Nyckel (teknik)

Inom maskinteknik är en nyckel ett maskinelement som används för att koppla ett roterande maskinelement till en axel . Nyckeln förhindrar relativ rotation mellan de två delarna och kan möjliggöra vridmomentöverföring . För att en nyckel ska fungera måste axeln och det roterande maskinelementet ha ett kilspår och ett nyckelsäte , vilket är ett spår och en ficka i vilken nyckeln passar. Hela systemet kallas en nyckelled . En kilförband kan tillåta relativ axiell rörelse mellan delarna.

Vanliga nyckelkomponenter inkluderar kugghjul , remskivor , kopplingar och brickor .

Typer

Det finns fem huvudtyper av nycklar: sänkt , sadel , tangent , rund och spline .

Nedsänkt nyckel

Typer av sänkta nycklar: rektangulära , kvadratiska , parallella sänkta , gib-head , fjäder , och Woodruff .

Parallella nycklar

Parallella nycklar är de mest använda. De har ett kvadratiskt eller rektangulärt tvärsnitt. Fyrkantiga nycklar används för mindre axlar och rektangulära nycklar används för axeldiametrar över 6,5 tum (170 mm) eller när väggtjockleken på det passande navet är ett problem. Ställskruvar följer ofta med parallellnycklar för att låsa de passande delarna på plats. Kilspåren är en längsgående slits i både axeln och passande delen.

Nyckelsätet i ett skaft för en parallellnyckel
Ett kedjehjul med en invändig kilspår
Tvärsnitt av en parallellkilad led

B = d 4 ^{[ förtydligande behövs ]}

H = 2 d 3 ^{[ förtydligande behövs ]}

var

W är nyckelns bredd
H är nyckelhöjden
d är axeldiametern

Woodruff nycklar

Woodruff-nycklarna är halvcirkelformade och passar delvis in i ett cirkulärt segmentkilspår med resten i ett längsgående spår i den passande delen. Det cirkulära segmentet kan skäras direkt genom dykskärning med en cirkulär Woodruff-fräs utan några reliefer. Den största fördelen med Woodruff-nyckeln är elimineringen av fräsning nära axelskuldror, där spänningskoncentrationer och koncentricitet skulle påverkas. Det senare är särskilt viktigt för höghastighetsdrift. Den mer exakta passformen av nyckeln och kilspåren minskar också spel och spänningskoncentrationer i och förbättrar nyckelns tillförlitlighet. En ytterligare fördel är att en fast nyckel kan tas bort från en axel med ett hammarslag, den cirkulära profilen kommer att trycka ut nyckeln ur spåret, till skillnad från en standardnyckel som måste skjutas axiellt eller dras ut ur spåret . Vanliga applikationer inkluderar verktygsmaskiner , bilapplikationer , snöslungor och marina propellrar .

Denna typ av nyckel har utvecklats av William N. Woodruff från Hartford Connecticut . 1888 tilldelades han John Scott-medaljen av Franklin Institute för sin uppfinning.

En Woodruff-nyckel installerad
En Woodruff nyckel och nyckelspår
Kugghjulet G är positivt placerat på axeln S av Woodruff-nyckel N

Avsmalnande nycklar

Den avsmalnande nyckeln är avsmalnande endast på den sida som griper in i navet. Kilspåren i navet har en kona som matchar den avsmalnande nyckeln. Vissa avsmalnande nycklar har en spets , eller flik, för enkel borttagning under demontering. Syftet med avsmalningen är att säkra själva nyckeln, samt att fästa axeln ordentligt i navet utan behov av en ställskruv. Problemet med avsmalnande nycklar är att de kan göra att axelrotationens centrum ligger något utanför den passande delen. Det skiljer sig från ett avsmalnande axellås genom att koniska nycklar har en matchande avsmalning på kilspåren, medan koniska axellås inte har det.

