Překládáme náš obchod do češtiny!
Protože však máme mnoho produktů a stránek, bude to nějakou dobu trvat. Mezitím bude náš katalog produktů k dispozici v angličtině. Děkujeme vám za trpělivost!
Lineární hřídele: Výběr správného materiálu, vytvrzení a povrchové úpravy
Lineární hřídele provádějí náročné úkoly v průmyslových aplikacích: Umožňují přesné a opakovatelné lineární pohyby při vysokém mechanickém zatížení. Pro splnění těchto požadavků je zásadní správný výběr materiálu, vytvrzení a povrchová úprava. Všechny tyto faktory přímo ovlivňují životnost, přesnost a výkon lineární hřídele. Tento článek představuje tyto tři aspekty a zdůrazňuje jejich závislosti, abyste mohli vybrat nejlepší lineární hřídel pro vaši aplikaci.
Lineární hřídele podrobně
Lineární hřídele v kombinaci s lineárními ložisky (např. kluzná ložiska a lineární kuličková ložiska) fungují jako lineární vodítko pro axiální pohyby. Obvykle jsou vyrobeny z přesné oceli, ale použít lze i jiné materiály. Existuje několik způsobů, jak integrovat lineární hřídele do systému. Držáky hřídelí jsou pouze jednou z mnoha možností v závislosti na tvaru hřídele. Další informace naleznete v našem článku o lineárních hřídelích: Konce hřídele a možnosti lineární montáže hřídele.
Duté hřídele (tvar trubky) představují speciální tvar pro lineární hřídele. Duté hřídele mají dutý vnitřek po celé délce. Díky tomu se využívá méně materiálu, čímž se snižuje hmotnost lineárního hřídele. Lineární hřídele slouží jako vodicí hřídele pro lineární ložiska. Při správném použití umožňují vysoce přesné navádění lineárního pohybu pro aplikace s vysokými nároky na hladkost a přesnost. Pro splnění tohoto požadavku a zajištění spolehlivého navádění lineárního ložiska po celou dobu jeho životnosti je zásadní interakce mezi výběrem materiálu, tvrdnutím a jakýmkoli dodatečně požadovaným ošetřením povrchu.
Výběr materiálu podle zamýšleného použití
Výběr materiálu lineární hřídele je založen na specifických požadavcích zamýšlené aplikace. V mnoha případech lze k jednoduchým aplikacím použít netvrzenou ocel, např. EN 1.1191 Equiv., např. jakákoli bezúdržbová kluzná ložiska. Další tvrdé chromování zlepšuje povrchovou úpravu a odolnost povrchu. Nátěry LTBC mohou zlepšit odolnost proti korozi. Hřídel by měla být obecně výrazně tvrdší než kluzné ložisko.
Pro lineární kuličková ložiska nebo vyšší požadavky na přesnost by se měla použít tvrdší nebo indukční kalená ocel. Lineární hřídel a lineární kuličková ložiska by pak měly mít stejnou tvrdost. V tomto případě lze použít také přesnou ocel CF53 nebo EN 1.1213. Tato ocel je nelegovaná a vhodná pro indukci a vytvrzení plamenem. Díky střednímu obsahu uhlíku jej lze přesně obrábět, což je výhodné, včetně případů, kdy je třeba splnit požadavky na vysokou přesnost
Vybraný materiál by měl kombinovat následující hlavní vlastnosti podle vážení požadovaného aplikací:
- Vysoká pevnost materiálu, která umožňuje nižší hmotnost
- Vytvrditelnost nebo tvrdost
- Vysoká poddajnost – nízká citlivost na zářezy
Je třeba vzít v úvahu určité aspekty pro kombinaci optimálního výkonu, životnosti a efektivity:
- Jaké jsou podmínky prostředí? Je zapotřebí nerezová ocel?
- Jaké typy zátěže se vyskytují (důležité pro tvrdost materiálu)?
- Jaká tvrdost povrchu je zapotřebí? Jedná se například o lineární kuličkové ložisko nebo kluzné ložiskové pouzdro vč. přepravovaného zatížení?
- Je k dispozici požadovaná přesnost?
- Jaké jsou náklady?
