샤프트 키:유형, 크기, 재료, 설계 공식 및 계산
키 연결은 샤프트와 허브의 키 홈을 절단하고 "키"라는 구성 요소를 삽입하여 이루어집니다. 크기는 작지만 샤프트 키는 기계식 변속기에서 중요한 역할을 합니다. 열쇠는 회전하는 샤프트와 기어를 고정하는 데 사용되는 기계 요소입니다. 주로 샤프트의 원주 방향으로 부품을 고정하여 토크를 전달하는 데 사용됩니다. 일부 키는 또한 축 고정을 제공하거나 감속기의 기어와 샤프트 사이의 연결과 같은 축 이동을 허용합니다. 눈에 띄는 부분은 아니지만 열쇠는 동력 전달에 있어서 매우 중요한 역할을 합니다. 그럼 오늘은 샤프트키의 종류와 사이즈, 재질, 디자인에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다!
샤프트 키란 무엇인가요?
모터 키라고도 알려진 샤프트 키는 토크를 전달하기 위해 고강도 재질로 제작된 두 개의 회전 부품(일반적으로 샤프트와 허브)을 연결하는 짧은 막대입니다. 그 기능은 미끄러짐이나 정렬 불량 없이 축을 따라 회전할 수 있도록 하면서 두 부품을 하나의 회전 본체로 결합하여 전송 정밀도와 신뢰성을 보장하는 것입니다. 샤프트 키는 자동차, 오토바이, 농업 기계, 건설 장비 등 기계 시스템에 일반적으로 사용됩니다.
샤프트 키 유형(다이어그램, 기능 및 용도)
다양한 유형의 기계식 변속기에서 다양한 유형의 키가 기계 설계 및 적용에 중요한 역할을 합니다. 키 연결의 기본 개념에는 플랫 키, 우드러프 키, 테이퍼 키, 접선 키가 포함되며 각각 고유한 특성과 적용 범위가 있습니다. 아래에서는 각 샤프트 키 유형의 다이어그램, 기능 및 적용을 제시하여 자세히 살펴보겠습니다.
1. 플랫 키(평행형 싱크 키)
평행 키라고도 불리는 표준 플랫 키는 샤프트와 허브 사이에 상대적인 축 이동이 없는 고정 연결에 사용되는 일종의 매몰 키입니다. 양쪽 측면은 작업면이고, 허브 키 홈의 윗면과 바닥 사이에는 여유 공간이 있습니다. 작동 중에는 샤프트 키홈, 키, 허브 키홈 측면의 압축에 의해 토크가 전달됩니다. 허브가 샤프트를 따라 미끄러져야 하는 곳에 사용되는 테이퍼가 없는 직사각형 또는 정사각형 키입니다. 플랫 샤프트 키는 제조가 쉽고 조립 및 분해가 편리하며 샤프트와 샤프트 장착 구성 요소 사이의 정렬이 양호하지만 샤프트 장착 구성 요소의 축 방향 이동을 고정할 수 없습니다.
표준 플랫 키는 가라앉은 부분에 따라 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다:둥근 끝(A), 사각형 끝(B), 직사각형 끝, 단일 둥근 끝(C):
2. 우드러프 키(Half Moon Sunk Key)
우드러프 키는 반달 모양으로 제공되며 허브의 모든 테이퍼에 맞춰집니다. 샤프트의 깊이가 깊어 키홈이 뒤집히는 경향을 방지하지만 키홈의 깊이로 인해 샤프트가 약해집니다. 우드러프 키는 일반적으로 토크를 전달하기 위해 테이퍼형 샤프트 저널과 함께 사용됩니다. 키 슬롯은 반달 키와 동일한 모양의 밀링 커터로 가공되어 슬롯의 기하학적 중심을 중심으로 회전할 수 있습니다. 키의 측면은 작업 표면으로, 측면 압축을 통해 토크를 전달합니다. 키 홈은 원판 모양의 커터로 가공되었으며 키 자체는 반원형입니다. 반원 모양의 키는 제조 가능성이 높고 조립이 용이하며 특히 테이퍼형 샤프트 끝 연결에 적합합니다. 그러나 샤프트 슬롯은 샤프트의 강도를 크게 감소시킵니다. 경부하 연결에만 적합합니다.
