Chavetas de eixo:tipos, tamanhos, materiais, fórmulas de projeto e cálculos

As conexões chaveadas são obtidas cortando rasgos de chaveta no eixo e no cubo e inserindo um componente chamado “chaveta”. Embora de tamanho pequeno, a chaveta do eixo desempenha um papel significativo na transmissão mecânica. Uma chave é um elemento mecânico usado para fixar eixos e engrenagens rotativas. É usado principalmente para transmitir torque, fixando componentes circunferencialmente no eixo. Algumas chavetas também proporcionam fixação axial ou permitem movimentação axial, como a conexão entre engrenagens e eixos em redutores. Embora não sejam uma parte proeminente, as chaves são cruciais na transmissão de energia. Então, hoje, vamos dar uma olhada mais de perto na Shaft Key, falando sobre seus tipos, tamanhos, materiais e design!

O que é uma chaveta de eixo?

A chave do eixo, também conhecida como chave do motor, é uma barra curta que conecta duas peças rotativas (normalmente um eixo e um cubo), feitas de materiais de alta resistência para transmitir torque. Sua função é unir duas partes em um único corpo giratório, permitindo a rotação ao longo do eixo sem escorregamentos ou desalinhamentos, garantindo precisão e confiabilidade na transmissão. As chaves de eixo são comumente usadas em sistemas mecânicos, como automóveis, motocicletas, máquinas agrícolas e equipamentos de construção.

Tipos de chave de eixo (diagrama, recursos e usos)

Em vários tipos de transmissão mecânica, diferentes tipos de chaves desempenham papéis importantes no projeto e na aplicação da máquina. Os conceitos básicos de conexões chaveadas incluem chavetas planas, chavetas Woodruff, chavetas cônicas e chavetas tangentes, cada uma com suas próprias características e escopo de aplicação. A seguir, iremos explorá-los em detalhes apresentando o diagrama, características e aplicação de cada tipo de chaveta de eixo:

1. Chave plana (chave afundada paralela)

A chaveta plana padrão, também conhecida como chaveta paralela, é um tipo de chaveta embutida, usada para conexões fixas, sem movimento axial relativo entre o eixo e o cubo. Ambas as superfícies laterais são superfícies de trabalho, embora haja folga entre a superfície superior e a parte inferior do rasgo de chaveta do cubo. Durante a operação, o torque é transmitido pela compressão das superfícies laterais da chaveta do eixo, da chaveta e da chaveta do cubo. É uma chaveta retangular ou quadrada sem cone, usada onde o cubo precisa deslizar ao longo do eixo. A chaveta de eixo plana é fácil de fabricar, conveniente para montagem e desmontagem, bom alinhamento entre o eixo e os componentes montados no eixo, mas não pode fixar o movimento axial do componente montado no eixo

As chaves planas padrão podem ser divididas em três tipos com base no afundado:extremidade arredondada (A), extremidade quadrada (B), extremidade retangular, extremidade arredondada simples (C):

• Chave retangular plana afundada

• Chave quadrada afundada

• Chave embutida redonda (face dupla ou face única)

2. Chave Woodruff (Chave Afundada em Meia Lua)

A chave Woodruff vem em formato de meia-lua e se adapta a qualquer cone no cubo. Sua profundidade extra no eixo evita qualquer tendência de tombamento no rasgo de chaveta, mas a profundidade do rasgo de chaveta enfraquece o eixo. A chave Woodruff é geralmente usada em conjunto com um munhão de eixo cônico para transmitir torque. A ranhura da chave é usinada com uma fresa do mesmo formato da chave em meia-lua, permitindo que ela gire em torno de seu centro geométrico na ranhura. As superfícies laterais da chave são as superfícies de trabalho, transmitindo torque através da compressão lateral. O rasgo de chaveta é fresado com uma fresa em forma de disco e a própria chaveta é semicircular. A chaveta em formato semi-redondo é boa para fabricação, fácil montagem e especialmente adequada para conexões de extremidade de eixo cônicas. Mas a ranhura do eixo reduz significativamente a resistência do eixo; adequado apenas para conexões de carga leve.

