CN201507511U

CN201507511U - 一种弹性楔键

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Publication number: CN201507511U
Application number: CN2009201935576U
Authority: CN
Inventors: 徐广宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2019-08-27

Abstract

本实用新型是一种弹性楔键。包括有键体(1)、键楔(2)，其中键体(1)的中部做出有楔形槽(11)，键楔(2)的形状与键体(1)做出的楔形槽(11)的形状相对应，键楔(2)置于键体(1)做出的楔形槽(11)内，键体(1)的楔形槽(11)的两内侧斜面与键楔(2)的两外侧斜面接触，角度相同。本实用新型满足键联接的功能要求，保持了现有键联接的优点，还有效地克服现有键联接结构以上的缺点，解决现有键联接结构以上所述的难点，可实现工作时无间隙(直至过盈)，间隙可调节和补偿，侧面传递扭矩；可应用于圆周向、端面以及其它可安装键联接的工作面；易于拆装，易于制造，很少甚至基本不改变被联接零件现有的结构，大大提高联接结构的精度、寿命和使用便利性，在机械设计制造中拥有非常广阔的使用范围和前景。

Description

一种弹性楔键

技术领域

本实用新型是一种弹性楔键，属于弹性楔键的改造技术。

背景技术

在机械传动中，作为可拆装的扭矩功率传递结构，键联接的应用非常广泛。其结构类型也较多，涵盖了从平键、导向平键、半圆键、楔键、切向键、花键等。安装联接面也包括轴孔联接、端面联接等。现有的键联接结构存在的键联接误差主要包括如下几个方面：

1)工作面的配合间隙：对于整体式结构的键(如现有的平键、半圆键以及花键等)，为便于结构的装拆或相对移动(如滑键或花键)，键与其相关零件的工作面的配合一般为间隙配合或过度配合，在使用过程中，尤其是长时间使用后相关零件产生磨损、变形后产生的工作面之间的间隙是导致其工作误差的主要原因，而且此间隙一旦存在，在振动、冲击(尤其是在频繁启/停、变速、正/反向运动的场合)，以及被联接零件之间或与键本身材料性能(如硬度、线膨胀系数等)差异较大(如钢-钢-铝、钢-钢-塑料)时被联接零件与键之间将产生冲击，使其间隙逐渐甚至迅速扩大，导致噪音及冲击、传动误差的增大甚至零件的失效等。

2)键的安装导致联接结构的误差。以GB/T1563(GB/T1564)和GB/T1974楔键为例，其工作面为上下表面，依靠毂槽(或轴槽)底部与键体之间的斜面(GB/T1563)或键体自身上下两块之间的斜面(GB/T1974)的楔紧传递扭矩，虽然消除了安装时的间隙，并且间隙也可以调节，但同时也使毂零件与轴的配合产生偏心与偏斜，以及毂件的失圆变形。

键联接结构的失效形式和原因主要包括：

1)剪断或剪切形变：多见于以侧面为工作面的键联接。包括键本身在被联接零件的配合面切向的剪切形变和剪断，以及被联接零件键槽部分的剪切形变和剪断，而键槽槽底部分由于结构最薄弱以及应力集中等原因成为剪断最常见的部位；产生的原因主要是因为传递扭矩本身产生的静力，以及因为配合间隙的存在加上运行中的冲击力。

2)压溃或压缩形变：包括键本身及被联接零件的工作面。以侧面为工作面的结构产生的主要原因同上。以上下面为工作面的结构产生的原因则是其斜面楔入产生的压力，甚至导致毂件的法向拉断。

3)磨损：工作面的磨损。原因除工作过程中的振动外，装拆以及零件间的相对移动是导致磨损的主要原因。

4)材料烧结：不当的工作面材料、表面粗糙度和润滑，以及环境和磨损产生的粉末导致装拆、工作移动过程中材料摩擦产生高温而出现烧结，导致结构的拆装困难甚至整体失效。

5)腐蚀或锈蚀导致结构的拆装困难失效：环境导致零件材料自身的腐蚀，以及工作面零件材料之间的电离腐蚀。

6)温升导致的变形：当结构零件的因材料或结构的差异导致其线膨胀系数或变形方向的差异时，温升导致的变形或使工作面的间隙加大或减小甚至导致过度过盈，从而导致失效甚至破坏。

