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DE4333017A1 - Solid shaft for use as drive shaft - Google Patents

Solid shaft for use as drive shaft

Info

Publication number
DE4333017A1
DE4333017A1 DE19934333017 DE4333017A DE4333017A1 DE 4333017 A1 DE4333017 A1 DE 4333017A1 DE 19934333017 DE19934333017 DE 19934333017 DE 4333017 A DE4333017 A DE 4333017A DE 4333017 A1 DE4333017 A1 DE 4333017A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
shaft
weight
less
solid
solid shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19934333017
Other languages
German (de)
Inventor
Kazuhiko Yoshida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
Priority to DE19934333017 priority Critical patent/DE4333017A1/en
Publication of DE4333017A1 publication Critical patent/DE4333017A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K17/00Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
    • B60K17/22Arrangement or mounting of transmissions in vehicles characterised by arrangement, location, or type of main drive shafting, e.g. cardan shaft
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02Shafts; Axles

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Abstract

There is described a compact and high-performance or high-strength, solid shaft for use as a drive shaft, which has a relatively high torsional strength and which can easily be machined and which is free of contaminant concentrations at the serrated parts. The solid shaft which has serrated parts is made from an alloy composition comprising the following: C: from 0.38 to 0.45 % by weight, Si: 0.35 % by weight or less, Mn: from 0.8 to 1.5 % by weight, B: from 0.0005 to 0.0035 % by weight, Ti: from 0.1 to 0.05 % by weight and Al: from 0.01 to 0.06 % by weight, where the content of N is not greater than 0.01 % by weight and the remainder is essentially Fe. The shaft has a surface hardened by means of induction hardening and a hardening parameter HRC of 55 or greater. The ratio of the hardened depth to the radius of the shaft is not less than 0.45.

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer massiven Welle zur Ver­ wendung als eine Antriebswelle bei einem Fahrzeug, und insbe­ sondere mit einer massiven Welle zur Verwendung als eine An­ triebswelle in Verbindung mit homokinetischen Gelenken.The invention is concerned with a massive shaft for ver application as a drive shaft in a vehicle, and esp especially with a massive shaft for use as an on drive shaft in connection with constant velocity joints.

Im allgemeinen wird das in einer Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment über ein Getriebe, ein Differential und ein homo­ kinetisches Gelenk auf eine massive Welle und dann über ein weiteres homokinetisches Gelenk auf eine Nabe und ein Rad übertragen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat eine derartige massive Welle 1 im Antriebssystem Kerbzahnteile 3 an beiden Enden zur Verbindung mit den homokinetischen Gelenken 2. Das Drehmoment der Brennkraftmaschine wird auf die kerbverzahnten Teile aufgebracht.In general, the torque generated in an internal combustion engine is transmitted to a solid shaft via a transmission, a differential and a homokinetic joint, and then to a hub and a wheel via another homokinetic joint. As shown in FIG. 1, such a massive shaft 1 in the drive system has serrated parts 3 at both ends for connection to the homokinetic joints 2 . The torque of the internal combustion engine is applied to the splined parts.

Eine massive Welle zur Verwendung als eine Antriebswelle ist erforderlich, um eine ausreichende Torsionsfestigkeit über die gesamte Länge hinweg zu haben. Ferner müssen die kerbverzahnten Teile maschinell mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden, um einen erforderlichen Abstand usw. bereitzustellen und Bela­ stungskonzentrierungen zu vermeiden.A massive shaft is for use as a drive shaft required to have sufficient torsional strength over the to have entire length. Furthermore, the splined Parts machined to high accuracy to provide a necessary distance, etc. and Bela to avoid concentration concentrations.

Übliche massive Wellen dieser Bauart sind aus einem Kohlen­ stoffstahl mittlerer Güte, wie A ISI 1541 oder S40C, herge­ stellt, bei dem es sich um Stähle zum Walzen bzw. Walzstähle handelt. Das Stahlmaterial wird zuerst wärmebehandelt, um die maschinelle Bearbeitbarkeit zu verbessern, dann wird ihm eine erforderliche Gestalt mittels Walzen und maschinellem Bearbeiten verliehen und schließlich erfolgt eine Induktionshärtung zum Härten der Oberfläche, um eine erforderliche Torsionsfestigkeit zu erzielen. Common solid shafts of this type are made of one coal medium-grade steel, such as A ISI 1541 or S40C which is steel for rolling or rolled steel acts. The steel material is first heat treated to the improve machinability, then it becomes a required shape by means of rolling and machining awarded and finally there is an induction hardening to Hardening the surface to a required torsional strength to achieve.  

