Đối với hầu hết các ứng dụng truyền tải điện công nghiệp và chuyển động tuyến tính, Trục thép cacbon trung bình 1045 có độ cứng bề mặt được tôi cảm ứng là 55 HRC và dung sai đường kính h6 mang lại sự cân bằng tối ưu về sức mạnh, khả năng chống mài mòn và chi phí. Trục 25 mm được sản xuất theo thông số kỹ thuật này truyền mô-men xoắn liên tục có giá trị 210 Nm , duy trì độ thẳng của 0,05 mm mỗi mét và thường chạy trong ổ bi trong hơn 20.000 giờ trước khi độ mòn đường kính vượt quá 0,01 mm.
Lựa chọn vật liệu và tính chất cơ học
Vật liệu cơ bản xác định độ bền, khả năng gia công và phản ứng của trục với xử lý nhiệt. Bảng dưới đây so sánh ba loại được chỉ định rộng rãi nhất trục thép tròn vật liệu trong điều kiện được cung cấp và xử lý nhiệt.
| Chất liệu | Sức mạnh năng suất (MPa) | Độ bền kéo (MPa) | Độ cứng bề mặt điển hình |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (dập tắt & ủ) | 530 | 630 | 55-60 HRC (làm cứng cảm ứng) |
| AISI 4140 (cứng và tôi luyện) | 800 | 1000 | 58-62 HRC (nitrided) |
| AISI 304 không gỉ | 205 | 520 | 85 HRB (chỉ làm việc cứng) |
1045 cung cấp sự kết hợp tốt nhất giữa sức mạnh và chi phí cho trục động cơ và máy bơm tiêu chuẩn. 4140 được chọn khi cần cường độ lõi cao hơn hoặc thấm nitơ khi tải va đập nặng. Thép không gỉ 304 được giới hạn trong môi trường cấp thực phẩm hoặc ăn mòn trong đó trục không từ tính có cường độ năng suất dưới 250 MPa được chấp nhận.
Dung sai đường kính và độ thẳng
Cấp dung sai trên đường kính trục trực tiếp kiểm soát độ vừa khít và đảo chiều của ổ trục. Các cấp dung sai phổ biến nhất đối với trục quay và giới hạn thực tế của chúng đối với đường kính danh nghĩa 20 mm như sau.
- h6 : phạm vi đường kính 20.000 mm đến 19.987 mm. Cấp độ chính xác này đảm bảo vừa khít với vòng trong ổ bi P6 và duy trì độ chính xác khi vận hành ở mức TIR 0,005mm .
- h7 : phạm vi đường kính 20.000 mm đến 19.979 mm. Được sử dụng khi có thể chấp nhận được khớp trượt có độ hở xuyên tâm nhỏ, chẳng hạn như trên các con lăn làm biếng băng tải.
- f7 : đường kính từ 19,980 mm đến 19,959 mm. Cung cấp một giải phóng mặt bằng được đảm bảo 0,020 mm đến 0,041 mm cho các ứng dụng yêu cầu bù trượt theo trục hoặc giãn nở nhiệt.
Sự thẳng thắn cũng quan trọng không kém. Một trục thép tròn tiêu chuẩn dài tới 1 mét thường được cung cấp với độ thẳng bằng 0,05 mm mỗi mét . Ở độ cao 2 mét, tổng dòng chảy cho phép tăng gấp đôi lên 0,10mm . Trục có sai số độ thẳng vượt quá 0,15 mm mỗi mét gây ra mức độ rung làm giảm tuổi thọ ổ trục L10 theo hệ số 40% .
Xử lý nhiệt và độ sâu trường hợp cứng
Xử lý nhiệt tạo ra bề mặt cứng, chống mài mòn trong khi vẫn giữ được lõi cứng. Làm cứng cảm ứng là quá trình chủ yếu đối với trục carbon trung bình.
Thông số làm cứng cảm ứng
Trục 1045 được làm nóng bằng cuộn dây tần số cao và được làm nguội ngay lập tức. Độ sâu trường hợp đạt được là một hàm của tần số và thời gian. Một tần số 10 kHz và tốc độ quét của 3 mm mỗi giây tạo ra một lớp cứng 1,5 đến 2,0 mm sâu với độ cứng bề mặt 55 đến 60 HRC . Cốt lõi vẫn ở mức 25 đến 30 HRC , mang lại độ dẻo cao và khả năng chống lại sự lan truyền vết nứt do mỏi.
