Voof de meeste industriële krachtoverbrengings- en lineaire bewegingstoepassingen is a As van 1045 medium koolstofstaal met inductiegeharde oppervlaktehardheid van 55 HRC en een diametertolerantie van h6 levert de optimale balans tussen sterkte, slijtvastheid en kosten. Een volgens deze specificatie vervaardigde as van 25 mm brengt een continu koppel van 210 Nm , behoudt een rechtheid van 0,05 mm per meter , en loopt doorgaans langer dan op kogellagers 20.000 uur voordat de diameterslijtage groter is dan 0,01 mm.
Materiaalkeuze en mechanische eigenschappen
Het basismateriaal bepaalt de sterkte, bewerkbaarheid en reactie van de as op warmtebehandeling. In de onderstaande tabel worden de drie meest gespecificeerde vergeleken ronde stalen schacht materialen in de geleverde en warmtebehandelde omstandigheden.
| Materiaal | Opbrengststerkte (MPa) | Treksterkte (MPa) | Typische oppervlaktehardheid |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (geblust en getemperd) | 530 | 630 | 55-60 HRC (inductiegehard) |
| AISI 4140 (gehard en getemperd) | 800 | 1000 | 58-62 HRC (genitreerd) |
| AISI 304 roestvrij | 205 | 520 | 85 HRB (werk verhardt alleen) |
1045 biedt de beste combinatie van sterkte en kosten voor standaard motor- en pompassen. 4140 wordt gekozen wanneer een hogere kernsterkte of nitreren vereist is voor zware schokbelastingen. 304 roestvrij staal is beperkt tot voedselveilige of corrosieve omgevingen waar een niet-magnetische as met een vloeigrens lager dan 250 MPa is acceptabel.
Diameter- en rechtheidstoleranties
De tolerantiegraad op de asdiameter regelt rechtstreeks de passing en slingering van het lager. De meest voorkomende tolerantiewaarden voor roterende assen en hun werkelijke limieten voor een nominale diameter van 20 mm zijn als volgt.
- h6 : diameterbereik 20.000 mm tot 19.987 mm. Deze precisiekwaliteit zorgt voor een lichte perspassing met een P6-lagerbinnenring en handhaaft een loopnauwkeurigheid van 0,005 mm TIR .
- h7 : diameterbereik 20.000 mm tot 19.979 mm. Wordt gebruikt waar een slippassing met een kleine radiale speling acceptabel is, zoals op transportrollen.
- f7 : diameterbereik 19.980 mm tot 19.959 mm. Biedt een gegarandeerde speling van 0,020 mm tot 0,041 mm voor toepassingen waarbij compensatie van axiale verschuivingen of thermische uitzetting vereist is.
Rechtheid is net zo belangrijk. Een standaard ronde stalen as tot 1 meter lang wordt doorgaans geleverd met een rechtheid van 0,05 mm per meter . Op 2 meter verdubbelt de totaal toegestane slingering 0,10 mm . Een as met een rechtheidsfout daarbuiten 0,15 mm per meter veroorzaakt trillingsniveaus die de levensduur van de L10-lagers met een factor verminderen 40% .
Warmtebehandeling en geharde behuizingsdiepte
Warmtebehandeling zorgt voor een hard, slijtvast oppervlak terwijl de harde kern behouden blijft. Inductieharden is het dominante proces voor assen met middelmatig koolstofgehalte.
Parameters voor inductieharden
Een 1045-schacht wordt verwarmd door een hoogfrequente spoel en onmiddellijk geblust. De bereikte casusdiepte is een functie van frequentie en tijd. Een frequentie van 10 kHz en een scansnelheid van 3 mm per seconde een verharde laag produceren 1,5 tot 2,0 mm diep met een oppervlaktehardheid van 55 tot 60 HRC . De kern blijft 25 tot 30 HRC , waardoor een hoge ductiliteit en weerstand tegen de voortplanting van vermoeiingsscheuren wordt geboden.