Eine massive Welle zur Verwendung als eine Antriebswelle, welche durch maschinelles Bearbeiten und Induktionshärten eines übli­ chen Kohlenstoffstahles mittlerer Güte, wie S40C, hergestellt ist, neigt zu Abschreckrissen. Auch ist die durch das Härten gebildete gehärtete Schicht so dünn, daß die Torsionsfestigkeit ausgedrückt in der Größe der maximalen Scherbeanspruchung (τmax) beim Bruch nicht größer als 1,27 GPa (130 kgf/mm²) war. Daher war es schwierig, die Erfordernisse hinsichtlich kleineren gewichtsmäßiger leichteren Antriebssystemen zu erfüllen.A massive shaft for use as a drive shaft, which by machining and induction hardening an ordinary medium grade carbon steel such as S40C is prone to chilling tears. It is also through hardening formed hardened layer so thin that the torsional strength expressed in the size of the maximum shear stress (τmax) at break was not greater than 1.27 GPa (130 kgf / mm²). Therefore, it was difficult to meet the requirements for smaller ones lighter drive systems in terms of weight.

Um insbesondere die Abmessungen der massiven Welle in ausrei­ chender Weise zu reduzieren, muß sie eine Torsionsfestigkeit von wenigstens 1,47 GPa (150 kgf/mm²) bezogen auf die maximale Scherbeanspruchung (τmax) haben. Keine der üblichen Wellen hat eine derart hohe Torsionsfestigkeit.In particular, the dimensions of the solid shaft are sufficient accordingly, it must have a torsional strength of at least 1.47 GPa (150 kgf / mm²) based on the maximum Have shear stress (τmax). Has none of the usual waves such a high torsional strength.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine kompakt ausgelegte und hoch­ feste, massive Welle zur Verwendung als eine Antriebswelle be­ reitzustellen, welche eine höhere Torsionsfestigkeit bei einer erforderlichen maximalen Scherbeanspruchung hat, welche maschi­ nell mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden kann und die frei von Belastungskonzentrierungen an den kerbverzahnten Teilen ist.The invention aims to be compact and tall solid solid shaft for use as a drive shaft to sit, which has a higher torsional strength at a has the required maximum shear stress, which maschi nell can be edited with high accuracy and that freely of stress concentrations on the serrated parts.

Nach der Erfindung wird eine massive Welle zur Verwendung als eine Antriebswelle bereitgestellt, wobei die massive Welle kerb­ verzahnte Teile hat und aus einer Legierungszusammensetzung her­ gestellt ist, welche 0,38 bis 0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 0,35 Gew.-% oder weniger Silizium, 0,8-1,5 Gew.-% Magnesium, 0,0005-0,0035 Gew.-% Bor, 0,01 bis 0,05 Gew.-% Titan und 0,01- 0,06 Gew.-% Aluminium aufweist, wobei der Stickstoffgehalt nicht größer als 0,01 Gew.-% ist und der Rest im wesentlichen Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen umfaßt. Die massive Welle hat eine Oberfläche, welche mittels Induktionshärten ge­ härtet ist und eine Härte HRC von 55 oder größer hat, wobei das Verhältnis der Härtungstiefe zum Radius der massiven Welle nicht kleiner als 0,45 ist. According to the invention there is provided a solid shaft for use as a drive shaft, the solid shaft having serrated parts and made from an alloy composition which is 0.38 to 0.45 wt% carbon, 0.35 wt% % or less silicon, 0.8-1.5% by weight magnesium, 0.0005-0.0035% by weight boron, 0.01 to 0.05% by weight titanium and 0.01-0, 06 wt .-% aluminum, wherein the nitrogen content is not greater than 0.01 wt .-% and the rest essentially comprises iron and unavoidable impurities. The solid shaft has a surface which is hardened by induction hardening and has a hardness H R C of 55 or greater, the ratio of the depth of hardening to the radius of the solid shaft being not less than 0.45.

