ほとんどの産業用電力伝送および直線運動アプリケーションでは、 1045 中炭素鋼シャフト、高周波焼き入れ表面硬度 55 HRC、直径公差 h6 強度、耐摩耗性、コストの最適なバランスを実現します。この仕様に従って製造された 25 mm シャフトは、連続トルクを伝達します。 210Nm 、の真直度を維持します。 0.05mm/メートル 、通常はボールベアリングで動作します。 20,000時間 直径の磨耗が0.01 mmを超える前に。
材料の選択と機械的特性
基材はシャフトの強度、機械加工性、熱処理に対する応答性を決定します。以下の表は、最も広く指定されている 3 つを比較しています。 丸鋼シャフト 供給されたままの熱処理された状態の材料。
| 材質 | 降伏強さ(MPa) | 引張強さ(MPa) | 一般的な表面硬度 |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (焼入れ焼戻し) | 530 | 630 | 55-60 HRC (高周波焼き入れ) |
| AISI 4140 (焼き入れおよび焼き戻し) | 800 | 1000 | 58-62HRC(窒化) |
| AISI 304 ステンレス | 205 | 520 | 85 HRB (加工硬化のみ) |
1045 は、標準的なモーターとポンプのシャフトに強度とコストの最適な組み合わせを提供します。 4140 は、重い衝撃荷重に対してより高いコア強度または窒化が必要な場合に選択されます。 304 ステンレスは、耐力が以下の非磁性シャフトが使用される食品グレードまたは腐食環境に限定されます。 250MPa 許容されます。
直径と真直度の許容差
シャフト直径の公差グレードは、ベアリングのフィット感と振れを直接制御します。回転シャフトの最も一般的な公差グレードと呼び径 20 mm の実際の限界は次のとおりです。
- h6 : 直径範囲 20.000 mm ～ 19.987 mm。この精密グレードは、P6 ベアリング内輪との軽い圧入を保証し、回転精度を維持します。 0.005 mm TIR .
- h7 : 直径範囲 20.000 mm ～ 19.979 mm。コンベアのアイドラーローラーなど、わずかな半径方向の隙間を持つ滑りばめが許容される場所に使用されます。
- f7 : 直径範囲 19.980 mm ～ 19.959 mm。保証されたクリアランスを提供します 0.020mm～0.041mm 軸方向の滑りや熱膨張の補償が必要な用途向け。
真直度も同様に重要です。長さ 1 メートルまでの標準的な丸鋼シャフトは、通常、次の真直度で提供されます。 0.05mm/メートル 。 2 メートルでは、許容振れの合計は 2 倍になります。 0.10mm 。真直度誤差を超えるシャフト 0.15mm/メートル L10 ベアリングの寿命を 1 分の 1 に短縮する振動レベルを誘発します。 40% .
熱処理と硬化硬化深さ
熱処理により、強靭なコアを維持しながら、硬くて耐摩耗性の表面が構築されます。高周波焼入れは、ミディアムカーボンシャフトの主要なプロセスです。
高周波焼入れパラメータ
1045シャフトを高周波コイルで加熱し、即焼き入れします。達成される浸入深さは頻度と時間の関数です。の頻度 10kHz スキャン速度は 毎秒3mm 硬化層を生成する 1.5～2.0mm 表面硬度が深く、 55～60HRC 。コアはそのままです 25～30HRC 、高い延性と疲労亀裂伝播に対する耐性を提供します。
完全硬化と表面硬化の比較
完全硬化された 4140 シャフトは、均一な硬度に焼き入れおよび焼き戻しされています。 28-32HRC 。これにより、上記の降伏強度が得られます 700MPa 断面全体にわたって。極度の摩耗に備えて、表面硬化処理を施した低炭素鋼シャフト (例: 20MnCr5) は浸炭処理され、表面炭素含有量は 0.8% そして硬くなった 60-62 HRC ケースの深さは 0.8～1.2mm .
表面仕上げと腐食防止
シャフトの表面仕上げは、シールの寿命と摩擦に直接影響します。研磨仕上げ Ra0.4～0.8μm ベアリングシートの標準装備です。回転軸シールの場合は、 Ra0.2～0.4μm 回転方向に対して垂直な撚りで漏れを防ぎます。 Ra 0.2 μm を満たす単一のプランジ研削シャフトにより、シールの寿命が延長されました。 3,000時間～8,000時間超 ギアボックステスト中。
シャフトが湿気や化学物質にさらされた場合には、腐食防止が追加されます。最も効果的なオプションは次のとおりです。
- 硬質クロムメッキ の厚さで 20～50μm 硬度は 850 ～ 1000 HV です。 96 時間の塩水噴霧に耐え、赤錆が発生せず、再研磨可能です。
- 無電解ニッケルメッキ ユニフォームを提供します 10～25μm 疲労強度を変えないコーティングです。均一な堆積プロファイルのため、複雑なシャフトに適しています。
- 黒染め 最小限の腐食保護を提供します（未満） 24時間 塩水噴霧耐性はありませんが、装飾的な仕上げが施され、短期間の保管のために油を保持します。
耐荷重とアプリケーション固有の設計
丸鋼シャフトのトルク容量は、せん断降伏強さから計算されます。降伏強度が 1045 シャフトの場合 530MPa 直径が 30 mm の場合、最大せん断応力理論に基づく完全に可逆的なトルク容量は次のようになります。 450Nm 。キー溝を追加するとトルク容量は約1倍低下します 25% キー溝コーナー部の応力集中係数 2.5 によるものです。
ボールブッシュシステムのリニアモーションシャフトの場合、表面硬度は少なくとも 58HRC を超える可能性があるボール接触応力下でのブリネリングを防止します。 2,500MPa 。最小硬化深さ 1.5 mm の高周波焼入れ 1045 シャフトはこの要件を満たしますが、未焼入れのシャフトでは内部に摩耗溝が見られます。 走行距離1,000km .
取り付けはめあいとベアリングアセンブリ
シャフトとベアリングの適切な嵌合により、フレッチング腐食が防止され、内部ベアリングのクリアランスが維持されます。標準用途における推奨はめあいは以下のとおりです。
- 固定ハウジング付き回転軸の場合: 軸公差 j6 軽荷重の場合、 k6 通常の負荷の場合、および m6 重い衝撃荷重用。 25 mm シャフトに m6 を取り付けると、次の干渉が生じます。 0.008mm～0.025mm .
- 回転ハウジング付き固定シャフトの場合: シャフト公差 g6 または h6 半径方向の位置を維持しながら軸方向の調整を可能にするために使用されます。
- ベアリングの内輪は必ず加熱してください。 80～100℃ シャフトにスライドさせる前に誘導ヒーターを使用してください。加熱せずに冷間プレスすると、シャフトジャーナルに傷がつき、干渉グリップが低下する可能性があります。 15% .
