation. Drehzahlgeregelte Motoren erfahren auch Lastschwankungen während ihrer Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen, in denen sich die Kräfte auf die Taste ändern.

Obwohl die meisten Keile nicht für wechselnde Richtungslasten geeignet sind (Drehrichtungsänderungen von CW nach CCW oder umgekehrt), werden Keilnuten immer noch in solchen Anwendungen verwendet. Wenn sich die Richtung nicht häufig ändert, kann die Keilnut sicher verwendet werden, aber Ermüdungsbelastungen und Beschleunigungsmomente müssen sorgfältig berücksichtigt werden.

\(T_m =(T_L + T_a) \)

\(T_a =JA\)

• \(T_m \) – Erforderliches Gesamtdrehmoment
• \(T_L \) – Lastmoment
• \(T_a \) – Beschleunigungsmoment
• \(J \) – Trägheitsmoment
• \(A \) – Beschleunigungsrate

Wenn auf das verbundene Element axiale oder radiale Stoßbelastungen einwirken, ist darauf zu achten, dass die äußeren axialen und radialen Stoßbelastungen aufgenommen werden. Damit soll sichergestellt werden, dass der Schlüssel das Drehmoment nur in Drehrichtung überträgt.

#Produktdesigntipps

• • Passfedernut entsprechend der auf das Element wirkenden Radialkraft platzieren.
  • Die meisten Tasten sind nicht für richtungswechselnde Belastungen und Stöße geeignet.

Richtige Passform

Die richtige Passung zwischen Wellenkeilnut, Passfeder und Nabenkeilnut ist von entscheidender Bedeutung. Standards wie BS 46, ANSI B17.1-1967 oder JIS B 1301-1996 legen Größen und Toleranzen der Keile und Keilnuten fest.

Im Allgemeinen gibt es zwei Lagerklassen für versenkte Keile, hauptsächlich Passfedern. Alle Normen erkennen dies an und geben Toleranzen für Keilnuten an, sodass man zwei bis vier Passungsklassen haben kann.

Die vier in dieser Norm behandelten Passungsklassen sollen die folgenden unterschiedlichen Anforderungen erfüllen:

Abstand/freie Passform – Dies ist eine relativ freie Passung, wenn die Nabe bei Gebrauch über die Passfeder gleiten muss, und gilt nur für Passfedern. (Unter Verwendung von Keilen aus Stangenmaterial und Keilsitztoleranzen)

Normale/seitliche Passform – Dies ist eine relativ feste Passung, wenn der Schlüssel mit minimalem Passen in die Schlüsselnut eingeführt werden soll, wie es für die Massenproduktionsmontage erforderlich ist.

Enge Passform – Wo ein genauer Sitz des Schlüssels erforderlich ist. In dieser Klasse ist die Anpassung unter maximalen Materialbedingungen erforderlich, und wenn es erforderlich ist, diese Bedingungen zu erreichen, kann eine gewisse Auswahl an Komponenten erforderlich sein.

Festsitz – wo eine Passung erforderlich ist, bei der kein Spiel zwischen Passfeder und Passfedernut in Welle und Nabe möglich ist. In dieser Passformklasse ist eine Handanpassung erforderlich.

Spezifikation der Keile und Keilnuten

Die Passung wirkt sich auf die Lebensdauer der Keilnut aus und der folgende Faktor muss bei der Berechnung berücksichtigt werden. Der Passungsrost durch rotierende Biege- und/oder Torsionsschwingungen wurde in zahlreichen Dauertests nachgewiesen und ist meist der ausschlaggebende Faktor, der zum Versagen der Welle-Nabe-Verbindung führt.

Ermüdungs- und Lebenssicherheitsfaktor

Wie jede andere mechanische Berechnung ist der Sicherheitsfaktor ein Schlüsselelement bei der Berechnung, Spezifikation und Konstruktion einer Passfederverbindung in der mechanischen Kraftübertragung. Das Verhältnis zwischen zulässiger Spannung und spezifizierter Mindeststreckgrenze gemäß AISC-Code ist Spannung