Von den Legierungskomponenten für die massive Welle nach der Erfindung sollte der Kohlenstoffgehalt (C) sich auf 0,38 bis 0,45 Gew.-% (nachstehend vereinfacht ausgedrückt mit "%") belau­ fen. Wenn dieser kleiner als 0,38% ist, hätte die massive Welle keine ausreichende Torsionsfestigkeit und Schlagfestigkeit. Wenn er größer als 0,45% ist, werden die maschinelle Bearbeitbarkeit und die Walzbarkeit äußerst ungünstig. Ferner kann es dann leicht auftreten, daß die hieraus hergestellte Wellen Abschreck­ risse hat.Alloy components for the massive shaft after Invention, the carbon content (C) should be 0.38 to 0.45% by weight (hereinafter simply expressed as "%") fen. If this is less than 0.38%, the massive wave would have insufficient torsional strength and impact resistance. If it is greater than 0.45%, the machinability and the rollability extremely unfavorable. Then it can easily occur that the waves produced from this deterrent has cracks.

Der Gehalt an Silizium (Si) sollte 0,35% oder weniger sein. Obgleich es erforderlich ist, eine kleine Siliziummenge als ein Desoxidationsmittel zuzugeben, um die Verarbeitbarkeit und die Produktivität des Stahlmaterials zu erhöhen, würde die Kalt­ walzbarkeit sehr ungünstig werden, wenn der Gehalt größer als 0,35% ist.The silicon (Si) content should be 0.35% or less. Although it requires a small amount of silicon as one Add deoxidizers to increase processability and The productivity of the steel material would increase the cold rollability become very unfavorable if the content is greater than Is 0.35%.

Der Gehalt an Mangan (Mn) sollte 0,8 bis 1,5% betragen. Magne­ sium in einem solchen Bereich verbessert die Härtbarkeit mittels Induktion. Auch wird eine Magnesium-Sulfid-Verbindung gebildet und hierdurch die maschinelle Bearbeitung günstiger. Wenn we­ niger als 0,8% enthalten sind, läßt sich keine ausreichende Verbesserung der Härtbarkeit erzielen. Wenn der Gehalt größer als 1,5% ist, wird die Kaltwalzbarkeit ungünstig beeinflußt.The manganese (Mn) content should be 0.8 to 1.5%. Magne sium in such an area improves the hardenability by means of Induction. A magnesium sulfide compound is also formed and thereby the machining is cheaper. If we less than 0.8% are contained, can not be sufficient Achieve improvement in hardenability. If the salary is greater than 1.5%, the cold rollability is adversely affected.

Der Gehalt an Bor (B) sollte 0,0005-0,0035% betragen. Eine derartige Bormenge dient zur Verbesserung der Härtbarkeit, zur Verstärkung der Korngrenzen und zur Vergrößerung der Schlag­ festigkeit. Wenn er kleiner als 0,0005% ist, erhält man diese bevorzugten Eigenschaft nicht in ausreichendem Maße. Wenn er größer als 0,0035% ist, wird nicht nur die Härtbarkeit nicht in ausreichendem Maße verbessert, sondern die Ausscheidung von Fe₂B während des Walzens führt zu Kaltrissen.The boron (B) content should be 0.0005-0.0035%. A such amount of boron is used to improve hardenability Strengthening the grain boundaries and increasing the impact strength. If it is less than 0.0005%, you get this preferred property is not sufficient. If he is greater than 0.0035%, not only will not hardenability in sufficiently improved, but the excretion of Fe₂B during the rolling leads to cold cracks.

Die Gehalte an Titan (Ti) und Aluminium (Al) sollten jeweils 0,01-0,05% und 0,01-0,06% ausmachen. Sie dienen beide zum Fixieren von Stickstoff und Sauerstoff im Material. Wenn bei­ spielsweise das Material in einem Feststoffzustand gelösten Stickstoff enthält, besitzt Stickstoff die Neigung, Bor aufzu­ nehmen und eine Bor-Nitrid-Verbindung zu bilden, wodurch verhin­ dert wird, daß Bor die Härtbarkeit verbessern kann. Wenn die Legierung Ti und Al enthält, werden jedoch vorzugsweise TiN und AlN gebildet. Hierdurch wird ermöglicht, daß Bor seine Wirkung zur Verbesserung der Härtbarkeit entfalten kann. Zu diesem Zweck sollte der Gehalt des jeweiligen Elements 0,01% oder mehr aus­ machen. Da andererseits eine zu große Zugabe von Ti und Al nicht nur unzweckmäßig ist, sondern auch die Reinheit der Legierungs­ zusammensetzung beeinträchtigen kann, sollten die oberen Grenz­ werte für Ti und Al bei 0,05% und 0,06% jeweils liegen.The levels of titanium (Ti) and aluminum (Al) should each Make up 0.01-0.05% and 0.01-0.06%. They both serve to Fix nitrogen and oxygen in the material. If at  for example, the material dissolved in a solid state Containing nitrogen, nitrogen tends to pick up boron take and form a boron nitride compound, which prevents It is changed that boron can improve the hardenability. If the Alloy contains Ti and Al, but are preferably TiN and AlN formed. This enables boron to have its effect can develop to improve hardenability. To this end the content of each element should be 0.01% or more do. On the other hand, an excessive addition of Ti and Al does not is only inappropriate, but also the purity of the alloy composition should affect the upper limit values for Ti and Al are 0.05% and 0.06% respectively.

