برای اکثر کاربردهای انتقال قدرت صنعتی و حرکت خطی، الف شفت فولادی کربن متوسط 1045 با سختی سطح سخت شده القایی 55 HRC و تحمل قطر h6 تعادل بهینه استحکام، مقاومت در برابر سایش و هزینه را ارائه می دهد. یک شفت 25 میلی متری تولید شده با این مشخصات، گشتاور پیوسته ای را منتقل می کند 210 نیوتن متر ، یک راستی را حفظ می کند 0.05 میلی متر بر متر ، و معمولاً در بلبرینگ ها برای بیش از حد کار می کند 20000 ساعت قبل از اینکه قطر سایش از 0.01 میلی متر بیشتر شود.
انتخاب مواد و خواص مکانیکی
مواد پایه استحکام، ماشینکاری و پاسخ شفت به عملیات حرارتی را تعیین می کند. جدول زیر سه مورد را که بیشتر مشخص شده اند مقایسه می کند شفت فولادی گرد مواد در شرایط عرضه شده و عملیات حرارتی.
| مواد | قدرت تسلیم (MPa) | مقاومت کششی (MPa) | سختی سطح معمولی |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (خاموش شده و تمپر) | 530 | 630 | 55-60 HRC (القایی سخت شده) |
| AISI 4140 (سخت شده و تمپر شده) | 800 | 1000 | 58-62 HRC (نیترید شده) |
| AISI 304 ضد زنگ | 205 | 520 | 85 HRB (فقط کار سخت می شود) |
1045 بهترین ترکیب استحکام و هزینه را برای محورهای استاندارد موتور و پمپ فراهم می کند. 4140 زمانی انتخاب می شود که استحکام هسته یا نیتریدینگ بیشتر برای بارهای شوک سنگین مورد نیاز باشد. 304 ضد زنگ محدود به محیط های غذایی یا خورنده است که در آن شفت غیر مغناطیسی با قدرت تسلیم کمتر است. 250 مگاپاسکال قابل قبول است
تلورانس های قطر و صافی
درجه تحمل روی قطر شفت به طور مستقیم تناسب یاتاقان و خروجی آن را کنترل می کند. رایج ترین درجه های تحمل برای شفت های دوار و محدودیت های واقعی آنها برای قطر اسمی 20 میلی متر به شرح زیر است.
- h6 : محدوده قطر 20.000 میلی متر تا 19.987 میلی متر. این درجه دقیق، تناسب پرس سبک را با حلقه داخلی بلبرینگ P6 تضمین می کند و دقت دویدن را حفظ می کند. TIR 0.005 میلی متر .
- h7 : محدوده قطر 20.000 میلی متر تا 19.979 میلی متر. در جاهایی استفاده می شود که لغزش با فاصله شعاعی جزئی قابل قبول باشد، مانند غلطک های نوار نقاله.
- f7 : محدوده قطر 19.980 میلی متر تا 19.959 میلی متر. ترخیص تضمین شده را فراهم می کند 0.020 میلی متر تا 0.041 میلی متر برای کاربردهایی که نیاز به لغزش محوری یا جبران انبساط حرارتی دارند.
صراط مستقیم به همان اندازه مهم است. یک محور فولادی گرد استاندارد تا طول 1 متر معمولاً با صافی عرضه می شود 0.05 میلی متر بر متر . در 2 متر، مجموع خروجی مجاز دو برابر می شود 0.10 میلی متر . شفت با خطای صافی فراتر 0.15 میلی متر بر متر سطوح ارتعاشی را القا می کند که عمر بلبرینگ L10 را به میزان چند برابر کاهش می دهد 40% .
عملیات حرارتی و عمق مورد سخت شده
عملیات حرارتی یک سطح سخت و مقاوم در برابر سایش ایجاد می کند و در عین حال یک هسته سخت را حفظ می کند. سخت شدن القایی فرآیند غالب برای محورهای کربن متوسط است.
پارامترهای سخت شدن القایی
شفت 1045 توسط یک سیم پیچ با فرکانس بالا گرم می شود و بلافاصله خاموش می شود. عمق مورد به دست آمده تابعی از فرکانس و زمان است. فرکانس از 10 کیلوهرتز و سرعت اسکن از 3 میلی متر در ثانیه یک لایه سخت شده تولید می کند 1.5 تا 2.0 میلی متر عمیق با سختی سطح 55 تا 60 HRC . هسته در آن باقی می ماند 25 تا 30 HRC ، شکل پذیری و مقاومت بالایی در برابر انتشار ترک های خستگی ایجاد می کند.