3. 안장 키(테이퍼 키)
테이퍼 키의 작업 표면은 위쪽과 아래쪽 표면에 있습니다. 윗면은 1:100 테이퍼로 되어 있고, 허브 키홈의 아랫면도 이 테이퍼로 디자인되어 있습니다. 테이퍼 키가 샤프트 및 허브 키홈에 삽입되면 표면에 상당한 사전 조임력이 생성됩니다. 작동 중에 테이퍼 키는 주로 마찰에 의존하여 토크를 전달하며 단방향 축력을 견딜 수 있습니다. 그러나 샤프트와 허브 사이에 편심이 발생할 수 있으므로 센터링 정확도가 중요하지 않고 부하가 안정적이며 속도가 느린 연결에 더 적합합니다.
또한 테이퍼 키는 표준 테이퍼 키, 중공 새들 키, 기브헤드 테이퍼 키로 더 나눌 수 있습니다.
- 중공 안장 키 – 키 하단이 샤프트의 곡면에 맞습니다.
- 깁 헤드 안장 키 – 쉽게 제거할 수 있는 후크 기능
4. 깁헤드 키(매몰 키)
깁 헤드 테이퍼 키는 특수 유형의 테이퍼 키로, 후크 모양의 헤드가 샤프트와 허브 키 홈에 더 효과적으로 고정되도록 설계되었습니다. 기브 헤드를 사용하면 키를 쉽게 제거할 수 있습니다. 이러한 디자인은 연결의 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 샤프트와 허브 사이의 편심을 어느 정도 줄여 연결의 정밀도를 향상시킵니다. 따라서 깁 헤드 테이퍼 키는 고속 회전 및 고강도 조건의 기계 조립과 같이 높은 센터링 정확도와 안전한 연결이 필요한 응용 분야에 특히 적합합니다.
5. 페더 키(싱크 키)
페더 키는 샤프트나 허브에 장착되며 축 방향 이동도 허용합니다. 키의 측면은 작업면입니다. 측면을 통해 힘을 전달하고 정렬이 잘 되며 조립 및 분해가 쉽습니다. 축 고정을 제공하지 않습니다. 키는 볼트를 사용하여 샤프트에 고정되며 중앙 나사 구멍을 사용하여 키를 제거합니다. 기어박스의 슬라이딩 기어와 같이 샤프트 구성요소가 샤프트를 따라 약간 움직이는 상황에 사용됩니다.
6. 다웰 키(둥근 샤프트 키)
원통형 몸체가 있는 다웰 키, 허브와 샤프트 모두에 뚫린 구멍에 맞습니다. 저전력 드라이브에 가장 적합합니다. 원통형 키는 일반적인 모터 샤프트 키 형태입니다. 원통형이며 모터 샤프트와 변속기 부품의 홈과 일치합니다. 설치가 쉽고 상당한 토크를 견딜 수 있습니다. 다월 키는 다양한 요구 사항을 충족하기 위해 직선형 또는 테이퍼형 핀으로 설계될 수도 있습니다.
7. 접선 키
탄젠트 샤프트 키는 허브와 샤프트 모두의 키홈에 맞습니다. 서로 직각으로 쌍으로 사용됩니다. 각 키는 한 방향의 토크만 견디며 크고 견고한 샤프트에 사용됩니다. 1:100 테이퍼를 가진 두 개의 웨지 키로 구성되어 상단과 하단 표면이 함께 작업면을 형성하며 큰 토크를 전달할 수 있습니다. 단일 쌍의 접선 키는 한 방향으로만 토크를 전달할 수 있는 반면, 120°~135°로 배열된 두 쌍은 양방향 토크에 사용됩니다. 이는 센터링이 중요하지 않은 고부하 응용 분야에 사용됩니다. 접선 키는 접선 압력을 통해 토크를 생성하며 작은 단방향 축 힘도 견딜 수 있습니다.