Der Gehalt an Stickstoff (N) sollte 0,01% oder weniger sein. Wenn er größer als 0,01% ist, wird Bornitrid gebildet, wodurch sich die Menge der freien Boratome verringert, welche dazu die­ nen, die Härtbarkeit zu verbessern.The nitrogen (N) content should be 0.01% or less. If it is larger than 0.01%, boron nitride is formed, whereby the amount of free boron atoms decreases, which the to improve hardenability.

Um ferner die maschinelle Bearbeitbarkeit der Legierungszusam­ mensetzung nach der Erfindung zu verbessern, können Elemente, wie S, Pb, Te oder Ca, der Zusammensetzung zugegeben werden. Um ferner die Härtbarkeit zu verbessern, können Cr und/oder Mo zu­ gegeben werden. In diesem Fall sollten der Cr- und/oder Mo- Gehalt 0,05% und 0,2% jeweils nicht überschreiten, so daß nicht die maschinelle Bearbeitbarkeit herabgesetzt wird. Durch die Zugabe von 0,1% oder weniger an Nb lassen sich auch die Schlagfestigkeit und die Empfindlichkeit gegenüber Abschreck­ rissen günstiger machen.To further enhance the machinability of the alloy To improve composition according to the invention, elements such as S, Pb, Te or Ca, can be added to the composition. Around Cr and / or Mo can also improve the hardenability are given. In this case, the Cr and / or Mo Content does not exceed 0.05% and 0.2%, respectively, so that machine machinability is not degraded. By the addition of 0.1% or less of Nb can also be made Impact resistance and sensitivity to quenching make cracks cheaper.

Die massive Welle, die aus der vorstehend beschriebenen Legie­ rungszusammensetzung hergestellt ist, sollte einer Induktions­ härtung unterworfen werden, um eine gehärte Schicht zu bilden, welche eine HRC (Rockwell C-Härte) von 55 oder mehr hat, so daß das Verhältnis von Tiefe zu Wellenradius 0,45 oder größer wird. Wenn das Verhältnis kleiner als 0,45 ist, ist die Torsions­ festigkeit der massiven Welle nicht ausreichend, und die maxi­ male Scherbeanspruchung (τmax) wird kleiner als 1,47 GPa (150 kgf/mm²). Die gehärtete Tiefe ist der Abstand von der Ober­ fläche, an der die Vickers-Härte HV gemäß dem Verfahren nach JIS G0559 gemessen wird, welche höher als 392 (gleich HRC 4) ist.The solid shaft made of the alloy composition described above should be subjected to induction hardening to form a hardened layer having an H R C (Rockwell C hardness) of 55 or more so that the ratio of Depth to shaft radius becomes 0.45 or greater. If the ratio is less than 0.45, the torsional strength of the solid shaft is insufficient and the maximum shear stress (τmax) becomes less than 1.47 GPa (150 kgf / mm²). The hardened depth is the distance from the surface at which the Vickers hardness HV is measured according to the method according to JIS G0559, which is higher than 392 (equal to H R C 4).