3. Chaves de sela (chave cônica)

As superfícies de trabalho de uma chaveta cônica estão nas superfícies superior e inferior. Sua superfície superior tem um cone de 1:100, e a superfície inferior do rasgo de chaveta do cubo também foi projetada com esse cone. Quando a chaveta cônica é inserida nas ranhuras do eixo e do cubo, uma força de pré-aperto significativa é gerada em suas superfícies. Durante a operação, a chaveta cônica depende principalmente do atrito para transmitir torque e pode suportar força axial unidirecional. No entanto, pode causar excentricidade entre o eixo e o cubo, tornando-o mais adequado para conexões onde a precisão de centralização não é crítica, a carga é estável e a velocidade é baixa.

Além disso, as chavetas cônicas podem ser divididas em chavetas cônicas padrão, chavetas de sela oca e chavetas cônicas de cabeça gib.

• Chaveta de sela plana – fica plana no eixo

• Chaveta de sela oca – a parte inferior da chaveta se ajusta à superfície curva do eixo

• Chave de sela Gib-Head – possui um gancho para fácil remoção

4. Chave Gib-Head (chave afundada)

A chaveta cônica de cabeça cilíndrica é um tipo especial de chaveta cônica, com uma cabeça em forma de gancho projetada para fixá-la de forma mais eficaz nas ranhuras do eixo e do cubo. A cabeça gib facilita a remoção da chave. Este design não só aumenta a estabilidade da conexão, mas também reduz até certo ponto a excentricidade entre o eixo e o cubo, melhorando assim a precisão da conexão. Portanto, as chaves cônicas com cabeça cilíndrica são particularmente adequadas para aplicações que exigem alta precisão de centralização e conexões seguras, como montagens mecânicas sob rotação de alta velocidade e condições de serviço pesado.

5. Chave Pena (Chave Afundada)

A Feather Key é instalada no eixo ou no cubo e também permite o movimento axial. As superfícies laterais da chave são as faces de trabalho; transmite força pelas laterais, proporciona bom alinhamento e é fácil de montar e desmontar. Não fornece fixação axial. A chave é fixada ao eixo por meio de parafusos e um orifício roscado central é usado para remover a chave. É usado em situações onde o componente do eixo se move ligeiramente ao longo do eixo, como engrenagens deslizantes em caixas de engrenagens.

6. Chave de pino (chave de eixo redondo)

Chave de pino com corpo cilíndrico, cabe em furos feitos no cubo e no eixo; mais adequado para unidades de baixa potência. A chave cilíndrica é uma forma comum de chaveta de eixo de motor. É cilíndrico e combina com as ranhuras do eixo do motor e do componente de transmissão. É fácil de instalar e pode suportar um torque considerável. As chaves de cavilha também podem ser projetadas como pinos retos ou cônicos para atender a diferentes requisitos.

• Chave de pino reto

• Chave de fixação cônica

7. Chave Tangente

A chaveta do eixo tangente se encaixa nas ranhuras do cubo e do eixo; é usado em pares perpendiculares entre si. Cada chaveta suporta torque somente em uma direção e é usada em eixos grandes e pesados. Composto por duas chavetas em cunha com conicidade 1:100, as superfícies superior e inferior juntas formam a face de trabalho, capaz de transmitir grande torque. Um único par de chavetas tangentes só pode transmitir torque em uma direção, enquanto dois pares dispostos em 120°–135° são usados ​​para torque bidirecional. Eles são usados ​​em aplicações de alta carga onde a centralização não é crítica. As chaves tangentes geram torque através da pressão tangencial e também podem suportar pequenas forças axiais unidirecionais.

São utilizados principalmente em situações que requerem apenas transmissão de torque unidirecional, ou em casos bidirecionais, dois pares de chaves tangentes são dispostos a uma determinada distância. Devido à sua capacidade de transmitir grande torque, as chavetas tangentes são comumente usadas em máquinas pesadas.

