Teadmiste sari · Ussülekande põhitõed

Ussivarustus Materjali valik On sidumise otsus, mitte komponentide otsus

Võrk on triboloogiline süsteem – võlli kõvadus, ratta sulam ja pinnatingimused toimivad koos, põhjustades kas kontrollitud sissetöötamisprotsessi või katastroofilise hõõrdumise. Võlli ja ratta materjali eraldi valimine on ussiülekande enneaegse rikke kõige levinum põhjus.

⚙ Korea Ever-Power Worm Gear Co., Ltd📍 Ansan-si, Gyeonggi-do, Korea📧 [email protected]

Sissetöötamisprotsess: miks materjali keemiline koostis kontaktpinnal määrab hammasratta eluea

Uue ussiülekande komplekti kokkupanekul ja käivitamisel ei ole hammaste külgpinnad ideaalselt vormitud. Isegi täpse valmistamise korral on mõlema pinna mikrokaredus kõrgemad kui õlifilmi paksus käivitamisel. Need karedus kohtuvad ja deformeeruvad plastiliselt – protsessi nimetatakse sissetöötamiseks –, kuni kontaktgeomeetria on piisavalt sile, et hüdrodünaamiline määrimine saaks pinnad täielikult eraldada.

See, kas sissetöötamine toimub õigesti või halveneb kriimustusveaks, sõltub täielikult materjali paaristumisest kokkupuutel. Õige paarituse korral pehmem rattamaterjal külmtöödeldub ja kohandub kõvema võlli keermega, luues sileda, töötlemiskõvastunud kokkupuutetsooni. Vale paarituse korral – vale kõvaduse erinevus, vale ratta sulami keemiline koostis, ebapiisav võlli kõvadus – tekitavad kareduse tõttu kontaktid lokaalseid leegiaeglusteid, mis ületavad adhesiooniläve. Metall kandub ühelt pinnalt teisele. Ülekantud metall tekitab abrasiivseid osakesi. Ajam halveneb nädalate jooksul.

Miks see on paaristamise otsus: Võlli materjal määrab kõvaduse, millele ratta materjal peab vastama. Ratta materjal määrab hõõrdumisvastased omadused, mida võlli pinna seisukord peab toetama. Ühe õige ja teise vale valimine põhjustab sama rikke nagu mõlema vale valimine.

Ussülekande võrgu kokkupuuteala: karastatud terasest võlli keere vastu pronksist rattahamba pinda

Ussi keerme külje ja ratta hamba pinna vaheline libisev kontakt toimib suure libisemiskiirusega (0,5–15 m/s) ja suure kõvaduse erinevusega – triboloogiline süsteem, mis nõuab õiget materjalide paaristamist.


Ussivõlli materjali valik — teraseklassi järjestus

Ussivõlli materjali valik sõltub kolmest nõudest: pinna kõvadus võrgusilma hõõrdumisvastase toimivuse tagamiseks, südamiku sitkus löögikoormuse ja väsimuse taluvuse tagamiseks ning karastatavus – sügavus, milleni kõvadust on võimalik kuumtöötlusega saavutada.

C45
45–55 HRC
D1 Kerge töö

C45 teras — pinna kõvadus 45–55 HRC

Kergete koormustega ussivõllide algtaseme spetsifikatsioon. Läbikarastatud C45 pinnakõvadus on vaid 42–48 HRC – see on ebapiisav tinapronksi vastu kriimustuskindlaks muutmiseks libisemiskiirustel üle 2 m/s. Keermekülgede induktsioonkõvastamine tõstab pinnakõvaduse 50–55 HRC-ni, mis on standardsete ussiajamite puhul vastuvõetav minimaalne väärtus. C45 piiranguks on madal sulamisisaldus – karastatavus on madal. Vastuvõetav kergete, löögivabade rakenduste jaoks mõõduka libisemiskiiruse juures.