Làm cứng xuyên suốt so với làm cứng vỏ
Trục 4140 được tôi cứng hoàn toàn được tôi luyện và tôi luyện đến độ cứng đồng đều 28-32 HRC . Điều này mang lại sức mạnh năng suất trên 700 MPa khắp mặt cắt ngang. Đối với tình trạng mài mòn quá mức, các trục bằng thép cacbon thấp được tôi cứng (ví dụ: 20MnCr5) được cacbon hóa đến hàm lượng cacbon bề mặt là 0,8% và cứng lại 60-62 HRC với độ sâu trường hợp là 0,8-1,2 mm .
Hoàn thiện bề mặt và bảo vệ chống ăn mòn
Bề mặt hoàn thiện của trục ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của phốt và ma sát. Một kết thúc mặt đất của Ra 0,4 đến 0,8 µm là tiêu chuẩn cho ghế chịu lực. Đối với phốt trục quay, lớp hoàn thiện Ra 0,2 đến 0,4 µm với vị trí vuông góc với hướng quay sẽ ngăn ngừa rò rỉ. Một trục chạm đất duy nhất gặp Ra 0,2 µm đã kéo dài tuổi thọ bịt kín từ 3.000 giờ đến hơn 8.000 giờ trong bài kiểm tra hộp số.
Bảo vệ chống ăn mòn được bổ sung khi trục tiếp xúc với độ ẩm hoặc hóa chất. Các lựa chọn hiệu quả nhất là:
- Mạ crom cứng với độ dày 20-50 µm và độ cứng 850-1000 HV. Nó có khả năng chống phun muối 96 giờ mà không bị gỉ đỏ và có thể nghiền lại.
- Mạ niken điện phân cung cấp đồng phục 10-25 µm lớp phủ không làm thay đổi độ bền mỏi. Nó được ưa thích cho các trục phức tạp vì hình dạng cặn đồng đều của nó.
- Oxit đen cung cấp khả năng chống ăn mòn tối thiểu (ít hơn 24 giờ chống phun muối) nhưng mang lại vẻ hoàn thiện trang trí và giữ lại dầu để bảo quản trong thời gian ngắn.
Khả năng chịu tải và thiết kế dành riêng cho ứng dụng
Công suất mô-men xoắn của trục thép tròn được tính từ cường độ năng suất cắt. Đối với trục 1045 có giới hạn chảy là 530 MPa và đường kính 30 mm thì công suất mô men đảo chiều hoàn toàn theo lý thuyết ứng suất cắt cực đại là 450 Nm . Khi thêm một rãnh then, công suất mô-men xoắn giảm xuống khoảng 25% do hệ số tập trung ứng suất 2,5 ở góc rãnh then.
Đối với các trục chuyển động tuyến tính trong hệ thống ống lót bi, độ cứng bề mặt ít nhất phải bằng 58 HRC để ngăn chặn tình trạng đóng cặn dưới áp lực tiếp xúc với quả bóng, có thể vượt quá 2.500 MPa . Trục 1045 được tôi cứng cảm ứng với độ sâu vỏ tối thiểu là 1,5 mm đáp ứng yêu cầu này, trong khi trục không được tôi cứng sẽ có rãnh mòn bên trong Quãng đường 1.000 km .
Lắp đặt phù hợp và lắp ráp vòng bi
Sự lắp khít giữa trục và ổ trục chính xác sẽ ngăn chặn sự ăn mòn do mài mòn và duy trì độ hở bên trong ổ trục. Sự phù hợp được đề xuất cho các ứng dụng tiêu chuẩn như sau.
- Đối với trục quay có vỏ cố định: dung sai trục j6 đối với tải nhẹ, k6 đối với tải bình thường và m6 đối với tải va đập nặng. Một m6 vừa khít trên một trục 25 mm mang lại sự can thiệp của 0,008 mm đến 0,025 mm .
- Đối với trục cố định có vỏ quay: dung sai trục g6 hoặc h6 được sử dụng để cho phép điều chỉnh trục trong khi vẫn duy trì vị trí xuyên tâm.
- Luôn làm nóng vòng trong ổ trục tới mức 80-100 độ C sử dụng lò sưởi cảm ứng trước khi trượt nó lên trục. Ép nguội mà không gia nhiệt có thể ghi điểm vào cổ trục và giảm độ bám nhiễu bằng cách 15% .