Die massive Welle zur Verwendung als eine Antriebswelle nach der Erfindung ist aus einer Legierungszusammensetzung hergestellt, welche eine höhere Martensitumwandlungstemperatur als übliche Materialien hat, und eine vorbestimmte Menge an Bor (B) enthält. Da eine derartige Zusammensetzung eine feinkörnige Struktur (Ferritkorn-Größenzahl ist 6 oder größer) bildet, ist die Empfindlichkeit gegenüber Abschrägrissen gering. Die gehärtete Schicht, die durch Induktionshärten derart gebildet wird, daß sie eine vorbestimmte Oberflächenhärte und eine vorbestimmte Tiefe hat, dient dazu, die Torsionsfestigkeit der massiven Welle zu erhöhen, so daß die maximale Scherbeanspruchung auf wenig­ stens 1,47 GPa (150 gkf/mm²) ansteigt.The massive shaft for use as a drive shaft after the Invention is made from an alloy composition which has a higher martensite transformation temperature than usual Has materials, and contains a predetermined amount of boron (B). Because such a composition has a fine grain structure (Ferrite grain size number is 6 or larger) is the Low sensitivity to bevel cracks. The hardened Layer formed by induction hardening in such a way that they have a predetermined surface hardness and a predetermined one Depth has the torsional strength of the massive shaft increase so that the maximum shear stress on little at least 1.47 GPa (150 gkf / mm²) increases.

Da ferner die kerbverzahnten Teile mit genauem Abstand ausgebil­ det werden können, lassen sich Belastungskonzentrierungen ver­ meiden. Auch lassen sich die Abmessungen der Welle möglichst klein machen und man erhält dennoch die hochfesten Belastungs­ eigenschaften.Furthermore, since the splined parts are formed at a precise distance load concentrations can be detected avoid. The dimensions of the shaft can also be as small as possible make small and you still get the high-strength load properties.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung erge­ ben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Aus­ führungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:Further details, features and advantages of the invention are shown ben from the following description of preferred Aus management forms with reference to the accompanying drawing. It shows:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform; Fig. 1 is a front view of a preferred embodiment;

Fig. 2 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen den maximalen Scherbeanspruchungen und dem Verhältnis der gehärteten Tiefe zu dem Wellenradius und der Oberflächenhärte; und Fig. 2 is a diagram showing the relation between the maximum shear stress and the ratio of the hardened depth to the shaft radius and surface hardness; and

Fig. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Ermüdungs­ festigkeit der massiven Wellen bei vollständig umgekehrter Torsion. Fig. 3 is a diagram to illustrate the fatigue strength of the massive waves with completely reverse torsion.

(BEISPIELE 1-21)(EXAMPLES 1-21)

Als Material für die massiven Wellen 1, welche in Fig. 1 gezeigt sind, und die dort mit 87AC und 109AC bezeichnet sind (bei denen es sich um die Abmessungszahlen der verwendeten homokinetischen Gelenke handelt) wurde eine Legierungszusammensetzung zuberei­ tet, welche C mit 0,38-0,45 Gew.-%, Si mit 0,35 Gew.-% oder weniger, Mn mit 0,8-1,5 Gew.-%, B mit 0,0005 bis 0,0035 Gew.­ %, Ti mit 0,01 bis 0,05 Gew.-% und Al mit 0,01 bis 0,06 Gew.-% aufweist, wobei der Gehalt an N nicht größer als 0,01 Gew.-% und der Rest im wesentlichen Fe ist. Diese Legierungszusammensetzung wird zu dem Material für die Wellen 1 dadurch geformt, daß ein Walzen bei niedrigerer Temperatur mit einer Erwärmungstemperatur von 1100°C oder weniger und einer Abschlußtemperatur von 950°C oder weniger derart vorgenommen wird, daß die Querschnittsre­ duzierung 70% oder größer ist. Die Abmessungsdaten der Wellen sind in Tabelle 1 gezeigt.As material for the massive shafts 1 , which are shown in FIG. 1 and which are designated there with 87AC and 109AC (which are the dimensions of the homokinetic joints used), an alloy composition was prepared, which C with 0, 38-0.45% by weight, Si with 0.35% by weight or less, Mn with 0.8-1.5% by weight, B with 0.0005 to 0.0035% by weight, Ti with 0.01 to 0.05 wt .-% and Al with 0.01 to 0.06 wt .-%, wherein the content of N is not greater than 0.01 wt .-% and the rest is essentially Fe . This alloy composition is formed into the material for the shafts 1 by rolling at a lower temperature with a heating temperature of 1100 ° C or less and a finishing temperature of 950 ° C or less so that the cross-sectional reduction is 70% or more . The dimension data of the shafts are shown in Table 1.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat die massive Welle 1 kerbverzahnte Teile 3, Umfangsausnehmungen 5, welche an beiden Enden zur Auf­ nahme von Schnappringen 4 vorgesehen sind, und Umfangsausneh­ mungen 7, deren Mittelteile hiervon zur Aufnahme von Manschetten 6 ausgebildet sind.As shown in Fig. 1, the solid shaft 1 has serrated parts 3 , circumferential recesses 5 , which are provided at both ends for receiving snap rings 4 , and circumferential measures 7 , the central parts of which are designed to accommodate sleeves 6 .