40Cr
50–56 HRC
D1–D2 Keskmise koormusega

40Cr teras — pinna kõvadus 50–56 HRC

Keskmise koormusega ussiülekannete standardne legeerterase spetsifikatsioon. 1% kroomi lisand tagab oluliselt parema karastatavuse kui C45 – 40Cr võll, mis on läbi karastatud 50–56 HRC-ni, säilitab selle kõvaduse tüüpiliste ussivõllide kogu läbimõõdu (20–80 mm) ristlõikes. See välistab korpuse ja südamiku vahelise purunemise, mis mõjutab C45 induktsioonkarastatud võlle löögikoormuse all. Korea Ever-Poweri standardsete legeerterasest ussiülekannete vaikespetsifikatsioon – õige spetsifikatsioon konveieri ajamite, põllumajandusmasinate ja tööstusautomaatika jaoks mõõduka töötsükli korral.

SCM415
58–62 HRC
D2–D3 Raskeveokite

SCM415 teras — pinna kõvadus 58–62 HRC

Tipptasemel spetsifikatsioon vastupidavatele ussiajamitele, mille puhul on nõutav löökkoormus, pidev töö suure pöördemomendiga või maksimaalne kasutusiga. Karbureerimisprotsess hajutab süsinikku pinnakihti 0,8–1,5 mm sügavusele, luues kõva martensiitse pinna kõvadusega 58–62 HRC, samal ajal kui südamik säilitab oma algse madala süsinikusisaldusega tugevuse. Oluline detail: keerme on lihvitud. pärast Karbureerimine, mitte enne. Karbureerimisjärgne lihvimine tagab, et nii lõplik kõvadus kui ka geomeetria vastavad samaaegselt spetsifikatsiooni väärtustele.

42CrMo
54–58 HRC
D3 Raskeveokite – suur ristlõige

42CrMo teras — pinna kõvadus 54–58 HRC

Suure ristlõike ja suure pöördemomendiga ussivõllide jaoks (tavaliselt moodul M8 ja kõrgem), kus süsinikkatte sügavus on ristlõike suurusega võrreldes ebapraktiline. Läbikarastatud 42CrMo kõvadusega 54–58 HRC tagab kogu hambalõike ulatuses ühtlasema kõvaduse kui suurel aluspinnal olev süsinikkattega korpus. Tõmbetugevus selle kõvaduse juures: ligikaudu 1700–1900 MPa. Sobiv suure pöördemomendiga rakenduste jaoks suure mooduli korral.

SS316
28–34 HRC
Erikeskkonnad — toit / merekeskkond

SS316 teras — pinna kõvadus 28–34 HRC

Materjal, mis tuleb täpsustada, kui peamiseks piiranguks on korrosioonikindlus, toiduohutusnõuetele vastavus või merekeskkond. Pinna kõvadus 28–34 HRC on oluliselt madalam kui ühelgi ülaltoodud legeerterase klassil. See madalam kõvadus tähendab madalamat pinna väsimuskindlust ja madalamat hõõrdumisvastast jõudlust libisemiskiiruse ühiku kohta. Kompenseerige: libisemiskiiruse hoidmisega alla 4 m/s; NSF H1 PAO määrdeaine kasutamisega; ja kinnitusega, et projekteeritud pöördemoment jääb SS316 komplekti vähendatud kandevõime piiresse, mitte eeldades samaväärset kandevõimet samaväärse legeerterase komplektiga.


Ussiratta materjal — kuus sulamit ja nende rakendusvaldkond

Ussratas on õigesti spetsifikatsiooniga ussülekande kuluv komponent. Võll on konstrueeritud oluliselt kõvemaks, seega kulub ratas eelisjärjekorras – kohandudes sissetöötamisperioodi jooksul järk-järgult võlli keerme geomeetriaga. Ratas on sisuliselt ohverduslik triboloogiline komponent, mille kulumiskiirust ja kulumismehhanismi tuleb materjali valikuga kontrollida.

ZCuSn10Pb1
Tinapronks
Tõmbetugevus~220 MPa
Kõvadus65–90 HB
Kriimustuskindel★★★★★★
Tugevus★★☆☆☆☆
TaotlusKerge kuni keskmise koormusega, standardne
ZCuAl10Fe3
Al-raudpronks
Tõmbetugevus~550 MPa
Kõvadus140–180 HB
Kriimustuskindel★★★☆☆
Tugevus★★★★★★
TaotlusRaskeveokite, löögikoormused
ZCuZn38Mn2Pb2
Mangaanmessing
Tõmbetugevus~380 MPa
Kõvadus80–110 HB
Kriimustuskindel★★★☆☆
Tugevus★★★☆☆
TaotlusKulutundlik OEM, keskmise koormusega
SS316
Roostevaba teras
Tõmbetugevus~520 MPa
Kõvadus28–34 HRC
Kriimustuskindel★★☆☆☆☆
Tugevus★★★★★★
TaotlusToidutsoon 1, ainult otsekontakt
PA66 nailon
Polüamiid 66
Tõmbetugevus~75 MPa
KõvadusR120
Kriimustuskindel★★★★☆
TugevusPole kohaldatav
TaotlusKerge töö, madala müratasemega, kuivmääre
POM (atsetaal)
Polüoksümetüleen
Tõmbetugevus~65 MPa
KõvadusR120
Kriimustuskindel★★★★☆
TugevusPole kohaldatav
TaotlusInstrumentide ajamid, väga kerged

