Untuk sebagian besar aplikasi transmisi daya industri dan gerak linier, a Patauos baja karbon sedang 1045 dengan kekerasan permukaan yang diperkeras induksi sebesar 55 HRC dan toleransi diameter h6 memberikan keseimbangan optimal antara kekuatan, ketahanan aus, dan biaya. Poros 25 mm yang diproduksi dengan spesifikasi ini mentransmisikan torsi kontinu sebesar 210 Nm , mempertahankan kelurusan 0,05 mm per meter , dan biasanya berjalan di bantalan bola selama lebih dari 20.000 jam sebelum keausan diameter melebihi 0,01 mm.
Pemilihan Bahan dan Sifat Mekanik
Bahan dasar menentukan kekuatan poros, kemampuan mesin, dan respons terhadap perlakuan panas. Tabel di bawah membandingkan tiga yang paling banyak disebutkan poros baja bulat bahan dalam kondisi yang disediakan dan diberi perlakuan panas.
| Material | Kekuatan Hasil (MPa) | Kekuatan Tarik (MPa) | Kekerasan Permukaan Khas |
|---|---|---|---|
| AISI 1045 (dipadamkan & ditempa) | 530 | 630 | 55-60 HRC (pengerasan induksi) |
| AISI 4140 (dikeraskan & ditempa) | 800 | 1000 | 58-62 HRC (nitridasi) |
| AISI 304 Anti Karat | 205 | 520 | 85 HRB (hanya kerja keras) |
1045 memberikan kombinasi kekuatan dan biaya terbaik untuk poros motor dan pompa standar. 4140 dipilih ketika kekuatan inti atau nitridasi yang lebih tinggi diperlukan untuk beban kejut yang berat. 304 stainless terbatas pada lingkungan food grade atau korosif di mana poros non-magnetik dengan kekuatan luluh di bawah 250 MPa dapat diterima.
Toleransi Diameter dan Kelurusan
Tingkat toleransi pada diameter poros secara langsung mengontrol kesesuaian dan runout bantalan. Nilai toleransi yang paling umum untuk poros berputar dan batas aktualnya untuk diameter nominal 20 mm adalah sebagai berikut.
- h6 : kisaran diameter 20.000 mm hingga 19.987 mm. Tingkat presisi ini memastikan kesesuaian tekan yang ringan dengan cincin bagian dalam bantalan P6 dan menjaga akurasi pengoperasian TIR 0,005mm .
- h7 : kisaran diameter 20.000 mm hingga 19.979 mm. Digunakan jika slip fit dengan sedikit jarak bebas radial dapat diterima, seperti pada roller idler konveyor.
- f7 : kisaran diameter 19.980 mm hingga 19.959 mm. Memberikan jaminan izin 0,020 mm hingga 0,041 mm untuk aplikasi yang memerlukan geser aksial atau kompensasi ekspansi termal.
Kelurusan juga sama pentingnya. Poros baja bundar standar dengan panjang hingga 1 meter biasanya dilengkapi dengan kelurusan 0,05 mm per meter . Pada jarak 2 meter, total runout yang diijinkan berlipat ganda menjadi 0,10 mm . Sebuah poros dengan kesalahan kelurusan di luarnya 0,15 mm per meter menginduksi tingkat getaran yang mengurangi umur bantalan L10 sebanyak faktor 40% .
Perlakuan Panas dan Kedalaman Kasus yang Dikeraskan
Perlakuan panas menghasilkan permukaan yang keras dan tahan aus sekaligus mempertahankan inti yang kuat. Pengerasan induksi adalah proses dominan untuk poros karbon sedang.
Parameter Pengerasan Induksi
Poros 1045 dipanaskan oleh kumparan frekuensi tinggi dan segera dipadamkan. Kedalaman kasus yang dicapai merupakan fungsi frekuensi dan waktu. Frekuensi 10 kHz dan kecepatan pemindaian 3 mm per detik menghasilkan lapisan yang mengeras 1,5 hingga 2,0mm dalam dengan kekerasan permukaan 55 hingga 60 HRC . Inti tetap di 25 hingga 30 HRC , memberikan keuletan dan ketahanan yang tinggi terhadap perambatan retak lelah.