Andra

En Scotch-nyckel eller holländsk nyckel har ett cirkulärt kilspårhål (istället för rektangulärt), tillverkat genom att borra axiellt in i det sammansatta navet och axeln, med en metallstift som fungerar som nyckel. Om hålet och nyckeln är avsmalnande, kallas nyckeln för en holländsk stift , som drivs in och valfritt avslutas genom att skära eller slipa i jämnhöjd med änden av axeln. Om ett rakt holländskt kilspårhål valfritt gängas med en gänga, fungerar en vanlig skruv som den gängade holländska nyckeln.

Fjäderstift är en alternativ holländsk nyckelkomponent, istället för solida pluggstift. En fjäderstift är självfästande och lossnar inte vid vibrationer. Ihåliga fjäderstift ger en svagare skjuvhållfasthet än en solid pluggstift, och hållfastheten kan varieras genom att variera väggtjockleken. Denna begränsade skjuvhållfasthetsspecifikation är utformad för att upprätthålla normal drift, men sedan ge vika i händelse av för högt axelvridmoment, vilket skyddar resten av maskinen från skador.

Införandet av en extra bussningskomponent mellan navet och axeln förbättrar prestandan och bekvämligheten med kilförband. Taper-Lock- bussningar är nyckelnavbeslag som ger tre gängade holländska kilspår och två ställskruvar som holländska nycklar, förutom den rektangulära kilspåren. De holländska kilspåren gängas endast på den alternativa navsidan eller axelsidan, med ett gängavståndshål på motsatt sida. Genom att helt enkelt skruva in ställskruvar i utvalda hål, fungerar navmekanismen bekvämt för att styvt låsa eller definitivt lossa från axeln, utan att hamra eller dra i navet. Snabbkopplingsbussningar ( QD ) fungerar på liknande sätt, men placera ett cirkulärt mönster av tre ogängade och tre helgängade hål längre ut från axeln på en bussningsfläns, istället för över gränssnittet mellan bussning och nav.

En Hirth-led liknar en splineled men med tänderna på skaftets ände istället för på ytan.

Sadelnycklar

Dessa typer av nycklar är vanligtvis fästa på drivelementet (t.ex. axlar). Dessa typer av nycklar har mindre styrka jämfört med nedsänkta nycklar. Dessa är sällan använda nycklar, för att överföra lägre effekt till de drivna delarna (t.ex. kopplingar)

Tangent nycklar

Tangentnycklar används i tunga applikationer med högt vridmoment. Det som skulle ha varit sidan av varje kilspår bildar klackar mot vilka nyckeln sitter och överför kraft genom tryck. Denna senare punkt innebär att för reversibel rörelse av axeln behövs ytterligare en kil längs en tangent utåt i motsatt riktning. Normalt kommer detta att förskjutas med 90° eller 180° på axeln. Nyckeln kan vara kilformad, rektangulär eller kvadratisk, men speciellt rektangulära dubbeltappade nycklar används.

Spline-nyckel

Denna typ av nyckel använder flera kilspår i navet för att överföra hög effekt.

Keyseating

Keyseating är skapandet av slitsarna i de passande föremålen. Keyseating kan göras på en mängd olika maskiner inklusive en brosch, en keyseater, trådskuren EDM, en formare eller vertikal slitsmaskin, antingen en vertikal eller horisontell fräs, eller med en mejsel och fil.

Nyckelskärare
Specialskärare
Spårverktyg
Olika spårverktyg

Broaching

Broschning används främst för att skära inre kilspår med fyrkantiga hörn. Den specifika broschen, bussningen och styrningen används för varje givet kilspårtvärsnitt, vilket gör denna process dyrare än de flesta alternativen. Det kan dock producera den mest exakta kilspåren av alla processer. Det finns tre huvudsteg för att bryta en kilspår: Först sätts arbetsstycket på axelpressen och bussningen placeras i arbetsstyckets öppning. Därefter sätts broschen in och trycks igenom, vilket skär av kilspåren. Slutligen placeras shims mellan bussningen och broschen för att uppnå rätt djup som krävs för nyckeln.