Kriitilise sidumise reegel

Sissetöötamismehhanismi korrektseks toimimiseks peab ussivõlli pinna ja ussiratta materjali vahel olema minimaalne kõvaduse erinevus. Ebapiisav erinevus põhjustab mõlema pinna vastastikust hõõrdumist, selle asemel et pehmem pind kohanduks kõvemaga.

⚙ Reegel 1: ZCuSn10Pb1 (65–90 HB ≈ 7–9 HRC) vastu — Ussivõlli kõvadus peab olema ≥ 45 HRC. See võimaldab vähemalt C45 induktsioonkarastamist (50–55 HRC).
⚙ Reegel 2: ZCuAl10Fe3 (140–180 HB ≈ 14–18 HRC) vastu — ussivõlli kõvadus peab olema ≥ 55 HRC. Nõutav on 40Cr läbikarastatud teras (50–56 HRC) või eelistatavalt SCM415 karastatud teras (58–62 HRC).
⚙ Reegel 3: SS316 ratta (28–34 HRC) vastu — SS316 võll on ainus õige paar. Süsinikteras ja SS316 ratas loovad galvaanilise paari märg-/toidu-/merekeskkonnas.
⚙ Reegel 4: Nailon-/POM-ratta vastu – võlli kõvadus ei ole määrav tegur – pinnaviimistlus on. Võll tuleb lihvida Ra ≤ 0,8 µm-ni. Läbikarastatud, et vältida abrasiivset plastpuru kulumist.

Reegli 2 rikkumine on materjalispetsifikatsiooni kõige levinum viga: C45 või 40Cr määramine alumiinium-raudpronksi vastu on ebapiisav – alumiinium-raudpronksi hamba kõvadus läheneb võlli pinna kõvadusele, mõlemad pinnad hõõrduvad samaaegselt, põhjustades kiire mõõtmete muutuse ja katastroofilise müra suurenemise ilma järkjärgulise hoiatuseta, mida õige paariga kulumine annab.

Materjalide sidumise valiku maatriks

Võll → Ratas ↓ C45 induktsioon
50–55 HRC
40Cr läbi
50–56 HRC
SCM415 karburaator.
58–62 HRC
42CrMo läbivalt
54–58 HRC
SS316
28–34 HRC
ZCuSn10Pb1 tina pronks
✓ Vastuvõetav
Ainult kergetele töödele
✓✓ Parim
Standardtollimaks
✓✓ Suurepärane
Raskeveokite
✓✓ Suurepärane
Suur moodul
✗ Ei sobi korrosioonikindlasse keskkonda.
ZCuAl10Fe3 Al-raudpronks
✗ Ebapiisav
kõvaduse erinevus
⚠ Marginaalne
Vältige löökkoormusi
✓✓ Õige
Löögikohustus
✓✓ Õige
Raske sektsioon
Pole kohaldatav
ZCuZn38Mn2Pb2 Mn messing
✓ Kerge töö
✓✓ Keskmise koormusega
✓✓ Tugevdatud
✓ Tugevdatud
✗ Mitte korrosioonile.
SS316 roostevaba
✗ Galvaaniline korr.
✗ Galvaaniline korr.
✗ Galvaaniline korr.
✗ Galvaaniline korr.
✓✓ Toit/Mere Z1
PA66 / POM plastik
✓ Valgus
Poola võll kõigepealt
✓ Kerge töö
Liiga palju
Liiga palju
✓ Madala müratasemega kuivatamine