단방향 토크 전달만 필요한 상황에 주로 사용되며, 양방향의 경우 두 쌍의 탄젠트 키가 일정 거리를 두고 배치됩니다. 큰 토크를 전달하는 능력으로 인해 탄젠트 키는 중장비에 일반적으로 사용됩니다.
8. 스플라인 키
샤프트 + 통합 키 =축 이동을 허용하는 스플라인 샤프트(슬라이딩 기어 변속기에 일반적으로 사용됨). 스플라인 연결은 샤프트와 허브 구멍 주위에 균등하게 분포된 여러 개의 키 톱니로 구성되며 톱니 측면이 작업 표면 역할을 합니다. 이러한 유형의 연결은 샤프트와 허브 강도의 약화를 최소화하면서 높은 부하 용량, 우수한 센터링 및 안내 성능을 제공합니다. 특히 변속기의 슬라이딩 기어와 같이 슬라이딩이 자주 필요한 고하중, 고정밀 센터링 연결에 적합합니다. 스플라인은 톱니 모양에 따라 직사각형 스플라인, 삼각형 스플라인, 인벌류트 스플라인으로 분류할 수 있습니다.
- 직사각형 스플라인:밀링, 호빙, 브로칭 또는 쉐이핑을 사용하여 쉽게 제작할 수 있습니다. 연삭 후 높은 정밀도를 얻을 수 있습니다. 표준은 두 가지 시리즈, 즉 저부하(낮은 부하용)와 중간 부하(중간 부하용)를 정의합니다. 항공, 자동차, 트랙터, 공작 기계, 농업 기계 및 일반 기계식 변속기 장치에 널리 사용됩니다.
- 인벌류트 스플라인(Involute Spline):인벌류트 톱니 프로파일을 가집니다. 하중이 가해지면 방사형 힘이 자체 중심화를 제공하여 균일한 톱니 응력, 높은 강도 및 긴 수명을 보장합니다. 제조는 기어와 동일하므로 높은 정밀도와 상호 교환성이 가능합니다. 표준 압력각 αD는 30°, 37.5°, 45°이며 고하중, 고정밀 센터링 및 대형 연결에 사용됩니다.
샤프트 키 및 키 홈 크기 차트(치수, 공차)
샤프트 키와 기타 구성요소가 꼭 맞도록 하려면 표준 치수를 충족해야 합니다.
- 직경:해당 구멍 직경과 같거나 약간 작아야 하며 일반적으로 0.01~0.05mm 더 작습니다.
- 길이:연결된 부분 사이의 거리보다 약간 길어야 합니다. 일반적으로 키 길이는 연결 부분의 두께에 1~2mm를 더한 값과 같습니다.
- 필렛 반경:날카로운 모서리로 인한 손상이나 균열을 방지하려면 양쪽 끝에서 0.5~1mm의 반경을 사용해야 합니다.
- 공차:꼭 맞는 것을 보장하기 위해 제조 공차는 h6 등급 내에서 제어됩니다. h7. 또는 h8
샤프트 키의 치수를 더 잘 이해하고 몇 가지 일반적인 치수 사양을 신속하게 얻을 수 있도록 아래에 일반적인 샤프트 키 유형에 대한 치수 표가 나열되어 있습니다.