Doorharding versus verharding
Doorgeharde 4140-assen zijn afgeschrikt en getemperd tot een uniforme hardheid van 28-32 HRC . Dit geeft een vloeigrens hierboven 700 MPa over de hele dwarsdoorsnede. Voor extreme slijtage worden geharde stalen assen met een laag koolstofgehalte (bijvoorbeeld 20MnCr5) gecarbureerd tot een koolstofgehalte aan het oppervlak van 0,8% en verhard 60-62 HRC met een kastdiepte van 0,8-1,2 mm .
Oppervlakteafwerking en corrosiebescherming
De oppervlakteafwerking van de as heeft een directe invloed op de levensduur en wrijving van de afdichting. Een grondafwerking van Ra 0,4 tot 0,8 µm is standaard voor lagerzittingen. Voor roterende asafdichtingen is een afwerking van Ra 0,2 tot 0,4 µm met een plaatsing loodrecht op de draairichting wordt lekkage voorkomen. Een enkele diepgeslepen as die voldoet aan Ra 0,2 µm verlengde de levensduur van de afdichting 3.000 uur tot ruim 8.000 uur bij een versnellingsbaktest.
Corrosiebescherming wordt toegevoegd wanneer schachten worden blootgesteld aan vocht of chemicaliën. De meest effectieve opties zijn:
- Hardverchromen met een dikte van 20-50 µm en een hardheid van 850-1000 HV. Het is 96 uur lang bestand tegen zoutnevel zonder rode roest en is naslijpbaar.
- Stroomloos vernikkelen zorgt voor een uniform 10-25 µm coating die de vermoeiingssterkte niet verandert. Het heeft de voorkeur voor complexe schachten vanwege het gelijkmatige afzettingsprofiel.
- Zwart oxide biedt minimale corrosiebescherming (minder dan 24 uur bestand tegen zoutsproeien) maar zorgt voor een decoratieve afwerking en houdt olie vast voor korte opslag.
Draagvermogen en toepassingsspecifiek ontwerp
Het koppelvermogen van een ronde stalen as wordt berekend op basis van de schuifvloeisterkte. Voor een 1045-as met een vloeigrens van 530 MPa en een diameter van 30 mm is het volledig omkeerbare koppelvermogen volgens de maximale schuifspanningstheorie 450 Nm . Wanneer er een spiebaan wordt toegevoegd, neemt het koppelvermogen ongeveer af 25% vanwege de spanningsconcentratiefactor van 2,5 op de spiebaanhoek.
Bij lineaire assen in kogelbussystemen moet de oppervlaktehardheid minimaal zijn 58 HRC om brinelling onder de balcontactspanning te voorkomen, die kan overschrijden 2.500 MPa . Een inductiegeharde as uit 1045 met een minimale kastdiepte van 1,5 mm voldoet aan deze eis, terwijl een ongeharde as binnenin een slijtgroef vertoont. 1.000 km reizen .
Installatiepasvormen en lagermontage
De juiste as-lagerpassing voorkomt wrijvingscorrosie en handhaaft de interne lagerspeling. De aanbevolen pasvormen voor standaardtoepassingen zijn als volgt.
- Voor roterende as met stationaire behuizing: astolerantie j6 voor lichte ladingen, k6 voor normale belastingen, en m6 voor zware schokbelastingen. Een m6-passing op een as van 25 mm zorgt voor een interferentie van 0,008 mm tot 0,025 mm .
- Voor een stationaire as met roterende behuizing: astolerantie g6 or h6 wordt gebruikt om axiale aanpassing mogelijk te maken terwijl de radiale locatie behouden blijft.
- Verwarm altijd de binnenring van het lager 80-100 graden Celsius gebruik een inductieverhitter voordat u deze op de as schuift. Koudpersen zonder verwarming kan de astap beschadigen en de interferentiegrip verminderen 15% .
