关于平键的强度校核公式的讨论

hunhunee

相信下面这个公式大家都很熟悉。
# E; P3 L# c( C9 F# \: M
+ C2 Z" K. j7 L3 {3 `! Hσ=2*T/(d*k*l)<[σp]

式中：
T－传递的转矩，单位为N·mm；
" B: i6 h0 y6 i' r$ Q! _2 a6 Bk－键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，h为键的高度，单位为mm；
5 M$ `7 s7 R, b( tl－键的工作长度，圆头平键l=L-b，平头平键l=L，单圆头平键l=L-b/2，L为键的长度，b为键的宽度，单位均为mm；
& H4 [7 X% v5 }$ Hd－轴的直径，单位为mm；
( h) m/ F. E" y[σp]－键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为MPa；
' c# t3 S1 L- J7 R& q8 O
- }2 Q. m3 I7 C9 {7 t! T( u关于钢材料的σp手册上要求在静联接取120~150MPa，是否过于保守，如果轮毂、轴和键材料都是45钢，其计算扭矩和压溃键槽壁的实际扭矩是否会有比较大的出入呢？如果要是用40Cr或更好的合金钢，其压溃的实际扭矩是否会更大呢？

欢迎大家来讨论？

shifeng18

实践是检验真理的唯一标准。
搞实验吧！

gaoyns

楼主提出的议题是比较实际的问题，都使用40Cr或都使用45时的挤压强度要比使用铸铁时大得多，这不是计算公式本身保守，而是机械零件标准化的需要，如果为了适应各种材料强度而设计键和键槽，即铸铁需要大些的，40Cr需要小些的，那就得设计多种规格的键和键槽，这样会带来不少麻烦，标准化的一个重要目的就是使零件具有互换性，使设计工作简化。另一方面，选用的材料强度大了，轴径可以减小，键和键槽的尺寸也就跟着减小了，设计工作是可以灵活的。

hunhunee

楼上曲解我的意思了，我们承认他标准化，也同意一定的轴径对应一定的键槽，但是我只是觉得计算应该接近实际方可。同样尺寸的键槽，不同材料应该有不同的压溃扭矩，而不是全部采用一个扭矩值来计算。只是觉得这样不妥。：）

gaoyns

没有曲解，一开始就肯定了你的想法，同一标准下的不同材料确实有强度过剩的问题。但设计是应该灵活的，既然选的强度都过剩了，为什么不改小轴径同时键槽也改小呢？

hunhunee

可是改小多少呢？同一尺寸不同材料的键组合，其传递扭矩的差距有多少？如何计算？如果按照上使，那么这个扭矩是一样的，可实际上差的不是一点半点。
毕竟最终要的是一个键槽的压溃值，而这个值如何比较准确的计算？我们需要的是这个，呵呵，楼上还是曲解了？
% {. u7 a# A$ _) q; Q9 H
$ z' X- \3 G7 z0 q5 E  I比如“钢材料的σp手册上要求在静联接取120~150MPa，那么是Q235钢取这么大，那么45钢是否可以取200~300？40Cr钢是否可以更高？42CrMo等强度更高的钢种可否取到400~500？

不知楼上是否明白我要讨论的问题 ：）

eastlakewater

应该是键先破坏，因为它的截面积小
如果楼主觉得有问题，可以在设计使用的时候自己设计键的材料和工艺，适应你的需要。
# C6 C1 N0 f  t何况平键不传递大的扭矩。

hunhunee

楼上的同志可能也未认真看我的回复以及讨论吧，呵呵，难道是我表述有问题？？？怀疑中。。。

hero2006

个人也很怀疑书中的这个值。
2 [# C+ N' ~6 D2 g" |按照这个值去做，有些计算强度可能不够，只能加大轴径，增大键槽。或者改做非标键，换用不同热处理不同材质的键。
: x: [" s  ^; N) i" k# v) F# }" I另对于同样材料不同热处理的键槽，也没有一个值来进行比较。国内这方面的工作还有很大的欠缺。
我也曾发过类似的帖子：http://www.3dportal.cn/discuz/viewthread.php?tid=434084

