A legtöbb ipari erőátviteli és lineáris mozgási alkalmazáshoz a 1045 közepes szénacél tengely indukciósan edzett felületi keménységgel 55 HRC és h6 átmérőtűréssel optimális egyensúlyt biztosít az erő, a kopásállóság és a költségek között. Az ennek a specifikációnak megfelelő 25 mm-es tengely folyamatos nyomatékot ad át 210 Nm , megőrzi az egyenességét 0,05 mm méterenként , és jellemzően golyóscsapágyakban fut tovább 20.000 óra mielőtt az átmérő kopása meghaladja a 0,01 mm-t.
Anyagválasztás és mechanikai tulajdonságok
Az alapanyag határozza meg a tengely szilárdságát, megmunkálhatóságát és hőkezelési reakcióját. Az alábbi táblázat a három legszélesebb körben meghatározottat hasonlítja össze kerek acél tengely anyagokat a szállított és hőkezelt körülmények között.
| Anyag | Hozamszilárdság (MPa) | Szakítószilárdság (MPa) | Tipikus felületi keménység |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (hűtött és temperált) | 530 | 630 | 55-60 HRC (indukciósan edzett) |
| AISI 4140 (edzett és temperált) | 800 | 1000 | 58-62 HRC (nitridált) |
| AISI 304 rozsdamentes | 205 | 520 | 85 HRB (csak a munka megkeményedik) |
Az 1045 a szilárdság és a költség legjobb kombinációját biztosítja a szabványos motvagy- és szivattyútengelyekhez. A 4140 akkor van kiválasztva, ha nagyobb magszilárdság vagy nitridálás szükséges nagy lökésterheléshez. A 304 rozsdamentes az élelmiszer-minőségű vagy korrozív környezetre korlátozódik, ahol nem mágneses tengely folyáshatár alatt van 250 MPa elfogadható.
Átmérő- és egyenességi tűrés
A tengelyátmérő tűrési fokozata közvetlenül szabályozza a csapágy illeszkedését és kifutását. A forgó tengelyek leggyakoribb tűrési fokozatai és tényleges határértékei 20 mm névleges átmérő esetén a következők.
- h6 : átmérő tartomány 20.000 mm és 19.987 mm között. Ez a precíziós minőség biztosítja a könnyű préselést a P6 csapágy belső gyűrűjével, és fenntartja a futási pontosságot 0,005 mm TIR .
- h7 : átmérő tartomány 20.000 mm és 19.979 mm között. Ott használatos, ahol elfogadható a csúszó illesztés enyhe radiális hézaggal, például a szállítószalag szabad görgőinél.
- f7 : átmérő tartomány 19,980 mm és 19,959 mm között. Garantált engedélyt biztosít 0,020 mm és 0,041 mm között axiális csúszást vagy hőtágulás kompenzációt igénylő alkalmazásokhoz.
Az egyenesség ugyanolyan kritikus. A szabványos, legfeljebb 1 méter hosszú, kerek acél tengelyt jellemzően egyenes egyenességgel szállítják 0,05 mm méterenként . 2 méternél a teljes megengedett kifutás megduplázódik 0,10 mm . Egy tengely, amelyen túl egy egyenességi hiba van 0,15 mm méterenként olyan rezgésszintet indukál, amely az L10 csapágy élettartamát egy tényezővel csökkenti 40% .
Hőkezelés és keményített tok mélysége
A hőkezelés kemény, kopásálló felületet hoz létre, miközben megtartja a kemény magot. Az indukciós edzés a domináns eljárás a közepes széntartalmú tengelyeknél.
Indukciós keményedési paraméterek
Az 1045-ös tengelyt nagyfrekvenciás tekercs melegíti fel, és azonnal lehűti. Az elért esetmélység a gyakoriság és az idő függvénye. A gyakorisága 10 kHz és a pásztázási sebesség 3 mm másodpercenként kemény réteget készítenek 1,5-2,0 mm mély, felületi keménységgel 55-60 HRC . A mag itt marad 25-30 HRC , amely nagy rugalmasságot és ellenállást biztosít a kifáradásos repedések terjedésével szemben.