Die so gebildeten massiven Wellen 1 werden mittels Induktions­ härten unter den folgenden Bedingungen bearbeitet, so daß das Verhältnis (γ) der gehärteten Tiefe zum Wellenradius und der Oberflächenhärte (HRC) Werte haben, die in Tabelle 2 gezeigt sind.The solid shafts 1 thus formed are processed by induction hardening under the following conditions, so that the ratio (γ) of the hardened depth to the shaft radius and the surface hardness (H R C) have values which are shown in Table 2.

(Bedingungen des Induktionshärtens)(Conditions of induction hardening)

Frequenz: 8 KHz
Leistung: 250 KW
Transportgeschwindigkeit: 5,7-9,3 mm/sec
Frequency: 8 kHz
Power: 250 KW
Transport speed: 5.7-9.3 mm / sec

Die erhaltenen massiven Wellen wurden einem Torsionstest unter­ zogen, um die maximale Scherbeanspruchung τmax) zu messen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Zusammenhänge zwischen den maximalen Werten, die in Tabelle 2 gezeigt sind, und den Ver­ hältnissen der gehärteten Tiefe zum Wellenradius sind in Fig. 2 unter Verwendung der in Tabelle 2 gezeigten Symbole eingetragen (für unterschiedliche Oberflächenhärten wurden un­ terschiedliche Symbole verwendet).The massive waves obtained were subjected to a torsion test in order to measure the maximum shear stress τmax). The results are shown in Table 2. The relationships between the maximum values shown in Table 2 and the ratios of hardened depth to shaft radius are plotted in Fig. 2 using the symbols shown in Table 2 (different symbols were used for different surface hardnesses).

(Vergleichsbeispiel 7)(Comparative Example 7)

Massive Wellen wurden auf genau dieselbe Weise wie die BEISPIELE hergestellt, abgesehen davon, daß sie aus einem üblichen S40C- Material bestanden (C: 0,37-0,43 Gew.-%, Si: 0,15-0,35 Gew.­ %, Mn: 0,60-0,90 Gew.-%, P: 0,30 Gew.-% oder weniger, und S: 0,035 Gew.-% oder weniger). Die erhaltenen Wellen wurden hin­ sichtlich des Verhältnisse γ der gehärteten Tiefe zu Wellenradius und der maximalen Scherbeanspruchung vermessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 unter Verwendung des Symbols X eingetragen.Solid shafts were made in exactly the same way as the EXAMPLES, except that they were made from a common S40C material (C: 0.37-0.43 wt%, Si: 0.15-0.35 wt. %, Mn: 0.60-0.90% by weight, P: 0.30% by weight or less, and S: 0.035% by weight or less). The waves obtained were measured with regard to the ratio γ of the hardened depth to the radius of the wave and the maximum shear stress. The results are entered in FIG. 1 using the symbol X.

Wie sich aus den Ergebnissen nach Tabelle 2 und Fig. 2 unter Gegenüberstellung zu den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 ersehen läßt, sind die Verhältnisse kleiner als 0,45 und die maximale Scherbeanspruchung (Torsionsfestigkeit) war niedriger als 1,47 GPa. Im Gegensatz hierzu waren bei den BEISPIELEN 1 bis 21 (mit HRC von 55 oder größer) die Verhältnisse γ 0,45 oder größer, was bedeutet, daß die gehärteten Tiefen ausreichend groß waren. Ferner war die maximale Scherbeanspruchung bei jedem BEISPIEL größer als 1,47 GPa. Diese Wellen hatten eine hohe Torsions­ festigkeit, so daß ihre Abmessungen in ausreichendem Maße re­ duziert werden konnten.As can be seen from the results according to Table 2 and Fig. 2 compared to Comparative Examples 1 to 7, the ratios are less than 0.45 and the maximum shear stress (torsional strength) was less than 1.47 GPa. In contrast, in EXAMPLES 1 to 21 (with H R C of 55 or greater), the ratios were γ 0.45 or greater, which means that the cured depths were sufficiently large. Furthermore, the maximum shear stress was greater than 1.47 GPa in each EXAMPLE. These shafts had a high torsional strength, so that their dimensions could be reduced to a sufficient extent.

