2. TEORIJSKA RAZMATRANJA 2.1. VRSTE LEŽAJA I OSNOVNA SVOJSTVA Kotrljajni ležaji, kao i klizna ležišta, prenose opterećenje sa pokretnih na nepokretne dijelove mašina. Sastoje se iz prstenova i kolutova, koji su neposredno spojeni sa nepokretnim i pokretnim dijelovima mašina, i iz kotrljajnih tijela, koja se nalaze između njih i kaveza. Prema mogućnosti prenošenja spojnog opterećenja ležaji mogu biti radijalni, aksialni i radiaksialni. Prstenasti ležaji su pogodni prvenstveno za prenošenje radijalnih opterećenja, a kolutni za prenošenje aksijalnih opterećenja. U zavisnosti od oblika kotrljajnih tijela u njima, ležaji mogu biti kuglični ili valjčani. Valjčani ležaji mogu biti sa cilindričnim valjcima sa koničnim valjcima, iglicama ili bačvicama (Slika 2.1.)

Slika 2.1 – Oblici kotrljajnih tijela u ležajima

Osnovna karakteristka kotrljajnh ležaja je dinamička i statička moć nošenja ili nosivost ležaja. Dinamička moć nošenja ležaja (C) je, u stvari, konstantno opterećenje kojim ležaj dostigne nazivni vijek trajanja od 10 obrtaja. Vijek trajanja ležaja, se računa na osnovu dinamičke nosivosti i opterećenja (F).

6

Vijek trajanja je definisan kao i broj obrtaja ili časova rada koji lčežaj dostigne do pojave zamora materijala. Nazivni vijek trajanja ležaja je broj obrtaja ili časova rada koje dostigne ili prekorači 90% istovetnih ležaja. Pod statičkon nosivošću (Co) podrazumjeva se opterećenje koje pri mirovanju na mjestu dodira kotrljajnih tijela i prstenova, odnosno kolutova izaziva plastičnu deformaciju od 10 prečnika kotrljajnih tijela.

4

Važna karakteristika ležaja je i mogućnost prilagođavanja prstenova odnosno kolutova ležaja međusobnim položajem vratila i oslonca. Mjerilo za ovu karakteristiku je dozvoljeni ugao (φ) koji međusobno mogu zaklopiti ose prstenova , odnosno kolutova, pri kojim ne dolazi do znatnog smanjenja nosivosti ili vijeka trajanja ležaja. Značajna karakteristika ležaja je i unutrašnji zazor . Radijalni zazor u ležaju je ukupno moguće pomjeranje jednog prstena u odnosu na drugi u pravcu normalnom na osu ležaja , a aksijalni- u aksijalnom pravcu.. Prema podešljivosti zazora razlikuju se dvije grupe ležaja. U prvu grupu spadaju ležaji kod kojih se zazor ne može podešavati, a u drugoj su ležaji kod kojih se zazor može podešavati u određenim granicama. U drugu grupu spadaju svi kolutni ležaji i prstenasti ležaji . Kod prstenastih ležaja sa podešljivim zazorom spoljašni nrsten je odvojiv, što omogućava da se prilikom ugradnje zazor podešava.

4

2.2. OZNAČAVANJE I PRIKAZIVANJE LEŽAJA Prema JUS M.C3.506 oznaka ležaja se sastoji iz osnovne oznake, koja se obavezno navodi u tehničkoj dokumentaciji i pri porudžbini, i dodatne oznake koja se navodi po potrebi. Ako se osnovna oznaka sastoji iz grupe brojeva od kojih prvi broj označava opšti tip odnosno vrstu ležaja, onda drugi broj označava red širine, treći broj red spoljnjeg prečnika ležaja, dok se veličina unutrašnjeg prečnika označava zadnjim brojkama koje za prečnk iznad 17mm predstavljaju vrijednost prečnika u milimetrima podijeljenu sa 5. Na primer, prstenasto konično-valjčani ležaj unutrašnjeg prečnika d=60mm, reda širine 1 i reda spoljašnjeg prečnika 3, ima oznaku 31312. Za provrte od 10, 12, 15 i 17 mm oznake su 00, 01, 02 i 03. Ako se osnovna oznaka sastoji iz grupe slova (ili jednog slova) i grupe brojeva, onda slova (slovo) označavaju opšti tip ležaja. Na primer: NU 2210 označava prstenasti cilindrično- valjčani ležaj reda širine 2, reda spoljnog prečnika 2, unutrašnjeg prečnika 50 mm i slično. Za neke ležaje, na primer za prstenaste kuglične radijalne jednoredne, red širine je samo jedan za određeni red spoljne mjere pa se on ne unosi u oznaku. Na primer: 6205 označava prstenasti kuglični jednoredni ležaj reda spoljne mjere 2, unutrašnjeg prečnika 25 mm i slično.

