Keys Design क्या है? | Machine Keys Design in Hindi

Machine design में keys shafts और hubs के बीच torque transmit करने के लिए widely इस्तेमाल होते हैं। सही key का चयन और डिजाइन shaft-hub connection की safety, reliability और service life के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। इस ब्लॉग में हम keys के प्रकार, design criteria, necessary formulas और practical tips हिंदी में समझेंगे।

Keys के मुख्य प्रकार

Parallel (Sunk) Key: सबसे सामान्य; rectangular cross-section जिसमें shaft और hub में keyway बनता है।
Square Key: छोटे shafts पर उपयोगी; parallel की तरह।
Woodruff Key: अर्ध-गोल key, छोटे shafts और compact assemblies के लिए अच्छा।
Gib Head Key: removable और adjustment आसान; heavy-duty assemblies में उपयोग।
Splines: कई keys वाले continuous teeth; high torque और axial movement के लिए।
Feather Key / Sliding Key: axial movement की अनुमति देने वाले designs के लिए।

Key Design के लिए जरूरी Parameters

Transmitted torque, T (N·m)
Shaft diameter, d (mm)
Key dimensions (width b, height h)
Face width (length of key engaged), L (mm)
Material allowable shear stress, τ_allow (N/mm²)
Material allowable crushing (bearing) stress, σ_c_allow (N/mm²)

Design Formulas (Basic)

Parallel (sunk) key के लिए सामान्य design checks दो प्रकार के stresses पर किए जाते हैं — shear और crushing (bearing):

1) Shear Strength Check

τ = T / ( (d/2) × L × b )

Design condition: τ ≤ τ_allow

2) Crushing (Bearing) Strength Check

σ = T / ( (d/2) × L × h )

Design condition: σ ≤ σ_{c_allow}

नोट: ऊपर के formulas में key पर लगने वाला transmitted force F = 2T / d लिया जाता है; और engaged area shear के लिये A_s = b × L, bearing के लिये A_b = h × L (जहां h = कुल key height या hub पर contact height as applicable)।

Standard Key Dimensions (Guideline)

ISO/ANSI standard tables के अनुसार shafts के लिए सामान्य रूप से use होने वाले key sizes (width × height) कुछ इस तरह होते हैं (shaft d के अनुसार approximate):

d = 8–12 mm → key 3×3, 4×4 आदि
d = 14–22 mm → key 5×5, 6×6 आदि
d = 24–40 mm → key 8×7, 10×8 आदि
d = 42–50 mm → key 12×8, 14×9 आदि

प्रैक्टिकल design में standard table ही follow करें ताकि manufacturing आसान रहे।

Design Steps — Practical Procedure

Required torque T और shaft speed से transmitted force F = 2T / d निकालें।
शाफ्ट diameter d के अनुसार standard key cross-section (b×h) चुनें।
Key length L चुनें — सामान्यत: L between 1.5d और 2.5d या standard table के अनुसार।
Shear stress की जाँच: τ = F / (b × L) — इसे τ_allow से तुलना करें।
Bearing/crushing stress की जाँच: σ = F / (h × L) — इसे σ_c_allow से तुलना करें।
यदि दोनों conditions पूरी नहीं होतीं तो key की length बढ़ाएँ या higher strength material चुनें या spline consider करें।
Manufacturing tolerances, keyseat fit (clearance/press fit) और fillet/edge relief का ध्यान रखें।

Material और Safety Factors

Common material: Mild steel, medium carbon steel; higher loads के लिए heat treated alloy steels।
Allowable shear/crushing stresses: design codes और material datasheets से लें (उदा. τ_allow ≈ 80–120 N/mm² for mild steel — verify)।
Dynamic or shock loads के लिए suitable service factor (1.2–2.0) apply करें।

Manufacturing और Assembly Tips

Keyseat पर sharp corners न रखें — stress concentration घटाने के लिये chamfer/fillet रखें।
Woodruff key के साथ compact assemblies और accurate centering मिलते हैं — पर load capacity कम होती है।
Gib-head keys removable applications के लिए उपयोग करें जहाँ frequent disassembly हो।
Spline use करें जब high torque और axial movement दोनों की आवश्यकता हो।

Example (Short)

यदि आप चाहें तो मैं एक numerical example भी जोड़ सकता हूँ — जहाँ दिया गया torque, shaft diameter के लिए step-by-step key width, height और length का calculation करके दिखाऊँ।

निष्कर्ष

Keys design एक simple लेकिन critical machine design task है। सही standard dimension, material और stress checks (shear & bearing) करके आप सुरक्षित और reliable shaft-hub connections बना सकते हैं। बड़े या shock-loaded applications में spline या taper-lock solutions पर विचार करें।