Useimpiin teollisiin voimansiirto- ja lineaariliikesovelluksiin a 1045 keskikokoinen hiiliteräsakseli, induktiokarkaistu pinnan kovuus 55 HRC ja halkaisijatoleranssi h6 tarjoaa optimaalisen tasapainon lujuuden, kulutuskestävyyden ja kustannusten välillä. Tämän spesifikaation mukaan valmistettu 25 mm:n akseli välittää jatkuvan vääntömomentin 210 Nm , säilyttää sutaiuuden 0,05 mm per metri , ja tyypillisesti pyörii kuulalaakereissa yli 20 000 tuntia ennen kuin halkaisijan kuluminen ylittää 0,01 mm.
Materiaalin valinta ja mekaaniset ominaisuudet
Pohjamateriaali määrää akselin lujuuden, työstettävyyden ja lämpökäsittelyvasteen. Alla olevassa taulukossa verrataan kolmea laajimmin määriteltyä pyöreä teräsakseli materiaalit toimitetuissa ja lämpökäsitellyissä olosuhteissa.
| Materiaali | Myönnön vahvuus (MPa) | Vetolujuus (MPa) | Tyypillinen pinnan kovuus |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (karkaistu ja karkaistu) | 530 | 630 | 55-60 HRC (induktiokarkaistu) |
| AISI 4140 (karkaistu ja karkaistu) | 800 | 1000 | 58-62 HRC (nitrattu) |
| AISI 304 ruostumaton | 205 | 520 | 85 HRB (vain työ kovettuu) |
1045 tarjoaa parhaan yhdistelmän lujuutta ja kustannuksia tavallisille moottori- ja pumppuakseleille. 4140 valitaan, kun suuria iskukuormituksia varten tarvitaan suurempaa sydämen lujuutta tai nitrausta. 304 ruostumaton teräs on rajoitettu elintarvikekäyttöön tai syövyttäviin ympäristöihin, joissa ei-magneettinen akseli, jonka myötöraja on alle 250 MPa on hyväksyttävää.
Halkaisijan ja suoruuden toleranssit
Akselin halkaisijan toleranssiluokka ohjaa suoraan laakerin sovitusta ja juoksua. Yleisimmät pyörivien akselien toleranssiluokat ja niiden todelliset rajat nimellishalkaisijalle 20 mm ovat seuraavat.
- h6 : halkaisijaalue 20 000 mm - 19 987 mm. Tämä tarkkuuslaatu varmistaa kevyen puristussovituksen P6-laakerin sisärenkaalla ja säilyttää ajotarkkuuden 0,005 mm TIR .
- h7 : halkaisijaalue 20 000 mm - 19 979 mm. Käytetään paikoissa, joissa liukukiinnitys pienellä säteittäisellä välyksellä on hyväksyttävä, kuten kuljettimen välirullissa.
- f7 : halkaisijaalue 19,980 mm - 19,959 mm. Tarjoaa taatun puhdistuksen 0,020 mm - 0,041 mm sovelluksiin, jotka vaativat aksiaalista liukumista tai lämpölaajenemisen kompensointia.
Suoruus on yhtä tärkeää. Normaali pyöreä teräsakseli, jonka pituus on enintään 1 metri, toimitetaan tyypillisesti suoruudella 0,05 mm per metri . 2 metrin kohdalla suurin sallittu juoksumäärä kaksinkertaistuu 0,10 mm . Akseli, jonka suoruusvirhe sen ulkopuolella 0,15 mm per metri aiheuttaa tärinätasoja, jotka vähentävät L10-laakerien käyttöikää kertoimella 40 % .
Lämpökäsittely ja kovetetun kotelon syvyys
Lämpökäsittely rakentaa kovan, kulutusta kestävän pinnan säilyttäen samalla sitkeän ytimen. Induktiokarkaisu on hallitseva prosessi keskihiilisille akseleille.
Induktiokarkaisuparametrit
1045-akselia lämmitetään korkeataajuisella käämillä ja sammutetaan välittömästi. Saavutettu tapauksen syvyys on taajuuden ja ajan funktio. Taajuus 10 kHz ja skannausnopeus 3 mm sekunnissa tuottaa kovetetun kerroksen 1,5-2,0 mm syvä ja pintakovuus 55-60 HRC . Ydin pysyy 25-30 HRC , joka tarjoaa korkean sitkeyden ja kestävyyden väsymishalkeamien leviämistä vastaan.