8. Chaves de Spline

Eixo + Chave Integrada =Eixo Estriado, que permite movimento axial (comumente usado em transmissões de engrenagens deslizantes). Uma conexão estriada consiste em vários dentes chave distribuídos uniformemente ao redor do eixo e do furo do cubo, com os lados dos dentes atuando como superfícies de trabalho. Este tipo de conexão proporciona alta capacidade de carga, boa centralização e desempenho de orientação, com enfraquecimento mínimo da resistência do eixo e do cubo. É especialmente adequado para conexões de centralização de alta precisão e alta carga que frequentemente exigem deslizamento, como engrenagens deslizantes em transmissões. As splines podem ser classificadas em splines retangulares, splines triangulares e splines evolventes com base no formato do dente.

• Estria Retangular:Fácil de fabricar usando fresagem, fresagem, brochamento ou modelagem. Após a retificação, é possível obter alta precisão. Os padrões definem duas séries:serviço leve (para cargas baixas) e serviço médio (para cargas moderadas). Amplamente utilizado na aviação, automotivo, tratores, máquinas-ferramentas, máquinas agrícolas e dispositivos de transmissão mecânica em geral.

• Estria Involuta:Possui um perfil de dente involuto. Sob carga, as forças radiais fornecem autocentralização, garantindo tensão uniforme nos dentes, alta resistência e longa vida útil. A fabricação é igual às engrenagens, permitindo alta precisão e intercambialidade. Os ângulos de pressão padrão αD são 30°, 37,5° e 45°, usados em conexões de alta carga, centralização de alta precisão e de grande porte.

Tabelas de tamanhos de chaveta e rasgo de chaveta (dimensões, tolerâncias)

Para garantir um ajuste perfeito entre as chavetas do eixo e outros componentes, eles devem atender às dimensões padrão:

• Diâmetro:deve ser igual ou ligeiramente menor que o diâmetro do furo correspondente, normalmente 0,01–0,05 mm menor
• Comprimento:Deve ser um pouco maior que a distância entre as peças conectadas. Geralmente, o comprimento da chave é igual à espessura da peça de conexão mais 1–2 mm
• Raio do filete:para evitar danos ou rachaduras devido a arestas vivas, raios de 0,5–1 mm devem ser usados em ambas as extremidades
• Tolerâncias:Para garantir um ajuste perfeito, as tolerâncias de fabricação são controladas dentro dos graus h6. h7. ou h8

Para ajudá-lo a entender melhor as dimensões das chavetas de eixo e obter rapidamente algumas especificações de dimensões comuns, listamos abaixo as tabelas de dimensões para tipos de chavetas de eixo comuns:

Tabela de tamanhos de chaveta plana (dimensões de chaveta de eixo paralelo e chaveta)

Diâmetro do Eixo
d Tamanho nominal da chave Profundidade da ranhura do eixo t₁ Profundidade do slot da chave t₂ Raio do canto b (h9) h (h11) c ou r L (h14) Nome. Tolerância Nome. Tolerância Min Máx. 6–8220,16–0,256–201,2+1,0+0,10.080,16>8–10336–361,801,40>10–12446–362,001,80>12–17550,25–0,414 –562.802.300.160.25>17–226614–703.502.80>22–308718–904,0+3,3+0,2>30–381080,4–0,622–1005,00.23,9 00.250.4>38–4412828–1405.003.30>44–5014936–1605.503.80>50–58161045–1806.304.30>58–65181150–200 7.004.40>65–7520120.6–0.856–2507.505.400.40.6>75–85221463–2509.005.40>85–95251470–2809.005.40>9 5–110281680–32010.006.40>110–130321890–36011.007.40>130–15036201,0–1,2100–40012,0+8,4+0,30,71. 0>150–1704022100–40013.00.39.40>170–2004525110–45015.0010.40>200–2305028125–50017.011.4>230–260 56281,6–2.0140–50020.012.41.21.6>260–2906332160–50020.012.4>290–3307036180–50022.014.4>330–3808 0402,5–3,0200–50025.015.42.02.5>380–4409045220–50028.017,4>440–50010050250–50031.019,5L Série:  6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500

Tabela de tamanhos de chaveta Woodruff (dimensões de chaveta de eixo meia-lua e chaveta)

