CN201588846U - 板柱键 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种板柱键，包括板键和柱键，板键上、下两表面均为多峰结构(峰-谷状面)，至少一个柱键穿过板键，柱键上、下两端分别伸出板键上、下两表面，本实用新型通过上、下两表面具有多峰结构的板键和柱键配合，既保证了其定位精度，又大大增加了其承剪能力，大大减少甚至消除组合结构上键孔孔边的拉应力和应力集中现象，提高键孔的疲劳抗力，从而保证了组合结构的安全。

Description

板柱键

技术领域

本实用新型涉及一种重型制造领域的子件连接键，特别涉及一种板柱键。

背景技术

当重型结构自重和尺寸过大时(如自重超过450t或尺寸大于10m)，工程上常采用组合结构，即将结构剖分为若干个子件1，然后在子件1间增设柱键4(圆键、方键、凸台、防错移块体)与子件1上相应的键孔2或键槽等镶嵌配合，以承受剪力(防止子件1间相互错移)，并且在子件1外部施加压应力σ(用螺栓或钢丝缠绕的方式)将两个或两个以上的子件1预紧固定，形成一个整体重型结构；然而，由于全部剪切载荷集中在子件1的少数几个键孔2和柱健4上，形成键孔2底面及和柱键4的B面上巨大的剪应力和圆柱面A上巨大的挤压应力，为防止键孔2被剪断及被破坏，只好加大子件1的承剪面积和柱键及键孔的直径和深度(如φ100mm-φ600mm)，大尺度的柱键与键孔的加工精度(锥度和椭圆度)较差，无法保证柱键4与键孔2的配合精度，且尺寸和重量巨大的柱键，难以在组装时精确配装，这样就严重降低了传统键配合的可靠性，更为严重的是，键孔2(键槽)在承受剪力时会发生变形(由圆形变为椭圆形)，形成孔边的巨大拉应力，引起孔边拉裂而被破坏，孔越大，此问题越严重，这就是在一般中、小型结构上柱键承剪不成问题，而在重型装备中则问题十分严重的原因；键孔2(键槽)成了组合结构中的薄弱环节，大量的工程实践证明：在机械制造，特别是重型机械结构领域，用柱键4与键孔2配合承载是十分不可靠的；在不减小承剪能力的前提下，解决传统键连接的承剪问题，减小柱键和键孔的直径，以大大降低孔边的各种应力，同时减小键孔2的深度并增加柱键和键孔的数量，以此取代传统的尺度大(直径大)、深度深、数量少(一至两枚)的柱键和键孔配合关系是一种常用的方法，但数量多的柱键和键孔配合关系，对加工精度提出了很高的要求，并增加了装配的难度，事实证明，这并不是一种解决重型结构子件1错移问题的好方案。

发明内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供了一种板柱键，该板柱键取代传统重型组合结构的柱键，可大大减少甚至消除组合结构上键孔孔边的拉应力和应力集中现象，提高子件和子件键孔的疲劳抗力，从而保证了组合结构的安全。

本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种板柱键，包括板键和柱键：其中具有承剪能力的板状键为板键，其上、下两表面均为多峰结构(峰-谷状面)，由于板柱键是通过挤压而形成镶嵌的配合关系，故不存在加工精度与装配困难的问题，板键并无键的定位功能，为此需在板键上预留孔洞，安装具有定位功能柱键(即柱状体)；至少一个柱键穿过板键，其上、下两端分别伸出板键上、下两表面并深入到子件中完成定位，形成板柱键，由于起定位作用的柱键直径很小，不会造成各种大直径柱键和键孔的危害；板键是一种表面结构，与普通键的柱键与键孔之间大尺度的配合不同，是以板键的峰顶嵌入(挤压入)子件的表面引起应力集中，且超过子件和板键材料的流动极限而形成不可逆的塑性变形，在挤入的同时，还在峰顶周围，隆起了不可恢复的阻挡结构，形成综合挤入和隆起的效果，因而产生巨大的抗剪阻力，这是一种小尺度的表面镶嵌，十分局布的应力集中，不会在子件表面上引起足以萌生并扩张裂纹的拉应力场和拉应力，从而形成可靠且牢固承剪(抗错移)的关系和优良的承剪结构。板键与子件的接触表面形成不可逆塑性挤入镶嵌的关系，从根本上就不同于粗糙表面的摩擦，它不同于表面的粘着摩擦，而是在亚微观或介观尺度形范围内形成类似键与键孔精密配合的关系，可见，板键多峰结构的特征尺度一方面大于粘着摩擦的尺度范围，另一方面又小于常规键的配合尺度，是一种中间情况，其既具有键配合的抗剪强度，又具有摩擦配合的无宏观应力集中的优点；应用本实用新型的子件接触面为正常的零件表面即可，无需作其它处理。

