キーとキー溝 (キー付きジョイント) について知っておくべきすべてのこと

機械工学分野では、キー付きジョイントはキーとキー溝で構成されています。これらのキーは、必要なキー ジョイントのタイプに応じてさまざまな形状に機械加工できます。キー溝は、キーの寸法でシャフトに機械加工された表面です。それらは一緒に固定されているため、コンポーネントが引き離されず、シャフト間の相対的な動きが防止されます。

今日は、キーとキー溝の定義、機能、アプリケーション、コンポーネント、ダイアグラム、タイプ、および動作について知ることができます。また、キー付きジョイントの長所と短所についても知ることができます。

キーとキー溝の定義

キーは、回転する機械要素をシャフトに結合するために使用される機械要素です。キーが機能するには、シャフトにキー溝があり、回転機械要素にキーシートが必要です。その後、キーはキー溝とキーシートの間にしっかりとはめ込まれます。このため、このメカニズムはキー付きジョイントと呼ばれます。

キーとキー溝の主な機能は、動力伝達シャフトと取り付けられたコンポーネントとの間の相対運動が発生しないように、ハブとシャフトを固定するためのキー付きジョイントを構成することです。キー付きジョイントは、多くの場合、コンポーネント間の相対的な軸方向の動きを可能にします。このキーにより、2 つのパーツ間の相対回転が防止され、トルク伝達が可能になる場合があります。

アプリケーション

キー付きジョイントは、機械的動力伝達要素のシャフトとカップリングの重要な部分として使用されます。滑りながら荷重・動力・回転を効率よく伝達します。キーとキー溝の用途の良い例は、動力伝達シャフトにキーでしっかりと接続されたギア ドライブ、プーリー、またはスプロケットです。

広く機械分野では、キー付きジョイントは、シャフトとスプロケットを確実に接続する便利な方法です。負荷を引っ張ったり押したりする必要がある他のシャフトアプリケーションの代替として使用されますが.これは、農業用途、工作機械、産業機器などでよく見られます。

フライス盤、スロッター、シェーパー マシンは、キー溝とキーシートの作成に使用される一般的な工作機械です。キーシートを作るための特別な機械がありますが.

キー付きジョイントのコンポーネント

キー付きジョイントにはさまざまな種類があるため、キーとキー溝のコンポーネントは、種類と付加機能によって異なります。ただし、キー付きジョイントの主要コンポーネントには、キー、キーシート、およびキー溝が含まれます。

• キー – 通常、キーは長方形、正方形、または円形に機械加工された鋼でできています。コンポーネントのシャフトとハブの間に軸方向に挿入され、相対的な動きを防ぎます。
• キーシート – これは、シャフトのくぼみ領域の技術的な名前です。多くの場合、シェーパー マシンで実行されます。
• キー溝 – キー溝はハブのくぼみでもあり、キーを受け取り、メカニズムをしっかりとロックします。キーシートとキー溝は、キーの半分の部分を共有しています。これについては、動作原理のセクションで詳しく説明します。

キー、キー溝、キーシート (キー付きジョイント) の図

鍵の種類

以下は、キー付きジョイントで使用されるさまざまなタイプのシャフト キーです。

沈んだ鍵:

沈みキーは、ロッドの半分の太さがシャフトに沈み、残りの半分がキーシートになるように設計されたタイプのキーです。このキージョイントを実現するには、精度が非常に重要です。例えば、キーが8mmの場合、シャフトのキー溝はキーシートと同じ4.1mmの深さで加工されます。沈められた鍵には、以下を含むさまざまなタイプがあります。

• 長方形/正方形のキー

これらのタイプのキーは、高さよりも幅が広いため、フラット キーと呼ばれることがあります。それらは、直径が約500mmまたは20のシャフトでよく使用されます。残りのキー幅により、深さを増やさずに伝達トルクを大きくすることができます。深さが増すということは、シャフトの有効断面積が減少するため、シャフトが弱くなることを意味します。

• 四角キー

四角キーは断面が正方形で、約 25 mm または 1 インチのシャフトに使用されます。角キーに比べてより深いキー深さが必要な場合に、より大きなシャフトで使用されます。ただし、深さが増すと、シャフトの有効断面積が減少するため、シャフトが弱くなります。正方形または長方形のキーには、下の図に示すように、キーの長さに沿って 100 分の 1 のテーパーがあります。