Tamanho da chave
(b×h×D) Largura b Altura h Diâmetro D Chanfro ou raio s Nominal Tolerância Nominal h12 Nominal h12 Min Máx. 1×1,4×41—1,404−0,120——1,5×2,6×71,5—2,6−0,1070——2×2,6×72—2,6070——2×3,7×102—3,7010−0,150——2,5×3,7×1 02,5—3,7−0,12100——3×5×133—50130——3×6,5×163—6,5016−0,180——4×6,5×16406,501600,160,254×7,5×194−0,0257 0,5019−0,2100,250,405×6,5×165—6,501600,250,405×7,5×195—7,5−0,151900,250,405×9×225—902200,250,406×9 ×226—902200,250,406×10×256—10025−0,2100,400,608×11×288—1102800,400,6010×13×3210—13−0,183200,600,90

Tabela de tamanhos de chaveta de sela (dimensões de chaveta e chaveta de eixo cônico plano padrão)

Largura b b Tolerância (h8) Altura h h Tolerância (h11) Chanfro ou raio c ou r Tamanho básico Limite superior Tamanho básico Limite superior 20−0,01420−0,0900,16–0,2530−0,01430−0,09040−0,01840−0,09050−0,01850−0,0900,25–0,4060−0,02260−0,09080−0,02770−0,0 90100−0,02780−0,0900,40–0,60120−0,03390−0,090140−0,033100−0,090150−0,033100−0,0900,60–0,80160−0,033100−0,110180−0 0,033120−0,110200−0,033140−0,1101,60–2,00220−0,033140−0,110250−0,040160−0,1302,50–3,00280−0,040160−0,130300−0,046 180−0,130320−0,046200−0,130360−0,046220−0,130400−0,054250−0,160450−0,054280−0,160500−0,054320−0,160Comprimento L (tolerância h14):
18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500

Tabela de tamanhos da chaveta da cabeça da chaveta (dimensões da chaveta do eixo cônico da cabeça da chaveta e da chaveta)

Largura
b Tolerância (h8) Altura
h Tolerância (h11) Altura da cabeça
h₁ Chanfro ou Raio
c ou r Básico Limite Básico Limite 44−0,01840−0,075100,16–0,2555−0,01850−0,0751266−0,02260−0,0901488−0,02270−0,090160,25–0,401010−0,02780−0,090 181212−0,02790−0,090201414−0,027100−0,090220,40–0,601616−0,033100−0,110251818−0,033120−0,110282020−0,033140−0 .110320,60–0,802222−0,033140−0,110362525−0,040160−0,130401,60–2,002828−0,040160−0,130453030−0,046180−0,13050 3232−0,046200−0,130563636−0,046220−0,130634040−0,054250−0,160702,50–3,004545−0,054280−0,16080Padrão Comprimento L (h14):
18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500

Tabela de tamanhos de chaveta tangente (dimensões de chaveta de eixo tangencial padrão e chaveta de chaveta)

Diâmetro do Eixo
d Chave Profundidade do rasgo de chaveta Largura da chaveta Chanfro
C Raio
r Espessura
h Largura
b (±h11) Eixo
t1 Centro
t2 Eixo
b1 Centro
b2 Min Máx. Min Máx. 6018−0.0907.07.319.319.60.60.8——6520−0.0908.08.320.120.40.60.8——7022−0.1108.08.321.021. 30.60.8——7525−0.1109.09.323.223.50.60.8——8028−0.09010.010.324.024.40.81.0——8528−0.09010 .010.324.825.20.81.0——9030−0.09010.010.326.727.00.81.0——10032−0.11011.011.428.028.41.01 .2——11036−0.11012.012.431.031.41.01.2——12040014.014.434.635.11.62.01.01.214045016.016.43 7.738.31.62.01.01.216050018.018.442.042.81.62.01.01.220056020.020.449.650.32.02.51.62.0 25063−0.13022.022.459.960.62.53.02.02.531570028.028.472.172.83.04.0——40080−0.16036.036. 493.294.03.04.03.04.0500100−0.22050.050.5125.9126.65.07.0——630140−0.19063.063.5189.0189 .75.07.03.04.0800180080.080.5240.0240.77.09.0——1000200−0.220100.0100.5300.0300.77.09.0——