作为本实用新型的进一步改进，柱键穿过板键上的结构为：板键上设有至少一个柱键孔，柱键穿过该柱键孔而深入子件中。

作为本实用新型的进一步改进，柱键为圆柱形，其直径为20mm-200mm之间，柱键为定位键，其直径很小，方便加工。

作为本实用新型的进一步改进，板键上、下两表面的多峰结构的峰顶的剖面形状为类渐开线高型、类渐开线低型、圆沟谷高型和圆沟谷低型中的一种或多种的组合。

作为本实用新型的进一步改进，板键上、下两表面的多峰结构的峰顶俯视形状为八边形、六边形、四边形、三角形和圆形中的一种或多种的组合。

作为本实用新型的进一步改进，板键上、下两表面的多峰结构的波长为1.0mm-10mm，沟谷深度为0.6mm-1.2mm，沟谷宽度为0.5mm-9.9mm，峰顶宽为0.1mm-1.0mm，一般该多峰结构采用铣削加工，一片铣刀的厚度小于等于波长。

作为本实用新型的进一步改进，板键硬度高于需要其连接的子件的硬度，保证板键硬度高于子件表面硬度的方法为对板键的峰顶进行热处理，也可以在板键表面上喷涂或电镀形成硬金属层，以及选用含碳量和合金量高的材料，大大提高板键表面硬度。

本实用新型的有益技术效果是：本实用新型通过上、下两表面具有多峰结构的板键和柱键配合，既保证了其定位精度，又大大增加了其承剪能力，大大减少甚至消除组合结构上键孔孔边的拉应力和应力集中现象，提高键孔的疲劳抗力，从而保证了组合结构的安全。

附图说明

图1为传统柱键结构原理图；

图2为传统键孔受力变形示意图；

图3为传统小直径多个柱键结构原理图；

图4为挤入式挤压配合的板键结构原理图；

图5为本实用新型结构原理图；

图6为本实用新型板键挤入子件前状态图；

图7为本实用新型板键挤入子件后状态图；

图8为图7中A部放大结构示意图；

图9为圆形沟谷结构示意图；

图10为峰顶剖面结构示意图；

图11为峰顶的俯视投影示意图；

图12为本实用新型的第一种板、柱键配合形式示意图；

图13为本实用新型的第二种板、柱键配合形式示意图；

图14为本实用新型的第三种板、柱键配合形式示意图；

图15为本实用新型的第四种板、柱键配合形式示意图；

图16为本实用新型的第五种板、柱键配合形式示意图；

图17为本实用新型的第六种板、柱键配合形式示意图。

具体实施方式

实施例：一种板柱键，包括板键3和柱键4，以使用方向为基准，板键3上、下两表面均为多峰结构(峰-谷状面)，至少一个柱键4穿过板键3，柱键4上、下两端分别伸出板键3上、下两表面，加工时，在板键3的上、下表面加工(铣削或电火花加工)形成具有多种多峰的结构，由于板柱键是挤压而形成镶嵌的配合关系，故不存在加工精度与装配困难的问题，板键3并无键的定位功能，为此在板键3上预留键孔2，安装柱键4，而成为本实用新型的板柱键，由于起定位作用的柱键4直径小，不会造成各种大直径柱键4和键孔2的危害，板键3是一种表面结构，与普通键柱键4与键孔2之间大尺度配合不同，是以板键3的峰顶33嵌入(挤压入)子件1的表面，引起应力集中且超过子件1和板键3材料的流动极限而形成不可逆的塑性变形，在挤入的峰顶33周围，隆起了不可恢复的阻挡结构，从而产生巨大的抗剪阻力，这是一种小尺度的表面镶嵌，不会在子件1表面上引起足以萌生并扩张裂纹的拉应力场和拉应力集中，从而形成可靠且牢固承剪(抗错移)关系和优良的承剪结构，在板键3与子件1的接触表面间形成不可逆塑性挤入镶嵌的关系，从根本上就不同于粗糙表面的摩擦，它不同于表面的粘着摩擦，而是在亚微观或介观尺度形范围内形成类似键与键孔2精密配合的关系，可见，板键3多峰结构的特征尺度一方面大于粘着摩擦，另一方面又小于常规键的配合尺度，是一种中间情况，既具有键配合的抗剪强度，又具有摩擦配合的无宏观应力集中的优点，应用本实用新型的子件1接触面为正常的零件表面即可，无需作其它处理。