Läpikarkaisu vs. kotelon karkaisu
Läpikarkaistut 4140-akselit karkaistaan ja karkaistaan tasaiseksi 28-32 HRC . Tämä antaa myötölujuuden edellä 700 MPa koko poikkileikkauksen ajan. Äärimmäistä kulumista varten kotelokarkaistut vähähiiliset teräsakselit (esim. 20 MnCr5) hiiletään pintahiilipitoisuuteen 0,8 % ja kovettunut siihen 60-62 HRC kotelon syvyydellä 0,8-1,2 mm .
Pintojen viimeistely ja korroosiosuojaus
Akselin pinnan viimeistely vaikuttaa suoraan tiivisteen käyttöikään ja kitkaan. Maastettu viimeistely Ra 0,4 - 0,8 µm on vakiona laakeripesissä. Pyörivien akselien tiivisteisiin, viimeistely Ra 0,2 - 0,4 µm Pyörimissuuntaan nähden kohtisuorassa asetelma estää vuodot. Yksittäinen upotus-maa-akseli, joka kohtaa Ra 0,2 µm, pidensi tiivisteen käyttöikää alkaen 3000 tunnista yli 8000 tuntiin vaihdelaatikon testissä.
Korroosiosuoja lisätään, kun akselit ovat alttiina kosteudelle tai kemikaaleille. Tehokkaimmat vaihtoehdot ovat:
- Kova kromipinnoite jonka paksuus on 20-50 µm ja kovuus 850-1000 HV. Se kestää 96 tunnin suolasumua ilman punaruostetta ja on uudelleenhiontattavissa.
- Sähkötön nikkelipinnoitus tarjoaa univormua 10-25 µm pinnoite, joka ei muuta väsymislujuutta. Sitä suositellaan monimutkaisille akseleille tasaisen kerrosprofiilinsa vuoksi.
- Musta oksidi tarjoaa minimaalisen korroosiosuojan (alle 24 tuntia suolaroiskeenkestävyys), mutta antaa koristeellisen viimeistelyn ja säilyttää öljyn lyhytaikaista varastointia varten.
Kantavuus ja sovelluskohtainen suunnittelu
Pyöreän teräsakselin vääntömomenttikapasiteetti lasketaan leikkausmyötölujuudesta. 1045 akselille, jonka myötöraja on 530 MPa ja halkaisija 30 mm, maksimileikkausjännitysteorian mukainen täysin käännettävä vääntömomenttikapasiteetti on 450 Nm . Kun kiilaura lisätään, vääntömomentin kapasiteetti laskee noin 25 % johtuen kiilauran kulman jännityskeskittymiskertoimesta 2,5.
Palloholkkijärjestelmien lineaariliikeakseleiden pinnan kovuuden on oltava vähintään 58 HRC estämään suolaantuminen pallon kosketusjännityksen alla, joka voi ylittää 2500 MPa . Induktiokarkaistu 1045-akseli, jonka kotelon vähimmäissyvyys on 1,5 mm, täyttää tämän vaatimuksen, kun taas karkaisemattomassa akselissa on kulumisura 1000 km matkaa .
Asennussovitukset ja laakerikokoonpano
Oikea akselin ja laakerin välinen sovitus estää naarmuuntuvan korroosion ja säilyttää sisäisen laakerin välyksen. Suositellut sovitukset vakiosovelluksiin ovat seuraavat.
- Pyörivälle akselille kiinteällä kotelolla: akselin toleranssi j6 kevyille kuormille, k6 normaaleille kuormille ja m6 raskaille iskukuormille. M6-sovitus 25 mm:n akseliin aiheuttaa häiriön 0,008 mm - 0,025 mm .
- Kiinteälle akselille, jossa on pyörivä kotelo: akselin toleranssi g6 or h6 käytetään mahdollistamaan aksiaalinen säätö säilyttäen samalla säteittäinen sijainti.
- Kuumenna aina laakerin sisärengas 80-100 astetta C käyttämällä induktiolämmitintä ennen kuin liu'utat sen akselille. Kylmäpuristus ilman lämmitystä voi naarmuttaa akselitappia ja vähentää pitoa 15 % .