基于以上键联接误差以及失效的原因分析，键联接结构的关键和难点在于：

1)工作时工作面的间隙控制。对于被联接件之间不需要相对移动的，其工作面应为零间隙配合或过盈配合；对于被连接件之间需要相对移动的，其工作面的配合应可保持适当间隙；最好能够补偿使用过程中因形变、磨损等产生的间隙。目前现有的键结构中，除如GB/T1563、GB/T1564、GB/T1565和GB/T1974楔键外，其余的键结构均难以实现这个要求。

2)便于反复安装与拆卸，在需要维护维修或频繁更换的结构中尤其如此。这要求键联接结构在装拆时应能具有适当的配合间隙；而一旦零件材料产生腐蚀或烧结时，键零件能够在需要时产生一定的变形将有助于拆卸。对于现有的键结构(除如GB/T1565钩头楔键外)，这个要求恰好与要求1形成两难选择；GB/T1563、GB/T1564、和GB/T1974楔键则由于其工作斜面的自锁而难以拆卸。

3)最优的工作面结构。作为主要传递扭矩的结构，承受压力的键的两侧面无疑是最优的工作面。GB/T1563、GB/T1564、GB/T1565和GB/T1974楔键以上下工作面产生的摩擦力来传递扭矩显然并非最优。

4)对结构的安装精度负面影响最小。如前所述，GB/T1563、GB/T1564、GB/T1565和GB/T1974楔键导致轴与毂的配合偏心和偏斜以及毂件的失圆变形。

5)便于制造，成本低廉。除希望键本身便于制造外，对其所应用结构的相关零件的结构设计及制造的要求也应尽可能降低。现有以侧面为工作面的键联接中，均以提高键及相关零件的工作面的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度甚至零件材料的要求以期平衡上述1、2条要求；而以上下面为工作面的GB/T1563、GB/T1564、GB/T1565和GB/T1974楔键，如何保证相关零件的斜面制造精度也并非容易。GB/T1565钩头楔键则由于钩头的外露需要安装保护罩，GB/T1974切向楔键则导致相关结构的复杂化和尺寸的增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种可实现工作时无间隙(直至过盈)，间隙可调节和补偿，侧面传递扭矩的弹性楔键。可应用于圆周向、端面以及其它可安装键联接的工作面；易于拆装，易于制造，很少甚至基本不改变被联接零件现有的结构，大大提高联接结构的精度、寿命和使用便利性，在机械设计制造中拥有非常广阔的使用范围和前景。本实用新型不仅节省空间、成本低、使用安全、操作方便，使用寿命长。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的弹性楔键，包括有键体、键楔，其中键体的中部做出有楔形槽，键楔的形状与键体做出的楔形槽的形状相对应，键楔置于键体做出的楔形槽内，键体的楔形槽的两内侧斜面与键楔的两外侧斜面接触，角度相同。

上述键体的两外侧面为直面，轴上键槽也为直侧面，键体的底部与轴上键槽的底部贴合。

上述键体的长度与轴上键槽的长度相同。

上述键楔的底部与键体的楔形槽的内底面之间的间隙A为0.2～1mm；键体做出的楔形槽的内楔角度及键楔的楔角为15～30°，楔形槽的两内楔面之间的角度及键楔的两外楔面之间的角度夹角为30～60°。

上述键体的两外侧面下部为斜面，键体两外侧上部为直面，斜面与轴上的楔形键槽的两斜面接触，键体两外侧上部的直面与毂上的直形键槽两侧面配合。

上述键体两外侧下半部的斜面的斜角为10～15°，键体两外侧下半部的斜面之间的夹角为20～30°。

上述键楔的底部与键体的楔形槽的内底面之间的间隙A为0.2～1mm。

上述键体的底部与轴上的楔形键槽的底部之间的间隙B为0.2～0.5mm。

上述键体的长度比轴上键槽的长度短0.2～0.5mm。

上述键体做出的楔形槽的内楔角度及键楔的楔角为15～30°，楔形槽的两内楔面之间的角度及键楔的两外楔面之间的角度夹角为30～60°。

本实用新型由于采用包括有键体及键楔，其中键体的中部做出有楔形槽，键楔的形状与键体做出的楔形槽的形状相对应，键楔置于键体做出的楔形槽内的结构，本实用新型弹性楔键不仅满足键联接的功能要求，保持了现有键联接的优点，还有效地克服现有键联接结构以上的缺点，解决现有键联接结构以上所述的难点，可实现工作时无间隙(直至过盈)，间隙可调节和补偿，侧面传递扭矩；可应用于圆周向、端面以及其它可安装键联接的工作面；易于拆装，易于制造，很少甚至基本不改变被联接零件现有的结构，大大提高联接结构的精度、寿命和使用便利性，在机械设计制造中拥有非常广阔的使用范围和前景。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的弹性楔键。