(BEISPIELE 22-24)(EXAMPLES 22-24)

Es wurde jeweils eine Gesamtzahl von 12 massiven Wellen wie beim BEISPIEL 22 hergestellt mit ⬩ (Wellendurchmesser D = 28,1 mm, Oberflächenhärte HRC ≧ 55, γ = 0,55); BEISPIEL 23 markiert mit Δ (Wellendurchmesser D = 22,2 mm, Oberflächenhärte HRC 55, γ = 0,64) und BEISPIEL 24 markiert mit ⚫ (Wellendurchmeser D = 28,1 mm, Oberflächenhärte HRC ≧ 55, γ = 0,75): Die massiven Wellen der jeweiligen BEISPIELE wurden einem Ermüdungstest unter vollstän­ dig umgekehrter Torsion unterzogen. Die Testergebnisse sind in Fig. 3 gezeigt. Die Wellen nach dem Vergleichsbeispiel 6 mar­ kiert mi X (Wellendurchmesser D = 28,1 mm, γ = 0,33) wurden demselben Ermüdungstest unterzogen. Die Ergebnisse sind eben­ falls in Fig. 3 gezeigt.A total of 12 solid shafts were produced as in EXAMPLE 22 with ⬩ (shaft diameter D = 28.1 mm, surface hardness H R C ≧ 55, γ = 0.55); EXAMPLE 23 marked with Δ (shaft diameter D = 22.2 mm, surface hardness H R C 55, γ = 0.64) and EXAMPLE 24 marked with ⚫ (shaft diameter D = 28.1 mm, surface hardness H R C ≧ 55, γ = 0.75): The massive shafts of the respective EXAMPLES were subjected to a fatigue test with completely reverse torsion. The test results are shown in FIG. 3. The shafts marked according to Comparative Example 6 mi X (shaft diameter D = 28.1 mm, γ = 0.33) were subjected to the same fatigue test. The results are also shown in Fig. 3.

Insbesondere stellt die Y-Achse die maximalen Scherbeanspru­ chungen τmax ein Mittel aus dem einwirkenden Drehmoment und dem Wellendurchmesser mit gebrochenen Teilen dar, während die X- Achse die Zyklenzahl N (allgemein in Logarithmusgrößen angege­ ben) für die Torsionsbeanspruchung darstellt, bis die Wellen brechen. Das Verhältnis von gehärteter Tiefe zu Wellenradius an dem gebrochenen Teil ist als ein Parameter γ gezeigt. Die gera­ den Linien, welche in Fig. 3 gezeigt sind, sind abgeleitete Linien, erhalten von Testergebnissen.In particular, the Y-axis represents the maximum shear stresses τmax a mean of the acting torque and the shaft diameter with broken parts, while the X-axis represents the number of cycles N (generally given in logarithmic sizes) for the torsional stress until the shafts break. The ratio of hardened depth to shaft radius at the broken part is shown as a parameter γ. The straight lines shown in Fig. 3 are derived lines obtained from test results.

Wie sich aus den Ergebnissen nach Fig. 3 ablesen läßt, wird die Ermüdungsfestigkeit bei vollständig umgekehrter Torsionsbean­ spruchung proportional zum Verhältnis γ größer. Die Ermüdungs­ festigkeiten der Wellen im BEISPIEL 23 (Δ, γ = 0,64) und BEISPIEL 24 (⚫, γ = 0,75) haben im wesentlichen die gleichen Werte. Es zeigt sich, daß sich eine Sättigung bei etwa γ = 0,65 hinsichtlich des Torsionstest einzustellt. Wenn man einen Ver­ gleich mit dem Vergleichsbeispiel 6 (X, γ = 0,33) vornimmt, wel­ ches eine Torsionsfestigkeit von 1,27 GPa (130 kgf/mm²) hat, ha­ ben die BEISPIELE 22 bis 24 wesentlich verbesserte Torsions­ festigkeitswerte.As can be seen from the results according to FIG. 3, the fatigue strength is greater in proportion to the ratio γ when the torsion stress is completely reversed. The fatigue strengths of the shafts in EXAMPLE 23 (Δ, γ = 0.64) and EXAMPLE 24 (⚫, γ = 0.75) have essentially the same values. It can be seen that saturation occurs at about γ = 0.65 with regard to the torsion test. When comparing with Comparative Example 6 (X, γ = 0.33), which has a torsional strength of 1.27 GPa (130 kgf / mm²), EXAMPLES 22 through 24 have significantly improved torsional strength values.