Tabela de tamanhos de chaveta de splines (dimensões de chaveta e chaveta de splines retangulares)

Diâmetro do Eixo
d Série Light Série média Especificação
N × d × D × B Chanfro
c Raio
r d₁min αmin Especificação
N × d × D × B Chanfro
c Raio
r d₁min αmin 116×11×14×30,20,1——136×13×16×3,514,41,0166×16×20×416,61,0186×18×22×50,30 .219,52,0216×21×25×521,22,0236×23×26×60,20,1223,56×23×28×621,21,2266×26× 30×624,53,86×26×32×623,61,2286×28×32×726,64,06×28×34×725,81,4326×32×36×6 0,30,230,22,78×32×38×629,41,0368×36×40×734,43,58×36×42×70,40,333,41,0428× 42×46×840,55,08×42×48×839,42,5468×46×50×944,65,78×46×54×942,61,4528×52×5 8×1049,64,88×52×60×1048,62,5568×56×62×100,40,353,66,58×56×65×1052,02,5628 ×62×68×1259,77,38×62×72×120,50,457,72,47210×72×78×1269,67,310×72×82×1267 .71.08210×82×98×1279.38.510×82×92×1277.02.99210×92×98×11 0,50,499,69,910×92×102×1487,34,510210×102×108×1699,611,310×102×1 12×160,60,597,76,211210×112×120×16108,810,510×112×125×18106,24,1

Materiais de chaveta de eixo

Como um componente importante na transmissão mecânica, a escolha do material da chaveta do eixo está diretamente relacionada ao desempenho e à confiabilidade do sistema mecânico. Os materiais comuns da chaveta do eixo são os seguintes:

1. Chave em aço carbono

O aço carbono é um dos materiais de chaveta de eixo mais comumente usados. Possui alta resistência e resistência ao desgaste e pode suportar grandes cargas e forças de impacto. As chaves de aço carbono são a primeira escolha em máquinas pesadas e cenários que precisam suportar cargas elevadas. Além disso, o custo do aço carbono é relativamente baixo, o que também o torna economicamente vantajoso.

2. Chave de aço inoxidável

Chaves de aço inoxidável funcionam bem em ambientes úmidos ou corrosivos. Sua excelente resistência à corrosão permite manter um desempenho estável por muito tempo sob condições adversas. Embora o custo das chaves de aço inoxidável seja superior ao das chaves de aço carbono, as chaves de aço inoxidável são uma escolha mais adequada em aplicações que requerem estabilidade a longo prazo e resistência à corrosão.

3. Chaves de metal não ferroso

Chaves de metais não ferrosos, como chaves de cobre ou chaves de alumínio, apresentam vantagens em determinadas aplicações específicas. Por exemplo, em cenários onde a condutividade é necessária, as chaves de cobre são utilizadas devido à sua boa condutividade. Na busca por um design leve, as teclas de alumínio são preferidas devido à sua menor densidade e peso.

Classes de material chave do eixo

1. O aço 45# é um material de chave de eixo comumente usado com alta resistência e resistência ao desgaste e alto desempenho de custo.
2. O aço 40Cr possui alta resistência e dureza, adequado para suportar torque e fricção de alta intensidade.
3. O aço 42CrMo tem alta resistência e tenacidade, e tem boas propriedades mecânicas ao mesmo tempo em que apresenta alta resistência.
4. O aço inoxidável possui resistência à corrosão e à ferrugem, adequado para algumas chavetas de eixo que precisam operar em ambientes úmidos ou corrosivos.
5. Materiais como borracha ou poliuretano são usados para chavetas de eixo que precisam ser vedadas ou absorventes de choque.

Princípios de seleção de materiais para chavetas de eixo

A seleção do material das chavetas de eixo deve ser baseada em fatores como potência de transmissão, velocidade, torque, ambiente de trabalho e vida útil.

