대부분의 산업용 동력 전달 및 선형 모션 애플리케이션의 경우 고주파 표면 경도가 55HRC이고 직경 공차가 h6인 1045 중탄소강 샤프트 강도, 내마모성, 비용의 최적 균형을 제공합니다. 이 사양에 따라 생산된 25mm 샤프트는 210Nm , 직진성을 유지 미터당 0.05mm , 일반적으로 볼 베어링에서 이상 작동합니다. 20,000시간 직경 마모가 0.01mm를 초과하기 전에.
재료 선택 및 기계적 특성
모재는 샤프트의 강도, 가공성 및 열처리에 대한 반응을 결정합니다. 아래 표는 가장 널리 지정된 세 가지를 비교합니다. 둥근 강철 샤프트 공급된 그대로의 재료와 열처리된 조건.
| 소재 | 항복강도(MPa) | 인장강도(MPa) | 일반적인 표면 경도 |
|---|---|---|---|
| AISI 1045(담금질 및 템퍼링) | 530 | 630 | 55-60 HRC(고도 경화) |
| AISI 4140(경화 및 강화) | 800 | 1000 | 58-62 HRC(질화) |
| AISI 304 스테인리스 | 205 | 520 | 85 HRB (작업이 강화되는 경우에만) |
1045는 표준 모터 및 펌프 샤프트에 대한 강도와 비용의 최상의 조합을 제공합니다. 4140은 높은 충격 하중에 대해 더 높은 코어 강도나 질화가 필요할 때 선택됩니다. 304 스테인리스는 항복 강도가 아래인 비자성 샤프트가 있는 식품 등급 또는 부식성 환경으로 제한됩니다. 250MPa 허용됩니다.
직경 및 직진도 공차
샤프트 직경의 공차 등급은 베어링 맞춤과 런아웃을 직접 제어합니다. 회전 샤프트의 가장 일반적인 공차 등급과 공칭 직경 20mm에 대한 실제 한계는 다음과 같습니다.
- h6 : 직경 범위 20.000mm ~ 19.987mm. 이 정밀 등급은 P6 베어링 내부 링과의 가벼운 압입을 보장하고 다음의 주행 정확도를 유지합니다. 0.005mm TIR .
- h7 : 직경 범위 20.000mm ~ 19.979mm. 컨베이어 아이들러 롤러와 같이 약간의 방사형 틈새가 있는 슬립핏이 허용되는 곳에 사용됩니다.
- f7 : 직경 범위 19.980mm ~ 19.959mm. 보장된 클리어런스를 제공합니다. 0.020mm ~ 0.041mm 축방향 슬라이딩 또는 열팽창 보상이 필요한 응용 분야에 적합합니다.
직선성 역시 마찬가지로 중요합니다. 최대 1미터 길이의 표준 원형 강철 샤프트는 일반적으로 다음과 같은 직진도로 제공됩니다. 미터당 0.05mm . 2미터에서 총 허용 런아웃은 두 배로 늘어납니다. 0.10mm . 직진도 오차가 그 이상인 샤프트 미터당 0.15mm L10 베어링 수명을 몇 배로 감소시키는 진동 수준을 유발합니다. 40% .
열처리 및 강화 케이스 깊이
열처리를 통해 단단한 코어를 유지하면서 단단하고 내마모성이 있는 표면을 만듭니다. 유도 경화는 중탄소 샤프트의 주요 공정입니다.
유도 경화 매개변수
1045 샤프트는 고주파 코일로 가열되고 즉시 담금질됩니다. 달성된 케이스 깊이는 빈도와 시간의 함수입니다. 빈도 10kHz 그리고 스캔 속도는 초당 3mm 경화층을 생성 1.5~2.0mm 표면 경도가 깊고 55~60HRC . 핵심은 남아있다 25~30HRC , 높은 연성 및 피로 균열 전파에 대한 저항성을 제공합니다.