Bei jedem der voranstehend angegebenen BEISPIELE traten keine Abschreckrisse an den kerbverzahnten Teilen auf. Im Hinblick auf die maschinelle Bearbeitbarkeit unter Berücksichtigung von Werk­ zeugmaschinen für die Massenproduktion war die Schneidleistung so groß wie bei den Vergleichsbeispielen, während die anderen maschinell zu bearbeitenden Eigenschaften einschließlich des Zentrierens, der maschinellen Bearbeitung des Außendurchmessers, des Walzens, der Kerbverzahnung und zum Ausbilden der Ausneh­ mungen für den Schnappring günstiger als bei den Vergleichs­ beispielen sind. Bei den BEISPIELEN 1-24 beliefen sich die Abstandsabweichungen x auf 0,03 im Mittel, was halb so groß oder weniger als die Hälfte der Abstandsabweichungen x von 0,06 bei den Vergleichsbeispielen 1 bis 7 ist. Dies bedeutet, daß die auf die Zähne der kerbverzahnten Teile wirkenden Belastungen gleich­ mäßig sind. None of the EXAMPLES given above occurred Quench cracks on the serrated parts. With regard the machinability considering the work The cutting performance was the test machine for mass production as big as the comparative examples while the others  machinable properties including the Centering, machining the outer diameter, of rolling, serration and to form the recess Measures for the snap ring cheaper than the comparison are examples. In EXAMPLES 1-24, the Distance deviations x to 0.03 on average, which is half as large or less than half of the distance deviations x of 0.06 at Comparative Examples 1 to 7. This means that the on the teeth of the serrated parts act equally are moderate.  

Tabelle table

Tabelle 2 Table 2

Claims (1)

Massive Welle zur Verwendung als eine Antriebswelle, wobei die massive Welle kerbverzahnte Teile hat und aus einer Legie­ rung hergestellt ist, welche sich dadurch auszeichnet, daß sie 0,38 bis 0,45 Gew.-% Kohlenstoff, 0,35 Gew.-% oder weniger Sili­ zium, 0,8 bis 1,5 Gew.% Mangan, 0,0005 bis 0,0035 Gew.-% Bor, 0, 01 bis 0,05 Gew.-% Titan und 0,01 bis 0,06 Gew.-% Aluminium aufweist, wobei der Gehalt an Stickstoff nicht größer als 0,01 Gew.-% ist und der Rest im wesentlichen Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen ist, daß die massive Welle eine mittels Induk­ tionshärten gehärtete Oberfläche hat, sowie eine Härte HRC von 55 oder größer hat, und das Verhältnis der gehärteten Tiefe zum Radius der massiven Welle nicht kleiner als 0,45 ist.Solid shaft for use as a drive shaft, the solid shaft having serrated parts and made of an alloy which is characterized in that it contains 0.38 to 0.45% by weight of carbon, 0.35% by weight or less silicon, 0.8 to 1.5 wt% manganese, 0.0005 to 0.0035 wt% boron, 0.01 to 0.05 wt% titanium and 0.01 to 0.06 Has wt .-% aluminum, the nitrogen content is not greater than 0.01 wt .-% and the rest is essentially iron and unavoidable impurities, that the solid shaft has a surface hardened by means of induction hardening, and a hardness H R C is 55 or greater, and the ratio of the hardened depth to the radius of the solid shaft is not less than 0.45.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29616432U1 (en) * 1996-09-21 1996-11-07 Löhr & Bromkamp GmbH, 63073 Offenbach PTO shaft with connecting shaft
DE19856316A1 (en) * 1998-12-07 2000-06-08 Zahnradfabrik Friedrichshafen Stepless friction gear
WO2006072287A1 (en) * 2004-12-27 2006-07-13 Gkn Driveline Deutschland Gmbh Method for producing an intermediate shaft provided with a integral spherical hub

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