附图说明

图1-1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图1-2为图1-1的结构分解图；

图2-1为本实用新型实施例2的结构示意图；

图2-2为图2-1的结构分解图；

图3为本实用新型实施例1实际安装的结构示意图；

图4为本实用新型实施例1安装过程的结构示意图；

图5为本实用新型实施例2实际安装的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

本实用新型的结构示意图如图1-1、图1-2所示，本实用新型的弹性楔键，包括有键体1、键楔2，其中键体1的中部做出有楔形槽11，键楔2的形状与键体1做出的楔形槽11的形状相对应，键楔2置于键体1做出的楔形槽11内，键体1的楔形槽11的两内侧斜面与键楔2的两外侧斜面接触，角度相同。

上述键体1的两外侧面12为直面，轴3上键槽也为直侧面，键体1的底部与轴3上键槽的底部贴合。

上述键体1的长度与轴3上键槽的长度相同。

上述键楔2的底部与键体1的楔形槽11的内底面之间的间隙A为0.2～1mm；键体1做出的楔形槽11的内楔角度及键楔2的楔角为15～30°，楔形槽11的两内楔面之间的角度及键楔2的两外楔面之间的角度夹角为30～60°。键体1做出的楔形槽11的内楔角是楔形键设计的关键之一，斜面角度较小时，只需较小的压力即可压紧，但容易导致键整体高度尺寸不易控制，以及在零件磨损、变形后的补偿调节范围减小，尤其是当内楔角度小于零件材料之间的摩擦角时，会导致压紧后零件的自锁，在松开紧定螺钉后零件之间不能自动松脱而导致拆卸的困难。同时过小的角度也会导致键楔的宽度过小。而过大的角度会导致所需紧定压力增大，增大轴与轮毂的偏心，而且需要更大的紧定螺钉和毂零件的壁厚。本实施例中，键体1做出的楔形槽11的内楔角度及键楔2的楔角为20°。

本实用新型用于对工作中已有的轴零件，尤其是电机、减速箱之类的标准零部件而言，其轴上的键槽已经制成直侧面。直侧面的弹性内楔键就是为使弹性楔形键技术同样可以适用于这部分产品而无需更改它们。图3为由电机、轮零件副通过弹性内楔键组成的联接结构，实际上，组合后的弹性内楔键的外形形状和尺寸与现有标准平键完全相同，这也是弹性内楔键可以直接替代现有标准平键的原因(除极少部分不能增加紧定螺钉的毂零件外)。弹性内楔键安装在轴上时，键体的底部与轴上键槽的底部贴合，工作面仍然是两侧面。与轴上键槽的配合不应低于国标或相关行业应用的要求。弹性双楔键的的长度也无需小于键槽长度。当被紧定螺钉5压紧时，由于键体1张开的变形部分会延伸到埋入轴3上键槽内的键体部分，因此，在压紧时仍然能够部分消除和补偿键体与轴上键槽之间的间隙。紧定螺钉5的外端还装设有防松螺钉6。

用于固定联接时，由于键与被联接的零件间的间隙在使用中被消除甚至产生过盈，从而大大降低了使用中因配合间隙导致的冲击对材料的损坏，而在拆装过程中又能形成配合间隙，从而大大降低了装拆过程中对零件的磨损和损坏，而且由于间隙可以调节补偿，即使因为磨损、变形产生的不适当的间隙或过盈都能调节和补偿，因此对键的材料要求(主要是硬度、剪切强度)低于现有标准键材料的要求。采用的材料仍然与现有国标平键的材料相同，但使得采用其它材料(如工程塑料、有色金属)的可能性大大增加。推荐采用45#、40Cr等调质钢(调质处理)或65Mn等弹簧钢。

实施例2：

本实用新型的结构示意图如图2-1、图2-2所示，本实用新型与实施例1的不同之处在于上述键体1的两外侧下部为斜面13，键体1两外侧上部为直面14，斜面13与轴3上的楔形键槽的两斜面接触，键体1两外侧上部的直面14与毂4上的直形键槽两侧面配合。

上述键体1两外侧下部的斜面13的斜角为10～15°，键体1两外侧下部的斜面13之间的夹角为20～30°。本实施例中，键体1两外侧下部的斜面13之间的夹角为25°。

