关于平键的强度校核公式的讨论

hunhunee · 发表于 2008-1-14 22:26:12

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相信下面这个公式大家都很熟悉。

σ=2*T/(d*k*l)<[σp]

式中：
T－传递的转矩，单位为N·mm；
k－键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，h为键的高度，单位为mm；
l－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；
d－轴的直径，单位为mm；
[σp]－键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为MPa；

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 · 发表于 2008-1-15 08:18:42

实践是检验真理的唯一标准。
搞实验吧！

gaoyns · 发表于 2008-1-15 08:38:52

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 · 发表于 2008-1-15 10:17:17

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 · 发表于 2008-1-15 11:27:29

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 · 发表于 2008-1-15 15:51:30

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？

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 · 发表于 2008-1-15 20:00:06

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。
何况平键不传递大的扭矩。

hunhunee · 发表于 2008-1-15 21:00:46

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 · 发表于 2008-1-15 23:34:31

个人也很怀疑书中的这个值。
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。
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 · 发表于 2008-1-16 00:44:15

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 · 发表于 2008-1-16 21:45:29

不好意思，我前面的链接怎么有误

http://www.3dportal.cn/discuz/viewthread.php?tid=124631
我这个也是一个讨论帖，但参与的人不多

hunhunee · 发表于 2008-1-17 00:18:20

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。

比如：
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。

但是手册上确是死数据，很是困惑！

望高人释疑！

另：

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 ^_^）
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 · 发表于 2008-1-17 10:38:16

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 · 发表于 2008-1-17 11:56:39

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！
公式我倒没有异议，可那个表确实有待研究！
此贴是探讨贴，不是求助贴，呵呵！请高人发表意见，谢了！

eastlakewater · 发表于 2008-1-17 21:25:38

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，
σjy≤[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。
------------------------------------
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 · 发表于 2008-1-18 14:28:57

回复楼上！
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。

不知道您明白我的意思了么？

^_^

eastlakewater · 发表于 2008-1-18 16:32:40

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#；
-------------------
45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。
-----------------------------------------------------------------
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
----------------------------------

hunhunee · 发表于 2008-1-18 17:27:00

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！

2.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.
那换成同样尺寸的42CrMo，是不是可以按照200左右来校核呢？

3.如果即根据材料又根据工况选择σpp，那么我不会选了。^_^

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 · 发表于 2008-1-18 20:24:50

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。）

----------------------------------------------
回答你的问题：
你的这个问题好回答：
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 · 发表于 2008-1-18 20:44:52

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！

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。

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！

[ 本帖最后由 hunhunee 于 2008-1-18 23:04 编辑 ]

hunhunee · 发表于 2008-1-20 03:09:44

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 · 发表于 2008-1-24 13:09:45

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 · 发表于 2008-1-24 14:05:41

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 · 发表于 2008-1-24 18:05:56

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 · 发表于 2008-6-6 23:07:34

原帖由 tkywyx 于 2008-1-24 13:09 发表 http://www.3dportal.cn/discuz/images/common/back.gif5 R% r5 _/ R5 Y2 G7 O# ]8 A$ p$ T* L
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.

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！

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