• 1. Requisitos de alta resistência:As chaves de eixo geralmente precisam ser capazes de suportar grandes torques e geralmente são feitas de materiais de alta resistência, como aço 45#, 40Cr, 42CrMo, etc.
• 2. Requisitos de alta resistência ao desgaste:As chaves de eixo precisam ser capazes de suportar atrito e desgaste durante a rotação em alta velocidade, portanto, a dureza e a resistência do material devem ser altas, como 40Cr.
• 3. Requisitos de alta resistência à corrosão:As chavetas de eixo que operam em ambientes úmidos ou corrosivos precisam ser capazes de resistir à corrosão, por isso geralmente são feitas de aço inoxidável.
• 4. Altos requisitos de vedação:algumas chavetas de eixo precisam atuar como vedações durante a rotação, geralmente feitas de materiais como borracha ou poliuretano.

Design de chaveta de eixo (fatores-chave, fórmulas e cálculos)

O projeto das chavetas de eixo requer consideração abrangente de vários fatores e deve ser calculado usando fórmulas específicas para garantir que a chaveta mantenha boas condições de trabalho e vida útil durante a operação. O projeto da chaveta de eixo envolve principalmente dois aspectos:projeto dimensional e projeto de forma. O projeto dimensional é determinado pelo tamanho do eixo e da chaveta, enquanto o projeto do formato deve levar em consideração as condições de trabalho, o ambiente e a carga. Abaixo, explicamos em detalhes a partir das perspectivas das fórmulas teóricas, etapas de cálculo, fundamentos do projeto e considerações importantes para ajudá-lo a compreender totalmente o projeto de chavetas de eixo.

Principais fatores a serem considerados no projeto da chaveta do eixo

Projeto Estrutural de Chaves

1. Análise de carga:primeiro, analise os tipos de cargas que a chaveta suportará, incluindo cargas axiais e cargas de torque, para determinar a carga de projeto.
2. Seleção de materiais:Selecione o material apropriado com base na carga do projeto, nas condições de trabalho e no custo. Os materiais comuns incluem aço, alumínio e cobre.
3. Projeto dimensional:com base no material selecionado e na carga do projeto, determine as dimensões geométricas da chave, incluindo largura, altura e comprimento.
4. Projeto da chaveta:considere o ajuste entre a chaveta e as peças correspondentes, incluindo o formato, as dimensões e a folga da chaveta.

Cálculo de força

1. Análise de carga na chaveta:analise as forças que atuam na chaveta com base na carga e no projeto estrutural, incluindo força axial e força de cisalhamento.
2. Análise de tensão:calcule a distribuição de tensão na chave, considerando cargas estáticas e dinâmicas.
3. Análise de deformação:calcule a deformação da chave sob carga, incluindo deformação axial e deformação por flexão.

Verificação de força

1. Avaliação de resistência:avalie se a tensão e a deformação calculadas atendem aos requisitos de projeto e ao fator de segurança.
2. Avaliação da vida em fadiga:avalie a vida em fadiga da chave sob carregamento cíclico, considerando o início e a propagação de trincas por fadiga.
3. Verificação e otimização:com base em avaliações de resistência e fadiga, execute verificação e otimização estrutural para garantir que a chave seja segura e confiável durante o uso.

Fórmulas de cálculo de dimensão chave de eixo

a. Quando a largura da chave é conhecida:

A profundidade (h ), altura (t ) e largura superior (b ) pode ser calculado usando as seguintes fórmulas:

• 07
• 16
• 24

Onde:

• d  =diâmetro do eixo
• S  =relação entre a largura da chave e o diâmetro do eixo, normalmente entre 0,1 e 0,3

b. Quando a altura da chave é conhecida:

A largura, profundidade e largura superior podem ser calculadas como:

• 38
• 46
• 54

Onde:

• k  =fator de segurança, geralmente em torno de 0,1

Fórmula e cálculo de força das chavetas de eixo

Conexões chavetadas são um método importante para transmissão de torque em sistemas mecânicos. Seu projeto deve considerar dois aspectos principais de resistência: resistência ao cisalhamento e resistência à flexão.

