สำหรับการส่งกำลังทางอุตสาหกรรมและการใช้งานการเคลื่อนที่เชิงเส้นส่วนใหญ่ เพลาเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง 1045 พร้อมความแข็งพื้นผิวชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำที่ 55 HRC และความทนทานต่อเส้นผ่านศูนย์กลาง h6 มอบความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างความแข็งแกร่ง ความทนทานต่อการสึกหรอ และราคา เพลาขนาด 25 มม. ที่ผลิตตามข้อกำหนดนี้จะส่งแรงบิดอย่างต่อเนื่อง 210 นิวตันเมตร , คงความตรงของ 0.05 มม. ต่อเมตร และโดยทั่วไปจะวิ่งอยู่ในลูกปืนเป็นเวลานานกว่า 20,000 ชม ก่อนที่เส้นผ่านศูนย์กลางจะสึกหรอเกิน 0.01 มม.
การเลือกใช้วัสดุและคุณสมบัติทางกล
วัสดุฐานจะกำหนดความแข็งแรง ความสามารถในการแปรรูป และการตอบสนองต่อการบำบัดความร้อนของเพลา ตารางด้านล่างเปรียบเทียบสามรายการที่ระบุอย่างกว้างขวางที่สุด เพลาเหล็กกลม วัสดุในสภาพที่จัดหาและผ่านความร้อน
| วัสดุ | ความแข็งแรงของผลผลิต (MPa) | ความต้านแรงดึง (MPa) | ความแข็งพื้นผิวทั่วไป |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (ดับ & นิรภัย) | 530 | 630 | 55-60 HRC (ชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำ) |
| AISI 4140 (ชุบแข็ง & นิรภัย) | 800 | 1000 | 58-62 HRC (ไนไตรด์) |
| สเตนเลส AISI 304 | 205 | 520 | 85 HRB (งานแข็งเท่านั้น) |
1045 เป็นส่วนผสมที่ลงตัวระหว่างความแข็งแกร่งและราคาสำหรับมอเตอร์มาตรฐานและเพลาปั๊ม 4140 ถูกเลือกเมื่อต้องการความแข็งแรงของแกนกลางหรือไนไตรด์ที่สูงกว่าสำหรับการรับแรงกระแทกหนัก สเตนเลส 304 จำกัดเฉพาะสภาพแวดล้อมที่ใช้กับอาหารหรือมีฤทธิ์กัดกร่อนได้ โดยที่เพลาที่ไม่ใช่แม่เหล็กจะมีกำลังครากต่ำกว่า 250 เมกะปาสคาล เป็นที่ยอมรับได้
ความคลาดเคลื่อนเส้นผ่านศูนย์กลางและความตรง
เกรดพิกัดความเผื่อของเส้นผ่านศูนย์กลางเพลาจะควบคุมความพอดีและการเบี่ยงเบนของตลับลูกปืนโดยตรง เกรดความคลาดเคลื่อนทั่วไปสำหรับเพลาหมุนและขีดจำกัดจริงสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางระบุ 20 มม. มีดังต่อไปนี้
- h6 : ช่วงเส้นผ่านศูนย์กลาง 20.000 มม. ถึง 19.987 มม. เกรดความแม่นยำนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการกดเบาจะพอดีกับวงแหวนด้านในของตลับลูกปืน P6 และรักษาความแม่นยำในการวิ่งไว้ TIR 0.005 มม .
