Klucz segmentowy: definicja, funkcje, GOST i interakcja

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Klucze to specjalne części przeznaczone do łączenia wału i piasty w celu przeniesienia momentu obrotowego. Takie elementy mogą mieć kształt klina o przekroju prostokątnym, pryzmatyczne lub segmentowe. Główną zaletą połączeń na klucz jest prostota konstrukcji. Również węzły tego typu nie są zbyt drogie i są szybko montowane/demontowane.

Najsilniejsze takie połączenia są uzyskiwane za pomocą kluczy segmentowych, które w rzeczywistości są rodzajem pryzmatu. Części tego typu wyróżnia to, że mają najgłębsze dopasowanie.

Główną zaletą takich kołków jest to, że zapewniają one najbardziej stabilne połączenie. Stosowanie części tego typu ma jednak jedną dość poważną wadę. Ze względu na znaczną głębokość rowka w takich węzłach wał może być nieco osłabiony. Dlatego klucze segmentowe służą głównie do zabezpieczania tylko tych części, które nie są zbytnio obciążone podczas pracy mechanizmu.

Co to jest wpust

Części tej odmiany są wykonane z profilu metalowego. Kołki te to niskie cylindry o dość dużej średnicy, podzielone na dwie równe części. To klucz segmentu na poniższym rysunku został przedstawiony naszemu czytelnikowi.

Rozmiary klucza

Wymiary tego typu części mogą się różnić. Ten parametr jest wybierany podczas montażu zespołu w zależności od średnicy wału. Wymagane wartościpoznajemy ze specjalnych tabel. W uzasadnionych technicznie przypadkach GOST dopuszcza użycie kluczy o średnicy mniejszej niż przewidziana. Dozwolone jest to przy użyciu zespołu wału do montażu:

• puste;
• ocenione.

Ponadto klucze o średnicy mniejszej niż wskazane w tabelach mogą być używane w połączeniach z małym momentem obrotowym. Nie możesz użyć tej metody montażu we wszystkich trzech przypadkach tylko wtedy, gdy część jest zainstalowana na końcu wału.

Wymiary kluczy segmentowych, jak również innych podobnych elementów łączących, są oczywiście znormalizowane. Jakie zależności mają wysokość, szerokość i długość części można zobaczyć w poniższej tabeli.

Standardowe rozmiary kluczy

Średnica (mm)	Szerokość (mm)	Wysokość (mm)
4	1	1.4
7	1.5…2.0	2.6
10	2.0…2.5	3.7
13	3	5
16	3…4	6.5
19	4..5	7.5
22	5…6	9
25	6	10
28	8	11
32	10	13

Oznaczenie klucza segmentu na rysunkach obejmuje:

• klucz wyrazu;
• wymiary - bh (h1);
• oznaczenie wydajności;
• oznaczenie normy.

Według GOST istnieją między innymi dopuszczalne odchylenia wymiarów kluczy i rowków dla nich w wałach. Określają je również specjalne rysunki i tabele.

Z jakiego materiału jest wykonany

Klucze segmentowe są wykonane zgodnie z GOST 8786-68, ze stali zaprojektowanej specjalnie na takie części. Czasami do produkcji tych elementów wykorzystywane są również inne marki z podobnego materiału. Jednocześnie, według GOST, do produkcji kluczy tej odmiany dozwolone jest stosowanie tylko stali średniowęglowych z chwilową szczeliną co najmniej [σ]≧ 600 MPa MN/m2. Może to być np. gatunek materiału St 6, 45 lub 50.

Takie standardy są bezwzględnie przestrzegane przy produkcji kluczy segmentowych. Jednocześnie półfabrykaty przeznaczone do produkcji takich części są zwykle poddawane również ulepszającej obróbce cieplnej. Wykonując tę procedurę należy między innymi wziąć pod uwagę fakt, że twardość powierzchni klawiszy w końcu powinna wynosić wszystkoto samo poniżej tego samego parametru elementów współpracujących samego węzła.

Pod zwykłymi kluczami rowki w wałkach są wykonywane za pomocą prostych frezów. Rowki wycinane są pod elementami segmentowymi za pomocą narzędzi tarczowych. Do rowków wpustowych stosuje się wyłącznie frezy wykonane zgodnie z określonymi normami GOST.

Główne odmiany

Do łączenia wałów i piast używane są dwa rodzaje kluczy segmentowych:

• normalny, reprezentujący cały segment;
• segment dolny.

Klawisze tego ostatniego typu są używane dość rzadko podczas montażu części. Zgodnie z przepisami mogą być używane tylko za obopólną zgodą producenta i konsumenta. Klucze ścinane są zwykle używane po prostu do ustalenia szczegółów montażu. Oznacza to, że stosuje się je w połączeniach ze stałym spocznikiem, gdy moment obrotowy jest przenoszony tylko na skutek tarcia.

Parowania

Węzły są montowane za pomocą kluczy segmentowych, z uwzględnieniem norm określonych przez GOST 24071. Głównym zadaniem elementów tego typu jest zapobieganie obracaniu się części na wale. W tym przypadku w koniugacji biorą udział trzy powierzchnie:

• rowki na wale;
• szczeliny w rękawie;
• powierzchnia samego klucza.