上述键楔2的底部与键体1的楔形槽11的内底面之间的间隙A为0.2～1mm。本实施例中，键楔2的底部与键体1的楔形槽11的内底面之间的间隙A为0.5mm。该调节补偿间隙是使压紧键楔2时使键体1张开的调节空间，也是内楔面磨损后的补偿空间。空间过小导致调节补偿裕量不足，空间过大则导致键体1底部强度不足，或键楔2插入深度不足而导致滑移。

上述键体1的底部与轴上的楔形键槽的底部之间的间隙B为0.2～0.5mm。本实施例中，键体1的底部与轴上的楔形键槽的底部之间的间隙B为0.35mm。

上述键体1的长度比轴上键槽的长度短0.2～0.5mm。本实施例中，键体1的长度比轴3上键槽的长度短0.3mm。当轴3上键槽为两端封闭式键槽时，键体的长度应略小于轴上键槽的长度，这是因为当需要补偿轴3上键与轴工作面的间隙时，键体1将更多地楔入轴3内，如果键体1的长度与键槽相同时，键两端的圆锥与键槽两端的圆锥贴合将阻碍这种补偿。根据可补偿的调节范围及选择的斜角来确定这个长度差。经过测试，由于压紧后零件之间(键与轴、键体与键楔)被锁闭，因此这个长度差不会对使用产生不良影响。

上述键体1做出的楔形槽11的内楔角度及键楔2的楔角为15～30°，楔形槽11的两内楔面之间的角度及键楔2的两外楔面之间的角度夹角为30～60°。本实施例中，上述键体1做出的楔形槽11的内楔角度及键楔2的楔角为20°，楔形槽11的两内楔面之间的角度及键楔2的两外楔面之间的角度夹角为40°。

本实施例中，键体两内侧斜面与键楔的两外侧斜面接触工作，角度相同，键体两外侧下半部的斜面与轴上的楔形键槽的两斜面接触工作，键体两外侧上方的直面与毂上的直形键槽两侧面配合工作。由于键体的内、外侧均有楔形工作面，故称双楔键。而通过压紧使键体产生弹性形变从而胀紧消除配合间隙，故称弹性双楔键。键与轴3、毂4安装联接后，通过毂4上的紧定螺钉5(这是必须的)压紧键楔2(不可压住键体1)，从而将键体1的两外侧下方斜面与轴1上键槽的两侧斜面压紧形成键-轴无间隙工作面，同时键楔2与键体1之间的两侧斜面受压将键体在宽度方向上张开，键体1两外侧上方的直面与毂键槽的两侧面之间的间隙被减小直至消除和产生过盈。采用合理的斜面角度、零件尺寸及施以合理的紧定螺钉拧紧力矩，可以获得所需的键与毂键槽工作面的间隙、无间隙直至过盈配合。而键与轴上的键槽则是两侧斜面无间隙楔合。

安装后，键楔2下方与键体1、键体1下方与轴2上键槽底部、键体1和键楔2上方与毂4键槽底部之间因为不是工作面而均留有间隙。同时这些间隙也成为补偿调节工作间隙的空间。

工作时，键体1与轴3上键槽的工作斜面的角度使得施加在轴工作面上的法向应力向着材料更多的部分倾斜，这也有助于提高轴的承载力。零件进行拆装时，拧松紧定螺钉5，键体1与键楔2、键体1与轴3自动松动，键体1与毂4之间也因为键体1的回弹产生间隙，从而使得拆装非常方便。

零件组装后，调节紧定螺钉4的行程和扭矩，即可获得所需的工作间隙或紧固。虽然键联接在压紧后会对紧定螺钉产生轴向的压力从而在一定程度上起到防松的作用，但在一些重要或工况恶劣的情况下，为防止紧定螺钉5的松动，仍然建议对紧定螺钉5进行防松处理，如在紧定螺钉5的外端还装设有防松螺钉6。

当键的宽度尺寸较小(5mm以下)且载荷和冲击较轻时，可以取消键楔2，而用压紧螺钉的锥端直接与键体的内侧斜面配合，也可将键体的内侧斜面改为圆锥面以增大接触面积，但此时要注意键长度较长(长宽比≥8)时，应沿长度方向增加压紧螺钉的数量以使压力平均，避免偏斜。