Praktiline otsustusprotsess uute rakenduste jaoks

1. Kas töökeskkond on toidutootmise (HACCP), merekeskkonna või söövitava pesukeskkonna kohane?
JAH → SS316 võll + SS316 ratas (Z1) või SS316 võll + tinapronksratas (Z2)
EI → jätka küsimusega 2
2. Kas rakenduses esineb märkimisväärne löökkoormus (otsemootori käivitumine täiskoormusel, protsessist tulev vahelduv löök)?
JAH → SCM415 karastatud võll + ZCuAl10Fe3 alumiinium-pronksketas
EI → jätka küsimusega 3
3. Kas pidev pöördemoment on üle 300 Nm või töötsükkel üle 70%?
JAH → 40Cr läbikarastatud võll + ZCuSn10Pb1 tinapronksist ratas (D2)
EI → C45 induktsioonvõll + ZCuSn10Pb1 tinapronksist ratas vastuvõetav (D1)
→ Veenduge, et kõvaduse erinevus vastab ülaltoodud paaritusreeglitele. Enne tellimist edastage Korea Ever-Powerile materjali kinnitamiseks rakenduse üksikasjad.

Korea Ever-Power tooted

Ussülekandetooted materjali spetsifikatsiooni järgi

Legeerterasest uss- ja ussikäigukomplekt
Standardne paaristamine · D1–D2
Legeerterasest uss- ja ussikäigukomplekt
40Cr läbikarastatud ussivõll koos ZCuSn10Pb1 tinapronksrattaga on standardne keskmise koormuse spetsifikatsiooniga – õige paar enamiku tööstuslike ajamirakenduste jaoks. 40Cr võll saavutab läbikarastamise teel 50–56 HRC, mis tagab piisava kõvaduse erinevuse tinapronksiga (65–90 HB) usaldusväärse sissetöötamise ja pika kasutusea tagamiseks. Tinapronksratta juhtfaas pakub piirmäärimiskaitset käivitamise ja vahelduva töötamise ajal. D3 raskete rakenduste jaoks on sama toode saadaval SCM415 karastatud võlliga (58–62 HRC) ja ZCuAl10Fe3 alumiinium-malmpronksrattaga – täpsustage tellimuse esitamisel nõutav koormusklass. Iga sobiva komplektiga on kaasas nii võlli kui ka ratta materjalisertifikaadid.
Võll40Cr · 50–56 HRC läbikarastatud
RatasZCuSn10Pb1 · 65–90 HB
MoodulM1–M10
Kõvaduse erinevusKinnitatud tellimuse esitamisel

Vaata toodet →

Messingist uss ja ussirataste komplekt
Mangaanmessing · Kulutõhus
Messingist uss ja ussirataste komplekt
ZCuZn38Mn2Pb2 mangaanmessingist ketas koos 40Cr läbikarastatud või C45 induktsioonkarastatud ussivõlliga. Messingist ketas pakub kompromissi tinapronksi (parim hõõrdumiskindlus, madalam tugevus) ja alumiinium-raudpronksi (kõrgeim tugevus, madalam hõõrdumiskindlus) vahel: tõmbetugevus umbes 380 MPa vs tinapronksi 220 MPa, parema hõõrdumiskindlusega kui alumiinium-raudpronksil. Kasutatakse laialdaselt originaalseadmete tootjate rakendustes, kus kulueesmärgid ei võimalda kallima tinapronksi spetsifikatsiooni ja kus koormus on kerge kuni keskmine, prognoositava koormusega, mitte löökide või löökidega. Mangaanisisaldus (1,5–2,5%) annab tavalise messingi suhtes teatud kõvenduse, pikendades hammaste kulumisiga.
Velje sulamistZCuZn38Mn2Pb2 (~380 MPa)
VõllC45 induktsioon või 40Cr läbivoolu
TaotlusKerge ja keskmise koormusega OEM
Mat. sertifikaatStandardvarustuses