- Jaký způsob montáže se používá? To může být relevantní pro citlivost vůči zářezům.
Pokud je hlavním zaměřením tvrdost a odolnost proti opotřebení, měly by se použít jakosti z kalené oceli, jako je ocel s číslem materiálu 1.3505 nebo ocel s nitrovanými povrchy. Tyto jakosti oceli také odolávají intenzivnímu používání a mechanickému opotřebení.
Přestože tvar konců hřídele není kritériem pro výběr materiálu lineárního hřídele, ovlivňuje povrchovou tvrdost tvrzených ploch. Zohlednění stávajících možností montáže a výsledných konců hřídele dává smysl, zejména pokud jsou vyžadovány specializované funkce, např. lineární hřídele se závitovými čepy.
Tvrzené vs. netvrzené lineární hřídele
Hřídele z tvrzené oceli by se měly používat pro vysokou přesnost nebo vyšší požadavky na ložiska. Takové lineární hřídele, také nazývané přesné hřídele, jsou obvykle tepelně ošetřené (indukční) tvrzené ocelové hřídele s tvárným jádrem. Alternativně může být pro některé aplikace (např. tvrdý chrom) aplikován speciální povlak, který zvyšuje kvalitu a tvrdost povrchu.
Tvrzené lineární hřídele jsou méně náchylné k oděru a povrchové deformaci. To je prospěšné zejména při vysokém zatížení. Zářezy na lineárních kuličkových ložiscích jsou menší, protože povrch tvrdé hřídele lépe odolává namáhání způsobenému kuličkami v lineárním kuličkovém ložisku. Je však důležité poznamenat, že tvrdost by neměla být příliš vysoká, protože jinak by hřídel také mohla zkřehnout a selhat.
Netvrzené hřídele jsou naproti tomu měkčí a méně citlivé na zářezy, ale jsou náchylnější k opotřebení a deformaci. Netvrzené lineární hřídele jsou obvykle levnější než tvrzené hřídele.
Vliv tvrdosti hřídele na jmenovitou životnost
Jmenovitá životnost celého lineárního systému je mimo jiné ovlivňujícími proměnné také ovlivněna tvrdostí hřídele fH. Hřídel musí být dostatečně tvrdá, aby vydržela kuličková ložiska. Jmenovité zatížení je jinak sníženo. Mezi další ovlivňující proměnné patří teplotní koeficient fT, kontaktní koeficient fC a zátěžový koeficient fW.
Teploty nad 100 °C mají za následek snížení tvrdosti a tím i snížení jmenovitého zatížení. Kontaktní koeficient bere v úvahu skutečnost, že jmenovité zatížení se mění podle počtu lineárních ložisek na osu (lineární hřídel). Obvykle jsou do lineárních vodítek hřídele nainstalovány dva paralelní lineární hřídele.
V závislosti na počtu ložisek platí následující kontaktní koeficienty fC :
- Jedno ložisko na hřídel: 1.0
- Dvě ložiska na hřídel: 0.81
- Tři ložiska na hřídel: 0.72
- Čtyři ložiska na hřídel: 0.66
- Pět ložisek na hřídel: 0.61
Koeficient zatížení fW vyžaduje informace o hmotnosti materiálu, krouticím momentu zatížení a dalších parametrech, které se obvykle obtížně počítají. Následující hodnoty se používají jako základní pravidlo pro aplikace bez významných vibrací a rázových zatížení:
- Nízká rychlost (maximálně 15 m/min): 1.0 ... 1.5
- Střední rychlost (maximálně 60 m/min): 1.5 ... 2.0
- Vysoká rychlost (nad 60 m/min): 2.0 ... 3.5
Spolu s dynamickým zatížením C a užitečným zatížením P lze vypočítat jmenovitou životnost L lineárního kuličkového ložiska následovně:
L =\left ( \frac{f_{H} \times f_{T} \times f_{C}}{f_{W}}\times \frac{C}{P} \right )^{3} \times 50
Tvrdost různých ocelí
V závislosti na složení a tepelné úpravě se mohou třídy oceli pohybovat od měkkých, tvárných jakostí až po extrémně tvrdé varianty odolné proti opotřebení. Číslo materiálu označuje tvrdost oceli:
- EN 1.3505 (100Cr6): Klasická ocel s válečkovým ložiskem a vysokou tvrdostí, vhodná pro těžké opotřebení
- EN 1.4125 (X105CrMo17): Martenzitická chromová ocel s velmi vysokou odolností proti opotřebení, včetně použití jako ocel nožů
- EN 1.1191 (C45): je nelegovaná kvalitní ocel nebo uhlíková ocel. Lze ji pouze mírně vytvrdit, ale je snadno obrobitelná. Používá se pro hřídele se středními až vysokými mechanickými požadavky.