Keyseater

En nyckelsits och ett urval av olika former som kan skäras

Modern nyckelsitsmaskin

Keyseaters , även känd som keyseating-maskiner och kilspårskärare , är specialiserade maskiner utformade för att skära kilspår. De är mycket lika vertikala formare ; skillnaden är att skärverktyget på en keyseater går in i arbetsstycket från botten och skär på nedåtgående, medan verktyget på en shaper går in i arbetsstycket från toppen och skär nedåt. En annan skillnad är att en keyseater har ett styrsystem ovanför arbetsstycket för att minimera nedböjning, vilket resulterar i ett snävare toleranssnitt. Processen börjar med att arbetsstycket kläms fast i bordet med en fixtur eller ett skruvstäd . Arbetsstycket är korrekt placerat och sedan startas den fram- och återgående armen. Vissa modeller har ett stationärt bord så att fräsen matas horisontellt in i arbetsstycket, medan andra har ett rörligt bord som matar in arbetsstycket till en fast fräs. Dessa maskiner kan skära andra raka detaljer än kilspår (se bilden). De kan också producera blindslitsar , som är slitsar som inte sträcker sig genom hela arbetsstycket.

Trådskuren elektrisk urladdningsbearbetning (EDM)

Trådskuren elektrisk urladdningsbearbetning (EDM) används främst för små produktionspartistorlekar där antingen extrem precision krävs eller andra skärtekniker inte är lättillgängliga. Trådskuren EDM skär kilspår genom att erodera material bort från arbetsstycket genom en serie snabba elektriska strömurladdningar mellan en spoltråd och arbetsstycket genom en dielektrisk vätska. Computer numerical control (CNC) trådskurna EDM-maskiner tillåter ett brett urval av kilspår som ska skäras, inklusive flera kilspår på samma nav. De huvudsakliga begränsningarna för CNC-trådskuren EDM är den tid det tar att skära ett kilspår samt storleken på delar som en given trådskuren EDM-maskin kan ta emot.

Formning eller slitsning

Formning eller slitsning används till stor del för att skära kilspår som inte sträcker sig genom hela delens längd. Precis som keyseating använder formning ett enpunkts skärverktyg för skärning, dock styrs formarna inte genom snittet på en fast stolpe. Som sådan är formskärningar i allmänhet mer känsliga för avböjning än nyckelsitsskärningar.

Fräsning

Parallella, avsmalnande och Woodruff kilspår kan tillverkas på en fräsmaskin . Pinnfräsar eller spårfräsar används för parallella och avsmalnande kilspår, medan en Woodrufffräs används för Woodruff-kilspår.

För invändiga kilspår som inte är för långa kan kilspåren fräsas om en acceptabel radie är.

Mejsling

En av de tidigaste formerna av keyseating gjordes genom mejsling . Kilspåren grovbearbetas med hjälp av en mejsel och filas sedan till rätt storlek; nyckeln provas ofta för att undvika överarkivering. Denna teknik är lång, tråkig och används sällan längre.

Nyckelförband

En klippnyckel är en funktion som är avsedd att misslyckas och undvika ytterligare skador om maskinen av misstag skulle köras över dess designgränser. Skjuvnycklar kan vara vilken som helst av de konstruktioner som beskrivs ovan, men är gjorda av ett svagare material än skaftet. Skärnyckeln byts enkelt och billigt ut och undviker allvarligare skador på mekanismen som skulle vara kostsamma eller svåra att reparera. Till exempel kan en stålaxel och en remskiva använda en mässingsnyckel. När för högt vridmoment appliceras på fogen, skär stålkanterna mässingskilen i två delar, vilket gör att remskivan snurrar löst på axeln och befriar resten av maskinen från eventuell skada.

Två parallellkilar kan användas om axelanslutningen kräver ett högre vridmoment.

Felaktigt bearbetade kilspår som har haft fräsböjning eller avdrift, kanske inte är tillräckligt starka för den erforderliga applikationen.

Se även

Koppling

Bibliografi

Leonard, William Samuel (1919). Maskinverkstadens verktyg och metoder (Reviderad 7:e upplagan). New York: John Wiley & Sons. s. 39–42 . OCLC 848146647 . Hämtad 30 april 2019 .

externa länkar