Vaata toodet →

Plastist ussikäigukomplekt
PA66 / POM ratas · Kerge koormus
Plastist ussikäigukomplekt
PA66 nailonist või POM atsetaalist ratas koos karastatud terasest võlliga kergeteks ja madala müratasemega rakendusteks. Iseõlitav plastratas välistab õlivanni määrimise vajaduse – see on kriitilise tähtsusega kitsastes ruumides või puhtas keskkonnas töötamisel. Terasvõll tuleb lihvida Ra ≤ 0,8 µm-ni – karedamalt lihvitud võlli pind hõõrub plastratast kiiremini, selle asemel et sujuvalt sisse töötada. Korea Ever-Poweri plastmassist hammasrattakomplektidel on standardvarustuses lihvitud ja poleeritud võll. PA66 imab keskkonnast piiratud niiskust; POM on eelistatud juhul, kui oluline on mõõtmete stabiilsus niiskuse kõikumise korral. Määrimist pole vaja – määrdeaine on vajalik ainult siis, kui töötemperatuur ületab 80 °C.
Ratta materjalPA66 / POM (täpsustage tellimusel)
Võlli viimistlusMaapinna Ra ≤ 0,8 µm (standard)
MäärimineKuiv või kerge rasv
MoodulM0,5–M4 (kerge töörežiimiga vahemik)

Vaata toodet →

Materjali valiku KKK

Inseneride ja ostjate küsimused ussiülekande materjalide kohta

Miks mu ussiratas kulub kiiresti pärast vaid kolmekuulist kasutamist? Materjal näeb paberil õige välja.+

Õigesti paberil määratud paigalduse kiire kulumine viitab tavaliselt ühele kolmest probleemist. Esiteks, kõvaduse erinevuse rikkumine: kontrollige võlli kõvadust kaasaskantava Rockwelli testeriga, mitte ainult materjalisertifikaadile tuginedes. 40Cr-na tarnitud, kuid nõuetekohaselt kuumtöödelmata võlli kõvadus võib olla 35–42 HRC, mitte 50–56 HRC, mis asetab selle tinapronksi suhtes piisava erinevuse miinimumini või alla selle. Teiseks, määrdeaine probleem: EP-lisandiga käigukastiõli ründab pronksratast. Kolmandaks, saastumine: määrdeaines olevad abrasiivsed osakesed – isegi kui allikas tuvastatakse ja eemaldatakse, jätkavad õlis olevad abrasiivsed osakesed hõõrdumist kuni õli vahetamiseni.

Kas ma saan tinapronksrattalt alumiinium-raudpronksi rattale üle minna, et pikendada kulumiskindlust ilma ussivõlli vahetamata?+

See on kõvaduserinevuse reeglis kirjeldatud paaritusviga. Kui teie ussivõll on C45 induktsioonkarastatud (50–55 HRC) või 40Cr läbikarastatud (50–56 HRC), ei saa te lihtsalt asendada seda ZCuAl10Fe3-ga ilma võlli piisava kõvaduse kontrollimata. 40Cr ja ZCuAl10Fe3 puhul on kõvaduse erinevus piisav. C45 ja ZCuAl10Fe3 puhul on varu väiksem ja seda tuleks kontrollida kriimustusriski arvutusega teie töötava libisemiskiiruse juures. Kui teie võll on C45 ja soovite alumiinium-pronksketast, uuendage samal ajal SCM415 karastatud võlli vastu – võll vajab kõvema rattasulamiga korrektseks toimimiseks suuremat kõvadust.

Mis vahe on ussirataste puhul ZCuSn10Pb1 ja ZCuSn12 tinapronksil? Millal peaksin määrama kõrgema tina klassi?+

ZCuSn12 tinasisaldus on ligikaudu 20% võrra suurem kui ZCuSn10Pb1-l, pakkudes veidi suuremat tõmbetugevust (~250 MPa vs ~220 MPa) ja suuremat kõvadust (~90–110 HB vs ~65–90 HB). Pliifaasi hõõrdumisvastane toime on kahe klassi puhul sarnane. ZCuSn12 tasub valida siis, kui vajate sama mooduli juures suuremat mahtuvust, kui ZCuSn10Pb1 suudab pakkuda, kuid rakendusel puudub löökkoormus, mis õigustaks üleminekut ZCuAl10Fe3-le.

