Panduan untuk desain alur pasak poros, perhitungan dan pemilihan ukuran kunci poros

Pemilihan tombol poros sangat penting dalam menghindari kegagalan prematur pada sambungan kunci . Poros pasak dan kunci digunakan untuk mentransmisikan torsi dari poros ke elemen transmisi mekanis seperti roda gigi, puli, dll. menggunakan sambungan berkunci. Mereka dapat dibuat menggunakan bahan stok standar seperti stok kunci atau mesin khusus agar sesuai dengan aplikasi.

Umumnya, diameter poros nominal digunakan untuk menentukan ukuran kunci menurut berbagai standar seperti BS4235 dan kunci persegi panjang yang tersedia secara luas digunakan untuk sebagian besar aplikasi. Dengan cara ini sambungan kunci dibuat terlalu besar untuk menahan semua beban dan standar tidak menentukan bahan utama atau batasan sambungan. Tetapi pertimbangan yang cermat harus diberikan karena terkadang kunci terbesar pun gagal karena kesalahan perhitungan yang tidak terduga, belum lagi kunci yang lebih panjang atau lebih besar juga melemahkan poros.

Dengan asumsi bahwa ukuran poros dan elemen telah dirancang agar sesuai dengan torsi dan kekuatan lentur, kemudian memastikan bahwa kunci yang dipilih sesuai dengan spesifikasi sangat penting untuk transmisi mekanis yang aman. Terkadang, kunci poros dipilih untuk gagal pada batas yang melindungi poros, roda gigi, dan elemen lainnya. Dalam hal ini sambungan berkunci bekerja seperti sekering scarifying.

Kriteria pemilihan kunci poros

Mari kita selidiki kriteria pemilihan penting untuk dipertimbangkan ketika memilih sambungan kunci. 8 faktor kritis berikut harus dipertimbangkan selama desain dan pemilihan kunci poros.

Jenis kunci atau jenis sambungan umumnya dipilih selama tahap konseptual akhir atau tahap desain perwujudan awal dari desain produk. Tetapi selama konfigurasi desain atau tahap desain detail dari desain produk, sambungan kunci harus dievaluasi untuk kegagalan geser dan tegangan tekan.

Jenis kunci

Ada empat kelompok utama kunci poros yang tersedia, yaitu sunk key, saddle key, tangent key, dan Round keys . Masing-masing memiliki karakteristik dan kemampuan menahan beban yang berbeda; maka kunci poros yang benar harus dipilih untuk aplikasi berdasarkan karakteristik dan manfaatnya.

#tips desain produk

• Terkadang diameter poros ditentukan oleh elemen lain seperti ketahanan lentur, pemasangan bantalan, dll. Dalam hal ini, ukuran kunci dapat lebih kecil agar sesuai dengan torsi daripada diameter poros.

Materi utama

Biasanya, kunci poros dibuat dari baja karbon sedang atau baja tahan karat . Tetapi mereka dapat dibuat dari berbagai jenis bahan seperti paduan aluminium, perunggu, tembaga, dan kuningan agar sesuai dengan lingkungan aplikasi yang berbeda. Misalnya, kunci kuningan atau perunggu untuk poros baling-baling laut dan kelas baja tahan karat untuk digunakan dalam peralatan servis makanan.

Umumnya, baja utama dipasok sesuai BS46 dan BS4235 dan merupakan baja karbon menengah murni dengan kekuatan tarik yang wajar. Baja karbon menengah tanpa paduan dengan kandungan karbon berkisar antara 0,25% hingga 0,60% digunakan karena kombinasi ideal antara kekuatan, ketangguhan, dan karakteristik pemesinan yang baik. Tabel berikut memberikan daftar beberapa material kunci poros umum dengan Kekuatan Tarik Tertinggi (UTS).

Umumnya selama perhitungan kuat tekan dan geser yang diizinkan dihitung dari UTS menggunakan faktor keamanan dan teori kegagalan yang sesuai seperti teori tegangan geser maksimum.

#tips desain produk

• Baja kelas paling populer adalah AISI 1045 (setara dengan C45, EN8, 080M40), yang dapat dikeraskan dengan memanaskan material hingga sekitar 820-850C (1508 -1562 F) untuk meningkatkan UTS.
• Pastikan korosi galvanik dipertimbangkan jika Anda menggunakan bahan lain.
• Kunci yang diproduksi menggunakan standar Inggris harus dibuat dari baja yang memenuhi BS 970 dengan kekuatan tarik tidak kurang dari 550 MN/m2.