Slika 2.2 - Red mjera ležaja

Na slici 2.2. dat je niz oznaka za red širine i za red spoljnih prečnika ležaj. Dodatnom oznakom mogu se precizirati spoljni oblik (na primer konusni provrt), vrsta i materijal kaveza, klasa tačnosti, unutrašnji zazor, sredstvo za podmazivanje, radna temperatura i drugo. Za konstruktore i radnike u neposrednoj proizvodnji značajne su samo konturne mjere. Zato se u tehničkoj dokumentaciji ležaji obično crtaju uprošćeno.

5

2.3. UGRADNJA LEŽAJA Ako je vratilo sa dva oslonca, jedan ležaj mora biti aksijalno učvršćen kako bi primio aksijalno opterećenje u jednom ili oba smjera dok drugi ležaj može biti aksijalno slobodan. U tom slučaju aksijalno slobodan ležaj može da prenese samo radijalno opterećenje (Slika 2.5). Ako je i drugi ležaj aksijalno učvršćen, onda jedan ležaj prenosi aksijalno opterećenje u jednom, a drugi u drugom smijeru (Slika 2.4). Prednost aksijalnog učvršćivanja ležaja u jednom osloncu sastoji se u tome što tolerancije dužinskih mijera vratila i kućica mogu biti grublje, bez bojazni da u toku montaže nalijeganje u aksijalnom pravcu neće biti ispravno. Temperaturne dilatacije nemaju uticaja na napone u aksijalnom pravcu jer je jedan ležaj aksijalno slobodan . Zato se učvšćivanje u aksijalnom pravcu samo jednog ležaja vrši, po pravilu, ako je rastojanje između ležaja l≥350 mm, a kod pojačanog zagrijavanja ako je l≥250 mm. Nedostatak aksijalnog učvršćivanja ležaja samo u jednom osloncu je u tome što je složeniji i skuplji.

Slika 2.3 - Aksijalno učvršćivanje ležaja u jednom osloncu

Slika 2.4 - Aksijalno učvršćivanje ležaja u dva oslonca

6

Kod aksijalnog učvršćivanja ležaja u oba oslonca potrebno je predvidjeti mogućnost aksijalnog podešavanja zazora (Z). Ležaji su osjetljivi na prašinu, vlagu, metalne opiljke i nečistoću, pa ih treba ugrađivati i demontirati čistim rukama, alatom i priborom. Prije montaže uprljane ležaje treba oprati u benzinu ili benzolu, podmazati ih i tek onda ugraditi. Mast za konzerviranje može poslužiti i za podmazivanje ako je radna temperatura t≤125°C. Prije ugradnje ležaja treba površinu rukavca i kućice dobro očistiti i podmazati uljem ili mašću. Manji ležaji (za d≤40 mm) navlače se na rukavac u hladnom stanju pomoću hidrauličke prese ili čekića i cijevi koja naliže na unutrašnji prsten (Slika 2.5a).

Slika 2.5 – Ručno montiranje ležaja

Treba posebno paziti da se ležaj ne montira na rukavac preko spoljašnjeg prstena jer bi se oštetio kavez. Ukoliko se monteža ležaja vrši istovremeno na rukavac i kućicu, potrebno je postaviti ploču koja dodiruje oba prstena, pa blagim udarcima čekića izvršiti montažu ležaja (Slika 2.5b). Ležaji prečnika d>40 mm montiraju se na rukavac u toplom stanju. Ležaj se zagrijava u ulju zagrijanom na 70 do 80°C (max 120°C). Ležaj se ugrađuje u kućicu, ukoliko je čvrsto nalijeganje, tako što se ili on ohladi ili kućica zagrije. Demontaža ležaja sa cilindričnim provrtom izvodi se pomoću uređaja prikazanog na slici 2.6a. Demontaža većih ležaja i većih preklopa vrši se uz pomopć uljnog inektora. Inektorom se ubaci ulje pod pritiskom između prstena ležaja i rukavca, i to olakšava demontažu. Kod ležaja sa konusnim provrtom demontiraju se prvo navrtka i osigurač, pa se pomoću čaura izbija sedlo. Demontaža spoljašnjeg prstena obavlja se pomoću vijaka (Slika 2.6b).