hunhunee

楼上的版主，知己啊 ^_^
这个计算公式和相应的允许应力值太粗略了，实战意义根本不大，想拜读一下您的帖子，不知道在何处？

hero2006

不好意思，我前面的链接怎么有误
http://www.3dportal.cn/discuz/viewthread.php?tid=124631
, y. q8 q) @- q" _1 [) c我这个也是一个讨论帖，但参与的人不多

hunhunee

呵呵，仔细看了您的帖子，我们大概的主题思想是一致的，个人觉得手册上推荐的σpp的值对于优质钢来说过小。我也想知道这个σpp值是如何计算的，我个人觉得应该是键或其相关件的材料的屈服强度σ0.2 取个百分比得来的的，不同的工况取不同的百分比。如果是这样，那么不同的钢种就应该有不同的σpp对应值。
' N8 }# Q; m% ^# T, ~( e. O
# R8 s- U3 ]: K- d# S比如：
5 N0 M7 Y8 r: r2 `. x  Q! C: a, M如果你的键联接全部用Q235传递的扭矩为T的话，在不改变任何尺寸的情况下用42CrMo等调质钢应该能达到约2倍的T值才对。但如果真按照手册公式和表格计算选取的话，上面两个情况应该是传递相同的扭矩才对，可实际上肯定不会相同。
* M2 }2 `, P9 p
; l* ]+ s  P0 z9 N7 H( D但是手册上确是死数据，很是困惑！
2 X3 q) v: s/ `$ E; X
. q* \, A1 g4 h3 v& |望高人释疑！

另：

! c4 |2 w, P8 y一、这个问题我从第一次设计键联接的时候就想过，那是好几年前的事情了，原来公司也一直没有问过高工。（估计他们也是一知半解 ^_^）
6 ]+ w) o4 F& J二、版主大人，俺也是积极参与交流啊，咋不怎么给俺评分呢？ ^_^

[ 本帖最后由 hunhunee 于 2008-1-17 00:26 编辑 ]

songwei

楼主可以根据选择的材质及相关手册确定其抗压强度，然后用该公式就可以选择键的尺寸了，楼主所说的数据选择范围可能是个别手册上粗略的说法。

hunhunee

不知道楼上所说的手册和强度在那里有？据我所知，我看到的手册键联接计算都是一样的公式，一样的表！
: k+ E3 _7 C8 j* O2 K8 a公式我倒没有异议，可那个表确实有待研究！
5 b* U3 D; S  I' W- x1 ?- Z此贴是探讨贴，不是求助贴，呵呵！请高人发表意见，谢了！

eastlakewater

再回此帖
这个好：
我查阅了一些资料这个有很多是关于键的，也有按照挤压强度条件计算的，
5 I; J. Y# @7 [8 Y+ V6 j; Qσjy≤[σjy]
上面的是按照拉伸许用应力来的。
但是这个没有考虑疲劳强度系数。
( D: g1 H% e7 j; f" h------------------------------------
我们用的键按照手册选用可是还有键给切断的，材料45#，调质处理。
--------------------
这个应该不保守。

hunhunee

回复楼上！
- A- s! a# `  ~2 N( L* r你好！关于键的切断和侧壁压溃我们暂不用考虑，目前我想讨论的重点是——您的例子中材料是45钢调制，假设剪断扭矩为T；那么所有尺寸未改变的情况下如果键材料改为是40Cr调制，那么在扭矩T下是否会切断呢？如果改为42CrMo调制呢？这个才是我要想问的，因为如果按公式和表计算选取的话，这三种材料应该具有相同的压溃和切断扭矩才对，但事实上，肯定不可能相同。

4 l. _: U* B% g  {不知道您明白我的意思了么？

^_^

eastlakewater

明白你的意思，不过你可以看看机械设计手册的普通平键形式尺寸，下面的说明：
键的材料采用抗拉强度不小于600MPa的材料，一般是45#；
-------------------
: J" M# o% A6 p4 M4 m+ B45调质的抗拉=800Mpa左右；
40Cr=1000MPa左右
42CrMo=1200MPa左右，
这个他有125-150的范围，应该是让选择的。
! m, y6 u* y, j8 x  i% C+ @, f1 a-----------------------------------------------------------------
" t3 n; k7 p$ n# Z( k2 h还有即使富裕，也是个键的问题。我们应该不回因为富裕而把应该用B=10的键改为8
4 e/ j  M& T7 ?0 h2 f; {* ~6 r. @----------------------------------

hunhunee

1.如果根据材料来选择σpp，按照您这样的理解，我现在没有问题了！
4 q+ D! m" x; h8 a% E& |$ }% [
9 X* l4 i1 r# |: p; |  c2.如果是根据工况来选择σpp，那么还是有疑问。
举例：同样是45钢，非常平稳的静载我是否可以取150来校核.
, G# N7 I# m, o. o0 b3 M. _6 d那换成同样尺寸的42CrMo，是不是可以按照200左右来校核呢？

