Chave do eixo e chaveta | Tipos de chave Shat | Aplicação conjunta com chave

O que é uma chave e uma chaveta?

Uma chave e o rasgo de chaveta formam uma junta com chave para fixar o cubo e o eixo para evitar o movimento relativo entre um eixo de transmissão de potência e um componente conectado. Por exemplo, acionamentos de engrenagens, polias ou rodas dentadas são conectados de forma segura usando chaves ao eixo de transmissão de potência (Figura 1).
As juntas com chave são uma parte importante da transmissão de força mecânica elementos eixo e acoplamentos, onde garante que a conexão transmita a carga, potência e rotação sem escorregar e dentro dos requisitos de precisão do projeto.

Uma chave geralmente é feito de aço e é inserido ou montado entre o eixo e o cubo do componente em uma direção axial para evitar movimento relativo. Assento de chave é um recesso no eixo e o Keyway é o recesso no cubo para receber a chave e assim travar com segurança o componente. Geralmente, o termo keyseat raramente é usado, pois o keyway é referido a ambos os recessos na indústria (Figura 2).

As chavetas do eixo e do cubo são frequentemente cortadas em máquinas de assentamento de chave, mas também podem ser feitas usando brochamento, fresamento, modelagem e entalhe EDM.

Elementos de retenção como Splines, acoplamentos flexíveis, juntas cônicas etc também são usados. Se for uma transmissão de potência muito baixa, parafusos e pinos de ajuste também podem ser usados. Se os parafusos de fixação ou em alguns casos de juntas chavetadas forem usados, deve haver um método de restrições axiais, como anéis de retenção e anéis de retenção.

Vantagens e limites das juntas com chave

Existem várias vantagens e desvantagens de usar chavetas de eixo, portanto, deve-se considerar os detalhes mais finos do projeto geral para avaliar a adequação da junta chavetada.

Vantagens de chaves de eixo e junta chavetada

• Custo de fabricação barato
• Bem padronizado (ISO, BS, DIN e ANSI)
• Transmissão de torque médio a alto
• Montagem e desmontagem fáceis, portanto, facilmente reutilizáveis

Desvantagens de chavetas de eixo e junta chavetada

• Não é adequado para cargas e choques direcionais alternados
• Possível deslocamento axial do cubo, a menos que seja travado por um componente extra, como um parafuso de ajuste ou anéis de retenção
• Com o tempo, a junta com chave pode se tornar muito difícil de desmontar
• As chavetas introduzem pontos de tensão devido ao efeito de entalhe e reduzem a resistência do eixo
• Introduz desequilíbrio no eixo
• Difícil de calcular e combinar a análise de carga e empilhamento de tolerância, portanto, as juntas chaveadas são superdimensionadas
• Para transmitir força axial, é necessário um stop lock

Tipos de Chaves

As chaves de eixo vêm em uma ampla variedade de tipos e formas e podem ser divididas nas quatro categorias a seguir junto com as subcategorias. (Figura 3)

1. Chaves afundadas
   • Teclas retangulares e quadradas
   • Teclas paralelas
   • Teclas de cabeça de gib
   • Chave de pena (folga deslizante com chaves)
   • Chave de madeira
2. Chaves de sela
   • Chaves de sela planas e ocas
3. Teclas tangentes
4. Teclas redondas/circulares

Dos tipos de chaves acima, a chave quadrada paralela e a chave woodruff são provavelmente mais usadas do que outras devido à facilidade de uso e custo.

Chave dupla – Devido às tolerâncias de fabricação e para evitar ajustes duplos, apenas uma chave paralela é usada, mas chaves duplas são ocasionalmente usado para cargas infrequentes muito altas. Isso só deve ser considerado se o material for dúctil. Para estes, os cálculos devem ser baseados em uma chave paralela e meia.

Chaves afundadas

As chaves afundadas são afundadas no eixo na metade de sua espessura, onde a medição é feita na lateral da chave. Não ao longo da linha central através do eixo. (Figura 4 e 5)

Teclas retangulares/quadradas

Teclas retangulares como mostrado são mais largos do que sua altura e às vezes são chamados de chave plana. Estes são usados ​​em eixos de até cerca de 500 mm ou 20″ de diâmetro. A largura extra da chave permite transmitir maior torque sem aumentar a profundidade. Um aumento na profundidade significa um eixo mais fraco devido a uma redução na área efetiva da seção transversal do eixo.

Teclas quadradas como seus nomes sugerem são chaves de seção transversal quadrada e geralmente especificadas para eixos de até cerca de 25 mm ou 1″. Eles podem ser usados ​​para eixos maiores quando uma profundidade de chaveta mais profunda é desejável em comparação com chaves retangulares. Um aumento na profundidade significa um eixo mais fraco devido à redução na área de seção transversal efetiva do eixo.

Chaves quadradas e retangulares podem ter uma conicidade de 1 em 100 ao longo do comprimento da chave, conforme mostrado na figura 6.

Chaves afundadas paralelas

As chaves afundadas paralelas podem ter seções retangulares ou quadradas, mas sem o cone. Essas chaves são baratas e prontamente disponíveis. É um dos mais fáceis de instalar. Mas as chaves precisam ser mantidas idealmente por um parafuso de ajuste através do hub. Porque a vibração ou a inversão da direção rotacional geralmente empurram a chave para fora.