Az átkeményedés versus a tokok keményítése
Az átedzett 4140-es tengelyek egyenletes keménységűre vannak hűtve és temperálva. 28-32 HRC . Ez a fenti folyáshatárt adja 700 MPa az egész keresztmetszetben. Az extrém kopás érdekében a edzett alacsony széntartalmú acél tengelyeket (pl. 20 MnCr5) a felületi széntartalomra karburizálják. 0,8% és megedzett 60-62 HRC a tokmélységgel 0,8-1,2 mm .
Felületkezelés és korrózióvédelem
A tengely felülete közvetlenül befolyásolja a tömítés élettartamát és a súrlódást. A talaj befejezése Ra 0,4-0,8 µm alapfelszereltség a csapágyülésekhez. A forgótengely tömítéseknél a simítás a Ra 0,2-0,4 µm a forgásirányra merőleges fekvéssel megakadályozza a szivárgást. Egyetlen merülő-földelt tengely, amely Ra 0,2 µm-rel találkozik, meghosszabbította a tömítés élettartamát 3000 óra és több mint 8000 óra között sebességváltó tesztben.
A korrózióvédelmet akkor egészítik ki, ha a tengelyek nedvességnek vagy vegyszereknek vannak kitéve. A leghatékonyabb lehetőségek a következők:
- Kemény krómozás vastagságával 20-50 µm és 850-1000 HV keménységű. Ellenáll a 96 órás sópermetnek vörös rozsda nélkül, és újraköszörülhető.
- Elektromos nikkelezés egyenruhát biztosít 10-25 µm bevonat, amely nem változtatja meg a kifáradási szilárdságot. Egyenletes lerakódási profilja miatt összetett tengelyekhez előnyös.
- Fekete oxid minimális korrózióvédelmet nyújt (kevesebb, mint 24 óra sópermettel szembeni ellenállás), de dekoratív felületet biztosít és megtartja az olajat a rövid távú tároláshoz.
Terhelhetőség és alkalmazás-specifikus kialakítás
A köracél tengely nyomatékkapacitását a nyírási folyáshatárból számítjuk ki. 1045-ös tengelyhez, melynek folyáshatára: 530 MPa és 30 mm átmérőjű, a maximális nyírófeszültség elmélete szerinti teljesen megfordítható nyomatékkapacitás 450 Nm . Reteszhorony hozzáadásával a nyomatékkapacitás hozzávetőlegesen csökken 25% a 2,5-ös feszültségkoncentrációs tényező miatt a kulcshorony sarkánál.
Golyós perselyrendszerekben lévő lineáris mozgású tengelyeknél a felületi keménységnek legalább legalábbisnek kell lennie 58 HRC hogy megakadályozzák a golyós érintkezési feszültség alatti szikrázást, amely meghaladhatja 2500 MPa . Az indukciósan edzett 1045-ös tengely legalább 1,5 mm-es házmélységgel megfelel ennek a követelménynek, míg az edzetlen tengelyen belül kopóhorony látható. 1000 km út .
Beépítési illesztések és csapágyszerelvény
A megfelelő tengely-csapágy illeszkedés megakadályozza a korróziót és fenntartja a belső csapágyhézagot. A szabványos alkalmazásokhoz ajánlott illeszkedések a következők.
- Állóházas forgó tengelyhez: tengelytűrés j6 könnyű terhelésekhez, k6 normál terhelésekhez, ill m6 nagy lökésterheléshez. A 25 mm-es tengelyre való m6 illesztés interferenciát biztosít 0,008 mm és 0,025 mm között .
- Álló, forgóházas tengelyhez: tengelytűrés g6 or h6 arra szolgál, hogy lehetővé tegye a tengelyirányú beállítást a radiális helyzet megtartása mellett.
- Mindig melegítse fel a csapágy belső gyűrűjét 80-100 C fokon indukciós fűtőberendezés használatával, mielőtt a tengelyre csúsztaná. A melegítés nélküli hidegsajtolással a tengelycsap bevágása megtörténhet, és csökkentheti az interferencia-fogást 15% .
