ELEMENTI STROJEVA II

Stručni preddiplomski studij strojarstva

veljača 07

LEŽAJI

Osnovna je funkcija ležaja nošenje pomičnih dijelova konstrukcija, prvenstveno vratila i osovina.

Oni drže vratila i osovine u određenom položaju, omogućavaju njihovo okretanje te prenošenje sila na kućište i postolja.

TRENJE U LEŽAJIMA

Ležaji se podmazuju da bi gubici trenja, a time i zagrijavanje, bili što manje.

Trenje je otpor koji se javlja između površina nalijeganja dvaju tijela i suprostavlja se međusobnom gibanju:

klizanjem, kotrljanjem ili valjanjem (trenje gibanja)

onemogućuje gibanje (trenje mirovanja).

Za ležaje ima značenje samo trenje gibanja.

Prema načinu gibanja postoje sljedeće vrste trenja:

Trenje klizanja, kada površine nalijeganja klize jedna po

drugoj (klizni ležaj)

Trenje kotrljanja i trenje valjanja, kada se dva

elastična tijela kotrljaju ili valjaju jedan po drugom

(valjni ležaj)

Prema stanju površina nalijeganja postoje sljedeće vrste trenja:

a) Suho trenje – kada između dodirnih površina nema nikakvog stranog sloja

b) Mješovito trenje – djelomično trenje čvrstih tijela, a djelomično tekuće trenje

c) Tekuće trenje – površine nalijeganja se ne dodiruju, njihove vrhove razdvaja nosivi tekući ili plinoviti sloj

1 pomični dio

2 mirujući dio

3 međusloj

Ležaji se dijele na dvije grupe:

Valjne

Klizne

Valjni ležaj Klizni ležaj

VALJNI LEŽAJI

Prednosti (usporedba s kliznim ležajima)

Manji otpor trenja

konstantan koeficijent trenja u radu i pri upućivanju

mala potrošnja maziva

nije potrebno održavanje (oštećeni ležaj zamjenjuje se

novim)

ne zahtijevaju vrijeme uhodavanja

visoko normirani, proizvode se u velikim serijama zbog čega

su jeftiniji.

Nedostaci (usporedba s kliznim ležajima)

osjetljivi na udarce

brzina vrtnje im je ograničena

osjetljivi na nečistoće

kod većih brzina vrtnje pojavljuje se šum

trajnost im se smanjuje povećanjem brzine vrtnje

zahtijevaju veće dimenzije za ugradnju u radijalnom smjeru.

Vrste valjnih elemenata

Kuglice Valjčići Iglice

Stošci Bačvice

VRSTE VALJNIH LEŽAJA

Prema obliku valjnih elemenata ležaji se dijele na:

Kuglični ležaj Konični valjkasti ležaj

Valjkasti ležaj

Igličasti ležaj Bačvasti ležaj

Dijelovi valjnog ležaja

Vanjska staza

Valjni element

Unutarnja staza

Kavez

Materijali za izradu dijelova valjnih ležaja

Valjni elementi te vanjska i unutarnja staza:

Č 4140 (100Cr2)

Č 4146 (100Cr6)

Č 4340 (100CrMn6)

Elementi se nakon oblikovanja kale, bruse i poliraju. Kale se na tvrdoću 58 – 65 HRc.

Kavezi:

štancani čelični lim

mjed

slitine aluminija

plastične mase (PA 66)

PRORAČUN VALJNIH LEŽAJA

Valjni su ležaji standardizirani, pa je za njih potrebno napraviti samo kontrolni proračun.

U praksi se koriste dva tipa kontrolnih proračuna:

Kontrola trajnosti – ležaj se odabere iz kataloga

proizvođača prema konstrukciji i geometriji uležištenja,

pa se na temelju njegove dinamičke nosivosti odredi

trajnost

Kontrola dinamičke nosivosti – za zahtjevanu trajnost i

poznato opterećenje, proračunava se dinamička nosivost i

odabire ležaj

Trajnost ležaja

Trajnost ležaja se definira u milijunima (106) okretaja ili češće u satima, kao vrijeme koje ležaj provede u radu do prve pojave zamora materijala.

Nominalna (nazivna) trajnost za skupinu ležaja je ona trajnost u satima, koju dostigne 90 % kontroliranih ležaja prije pojave prvih znakova zamora materijala valjnih elemenata i staza.