由于工作间隙可调节和补偿，因此采用弹性双楔键对于键本身以及被联接零件键槽的尺寸公差以及形位公差、表面粗糙度的要求都低于采用现有标准键的要求。理论上，只要在能够补偿调节范围内的实体尺寸(如键体、键槽宽度)都能够正常使用。以宽度尺寸(键体或键槽)而言，经测试，误差在名义尺寸+/-5％以内的零件都可以正常使用。在很多情况下，只需对键进行修配就能使其获得更大的调节范围而无需修整被联接的零件，这无疑大大提高了制造成本相对较高的被联接零件的使用寿命从而大大降低了使用和维护成本。

实际上，该弹性双楔键在组合后，其长度、宽度及高度尺寸与现有国家标准平键同规格的尺寸相同，只是轴上键槽为楔形键槽，而毂上的键槽则与现有标准键槽完全相同。由于目前很多情况下采用现有标准平键的毂零件为实施轴向定位也会采用紧定螺钉，因此压紧弹性双楔键所需的紧定螺钉并未增加额外的工作。

本实用新型加工制造，对于单件或小批量制造弹性双楔键，其键体的外侧斜面可用成型铣刀(铣床)、刨刀(刨床)、线切割等加工(A型键和C型键端头的圆锥部分用成型铣刀或钳工加工)。键体内侧斜面可与键楔一起用线切割加工；毂上的键槽以及采用内楔键的轴上键槽加工方法与现行的方法相同；采用双楔键的轴上的楔形键槽采用成型铣刀或电火花加工。对于大批量加工，键体和键楔均可采用模锻等方法成型(工程塑料可采用注塑等方法直接完成加工)，再经精加工后完成。本实用新型可应用于需要严格控制配合键联接间隙的精密传动，或用于间歇运动机构、频繁起停、变速、正/反向运行、有振动和冲击、环境温度差异较大或结构温升较高、有腐蚀或粉尘、需要经常拆装的键联接结构，等等。如步进式不干胶贴标机标签驱动辊传动联接、步进式分度盘机构等。如弹性双楔键用于送标器的标签驱动辊和收卷辊的传动联接中(步进运动)，取代一般设计中采用的平键联接，完全消除了键联接的间隙，使同等条件下的停标精度提高40％～100％，而且很容易拆装。

Claims

1.一种弹性楔键，其特征在于包括有键体(1)、键楔(2)，其中键体(1)的中部做出有楔形槽(11)，键楔(2)的形状与键体(1)做出的楔形槽(11)的形状相对应，键楔(2)置于键体(1)做出的楔形槽(11)内，键体(1)的楔形槽(11)的两内侧斜面与键楔(2)的两外侧斜面接触，角度相同。

2.根据权利要求1所述的弹性楔键，其特征在于上述键体(1)的两外侧面(12)为直面，轴(3)上键槽也为直侧面，键体(1)的底部与轴(3)上键槽的底部贴合。

3.根据权利要求2所述的弹性楔键，其特征在于上述键体(1)的长度与轴(3)上键槽的长度相同。

4.根据权利要求1至3任一项所述的弹性楔键，其特征在于上述键楔(2)的底部与键体(1)的楔形槽(11)的内底面之间的间隙A为0.2～1mm；键体(1)做出的楔形槽(11)的内楔角度及键楔(2)的楔角为15～30°，楔形槽(11)的两内楔面之间的角度及键楔(2)的两外楔面之间的角度夹角为30～60°。

5.根据权利要求1所述的弹性楔键，其特征在于上述键体(1)两外侧下部为斜面(13)，键体(1)两外侧上部为直面(14)，斜面(13)与轴(3)上的楔形键槽的两斜面接触，键体(1)两外侧上部的直面(14)与毂(4)上的直形键槽两侧面配合。

6.根据权利要求5所述的弹性楔键，其特征在于上述键体(1)两外侧下半部的斜面(13)的斜角为10～15°，键体(1)两外侧下半部的斜面(13)之间的夹角为20～30°。

7.根据权利要求5所述的弹性楔键，其特征在于上述键楔(2)的底部与键体(1)的楔形槽(11)的内底面之间的间隙A为0.2～1mm。

8.根据权利要求5所述的弹性楔键，其特征在于上述键体(1)的底部与轴上的楔形键槽的底部之间的间隙B为0.2～0.5mm。

9.根据权利要求5所述的弹性楔键，其特征在于上述键体(1)的长度比轴上键槽的长度短0.2～0.5mm。

10.根据权利要求5至9任一项所述的弹性楔键，其特征在于上述键体(1)做出的楔形槽(11)的内楔角度及键楔(2)的楔角为15～30°，楔形槽(11)的两内楔面之间的角度及键楔(2)的两外楔面之间的角度夹角为30～60°。