Feller de fleste industrielle kraftoverføringer og lineære bevegelsesapplikasjoner, a 1045 middels karbonstålskaft med induksjonsherdet overflatehardhet på 55 HRC og en h6 diametertoleranse gir den optimale balansen mellom styrke, slitestyrke og kostnad. En 25 mm aksel produsert etter denne spesifikasjonen overfører et kontinuerlig dreiemoment på 210 Nm , opprettholder en retthet av 0,05 mm per meter , og går typisk i kulelager i over 20 000 timer før diameterslitasjen overstiger 0,01 mm.
Materialevalg og mekaniske egenskaper
Grunnmaterialet bestemmer akselens styrke, bearbeidbarhet og respons på varmebehandling. Tabellen nedenfor sammenligner de tre mest spesifiserte rund stålaksel materialer under levering og varmebehandlede forhold.
| Material | Yield Strength (MPa) | Strekkstyrke (MPa) | Typisk overflatehardhet |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (herdet og herdet) | 530 | 630 | 55-60 HRC (induksjonsherdet) |
| AISI 4140 (herdet og herdet) | 800 | 1000 | 58–62 HRC (nitrert) |
| AISI 304 rustfritt | 205 | 520 | 85 HRB (kun arbeidsherder) |
1045 gir den beste kombinasjonen av styrke og pris for standard motor- og pumpeaksler. 4140 velges når høyere kjernestyrke eller nitrering er nødvendig for store støtbelastninger. 304 rustfritt er begrenset til mat- eller korrosive miljøer der en ikke-magnetisk aksel med en flytegrense under 250 MPa er akseptabelt.
Diameter og retthetstoleranser
Toleransegraden på akseldiameteren styrer direkte lagertilpasning og utløp. De vanligste toleransegradene for roterende aksler og deres faktiske grenser for en nominell diameter på 20 mm er som følger.
- h6 : diameterområde 20.000 mm til 19.987 mm. Denne presisjonsgraden sikrer en lett presspasning med en P6-lager indre ring og opprettholder en kjørenøyaktighet på 0,005 mm TIR .
- h7 : diameterområde 20.000 mm til 19.979 mm. Brukes der en glidepasning med en liten radiell klaring er akseptabel, for eksempel på ruller på transportbånd.
- f7 : diameterområde 19.980 mm til 19.959 mm. Gir garantert klaring på 0,020 mm til 0,041 mm for applikasjoner som krever aksial glidning eller termisk ekspansjonskompensasjon.
Retthet er like kritisk. En standard rund stålaksel inntil 1 meter lang leveres typisk med en retthet på 0,05 mm per meter . Ved 2 meter dobles totalt tillatt utløp til 0,10 mm . Et skaft med en retthetsfeil utover 0,15 mm per meter induserer vibrasjonsnivåer som reduserer L10-lagerets levetid med en faktor på 40 % .
Varmebehandling og herdet kassedybde
Varmebehandling bygger en hard, slitesterk overflate samtidig som den beholder en tøff kjerne. Induksjonsherding er den dominerende prosessen for aksler med middels karbon.
Parametre for induksjonsherding
En 1045-aksel varmes opp av en høyfrekvent spole og slukkes umiddelbart. Den oppnådde saksdybden er en funksjon av frekvens og tid. En frekvens på 10 kHz og en skannehastighet på 3 mm per sekund produsere et herdet lag 1,5 til 2,0 mm dyp med en overflatehardhet på 55 til 60 HRC . Kjernen forblir kl 25 til 30 HRC , som gir høy duktilitet og motstand mot forplantning av utmattelsessprekker.
Gjennomherding versus kasseherding
Gjennomherdede 4140 aksler er bråkjølt og herdet til en jevn hardhet på 28-32 HRC . Dette gir en flytegrense over 700 MPa i hele tverrsnittet. For ekstrem slitasje karboniseres akselherdede lavkarbonstålskafter (f.eks. 20MnCr5) til et overflatekarboninnhold på 0,8 % og herdet til 60-62 HRC med en saksdybde på 0,8-1,2 mm .
Overflatebehandling og korrosjonsbeskyttelse
Akseloverflaten påvirker tetningens levetid og friksjon direkte. En bakkefinish av Ra 0,4 til 0,8 µm er standard for bærende seter. For roterende akseltetninger, en finish på Ra 0,2 til 0,4 µm med en legging vinkelrett på rotasjonsretningen forhindrer lekkasje. En enkelt dykkslipt aksel som møtte Ra 0,2 µm forlenget tetningens levetid fra 3000 timer til over 8000 timer i en girkassetest.
Korrosjonsbeskyttelse legges til når sjakter utsettes for fuktighet eller kjemikalier. De mest effektive alternativene er:
- Hardkrombelegg med en tykkelse på 20-50 µm og en hardhet på 850-1000 HV. Den motstår 96-timers saltspray uten rødrust og er slipbar.
- Elektroløs nikkelbelegg gir uniform 10-25 µm belegg som ikke endrer utmattelsesstyrken. Den foretrekkes for komplekse sjakter på grunn av dens jevne avsetningsprofil.
- Svart oksid gir minimal korrosjonsbeskyttelse (mindre enn 24 timer saltspraymotstand), men gir en dekorativ finish og beholder olje for korttidslagring.
Lastekapasitet og applikasjonsspesifikk design
Dreiemomentkapasiteten til en rund stålaksel beregnes ut fra skjærflytegrensen. For en 1045 aksel med en flytegrense på 530 MPa og en diameter på 30 mm, er den fullt reversible dreiemomentkapasiteten i henhold til teorien om maksimal skjærspenning 450 Nm . Når et kilespor legges til, synker dreiemomentkapasiteten med ca 25 % på grunn av spenningskonsentrasjonsfaktoren på 2,5 ved kilesporhjørnet.
For lineære bevegelsesaksler i kulegjennomføringssystemer skal overflatehardheten være minst 58 HRC for å forhindre brinelling under ballkontaktbelastningen, som kan overstige 2500 MPa . En induksjonsherdet 1045 aksel med en minste kassedybde på 1,5 mm oppfyller dette kravet, mens en uherdet aksel vil ha et slitespor innenfor 1000 km reise .
Installasjon passer og lagerenhet
Riktig aksel-til-lager-pasning forhindrer slitasjekorrosjon og opprettholder den indre lagerklaringen. De anbefalte tilpasningene for standardapplikasjoner er som følger.
- For roterende aksel med stasjonært hus: akseltoleranse j6 for lett belastning, k6 for normal belastning, og m6 for store støtbelastninger. En m6 passform på en 25 mm aksel gir en interferens på 0,008 mm til 0,025 mm .
- For en stasjonær aksel med roterende hus: akseltoleranse g6 or h6 brukes til å tillate aksial justering samtidig som radiell plassering opprettholdes.
- Varm alltid lagerets indre ring til 80-100 grader C bruk en induksjonsvarmer før du skyver den på skaftet. Kaldpressing uten oppvarming kan risse akseltappen og redusere interferensgrepet med 15 % .