Jenis beban

Terkadang kegagalan prematur terjadi bahkan ketika kunci poros terlalu besar untuk torsi maksimum yang ditransfer. Hal ini disebabkan oleh jenis beban yang tidak terduga seperti kejutan, benturan, atau induksi gaya akibat rotasi dua arah. Motor kecepatan variabel juga melihat fluktuasi beban selama fase akselerasi dan deselerasinya di mana gaya pada kunci berubah.

Meskipun sebagian besar kunci tidak cocok untuk beban arah bolak-balik (perubahan arah rotasi dari CW ke CCW atau sebaliknya), alur pasak masih digunakan dalam aplikasi tersebut. Jika arah tidak sering berubah, alur pasak dapat digunakan dengan aman tetapi pertimbangan yang cermat harus diberikan pada beban lelah dan torsi akselerasi.

\(T_m =(T_L + T_a) \)

\(T_a =JA\)

• \(T_m \) – Total torsi yang dibutuhkan
• \(T_L \) – Memuat torsi
• \(T_a \) – Torsi akselerasi
• \(J \) – Momen inersia
• \(A \) – Kecepatan akselerasi

Jika ada beban kejut aksial atau radial pada elemen yang disambungkan, maka harus diperhatikan untuk menopang beban kejut aksial dan radial eksternal. Ini untuk memastikan kuncinya hanya mentransfer torsi ke arah rotasi.

#tips desain produk

• • Tempatkan alur pasak sejajar dengan gaya radial yang bekerja pada elemen.
  • Sebagian besar tombol tidak cocok untuk beban arah dan guncangan bolak-balik.

Kecocokan yang benar

Sangat penting untuk memiliki kesesuaian yang benar antara alur pasak poros, kunci, dan alur pasak hub. Standar seperti BS 46, ANSI B17.1-1967 atau JIS B 1301-1996 menentukan ukuran dan toleransi kunci dan alur pasak.

Secara umum, ada dua kelas stok yang tersedia untuk kunci tenggelam terutama kunci paralel. Semua standar mengenali ini dan menentukan toleransi untuk alur pasak sehingga seseorang dapat memiliki dua hingga empat kelas kesesuaian.

Empat kelas kesesuaian yang diatur dalam standar ini dimaksudkan untuk memenuhi berbagai persyaratan sebagai berikut:

Kelonggaran/Kesesuaian bebas – Ini adalah kecocokan yang relatif bebas di mana hub diperlukan untuk menggeser kunci saat digunakan dan hanya berlaku untuk kunci paralel. (Menggunakan kunci bar stock dan toleransi keyseat)

Normal/Sisi pas – Ini adalah pemasangan yang relatif ketat di mana kuncinya harus dimasukkan ke alur pasak dengan pemasangan minimum, seperti yang diperlukan untuk perakitan produksi massal.

Sangat pas – Jika kunci pas yang akurat diperlukan. Di kelas ini, pemasangan akan diperlukan di bawah kondisi material maksimum, dan jika diperlukan untuk mendapatkan kondisi ini, beberapa pemilihan komponen mungkin diperlukan.

Interferensi cocok – jika kecocokan diperlukan sehingga tidak ada kemungkinan bermain antara kunci dan alur pasak di poros dan hub. Di kelas kecocokan ini, pemasangan tangan akan diperlukan.

Spesifikasi kunci &alur pasak

Kecocokan akan mempengaruhi umur alur pasak dan faktor berikut harus dipertimbangkan selama perhitungan. Korosi fretting karena bengkokan berputar dan/atau osilasi torsional telah terbukti dalam berbagai uji ketahanan dan biasanya merupakan faktor penting yang menyebabkan kegagalan sambungan poros-hub.

Faktor kelelahan &keselamatan jiwa

Seperti perhitungan mekanis lainnya, faktor keamanan adalah elemen kunci dalam menghitung, menentukan, dan merancang sambungan kunci dalam transmisi daya mekanis. Hubungan antara tegangan ijin dan kekuatan luluh minimum yang ditentukan sesuai kode AISC adalah Tegangan