- EN 1.4301 (X5CrNi18-10, AISI 304): Nikl-chromová ocel. Používá se často a snadno se obrábí. Má vysokou odolnost proti korozi. Tvrdost je pod 215 HB a tvrdnutí tepelným ošetřením není možné.
- EN 1.4037 (X65Cr13): Martenzitová nerezová ocel. Po ztvrdnutí má vysokou tvrdost, ale je relativně křehká. Je vhodná pro použití v korozivním prostředí.
- EN 1.1213 (Cf53): Nelegovaná vysokouhlíková ocel. Velmi dobré vytvrzovací vlastnosti, vysoká pevnost a pevnost, ale snížená odolnost proti korozi.
Související tolerance ISO viz následující tabulka Tvrdost a dostupné povrchové úpravy podle materiálu hřídele:
| Materiál | Tolerance ISO | Tvrdost | Povrchová úprava |
|---|---|---|---|
| EN 1.3505 Equiv. | g6, h5 | Indukční vytvrzení přibližně 56 až 58HRC |
bez |
| EN 1.4125 Equiv. | |||
| EN 1.4037 Equiv. | |||
| EN 1.3505 Equiv. | Aplikováno tvrdé pochromování Tloušťka pokovení HV750 Tloušťka pokovení: min. 5 μ m |
||
| EN 1.4125 Equiv. | |||
| EN 1.3505 Equiv. | g6 | Pokovení LTBC Tloušťka pokovení: 1~2 μm |
|
| EN 1.4125 Equiv. | |||
| EN 1.1191 Equiv. | f8 | nevytvrzeno | Tvrdé pochromování Tvrdost vrstvy HV750 ~ Tloušťka pokovení: min. 10 μm |
| EN 1.4301 Equiv. | |||
| EN 1.1213 | h6 | Indukční vytvrzení 58HRC nebo více |
bez |
| EN 1.1213 | h7 | Tvrdé pochromování Tvrdost: Tloušťka pokovení HV750 min. 5 μm |
Ošetření lineárních hřídelí a jejich účinky
Lineární hřídele jsou nejprve indukčně, tepelně vytvrzené. Tento krok vytvrzování je proveden na surovině, na okrajové vrstvě, a poté následují všechny další obráběcí procesy. Výsledná hloubka vytvrzení závisí na materiálu a lineárním průměru hřídele. Hřídel se pak obrábí broušením, vrtáním atd. V těchto oblastech je také odstraněna vrstva tvrzeného okraje. Okolní materiál se v důsledku obrábění často velmi zahřívá, což vede ke změně tvrdosti v těchto oblastech.
Následující tabulka poskytuje přehled hloubky vytvrzování lineárních hřídelí pro různé třídy oceli:
| Vnější průměr D | Účinná hloubka tvrzení | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| EN 1.1191 C45E Equiv. |
EN 1.1213 Cf53 |
EN 1.3505 100Cr6 Equiv. |
EN 1.4037 X65Cr13 Equiv. |
EN 1.4125 X105CrMoV17 Equiv. |
EN 1.4301 X5CrNi18-10 Equiv. |
|
| 3 | nevytvrzeno | Velikost není k dispozici | > 0.5 | > 0.5 | > 0.5 | nevytvrzeno |
| 4 | ||||||
| 5 | ||||||
| 6 až 10 | > 0.5 | |||||
| 12 | > 0.7 | > 0.7 | > 0.5 | > 0.5 | ||
| 13 | ||||||
| 15 až 20 | > 0.7 | > 0.7 | ||||
| 25 až 30 | > 1.0 | > 1.0 | ||||
| 35 až 50 | Velikost není k dispozici | |||||
Omezení tvrdosti při povrchové úpravě
Před obráběním se ocel často zahřívá, aby byla obrábětelnější. I při obrábění může být ocel v oblasti hran zahřívána tak, že tvrdost původně rovnoměrně ztvrdlé vrstvy hran v této oblasti je snížena. Tato zóna se také nazývá zóna odvodu tepla a má nižší tvrdost než zbytek materiálu. Proces zahřívání by měl být řízen, aby se minimalizovalo riziko výskytu v této zóně. Vrstva ztvrdlé hrany původního hřídele se odstraňuje na plochách klíčů, hrdlovém zakončení atd. Zpracované nebo obnažené povrchy proto vykazují jinou tvrdost.