관통 경화와 케이스 경화 비교
경화된 4140 샤프트는 다음과 같은 균일한 경도로 담금질 및 템퍼링됩니다. 28-32HRC . 이는 위의 항복 강도를 제공합니다. 700MPa 단면 전체에 걸쳐. 극심한 마모를 위해 표면 경화 저탄소 강철 샤프트(예: 20MnCr5)는 표면 탄소 함량이 다음과 같도록 침탄 처리됩니다. 0.8% 그리고 굳어졌다 60-62HRC 케이스 깊이 0.8-1.2mm .
표면 마감 및 부식 방지
샤프트 표면 마감은 씰 수명과 마찰에 직접적인 영향을 미칩니다. 지상 마감 Ra 0.4~0.8μm 베어링 시트의 표준입니다. 회전 샤프트 씰의 경우 Ra 0.2~0.4μm 회전방향과 직각으로 배치하여 누출을 방지합니다. Ra 0.2 µm을 충족하는 단일 플런지 그라인딩 샤프트는 다음과 같이 씰 수명을 연장했습니다. 3,000시간 ~ 8,000시간 이상 기어박스 테스트 중.
샤프트가 습기나 화학 물질에 노출되면 부식 방지 기능이 추가됩니다. 가장 효과적인 옵션은 다음과 같습니다.
- 경질 크롬 도금 두께의 20-50μm 경도는 850-1000 HV입니다. 96시간 동안 염수 분무에 견디며 붉은 녹이 발생하지 않으며 재연마가 가능합니다.
- 무전해 니켈 도금 유니폼을 제공한다 10~25μm 피로 강도를 변경하지 않는 코팅. 균일한 퇴적 프로파일 때문에 복잡한 샤프트에 선호됩니다.
- 흑색 산화물 최소한의 부식 방지 기능을 제공합니다(이하 24시간 염수 분무 저항성) 장식적인 마감을 제공하고 단기 보관을 위해 오일을 유지합니다.
부하 용량 및 애플리케이션별 설계
둥근 강철 샤프트의 토크 용량은 전단 항복 강도로부터 계산됩니다. 항복 강도가 다음과 같은 1045 샤프트의 경우 530MPa 직경이 30mm인 경우 최대 전단 응력 이론에 따른 완전 가역 토크 용량은 다음과 같습니다. 450Nm . 키 홈을 추가하면 토크 용량이 약 감소합니다. 25% 키홈 코너의 응력 집중 계수가 2.5이기 때문입니다.
볼 부싱 시스템의 선형 모션 샤프트의 경우 표면 경도는 최소한 58HRC 볼 접촉 응력 하에서 브리넬링을 방지합니다. 2,500MPa . 최소 케이스 깊이가 1.5mm인 고주파 경화 1045 샤프트는 이 요구 사항을 충족하는 반면, 경화되지 않은 샤프트는 내부에 마모 홈이 나타납니다. 1,000km의 여행 .
설치 핏 및 베어링 어셈블리
샤프트와 베어링의 올바른 맞춤은 프레팅 부식을 방지하고 내부 베어링 간격을 유지합니다. 표준 응용 분야에 권장되는 적합성은 다음과 같습니다.
- 고정 하우징이 있는 회전 샤프트의 경우: 샤프트 공차 j6 가벼운 하중의 경우, k6 일반 부하의 경우 m6 큰 충격 부하용. 25mm 샤프트에 맞는 m6은 다음의 간섭을 제공합니다. 0.008mm ~ 0.025mm .
- 회전 하우징이 있는 고정 샤프트의 경우: 샤프트 공차 g6 또는 h6 반경 위치를 유지하면서 축 조정을 허용하는 데 사용됩니다.
- 항상 베어링 내부 링을 가열하여 80-100도 C 샤프트에 밀어 넣기 전에 유도 히터를 사용하십시오. 가열하지 않고 냉간 압착하면 샤프트 저널에 점수를 매기고 간섭 그립을 줄일 수 있습니다. 15% .