Pengerasan Melalui Versus Pengerasan Kasus
Poros 4140 yang diperkeras secara tembus dipadamkan dan ditempa hingga mencapai kekerasan yang seragam 28-32 HRC . Hal ini memberikan kekuatan luluh yang lebih tinggi 700 MPa di seluruh penampang. Untuk keausan ekstrim, poros baja karbon rendah yang diperkeras (misalnya, 20MnCr5) dikarburasi hingga kandungan karbon permukaan sebesar 0,8% dan mengeras 60-62 HRC dengan kedalaman kasus 0,8-1,2 mm .
Finishing Permukaan dan Perlindungan Korosi
Permukaan akhir poros secara langsung mempengaruhi umur segel dan gesekan. Hasil akhir dari Ra 0,4 hingga 0,8 mikron adalah standar untuk bantalan kursi. Untuk segel poros putar, penyelesaian akhir Ra 0,2 hingga 0,4 mikron dengan letak tegak lurus terhadap arah putaran mencegah terjadinya kebocoran. Poros pencelupan tunggal yang bertemu Ra 0,2 µm memperpanjang umur segel 3,000 jam hingga lebih dari 8,000 jam dalam tes gearbox.
Perlindungan korosi ditambahkan ketika poros terkena kelembapan atau bahan kimia. Opsi yang paling efektif adalah:
- Pelapisan krom keras dengan ketebalan 20-50 mikron dan kekerasan 850-1000 HV. Ini tahan terhadap semprotan garam 96 jam tanpa karat merah dan dapat digiling ulang.
- Pelapisan nikel tanpa listrik menyediakan seragam 10-25 mikron lapisan yang tidak mengubah kekuatan lelah. Ini lebih disukai untuk poros yang kompleks karena profil endapannya yang rata.
- Oksida hitam menawarkan perlindungan korosi minimal (kurang dari 24 jam ketahanan terhadap semprotan garam) namun memberikan hasil akhir dekoratif dan menahan minyak untuk penyimpanan jangka pendek.
Kapasitas Beban dan Desain Khusus Aplikasi
Kapasitas torsi poros baja bulat dihitung dari kekuatan luluh geser. Untuk poros 1045 dengan kekuatan luluh 530 MPa dan diameter 30 mm, kapasitas torsi reversibel penuh menurut teori tegangan geser maksimum adalah 450 Nm . Ketika alur pasak ditambahkan, kapasitas torsi turun sekitar 25% karena faktor konsentrasi tegangan 2,5 pada sudut alur pasak.
Untuk poros gerak linier dalam sistem ball bushing, kekerasan permukaan harus minimal 58 jam untuk mencegah brinelling di bawah tekanan kontak bola, yang bisa melebihi 2.500 MPa . Poros 1045 yang diperkeras secara induksi dengan kedalaman kotak minimum 1,5 mm memenuhi persyaratan ini, sedangkan poros yang tidak diperkeras akan menunjukkan alur keausan di dalamnya 1.000 km perjalanan .
Pemasangan dan Rakitan Bantalan
Kesesuaian poros-ke-bantalan yang benar mencegah korosi fretting dan menjaga jarak bebas bantalan internal. Kesesuaian yang direkomendasikan untuk aplikasi standar adalah sebagai berikut.
- Untuk poros berputar dengan rumah stasioner: toleransi poros j6 untuk beban ringan, k6 untuk beban normal, dan m6 untuk beban kejut yang berat. Kesesuaian m6 pada poros 25 mm memberikan interferensi 0,008 mm hingga 0,025 mm .
- Untuk poros stasioner dengan rumah berputar: toleransi poros g6 or h6 digunakan untuk memungkinkan penyesuaian aksial sambil mempertahankan lokasi radial.
- Selalu panaskan cincin bagian dalam bantalan 80-100 derajat C menggunakan pemanas induksi sebelum menggesernya ke poros. Pengepresan dingin tanpa pemanasan dapat merusak jurnal poros dan mengurangi gangguan cengkeraman 15% .