Například žíhání může mít za následek snížení tvrdosti v následujících možnostech konfigurace a konstrukcích hřídelí:
- Hřídele se závitem
- Stupňovité hřídele
- Kruhové drážky, kuželové a šestihranné otvory, ploché klíče, pilotní otvory s vnitřními závity, drážky pro montážní šrouby
- Zajišťovací drážky, drážky ve tvaru V
- Ploché povrchy
- Konfigurovatelné konstrukce konce hřídele (tvar G, H)
- Duté hřídele (laterální otvor na jedné straně)
Jiné formy povrchové úpravy
Kromě vytvrzení samotného lineárního hřídele lze pro zlepšení tvrdosti také aplikovat nátěry. Používají se také pro ochranu proti korozi. Existuje několik typů nátěrů:
- Tvrdé chromové pokovení: Tvrdé chromování zajišťuje vysokou povrchovou tvrdost a odolnost proti opotřebení. Chrom se však může odtrhnout.
- Pokovení LTBC: Tento povlak je 5μm silná vrstva fluoropolymeru uložená jako černá vrstva. Má nízkou odrazivost a je odolná vůči tlaku prasknutí ohýbáním lineární hřídele. Nátěry LTBC vykazují dobrou rovnováhu mezi tvrdostí a pružností.
- Bezproudové pokovování niklem: Jednotná vrstva bez pórů s vysokou ochranou proti korozi. Tento povlak vytváří hladký povrch s nízkým třením, ale pouze mírně zvyšuje tvrdost povrchu, což je důvod, proč se primárně používá pro ochranu proti korozi a pro kluzné vlastnosti.
- Nitridace: Nitridace výrazně zvyšuje tvrdost povrchu. Tento proces rozptyluje dusík do povrchu oceli. Podobně jako u pokovení LTBC se již nitridující vrstva nemůže odlupovat.
Volba lineárních hřídelí MISUMI
MISUMI nabízí řadu možností lineární konfigurace hřídele:
- Materiál hřídele: Ocel, nerezová ocel
- Povlak/pokovování: nepotažené, tvrdé pochromování, potažení LTBC, poniklování elektrolytem
- Tepelné ošetření: neošetřené, indukčně tvrzené
- Tolerance ISO: h5, k5, g6, h6, h7, f8
- Třídy přesnosti: kolmost 0,03, soustřednost (se závitem a přírůstky) Ø0,02, kolmost 0,20, soustřednost (závitový a stupňovitá) Ø0,10
- Rovnost/okrouhlost: v závislosti na průměru. Další informace naleznete v normách přesnosti hřídele
Přečtěte si také náš článek Lineární hřídele: Normy přesnosti lineárních hřídelí MISUMI.
Konfigurace montážních dílů
S pomocí konfigurátoru MISUMI můžete volně konfigurovat ložiska, hřídele a další komponenty.
Vyberte typ součásti a nastavte požadované tolerance.
CAD knihovna
Využijte naši rozsáhlou CAD knihovnu a najděte nejlepší montážní díl pro vaše komponenty a aplikace. Stáhněte si zdarma svou nakonfigurovanou součást z našeho webu.
Stažené komponenty pak můžete importovat do svého CAD programu.
Nechte se inspirovat naší CAD knihovnou a upravte své návrhy pomocí našeho doplňku SolidWorks.
Podobné články