플랫 키 크기 차트(평행축 키 및 키 홈 치수)
축 직경
ㄷ | 공칭 키 크기 | 샤프트 슬롯 깊이 t₁ | 키 슬롯 깊이 t² | 모서리 반경 | b(h9) | 시간(h11) | c 또는 r | L(h14) | 아니요. | 공차 | 아니요. | 공차 | 최소 | 최대 | 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 시리즈: 6장, 8장, 10장, 12장, 14장, 16장, 18장, 20장, 22장, 25장, 28장, 32장, 36장, 40장, 45장, 50장, 56장, 63장, 70장, 80장, 90장, 100장, 125장, 140장, 160장, 180장, 200장, 220장, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500 우드러프 키 사이즈 차트(반달형 샤프트 키 및 키홈 치수)
키 크기
(b×h×d) | 너비 | 높이 h | 직경 D | 모따기 또는 반경 | 명목 | 공차 | 명목 | h12 | 명목 | h12 | 최소 | 최대 | 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 .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 안장 키 크기 차트(표준 플랫 테이퍼 샤프트 키 및 키 홈 치수)
너비b | b 공차(h8) | 높이 h | h 공차(h11) | 모따기 또는 반경 c 또는 r | 기본 크기 | 상한 | 기본 크기 | 상한 | 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 .033120−0.110200−0.033140−0.1101.60−2.00220−0.033140−0.110250−0.040160−0.1302.50−3.00280−0.040160−0.130300−0.046 180−0.130320−0.046200−0.130360−0.046220−0.130400−0.054250−0.160450−0.054280−0.160500−0.054320−0.160길이 L(공차 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 깁 헤드 키 크기 차트(깁 헤드 테이퍼 샤프트 키 및 키홈 치수)
<머리><번째>너비
ㄴ 공차(h8) | 키
h | 공차(h11) | 헤드 높이
h₁ | 모따기 또는 반경
c 또는 r | 기본 | 한도 | 기본 | 한도 | 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 3232−0.046200−0.130563636−0.046220−0.130634040−0.054250−0.160702.50−3.004545−0.054280−0.16080표준 길이 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 접선 키 크기 차트(표준 접선 샤프트 키 및 키 홈 치수)
축 직경
ㄷ | 키 | 키 홈 깊이 | 키 홈 폭 | 모따기
씨 | 반경
r | 두께
h | <일>너비
b (±h11) 샤프트
t1 | 허브
t2 | 샤프트
b1 | 허브
b2 | 최소 | 최대 | 최소 | 최대 | 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—— 스플라인 키 크기 차트(직사각형 스플라인 키 및 키 홈 치수)
축 직경
ㄷ | 라이트 시리즈 | 미디엄 시리즈 | 사양
N × D × D × B | 모따기
다 | 반경
r | d₁분 | α분 | 사양
N × D × D × B | 모따기
다 | 반경
r | d₁분 | α분 | 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 샤프트 주요 재료
기계식 변속기의 중요한 구성요소인 샤프트 키 재료의 선택은 기계 시스템의 성능 및 신뢰성과 직접적인 관련이 있습니다. 일반적인 샤프트 키 재료는 다음과 같습니다:
1. 탄소강 열쇠
탄소강은 가장 일반적으로 사용되는 샤프트 키 재료 중 하나입니다. 강도와 내마모성이 뛰어나고 큰 하중과 충격력을 견딜 수 있습니다. 탄소강 키는 높은 하중을 견뎌야 하는 중장비 및 시나리오에서 첫 번째 선택입니다. 또한 탄소강은 가격이 상대적으로 낮아 경제적으로도 유리하다.
2. 스테인레스 스틸 열쇠
스테인레스 스틸 키는 습하거나 부식성 환경에서 잘 작동합니다. 내식성이 우수하여 가혹한 조건에서도 장기간 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다. 스테인레스 스틸 키의 가격은 탄소강 키보다 높지만 장기적인 안정성과 내식성을 요구하는 응용 분야에서는 스테인레스 스틸 키가 더 적합한 선택입니다.
3. 비철금속 열쇠
구리 키나 알루미늄 키와 같은 비철금속 키는 특정 특정 응용 분야에서 장점이 있습니다. 예를 들어 전도성이 필요한 시나리오에서는 전도성이 좋기 때문에 구리 키가 사용됩니다. 경량 디자인을 추구하는 경우 밀도와 무게가 더 낮은 알루미늄 키가 선호됩니다.
샤프트 주요 재료 등급
- 45# 강철은 강도와 내마모성이 뛰어나고 비용 대비 성능이 뛰어난 일반적으로 사용되는 샤프트 키 재료입니다.
- 40Cr 강철은 강도와 경도가 높아 고강도 토크와 마찰을 견디는 데 적합합니다.
- 42CrMo 강철은 강도와 인성이 높고 강도가 높으면서도 기계적 특성이 우수합니다.