Mul on niiskes rannikukeskkonnas ussiülekanne, aga see ei pea olema toidukvaliteediga. Kas peaksin ikkagi valima SS316 terase?+

Ussiratta puhul jah – kui korpus pole täielikult suletud ja võll on rannikuatmosfääriga kokkupuutes, on õige spetsifikatsioon SS316. Tsingitud süsinikterasest võllil tekib mereatmosfääris auklikkus 12–18 kuu jooksul ja SS304 võllil kloriidide põhjustatud aukliku korrosiooni tõttu 6–24 kuu jooksul. Ussiratta puhul, kui ratas on suletud korpuses, jääb ZCuSn10Pb1 tinapronks vastuvõetavaks – pronks peab mereatmosfääri korrosioonile hästi vastu. Soolapihustiga otsese kokkupuute korral on ZCuAl10Fe3 alumiinium-raudpronks vastupidavam mere bioloogilisele saastumisele ja teradevahelisele korrosioonile, mis tekib tinapronksis korduva märg-kuiv tsükkelduse käigus.

Miks mul on vaja materjalisertifikaati just ussivõlli jaoks? Kas ma ei saa olla kindel, et 40Cr võll on tegelikult 40Cr?+

Materjalide asendamine tarneahelas on levinum, kui insenerid arvavad, eriti vahendajate kaudu ostetud võllide puhul. C45 võll ja 40Cr võll näevad enne kuumtöötlust identsed välja. Kõvaduskatse kinnitab saavutatud kõvadust, kuid mitte sulamit – C45 on võimalik kuumtöödelda induktsioonkõvendusega kõvaduseni 50 HRC, samas kui andmelehel on täpsustatud 40Cr läbikõvenduseks kõvadust 52 HRC. Erinevus ilmneb korpuse paksuses ja väsimuskindluses. Freesimissoojusnumbri materjalisertifikaat tõendab sulami koostist – mitte ainult kõvaduse tulemust.

Kas erinevate veljematerjalide vahel on kaalu/kulu vahel kompromiss, mida peaksin arvestama?+

Jah, ja see on oluline suuremate moodulite puhul. Tinapronks ZCuSn10Pb1 on suhteliselt kallis vasesulam – mooduli M6 ja kõrgemate puhul võib ratas olla hammasrattakomplekti peamine kulukomponent. Madalaimast kõrgeimani: POM/PA66 < mangaanmessing < ZCuAl10Fe3 < ZCuSn10Pb1 < SS316. Pange tähele, et materjalikulu moodustab vaid murdosa paigalduskuludest – vale materjali valimine ja hammasratta vahetamine iga 6 kuu tagant maksab palju rohkem kui ühekordne õige valimine.

Milline on õigesti ja valesti spetsifikatsiooniga ussiülekandekomplekti kasutusea erinevus?+

Kasutusaja erinevus on tavaliselt 10:1 või suurem. Õigesti mõõdetud komplekt näitab rattahammaste külgede järkjärgulist ja kontrollitud kulumist tuhandete tundide jooksul, mida on võimalik mõõta õlianalüüsi osakeste loenduse abil, ning piisava hoiatusega enne mõõtmete piiride ületamist. Valesti mõõdetud komplekt – vale kõvaduse erinevus, vale määrdeaine, saastumine – põhjustab tavaliselt kulumise kriimustuste või kiire abrasiivse kulumise tõttu 200–500 tunni jooksul.

Kas harva – vaid paar tundi nädalas – töötava ussiülekande puhul on materjali spetsifikatsioonil ikka sama palju tähtsust?+

Harv töötamine muudab piirmäärimise rikke tõenäolisemaks, mitte vähem tõenäolisemaks. Iga kord, kui ajam puhkeolekust taaskäivitub, töötab võrk piirmäärimise režiimis – ilma hüdrodünaamilise kileta – esimestel sekunditel kuni minutitel, kuni töötemperatuur ja libisemiskiirus kile moodustavad. Ajam, mis käivitub ja peatub sageli, kogeb proportsionaalselt rohkem piirmäärimist võrreldes oma kogu tööajaga. Tinapronksist ratta pliifaasi piirmäärimise omadus on eriti väärtuslik vahelduvate rakenduste puhul. Ärge kunagi järeldage, et harva kasutatav rakendus talub madalamat materjali spetsifikatsiooni.

Hankige oma rakenduse jaoks materjalisoovitus

Esitage tööklass, töökeskkond, löögikoormuse tingimused, pidev pöördemoment ja kõik erinõuded (toit, merendus, dokumentatsioon). Korea Ever-Power kinnitab enne tellimuse esitamist õige võlli ja ratta materjali paari koos kõvaduserinevuse arvutusega.

Toimetaja: Cxm