$ ?6 R# q8 C5 r7 I$ N' g3.如果即根据材料又根据工况选择σpp，那么我不会选了。^_^
2 l) T8 v7 O. W2 ]; M
; \( U" E$ ]/ d, d& c不过还是谢谢您，如此热心的参与讨论。
其实我个人是比较赞成σpp取使用钢材强度的百分比来校核键比较好，然后工况取一个系数。综合计算键的强度，让计算值更接近真实值。

另：

键的尺寸还是应该走标准的，这个我赞成，我主要想表达的意思是：如何让计算结果更接近真是值（或者这样说：如果一个键的相关尺寸、材料、工况已经
确定了，那么我想知道，到到底能传递多达的扭矩而不出现任何问题。）

[ 本帖最后由 hunhunee 于 2008-1-18 17:31 编辑 ]

eastlakewater

键的尺寸还是应该走标准的，这个我赞成，我主要想表达的意思是：如何让计算结果更接近真是值（或者这样说：如果一个键的相关尺寸、材料、工况已经
确定了，那么我想知道，到到底能传递多达的扭矩而不出现任何问题。）

2 i2 S6 @) C5 \( x, x. a) D* q----------------------------------------------
回答你的问题：
+ Q- s* D$ z9 O2 ~& a3 e你的这个问题好回答：
4 |0 l8 x/ _6 T9 }; s: [! `你倒过来计算，按125MPa，然后看看是否合适，因为轴的尺寸定了，键的截面尺寸就定了，而要传递的工件---------毂的尺寸定了L长度就定的了，
如果不行，这个可以加长毂的尺寸--------空间容许的话------------很多的机床，机械上齿轮，链轮等传递宽度是一个，整个宽度长了一倍多了。

hunhunee

非常感谢您的热心，o(∩_∩)o... 但是我不是让您回答这个简单的问题，而且我也知道如何按照公式计算键扭矩！正是因为我知道如何计算，所以才有这样的疑问！

2 r+ W* ?% C8 f0 {我主要想表达的意思是：如何让计算结果更接近真实情况！也就是说我想通过计算得到键压溃或切断的临界点。
+ z9 V1 j8 Y+ h7 N
$ o- N* e7 i9 ?) V! K
呵呵，现在我都晕了，不知是我写的不清晰，还是你们看的不仔细丫！
4 @6 c; f' i# ^% J; m' X3 a& a1 V
[ 本帖最后由 hunhunee 于 2008-1-18 23:04 编辑 ]

hunhunee

不知道还有没有人来参与讨论一下，最好把这个问题弄的更清晰一些。

tkywyx

材料选择不同,其强度也不同,可以按标准选取尺寸,然后采用强度较高的材料就保险了.

hunhunee

感谢楼上，我想您还是没有明白这个帖子的真正用意—做接近实际的理论

无名火

东西要都是你自己做，按材料的强度校核就好了，但现在的件都是根据标准做出来的，他的请强度度是定的。

hunhunee

原帖由 tkywyx 于 2008-1-24 13:09 发表 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif
: w' K% w; z9 J9 {材料选择不同,其强度也不同,可以按标准选取尺寸,然后采用强度较高的材料就保险了.

. J/ P; ^8 ~/ j& V8 Q( X4 x每种产品都有安全系数，比如高强度螺栓，截面定了，材料定了（或者说强度等级）我就能算出它的拉断扭矩。而实际的拉断扭矩和理论的计算基本相符。根据这个理论计算，我们才能得到高强度螺栓的预应力。
而键的校核好像没有考虑不同材料的强度，大家都知道，好材料的键、轴、轮毂肯定能传递更大的扭矩。但是具体大到多少？？？却不能计算，而且也没有手册也没有给出有理有据的经验值！