Essas chaves geralmente são encaixadas firmemente na parte inferior da chaveta do eixo e nas laterais da junta chavetada, deixando uma folga na parte superior da chaveta do cubo.

Chaves afundadas na cabeça do gib

Chaves afundadas frontais Gib são adicionadas para facilitar a remoção. Conforme mostrado na figura 8, as chaves de cabeça gib são geralmente chaves retangulares ou quadradas com um afunilamento na superfície superior para garantir um ajuste firme.

Teclas de pena

Chavetas de penas são presas ao eixo ou ao cubo para permitir o movimento axial relativo. Como mostrado na imagem, existem três chaves de penas principais. Dupla cabeça , Pena de pino e Chave de pena . Isso permite a transmissão de energia entre o eixo e o cubo com suas faces opostas paralelas, permitindo ao mesmo tempo que ele deslize.

Chaves Woodruff

A chaveta Woodruff é um disco semicircular e se encaixa em um recesso circular no eixo que é usinado por um cortador de chaveta Woodruff. Essas chaves woodruff são usadas principalmente em máquinas-ferramentas e eixos de automóveis de ¼” a 2½” (6 mm a 60 mm) de diâmetro. As chaves Woodruff não são capazes de carregar a mesma carga que as chaves paralelas longas.

A vantagem da chave Woodruff é que ela é capaz de acomodar qualquer conicidade no rasgo da chaveta do cubo, seu cativo e profundidade evitam que a chave gire.

As desvantagens ou desvantagens das chaves de madeira são que a profundidade do rasgo de chaveta enfraquece o eixo, elas não podem ser usadas como chave de pena, são difíceis de instalar e curtas e não podem carregar muita carga.

Teclas de sela

Em comparação com as chaves afundadas, as chaves de sela não são afundadas no eixo e no cubo, em vez disso, elas são apenas afundadas no cubo. Eles se sentam em um plano ou circunferência do eixo. A transmissão de potência é conseguida através do atrito entre o eixo e a chaveta. Conforme mostrado na figura abaixo, as teclas de sela podem ser subdivididas em sela plana e Chaves de sela ocas e são adequados apenas para cargas leves para evitar o deslizamento ao longo do eixo.

Uma chave de sela plana é cônico na parte superior e plano na parte inferior, conforme mostrado na figura 13. A chaveta se encaixa em um rasgo de chaveta do cubo cônico empurrando para baixo a face plana do eixo

Uma chave de sela oca é afunilada na parte superior e curvada na parte inferior, conforme mostrado na figura 14. A chaveta se encaixa em um rasgo de chaveta do cubo cônico e é empurrada para baixo na superfície circunferencial curva do eixo.

Teclas tangentes

As chaves tangentes ou às vezes chamadas de chaves tangenciais são montadas como um par em ângulos retos conforme mostrado na figura 15, onde cada chave suporta torção em apenas uma direção. Estes são usados ​​em grandes eixos pesados.

Teclas redondas/circulares

As chaves redondas são de seção circular e se encaixam em furos perfurados parcialmente no eixo e parcialmente no cubo. Eles têm a vantagem de fácil fabricação, pois seus rasgos de chaveta podem ser perfurados e escareados após a montagem das peças correspondentes. Chaves redondas são geralmente consideradas mais apropriadas para unidades de baixa potência.

Design de chaveta e dimensionamento de chave

A seleção da chave do eixo é crucial para evitar falhas prematuras nas juntas chavetadas. Leia “Guia de seleção de chaveta de eixo e design de chaveta de eixo” para entender como calcular tensões de cisalhamento e compressão na chaveta de eixo. O artigo também discute fatores críticos, como material da chave, tipo de carga, ajuste correto, etc., a serem considerados durante o projeto de modalidade da junta chavetada.

Padrões e especificações

Consulte as dimensões e tolerâncias tabuladas de chavetas métricas para chaves paralelas e chaves woodruff conforme BS 4235-1:1972. Juntamente com as tolerâncias de tamanho da chaveta e os tamanhos de profundidade da chaveta, alguns padrões também fornecem informações sobre o tamanho recomendado da chaveta, profundidade da chaveta em função do diâmetro do eixo

• Recomendações para tamanho da chaveta, comprimento e profundidade da chaveta em função do diâmetro do eixo são fornecidas nos padrões ASME B17.1-1967, padrão ASME B17.2-1967
• Especificação para chaves métricas e rasgos de chaveta – Chaves paralelas e cônicas BS 4235-1:1972
• A correspondência da chaveta de madeira com o diâmetro do eixo também é especificada na norma DIN 6888
• Chaves tangenciais e chavetas tangenciais para cargas de choque alternadas especificação DIN 268:1974
• Chaves tangenciais e chavetas tangenciais para especificação de cargas constantes DIN 271:1974

Referências

• Collins, J.A., Busby, H., &Staab, G. (s.d.). Projeto Mecânico de Elementos de Máquinas e Máquinas. John Wiley &Sons.
• Hamrock, B.J., Schmid, S.R., &Jacobson, B.O. (2006). Fundamentos de elementos de máquina:Bernard J. Hamrock, Steven R. Schmid, Bo O. Jacobson . Boston:McGraw-Hill Higher Education.
• Kurt M. Marshek, Robert C. Juvinall (2021). Fundamentos do projeto de componentes de máquinas. John Wiley &Sons.