- 스테인리스강은 내식성과 녹 방지 기능을 갖추고 있어 습하거나 부식성 환경에서 작동해야 하는 일부 샤프트 키에 적합합니다.
- 실링이나 충격 흡수가 필요한 샤프트 키에는 고무나 폴리우레탄 등의 소재가 사용됩니다.
축 키 재료 선택 원칙
샤프트 키의 재료 선택은 전달력, 속도, 토크, 작업 환경 및 서비스 수명과 같은 요소를 기반으로 해야 합니다.
- 1. 고강도 요구 사항:샤프트 키는 일반적으로 큰 토크를 견딜 수 있어야 하며 일반적으로 45# 강철, 40Cr, 42CrMo 등과 같은 고강도 재료로 만들어집니다.
- 2. 높은 내마모성 요구 사항:샤프트 키는 고속 회전 중 마찰과 마모를 견딜 수 있어야 하므로 재료의 경도와 강도가 40Cr과 같이 높아야 합니다.
- 3. 높은 내식성 요구 사항:습하거나 부식성 환경에서 작동하는 샤프트 키는 부식에 견딜 수 있어야 하므로 스테인리스강으로 제작되는 경우가 많습니다.
- 4. 높은 밀봉 요구 사항:일부 샤프트 키는 회전 중에 밀봉 역할을 해야 하며 일반적으로 고무나 폴리우레탄과 같은 재료로 만들어집니다.
샤프트 키 설계(핵심 요소, 공식 및 계산)
샤프트 키의 설계에는 다양한 요소를 종합적으로 고려해야 하며 키가 작동 중에 양호한 작동 조건과 서비스 수명을 유지하도록 보장하기 위해 특정 공식을 사용하여 계산해야 합니다. 샤프트 키 설계에는 주로 치수 설계와 형상 설계라는 두 가지 측면이 포함됩니다. 치수 설계는 샤프트와 키 홈의 크기에 따라 결정되며, 형상 설계는 작업 조건, 환경, 하중을 고려해야 합니다. 아래에서는 샤프트 키 설계에 대한 완전한 이해를 돕기 위해 이론식, 계산 단계, 설계 필수 사항, 주요 고려 사항 등을 관점에서 자세히 설명합니다.
샤프트 키 설계 시 고려해야 할 주요 요소
키의 구조적 설계
- 부하 분석:먼저 축방향 하중, 토크 하중 등 키가 견디는 하중 유형을 분석하여 설계 하중을 결정합니다.
- 자재선택 :설계하중, 작업조건, 비용을 고려하여 적절한 자재를 선택합니다. 일반적인 재료로는 강철, 알루미늄, 구리가 있습니다.
- 치수 디자인:선택한 재료와 디자인 하중을 기준으로 너비, 높이, 길이를 포함한 키의 기하학적 치수를 결정합니다.
- 키홈 디자인:키홈의 모양, 치수, 간격을 포함하여 키와 결합 부품 사이의 적합성을 고려하세요.
강도 계산
- 열쇠에 대한 하중 분석:축력 및 전단력을 포함하여 하중 및 구조 설계를 기반으로 키에 작용하는 힘을 분석합니다.
- 응력 분석:정적 하중과 동적 하중을 모두 고려하여 키의 응력 분포를 계산합니다.
- 변형 분석:축 변형 및 굽힘 변형을 포함하여 하중을 받는 키의 변형을 계산합니다.
강도 검증
- 강도 평가:계산된 응력과 변형이 설계 요구사항과 안전계수를 충족하는지 평가합니다.
- 피로 수명 평가:피로 균열 발생 및 전파를 고려하여 반복 하중 하에서 키의 피로 수명을 평가합니다.
- 검증 및 최적화:강도 및 피로 평가를 기반으로 구조 검증 및 최적화를 수행하여 사용 중에 키가 안전하고 신뢰할 수 있는지 확인합니다.