• 平行沈められたキー

平行沈みキーは、長方形または正方形のセクションですが、テーパーはありません。キーは安価で、すぐに使用できます。取り付けが最も簡単なものの1つですが、ハブに一連のネジで固定する必要があります.これは、振動や回転方向の反転によってキーが押し出されることが多いためです。

キーは通常、シャフトのキー溝の底部とキー付きジョイントの側面にしっかりと取り付けられています。ハブ キー溝の上部にクリアランスを残します。

• ギブヘッドの沈んだ鍵

ギブヘッド沈みキーは、長方形または正方形のいずれかの形状で、上面にテーパーを付けてぴったりとフィットさせます。より簡単に取り外せるように採用されています。

• フェザー キー

フェザー キーには 3 つのタイプがあります。双頭、ペグフェザー、フェザーキー。それらはシャフトまたはハブのいずれかに取り付けられ、相対的な軸方向の動きを引き起こします。これにより、シャフトとハブの間の平行な対向面で動力伝達が可能になります。したがって、スライドできるようになります。

• ウッドラフ キー

ラフキーは、シャフトの円形のくぼみにはめ込まれた半円形のディスクで、ラフキー溝カッターでのみ加工できます。主に工作機械や一部の自動車シャフトで使用され、直径は 1/4 インチから 2 1/2 インチ (6mm から 60mm) です。ラフキーが提供する強度は、長い平行キーとは大きく異なります。つまり、同じ負荷を運ぶことはできません。

サドル キー:

沈みキーとは異なり、サドル キーはシャフトに沈み込むのではなく、ハブのみに沈みます。それらはシャフトの平面または円周上に位置し、動力伝達はシャフトとキーの間の摩擦によって達成されます。サドル キーは 2 つに分かれています。フラットサドルと中空サドルキー。シャフトに沿って滑るのを避けるために、軽い負荷にのみ使用されます。

• フラット サドル キー

平らなタイプのサドル キーは、シャフトの平らな面を押し下げる先細りのハブ キー溝に適合するため、上部が先細りで下部が平らです。

• 中空サドル キー

中空のサドル キーは、上端が先細りで下端が湾曲しています。キーはテーパー付きのハブ キー溝にはめ込まれ、シャフトの湾曲した円周面に押し下げられます。

接線キー:

これらのタイプのキーは、接線キーと呼ばれることがあります。それらは、各キーが一方向のみのねじれに耐える直角にペアとして取り付けられています。大型の頑丈なシャフトでよく使用されます。

丸/丸キー

丸キーは断面が円形で、シャフトとハブに部分的に開けられた穴に挿入されます。これらのタイプのキーは、嵌合部品を組み立てた後にキー溝をドリルまたはリーマ加工することができるため、製造が容易です。ラウンド キーは、低電力ドライブに適しています。

動作原理

キーとキー溝の働きはそれほど複雑ではなく、簡単に理解できます。キーとキー溝のセットアップにはさまざまなタイプがあるため、一部のタイプの動作はまったく異なります。さて、下のビデオでは、一般的なキー付きジョイントのメカニズムがどのように機能するかを説明します.

下の動画をご覧ください:

キーとキー溝（キードジョイント）のメリットとデメリット

利点:

以下は、さまざまな用途におけるシャフト キー付きジョイントの利点です。

• 生産コストは大幅に低くなっています。
• 中～高トルク伝達を提供します。
• 乗り降りが簡単
• 同じタイプの他のコンポーネントで再利用または修正できます。
• これは標準的な方法です (ISO、BS、DIN、ANSI)。

短所:

キー付きジョイントの利点にもかかわらず、いくつかの制限が依然として発生します。以下は、さまざまな用途におけるキー付きジョイントの欠点です:

• 交互方向の負荷と衝撃には使用できません。
• キー付きジョイントをしっかりと固定しすぎると、分解が困難になる場合があります。
• シャフトの不均衡を引き起こします。
• ノッチ効果により応力点が発生し、シャフトの強度が低下します。
• サークリップや止めねじなどの追加コンポーネントでロックしない限り、ハブが軸方向にずれる可能性があります。
• 耐荷重と許容スタック分析を計算して組み合わせるのが難しい

結論

キー付きジョイントは、動力を伝達する優れた機械的方法の 1 つです。それらは、目的を達成するために主にモーターシャフトで使用されます。この記事では、キー付きジョイントを構成するキーとキー溝の定義、機能、アプリケーション、コンポーネント、タイプ、および動作について説明しました。また、さまざまなアプリケーションでの長所と短所も確認しました。

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