- h7 : ช่วงเส้นผ่านศูนย์กลาง 20.000 มม. ถึง 19.979 มม. ใช้ในกรณีที่ยอมรับการสวมแบบสวมที่มีระยะห่างในแนวรัศมีเล็กน้อย เช่น บนลูกกลิ้งเดินเบาของสายพานลำเลียง
- f7 : ช่วงเส้นผ่านศูนย์กลาง 19.980 มม. ถึง 19.959 มม. รับประกันการกวาดล้างของ 0.020 มม. ถึง 0.041 มม สำหรับการใช้งานที่ต้องการการชดเชยการเลื่อนตามแนวแกนหรือการขยายตัวจากความร้อน
ความตรงก็สำคัญไม่แพ้กัน โดยทั่วไปแล้วเพลาเหล็กกลมมาตรฐานจะมีความยาวสูงสุด 1 เมตร โดยมีความตรงของ 0.05 มม. ต่อเมตร . ที่ระยะ 2 เมตร ความหนีศูนย์รวมที่อนุญาตจะเพิ่มเป็นสองเท่า 0.10 มม . เพลา มีข้อผิดพลาดด้านความตรงเกิน 0.15 มม. ต่อเมตร ทำให้เกิดระดับการสั่นสะเทือนที่ลดอายุการใช้งานตลับลูกปืน L10 ลงด้วยปัจจัย 40% .
การอบชุบด้วยความร้อนและความลึกของตัวเรือนที่แข็งตัว
การอบชุบด้วยความร้อนจะสร้างพื้นผิวที่แข็งและทนทานต่อการสึกหรอ ในขณะที่ยังคงรักษาแกนที่แข็งแกร่งเอาไว้ การชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำเป็นกระบวนการหลักสำหรับเพลาคาร์บอนปานกลาง
พารามิเตอร์การชุบแข็งแบบเหนี่ยวนำ
เพลา 1045 ได้รับความร้อนจากคอยล์ความถี่สูงและดับทันที ความลึกของเคสที่ได้นั้นขึ้นอยู่กับความถี่และเวลา ความถี่ของ 10 กิโลเฮิร์ตซ์ และความเร็วในการสแกนของ 3 มม. ต่อวินาที ทำให้เกิดชั้นที่แข็งตัว 1.5 ถึง 2.0 มม ลึกด้วยความแข็งผิวของ 55 ถึง 60 HRC . แกนกลางยังคงอยู่ที่ 25 ถึง 30 HRC ให้ความเหนียวสูงและทนต่อการแพร่กระจายของรอยแตกเมื่อยล้า
การชุบแข็งแบบผ่านการชุบแข็งกับการชุบแข็งแบบเคส
เพลา 4140 ที่ผ่านการชุบแข็งแล้วจะถูกดับและปรับอุณหภูมิให้มีความแข็งสม่ำเสมอ 28-32 เหล็กแผ่นรีดร้อน . สิ่งนี้ให้ความแข็งแกร่งของผลผลิตสูงกว่า 700 เมกะปาสคาล ตลอดภาคตัดขวาง สำหรับการสึกหรอที่รุนแรง เพลาเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำที่ชุบแข็งด้วยเคส (เช่น 20MnCr5) จะถูกคาร์บูไรซ์ให้มีปริมาณคาร์บอนบนพื้นผิวเท่ากับ 0.8% และแข็งตัวเป็น 60-62 เหล็กแผ่นรีดร้อน โดยมีความลึกของกรณี 0.8-1.2 มม .