Klucze segmentu połączenia są luźne. Jednocześnie działają, jak zwykłe pryzmatyczne, z bocznymi ścianami. Elementy segmentowe stosowane są najczęściej w połączeniach stałych. W którymten ostatni może być:

• normalny;
• gęsty.

GOST umożliwia również swobodne połączenie klucza segmentowego z tuleją i wałem. Takie części są zwykle używane tylko w węzłach o małej średnicy współpracującej - do 38 mm.

Wyliczenie klucza

Połączenia z kluczem segmentowym są oczywiście wykonywane zgodnie ze standardami GOST. Podczas montażu zespołów takie części są najpierw sprawdzane pod kątem zwinięcia. Ponadto wykonuje się obliczenia dla samego połączenia - dla cięcia. Wzory sprawdzania klucza i kojarzenia są następujące:

• Q cm=4T/dhl < [Q cv];
• r=2T/dlb <=[r].

Tutaj T to moment obrotowy na wale, mierzony w Nmm, h to wysokość klucza, d to średnica wału, l to długość klucza, b to szerokość klucza w milimetry, [r] to dopuszczalne naprężenie ścinające.

Wartości uzyskane w wyniku zastosowania formuł są porównywane z dopuszczalnymi. W przypadku, gdy siła połączenia jest niewystarczająca, na całej długości piasty zamontowanej na wale montuje się dwa lub nawet trzy wpusty. Oczywiście ten węzeł pozwala na stworzenie dość niezawodnego i funkcjonalnego. Jednak przy tej metodzie, z oczywistych powodów, wałek jest nieco osłabiony. Dlatego kluczowe połączenia w takich węzłach są czasami zastępowane przez zębate. Zmniejsza to ryzyko awarii.

Instalowanie wielu części

Wymiary sekcji klucza są wybierane, jak już wspomniano, zgodnie ze średnicą wału, zgodnie z GOST. Długość elementu zależy od długościpiasty. Czasami klucze segmentowe są instalowane na wałach z różnicą średnic stopni. W takim przypadku klucze tego samego rozmiaru są używane do oddzielnych części tej samej części. Jednocześnie, według GOST, za podstawę przyjmuje się element schodkowy o najmniejszej średnicy.

Jak wybrać dopuszczalne napięcia

Ten parametr zależy przede wszystkim od charakteru obciążenia i warunków pracy połączenia. W przypadku stosowania wałów stalowych dopuszczalne naprężenie wyniesie:

• dla piast stalowych w połączeniach stałych - 130…200 MPa;
• dla piast wykonanych z żeliwa lub staliwa w połączeniach stałych - 80…100 MPa;
• w ruchomych nieobciążonych połączeniach piast stalowych - 20…40 MPa.

Duże wartości podczas montażu węzłów są brane pod uwagę przy stałym obciążeniu. W przypadku szoku lub zmiennej za podstawę przyjmuje się mniejsze parametry. Przy obciążeniu wstecznym dopuszczalny wskaźnik zmniejsza się o 1,5 raza. W przypadku cięcia kluczy graniczne wskaźniki naprężeń przyjmuje się jako 70 … 100 MPa. W tym przypadku, podobnie jak w pierwszym przypadku, przy stałym obciążeniu, za podstawę przyjmuje się większy parametr.

Obcinaki do kluczy segmentowych

Do żłobienia rowków w tego typu elementach używa się narzędzi wyprodukowanych zgodnie z normami określonymi przez GOST 66-4879. Na klucze segmentowe wykonuje się rowki za pomocą frezów z zębami zarówno prostymi, jak i wielokierunkowymi. Można stosować narzędzia z chwytem cylindrycznym:

• płaskie;
• gładkie.

Sam frezy do rowkowania kluczy segmentowych są wykonane ze stali szybkotnącej (GOST 19265). Narzędzia o średnicy przekraczającej 13 mm są wykonane jako spawane. Trzpienie młyna wykonane są zgodnie z GOST 4543 z gatunku stali 40X lub zgodnie z GOST 1050 z gatunku materiału 50 lub 40.

Podczas montażu narzędzi tej odmiany należy przestrzegać następujących zasad:

• na powierzchni roboczej gotowego frezu nie powinno być miejsc o obniżonej twardości lub odwęglonej warstwy;
• parametry chropowatości powierzchni frezów muszą być zgodne z GOST 2789;
• tolerancje bicia promieniowego krawędzi sąsiednich zębów względem trzonu nie powinny przekraczać 0,03 mm, przeciwnie - 0,05 mm;
• tolerancja bicia końcowego krawędzi nie powinna przekraczać 0,02 mm.

Podczas oznaczania frezów do kluczy segmentowych, GOST zaleca umieszczenie na szyjce lub trzpieniu znaku towarowego producenta oraz gatunku stali użytej do części tnącej. Producent powinien również przekazać konsumentowi takie informacje jak szerokość wpustu wraz z oznaczeniem pola tolerancji oraz jego średnica nominalna.