از طریق سخت شدن در مقابل سخت شدن موردی
شفت های سخت شده 4140 خاموش شده و به سختی یکنواخت می رسند. 28-32 HRC . این یک قدرت تسلیم بالا می دهد 700 مگاپاسکال در سراسر مقطع برای سایش شدید، شفتهای فولادی کم کربن سخت شده (مثلاً 20MnCr5) به مقدار کربن سطحی کربن میشوند. 0.8٪ و سخت شده به 60-62 HRC با عمق مورد 0.8-1.2 میلی متر .
پوشش سطح و محافظت در برابر خوردگی
پرداخت سطح شفت به طور مستقیم بر عمر آب بندی و اصطکاک تأثیر می گذارد. پایان زمین از Ra 0.4 تا 0.8 میکرومتر استاندارد برای صندلی های بلبرینگ است. برای مهر و موم شفت دوار، یک پایان از Ra 0.2 تا 0.4 میکرومتر با یک دراز عمود بر جهت چرخش از نشتی جلوگیری می کند. یک نشست شفت زمینی تکی Ra 0.2 میکرومتر طول عمر آب بندی را افزایش داد 3000 ساعت تا بیش از 8000 ساعت در تست گیربکس
هنگامی که شفت ها در معرض رطوبت یا مواد شیمیایی قرار می گیرند، محافظت در برابر خوردگی اضافه می شود. موثرترین گزینه ها عبارتند از:
- آبکاری کروم سخت با ضخامت 20-50 میکرومتر و سختی 850-1000 HV. مقاومت 96 ساعته در برابر پاشش نمک بدون زنگ قرمز و قابل خرد شدن مجدد است.
- آبکاری نیکل الکترولس یکنواخت ارائه می دهد 10-25 میکرومتر پوششی که استحکام خستگی را تغییر نمی دهد. به دلیل نمایه رسوبی یکنواخت برای شفت های پیچیده ترجیح داده می شود.
- اکسید سیاه حداقل حفاظت در برابر خوردگی (کمتر از 24 ساعت مقاومت در برابر پاشش نمک) اما یک پوشش تزئینی ایجاد می کند و روغن را برای ذخیره سازی کوتاه مدت حفظ می کند.
ظرفیت بار و طراحی خاص برنامه
ظرفیت گشتاور یک محور فولادی گرد از استحکام تسلیم برشی محاسبه می شود. برای یک شفت 1045 با قدرت تسلیم 530 مگاپاسکال و قطر 30 میلی متر، ظرفیت گشتاور کاملا برگشت پذیر طبق نظریه حداکثر تنش برشی است. 450 نیوتن متر . هنگامی که یک کلید اضافه می شود، ظرفیت گشتاور تقریباً کاهش می یابد 25% به دلیل ضریب تمرکز تنش 2.5 در گوشه کلید.
برای محورهای حرکت خطی در سیستم های بوشینگ توپ، سختی سطح باید حداقل باشد 58 HRC برای جلوگیری از برینل شدن تحت فشار تماس با توپ، که می تواند بیشتر شود 2500 مگاپاسکال . شفت 1045 سخت شده القایی با حداقل عمق کیس 1.5 میلی متر این نیاز را برآورده می کند، در حالی که شفت سخت نشده شیار سایشی را در داخل نشان می دهد. 1000 کیلومتر سفر .
اتصالات نصب و مونتاژ بلبرینگ
تناسب صحیح شفت به یاتاقان از خوردگی فرسایشی جلوگیری می کند و فاصله داخلی یاتاقان را حفظ می کند. تناسب توصیه شده برای برنامه های استاندارد به شرح زیر است.
- برای شفت چرخان با محفظه ثابت: تحمل شفت j6 برای بارهای سبک، k6 برای بارهای معمولی و m6 برای بارهای شوک سنگین اتصال m6 روی شفت 25 میلی متری تداخل ایجاد می کند 0.008 میلی متر تا 0.025 میلی متر .
- برای یک شفت ثابت با محفظه چرخان: تحمل شفت g6 یا h6 برای اجازه تنظیم محوری با حفظ موقعیت شعاعی استفاده می شود.
- همیشه حلقه داخلی بلبرینگ را گرم کنید 80-100 درجه سانتیگراد قبل از اینکه آن را روی شفت بکشید، از بخاری القایی استفاده کنید. پرس سرد بدون گرم کردن می تواند به ژورنال شفت امتیاز دهد و چسبندگی تداخل را کاهش دهد 15% .