การตกแต่งพื้นผิวและการป้องกันการกัดกร่อน
พื้นผิวของเพลาส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานและแรงเสียดทานของซีล พื้นสำเร็จของ Ra 0.4 ถึง 0.8 µm เป็นมาตรฐานสำหรับเบาะนั่งลูกปืน สำหรับซีลเพลาโรตารี ปลายของ Ra 0.2 ถึง 0.4 µm โดยมีการวางตั้งฉากกับทิศทางการหมุน ป้องกันการรั่วซึม เพลาจ้วงกราวด์เดี่ยวที่มี Ra 0.2 µm ช่วยยืดอายุการใช้งานของซีล 3,000 ชั่วโมงถึงมากกว่า 8,000 ชั่วโมง ในการทดสอบเกียร์
เพิ่มการป้องกันการกัดกร่อนเมื่อเพลาสัมผัสกับความชื้นหรือสารเคมี ตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพที่สุดคือ:
- ชุบฮาร์ดโครม มีความหนาประมาณ 20-50 ไมโครเมตร และมีความแข็ง 850-1,000 HV ทนทานต่อละอองน้ำเกลือนาน 96 ชั่วโมง ไม่เป็นสนิมแดง และสามารถบดซ้ำได้
- การชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า จัดให้มีเครื่องแบบ 10-25 ไมโครเมตร การเคลือบที่ไม่เปลี่ยนความล้า แนะนำให้ใช้กับเพลาที่ซับซ้อนเนื่องจากมีการสะสมตัวสม่ำเสมอ
- ออกไซด์สีดำ ให้การป้องกันการกัดกร่อนน้อยที่สุด (น้อยกว่า 24 ชม ต้านทานการพ่นเกลือ) แต่ให้ความสวยงามและคงความมันไว้สำหรับการเก็บรักษาระยะสั้น
ความสามารถในการรับน้ำหนักและการออกแบบเฉพาะการใช้งาน
ความสามารถในการบิดของเพลาเหล็กกลมคำนวณจากกำลังรับแรงเฉือน สำหรับเพลา 1,045 ที่มีความแข็งแรงครากของ 530 เมกะปาสคาล และเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 มม. ความสามารถในการบิดกลับได้เต็มที่ตามทฤษฎีความเค้นเฉือนสูงสุดคือ 450 นิวตันเมตร . เมื่อเพิ่มรูกุญแจ ความจุแรงบิดจะลดลงโดยประมาณ 25% เนื่องจากปัจจัยความเข้มข้นของความเครียดอยู่ที่ 2.5 ที่มุมรูกุญแจ
สำหรับเพลาเคลื่อนที่เชิงเส้นในระบบบอลบุชชิ่ง ความแข็งของพื้นผิวต้องมีอย่างน้อย 58 เหล็กแผ่นรีดร้อน เพื่อป้องกันไม่ให้เกิด brinelling ภายใต้ความเครียดจากการสัมผัสกับลูกบอลซึ่งอาจเกินได้ 2,500 เมกะปาสคาล . เพลา 1045 ชุบแข็งด้วยการเหนี่ยวนำที่มีความลึกตัวเรือนขั้นต่ำ 1.5 มม. ตรงตามข้อกำหนดนี้ ในขณะที่เพลาที่ไม่ชุบแข็งจะแสดงร่องสึกหรอภายใน เดินทาง 1,000 กม .
การติดตั้งพอดีและชุดแบริ่ง
ความพอดีระหว่างเพลากับลูกปืนที่ถูกต้องจะช่วยป้องกันการกัดกร่อนของรอยขูดขีดและรักษาระยะห่างลูกปืนภายใน ความพอดีที่แนะนำสำหรับการใช้งานมาตรฐานมีดังนี้
- สำหรับเพลาหมุนที่มีตัวเสื้ออยู่กับที่: ความคลาดเคลื่อนของเพลา เจ6 สำหรับงานเบา k6 สำหรับการโหลดปกติและ ม6 สำหรับการรับแรงกระแทกหนัก m6 ที่พอดีกับเพลาขนาด 25 มม. ทำให้เกิดการรบกวน 0.008 มม. ถึง 0.025 มม .
- สำหรับเพลาแบบอยู่กับที่ซึ่งมีตัวเสื้อหมุนได้: ความคลาดเคลื่อนของเพลา ก6 หรือ h6 ใช้เพื่อให้สามารถปรับแนวแกนได้ในขณะที่ยังคงรักษาตำแหน่งแนวรัศมีไว้
- ให้ความร้อนแก่วงแหวนด้านในของแบริ่งเสมอ 80-100 องศาเซลเซียส โดยใช้เครื่องทำความร้อนแบบเหนี่ยวนำก่อนที่จะเลื่อนลงบนเพลา การกดเย็นโดยไม่ใช้ความร้อนสามารถให้คะแนนรอยต่อของเพลาและลดการยึดเกาะที่รบกวนได้ 15% .