所述柱键4上、下两端分别呈对称状态伸出板键3上、下两表面，该柱键4伸出板键3上、下两表面的部分伸入到子件1的定位孔中起定位作用。

所述柱键4穿过板键3的结构为：板键3上设有至少一个键孔，柱键4插设于该键孔2内。

所述柱键4为圆柱形，其直径为20mm-200mm之间，柱键4为定位键，其直径很小，方便加工。

所述板键3上、下两表面的多峰结构的峰顶33的剖面形状为类渐开线高型331、类渐开线低型332、圆沟谷高型333和圆沟谷低型334中的一种或多种的组合。

所述板键3上、下两表面的多峰结构的峰顶33俯视形状为八边形335、六边形336、四边形337、三角形和圆形338中的一种或多种的组合。

所述板键3上、下两表面的多峰结构的波长31为1.0mm-10mm，沟谷32深度为0.6mm-1.2mm，沟谷32宽度为0.5mm-9.9mm，峰顶33宽为0.1mm-1.0mm，一般该多峰结构采用铣削加工，一片铣刀的厚度小于等于波长31，由于这是一种小尺度的表面镶嵌，不会在子件1表面上引起足以萌生并扩张裂纹的拉应力场和拉应力集中，从而形成可靠且牢固承剪(抗错移)关系和优良的承剪结构。

所述板键3硬度高于需要其连接的子件1的硬度，保证板键3硬度高于子件1表面硬度的方法为将板键3的峰顶33进行热处理，也可以在板键3表面上喷涂或电镀形成硬金属层，以及选用含碳量和合金量高的材料，以大大提高板键3表面硬度。

本实用新型的板、柱键配合形式有多种：

a、中心孔配合，方形板键、圆柱键；

b、中心孔配合，圆形板键、圆柱键；

c、双圆柱键、圆形板键；

d、双圆柱键、圆形中空板键；

e、双圆柱键、方形板键；

f、双圆柱键、方形中空板键。

Claims (7)

1.一种板柱键，其特征是：包括板键(3)和柱键(4)，板键(3)上、下两表面均为多峰结构，至少一个柱键(4)穿过板键(3)，柱键(4)上、下两端分别伸出板键(3)上、下两表面。

2.如权利要求1所述的一种板柱键，其特征是：柱键(4)穿过板键(3)的结构为：板键(3)上设有至少一个键孔(2)，柱键(4)插设于该键孔(2)内。

3.如权利要求1所述的一种板柱键，其特征是：柱键(4)为圆柱形，其直径为20mm-200mm之间。

4.如权利要求1所述的一种板柱键，其特征是：板键(3)上、下两表面的多峰结构的峰顶(33)的剖面形状为类渐开线高型(331)、类渐开线低型(332)、圆沟谷高型(333)和圆沟谷低型(334)中的一种或多种的组合。

5.如权利要求1所述的一种板柱键，其特征是：板键(3)上、下两表面的多峰结构的峰顶(33)俯视形状为八边形(335)、六边形(336)、四边形(337)、三角形和圆形(338)中的一种或多种的组合。

6.如权利要求1所述的一种板柱键，其特征是：板键(3)上、下两表面的多峰结构的波长(31)为1.0mm-10mm，沟谷(32)深度为0.6mm-1.2mm，沟谷(32)宽度为0.5mm-9.9mm，峰顶(33)宽为0.1mm-1.0mm。

7.如权利要求1所述的一种板柱键，其特征是：板键(3)硬度高于需要其连接的子件(1)的硬度。

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