Slika 2.6 – Uređaji za demontažu ležaja

7

2.4. UČVRŠĆIVANJE LEŽAJA NA RUKAVCU I KUĆICI Unutrašnji prsten ležaja se uvijek učvršćuje na vratilu ako je ležaj aksijalno slobodan, to jest ako ne prenosi aksijalno opterećenje. Ako ležaj prenosi aksijalno opterećenje, unutrašnji prsten ne mora biti učvršćen na vratilu jer se u takvim slučajevima učvršćuje spoljašnji prsten.

Slika 2.7 - Način učvršćivanja unutrašnjeg prstena ležaja:

a) pomoću prstenastog uskočnika, b) i c) pomoću prirubne pločice i vijaka, d) pomoću navrtke, e) i f) pomoću distantne čaure

Na slici 2.7 prikazani su načini učvršćivanja unutrašnjeg prstena ležaja. Ležaji sa konusnim provrtom učvršćuju se na vratilu pomoću sedla, navrtkom i osiguračem. Učvršćivanje spoljašnjeg prstena u kućicu vrši se za aksijalno učvršćene ležaje koji treba da prenesu aksijalno opterećenje. Izuzetak čine cilindrično-valjčani ležaji kod kojih se spoljašnji prsten uvijek učvršćuje, kao i kod kojih je spoljašnji prsten odvojiv. Na slici 2.8 prikazano je više načina učvršćivanja spoljašnjeg prstena u kućici, koji se mogu primjeniti bez obzira na tip ležaja. Visina naslona za ležaje na vratilu i u kućici (h), kao i poluprečnici zaobljenja (rn) terba da budu takvi da omoguće pravilnu montažu i ramontažu ležaja i ispravno nalijeganje čeone površine prstena ležaja i naslona. Projizvođači ležaja u katalogu svojih projizvoda daju podatke za poluprečnik zaobljenja (r), odnosno (r1). Mjere naslona i veličine poluprečnika zaobljenja na vratilu i u kućici date su u tablici 2.9.

8

Slika 2.8 - Način učvršćivanja spoljašnjeg prstena u kućici

Tablica 2.9 - Mjere naslona i radijusa

9

2.5. IZBOR I PROVJERA LEŽAJA Polazni podaci na osnovu kojih se bira ležaj su: prečnik rukavca (d), radijalno opterećenje (Fr), aksijalno opterećenje (Fa), broj obrtaja (n), potreban radni vijek ležaja (L) u časovima, radna temperatura (t) i režim rada mašine ( miran sa umjerenim udarima ). Osim navedenih, polaznih podataka, pri izboru ležaj važni su podaci o načinu uležištenja, rastojanju između ležaja, podaci o uglu nagiba vratila u osloncima, mogućnost nabavke i drugo. Za izbor i provjeru ležaja mjerodavna je dinamička nosivost (C) kada ležaj rotira i statička nosivost (Co) kada ležaj miruje ili lagano osciluje pod opterećenjem. Odnos između nazivnog vijeka trajanja ležaja, dinamičke moći nošenja i opterećenja definisan je obrascem:

F

fCL t u 10 6 obrtaja, gdje je:

F = FaxF u kN - ekvivalentno opterećenju ležaja, F r = kN - radijalno opterećenje ležaja, F u kN - aksijalno opterećenje ležaja, a x - faktor radijelnog opterećenja, y - faktor aksijalnog opterećenja,

= 3 za kuglične ležaje, = 3

10 za valjčane ležaje,

- temperaturni faktor smanjenja nosivosti koji iznosi: tf

Ct do 120 150 200 250 300

tf 1 0,95 0,9 0,75 0,6

Faktor radijalnog i aksijalnog opterećenja ( x i y ) zavise od tipa ležaja i dati su u tablici 2.10. Provjera ležaj svodi se na provjeru njegovog vijeka:

n

LLh 60

106

u časovima.