Fórmula de resistência à flexão

Quando o eixo está em operação, a chaveta sofre cargas de flexão. Portanto, a resistência à flexão da chave deve ser considerada.

• Momento fletor:
  67 Onde:
  • F  =forçar a tecla
  • b  =largura da chave
• Estresse de flexão:
  79 Onde:
  • d  =diâmetro do eixo
  • π  =3,1416

Fórmula de resistência ao cisalhamento

A resistência ao cisalhamento da chave deve atender aos requisitos das condições de trabalho:

• 85

Onde:

• F  =forçar a tecla
• b  =largura da chave
• h  =altura da chave

Fórmulas básicas de verificação de força

Verificação de resistência ao cisalhamento

• τ =F / A ≤ [τ]

Onde:

• τ =tensão de cisalhamento real (MPa)
• F =força de cisalhamento =2 × M / d
• A =área de cisalhamento =b × l
• [τ] =tensão de cisalhamento admissível (MPa)

Verificação de resistência à compressão

• σ_jy =F / A_jy ≤ [σ_jy]

Onde:

• σ_jy =tensão de compressão real (MPa)
• A_jy =área compressiva =l × (h / 2)
• [σ_jy] =tensão de compressão admissível (MPa)

Etapas de cálculo e análise de caso

Caso 1:verificação de força de uma chave existente

Dado:

• Diâmetro do eixo d =70 mm
• Torque M =600 N·m
• Dimensões principais:b =16 mm, h =10 mm, l =50 mm
• Tensões admissíveis:[τ] =60 MPa, [σ_jy] =100 MPa

Etapa 1:Calcular a força de cisalhamento (F)
F =2 × M / d =2 × 600 × 1000/70 =17142,86 N

Etapa 2:Tensão de cisalhamento (τ)
τ =17142,86 / (16 × 50) =21,43 MPa <60 MPa → Aprovado

Etapa 3:Tensão compressiva (σ_jy)
σ_jy =17142,86 / (50 × 5) =68,57 MPa <100 MPa → Aprovado

Caso 2:Design de comprimento mínimo de chave

Dado:

• Diâmetro do eixo d =50 mm
• Torque M =1600 N·m
• Tensões admissíveis:[τ] =80 MPa, [σ_jy] =240 MPa

Etapa 1:Força de cisalhamento (F)
F =2 × 1600 × 1000/50 =64000 N

Passo 2:Comprimento da chave a partir da condição de cisalhamento
eu ≥ 64.000 / (16 × 80) =50 mm

Passo 3:Comprimento da chave a partir da condição compressiva
l ≥ 64.000 / (5 × 240) ≈ 53,3 mm

Seleção final:Com base na série padrão, escolha l =56 mm

Diretrizes e considerações de design

Seleção do tipo de chave

• Chavetas soltas (por exemplo, chavetas planas, chavetas Woodruff):
  Transmitir torque através de superfícies laterais; adequado para aplicações de alta precisão e sem força axial.
• Chavetas de ajuste perfeito (por exemplo, chavetas cônicas, chaves tangentes):
  Transmitir torque por meio de fricção nas superfícies superior e inferior; adequado para cargas pesadas com requisitos de precisão mais baixos.

Relação entre o comprimento da chave e o comprimento do hub

• O comprimento da chaveta é geralmente 5–10 mm menor que o comprimento do cubo para evitar interferência na montagem.
• Os comprimentos padrão das chaves devem seguir os valores do Mechanical Design Handbook (por exemplo, 50, 56, 63, 70 mm, etc.)

Aplicabilidade e controvérsias da fórmula

Para chaves de ajuste justo, como chaves cônicas, diferentes manuais podem tratar o coeficiente de atrito (μ) de maneira diferente.
Algumas fórmulas usam 6μd, enquanto outras usam bμd.
Recomendamos seguir fórmulas de fontes confiáveis (como as edições Cheng Dashian ou Qin Datong) e validá-las por meio de análise dimensional (unidade).

Tópicos UNS explicados:significado, padrões, classes de ajuste e gráfico de dimensões Solução de problemas de PCB:identifique e resolva problemas de montagem antecipadamente para eletrônicos confiáveis