샤프트 키 치수 계산 공식
아. 키 너비가 알려진 경우:
깊이(h ), 높이(t ) 및 상단 너비(b )는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다:
h = d / 2 t = d / 2 b = S × d
장소:
- d =샤프트 직경
- 에스 =키 너비와 샤프트 직경의 비율(일반적으로 0.1에서 0.3 사이)
ㄴ. 키 높이가 알려진 경우:
너비, 깊이 및 상단 너비는 다음과 같이 계산할 수 있습니다:
b = S × d h = 2 × t B = S × d + k
장소:
샤프트 키 강도 공식 및 계산
키 연결은 기계 시스템의 토크 전달을 위한 중요한 방법입니다. 설계에서는 두 가지 핵심 강도 측면, 즉 전단 강도와 굽힘 강도를 고려해야 합니다.
굽힘 강도 공식
샤프트가 작동 중일 때 키에 굽힘 하중이 가해집니다. 따라서 열쇠의 굽힘 강도를 고려해야 합니다.
- 굽힘 순간:
M = F × b / 2 어디에:
- 굽힘 응력:
σ_b = 4M / (π × d³) 어디에:
전단 강도 공식
키의 전단 강도는 작동 조건 요구 사항을 충족해야 합니다.
장소:
- F =키를 강제로 누르세요
- ㄴ =키 너비
- 아 =키 높이
강도 검증 핵심 공식
전단강도 검사
장소:
- τ =실제 전단 응력(MPa)
- F =전단력 =2 × M / d
- A =전단 면적 =b × l
- [τ] =허용 전단 응력(MPa)
압축 강도 검사
장소:
- σ_jy =실제 압축 응력(MPa)
- A_jy =압축 면적 =l × (h / 2)
- [σ_jy] =허용 압축 응력(MPa)
계산 단계 및 사례 분석
사례 1:기존 키의 강도 확인
주어진 내용:
- 샤프트 직경 d =70mm
- 토크 M =600 N·m
- 주요 치수:b =16mm, h =10mm, l =50mm
- 허용 응력:[τ] =60MPa, [σ_jy] =100MPa
1단계:전단력(F) 계산
F =2 × M / d =2 × 600 × 1000 / 70 =17142.86 N
2단계:전단응력(τ)
τ =17142.86 / (16 × 50) =21.43 MPa <60 MPa → 통과
3단계:압축 응력(σ_jy)
σ_jy =17142.86 / (50 × 5) =68.57 MPa <100 MPa → 합격
사례 2:최소 키 길이 설계
주어진 내용:
- 샤프트 직경 d =50mm
- 토크 M =1600 N·m
- 허용 응력:[τ] =80MPa, [σ_jy] =240MPa
1단계:전단력(F)
F =2 × 1600 × 1000 / 50 =64000N
2단계:전단 조건의 키 길이
l ≥ 64000 / (16 × 80) =50mm
3단계:압축 조건의 키 길이
l ≥ 64000 / (5 × 240) ≒ 53.3mm
최종 선택:표준 시리즈를 기준으로 l =56 mm 선택
디자인 지침 및 고려 사항
키 유형 선택
- 느슨한 키(예:플랫 키, 우드러프 키):
측면을 통해 토크를 전달합니다. 고정밀, 축력이 없는 응용 분야에 적합합니다.
- 딱 맞는 키(예:테이퍼 키, 접선 키):
상단 및 하단 표면의 마찰을 통해 토크를 전달합니다. 정밀도 요구 사항이 낮고 무거운 하중에 적합합니다.
키 길이와 허브 길이의 관계
- 키 길이는 일반적으로 조립 간섭을 피하기 위해 허브 길이보다 5~10mm 짧습니다.
- 표준 키 길이는 기계 설계 핸드북 값(예:50, 56, 63, 70mm 등)을 따라야 합니다.
공식 적용 가능성 및 논란
테이퍼 키와 같이 꼭 맞는 키의 경우 핸드북마다 마찰 계수(μ)를 다르게 처리할 수 있습니다.
일부 공식에서는 6μd를 사용하고 다른 공식에서는 bμd를 사용합니다.
Cheng Dashian 또는 Qin Datong 판과 같은 권위 있는 출처의 공식을 따르고 차원(단위) 분석을 통해 검증하는 것이 좋습니다.