Ako vijek ležaja ne zadovoljava, bira se ležaj istog tipa u seriji koja ima veću nosivost. Ako i takav ležaj ne zadovoljava, treba usvojiti tip ležaja sa većom nosivošću. Potreban radni vek ležaja obično zavisi od vrste mašine. Tako, na primjer, za mašine koje su povremeno u radu = 1500 do 4000 h ; za laka drumska vozila = 2000 do 4500 h ; za

reduktore, kranove, elektromotore i alatne mašine = 8000 do 45000 h itd. hL hL

hL

10

Tablica 2.10 Pregled pokazatelja kotrljajnih ležaja

11

2.6. NALJEGANJE LEŽAJA SA RUKAVCEM I KUĆICOM Na slici 2.11 prikazana su tolerancijska polja koja se primjenjuju za nalijeganje unutrašnjeg prstena i rukavca (a) i spoljašnjeg prstena sa kućucom (b). Nalijeganja K/g i K/h primjenjuju se za aksijalno pokretljive ležaje, dok se nalijeganja K/j, k, m, n, p predviđena za nepokretne ležaje. Što su veća opterećenja i teži uslovi rada, nalijeganje treba propisivati sa većim preklopom i finijim kvalitetom. Nalijeganje h/G, H omogućuju laku pokretljivost ležaja u kućici i najčešće su u primjeni. Ostala nalijeganja primjenjuju se za teža uslove rada. U praksi se najčešće koristi nalijeganje h/H za kućice od SL i ČL. Za kućice od lakih metala primjenjuju se nešto čvršća nalijeganja (najčešće h/j i h/K).

Slika 2.11 – Nalijeganja koja se koriste za ležaje

2.7. TRENJE, PODMAZIVANJE I ZAPTIVANJE LEŽAJA Otpori kotrljanju pri radu ležaja su veoma mali. U zavisnosti od vrste opterećenja, tipa ležaja, broja obrtaja i načina podmazivanja, koeficijent trenja, kao pokazatelj otpora kotrljaju, kreću se u granicama μ= 0,001 do 0,0025. Ležaji se podmazuju da bi se smanjilo trenje. Osim toga, maziva smanjuju koroziju i sprječavaju prodiranje stranih tijela u ležaj, smanjuju šum i doprinose boljem odvođenju toplote. Ležaji se podmazuju čvrstim sredstvima, mašću ili uljem. Izbor sredstava za podmazivanje zavise od veličine ležaja, broja obrtaja, opterećenja, radne temperature i uticaja okoline. Čvrsta sredstva za podmazivanje su grafit u prahu i molibdendisulfid, a primjenjuju se samo pri povišenim radnim temperaturama i u posebnim radnim uslovima. Kotrljajni ležaji se najčešće podmazuju mašću. Mast omogućuje dug period rada bez zamjene, jednostavno zaptivanje, dobru zaštitu od vlage i nečistoća. Slobodni prostor u ležaju se ispunjava sa 30-60% masti. Kod većeg broja obrtaja stavlja se manje masti. Istrošena mast se nadoknađuje u određenim vremenskim intervalima, što zavisi od radnih uslova. Ulje se koristi kad je veliki broja obrtaja, za visoke radne temperature i kad druge dijelove mašina ili uređaja treba podmazati.

12

Zaptivanje ima zadatak da spriječi prodiranje stranih tijela, vlage i vode u ležaj. Zadatak zaptivanja je i da spriječi izlaženje maziva iz ležaja, kao i prodiranje spoljnoga maziva. Zaptivanje može biti bez dodira ili sa dodirom zaptivnih elemenata i kombinovano.

Slika 2.12 – Zaptivanje bez dodira elemenata

Slika 2.13 Zaptivanje dodirom elemenata

13

14

Na slici 2.12 prikazano je više oblika zaptivanja bez dodira elemenata. Rješenje a) je najjednostavniji oblik zaptivanja i koristi se ako mašina radi u suvim i čistim prostorijama. Rješenja b) i c) omogućuju bolje zaptivanje jer se mast zaustavlja u žlijebovima i tako sprječava ulazak nečistoća. Rješenja od d) do i) koriste se za teže uslove rada. Na slici 2.13 prikazano je više oblika zaptivanja sa dodirom zaptivnih elemenata. Zaptivanje filcnim prstenom (a,b) je jednostavno i koristi se kod podmazivanja mašću za radne temperature da 100°C. Prije postavljanja u žlijeb, filcni prstenovi potapaju se u ulje zagrijano na 80°C. Radijalno gumeno-metalni zaptivač (Slika 2.12 c, d) efikasno zaptivaju i kada se podmazivanje vrši uljem i imaju najširu primjenu. Gumeni zaptivači sa usnom (Slika 2.13 e, f) lagano pritiskuju površinu zaptivanja. Primjenjnuju se kod podmazivanja uljem i mašću. Elastični limeni štitovi (Slika 2.13 g, h, i) jednostavne su konstrukcije i zauzimaju malo prostora.