Oštećenje staze valjnog ležaja uslijed zamora

Detalj oštećenja

Simulacija moguće pojave oštećenja MKE

Prikaz pojave pukotine i njezin rast

Proračun ekvivalentnog opterećenja na ležaju

Opterećivanje ležaja

Fr

Fa

Dinamička nosivost C:

Čisto radijalno (kod radijalnih ležaja ) ili čisto aksijalno (kod aksijalni ležaja) konstantno opterećenje, kojim se smije opteretiti skupina jednakih ležaja s nazivnom trajnošću od 106 okretaja, ili s trajnošću od 500 sati pri konstantnoj brzini od 33,3 min-1.

Ekvivalentno opterećenje P:

Kako su ležaji vrlo često opterećeni i radijalnim Fr i aksijalnim opterećenjem Fa , kontrolu trajnosti vrši se s ekvivalentnim opterećenjem prema izrazu:

P = X Fr + Y Fa [kN]

Proračun nominalne trajnosti ležaja

nP

CL

p

h 60

10610

Gdje je:

Lh10 [h] – trajnost ležaja u satima uz 10 % vjerojatnost da će doći do oštećenja ležaja

C [kN] – dinamička nosivost ležaja (iz kataloga proizvođača)

P [kN] – ekvivalentno opterećenje ležaja

p – eksponent jednadžbe vijeka trajanja

p = 3 za kuglične ležaje, p = 10/3 za sve druge ležaje

n [min-1] – brzina vrtnje vratila

Određivanje dinamičkog faktora ležaja

p hnL

Lf

P

Cf

500

gdje je faktor broja okretaja:

pn nf

3,33

Trajnost ležaja ovisi o namjeni stroja, u kojeg je ležaj ugrađen, njegovom opterećenju, a kreće se unutar iskustvenih vrijednosti:

Uređaj Trajnost Lh

Kućanski aparati 1 500...3 000

Alatni strojevi 15 000...25 000

Dizalice 10 000...15 000

EM < 4 kW 8 000...15 000

Srednji EM 15 000...25 000

Veliki EM 20 000...30 000

Automobili 2 000...5 000

Teretni vagoni 20 000

Putnički vagoni 40 000

Propelerske osovine vel. brodova 80 000...100 000

Podmazivanje ležajaPodmazivanje uljem

Da bi se postigla zadovoljavajuća debljina uljnog filma potrebno je odrediti:

Nazivnu viskoznost ulja – određuje se na temelju geometrije ležaja i brzine vrtnje:

33,0

1

10004500

ndn m

mm2/s za n < 1000 min-1

mdn

45001 mm2/s za n 1000 min-1 2

dDdm

mm

Stvarna viskoznost ulja – na radnoj temperaturi trebala bi biti veća od nazivne viskoznosti:

1 > 1 (3) kako bi se osiguralo potpuno hidrodinamičko podmazivanje

< 0,4 ali ulju treba dodati EP (Extreme pressure) aditive, čime se povećava nosivost

Približni odabir viskoznosti – uz pomoć dijagrama

Primjer:

Jednoredni kuglični ležaj dimenzija d = 40 mm i D = 80 mm, vrti se s n = 1500 min-1 zahtijeva nazivnu viskoznost:

15601500

450045001

mdn mm2/s

Na radnoj temperaturi potrebna je viskoznost:

451531 mm2/s

Ako se za radnu temperaturu odabere 60oC, potrebno je odabrati ulje najbliže gradacije ISO VG 100.

Načini podmazivanja uljem

Podmazivanje uranjanjem (uljna kupka)

Podmazivanje štrcanjem

Podmazivanje cirkulacijom

Izbor načina podmazivanja uljem

Izbor načina podmazivanja obavlja se na temelju obodne brzine na srednjem promjeru ležaja.

60

ndv m m/s

v < 10 m/s – uljna kupka

v < 20 (30) m/s – cirkulacijsko podmazivanje (ulje je

pod tlakom od 0,5 do 1,5 bara)

v > 20 m/s posebnim rasprskačem promjera 2,5 mm.

Podmazivanje mašću

Podmazivanje mašću koristi se kod cca 90 % ležajeva. Značajnije prednosti podmazivanja mašću su:

niski konstrukcijski zahtjevi

dobro brtvljenje

dugotrajno podmazivanje i bez naknadnog dodavanja masti

Ovakav se način podmazivanja bez ikakvih problema koristi za obodne brzine < 5 m/s, a za veće potrebno je konzultirati proizvođača ležaja.

Punjenje ležaja mašću prilikom

ugradnje

Punjenje ležaja mašću preko mazalice

Izbor masti za podmazivanje ležaja

P/C 0,15 – Ca-, K-, Na-, Li- mast

P/C > 0,15 masti za visoke tlakove Li-, i Ba- mast

Po svom su sastavu masti mješavine sapuna (Na, Ca, itd.) s uljima čiji je osnovna viskoznost od 100 do 220 mm2/s.

Brtvljenje

Uloga je brtvljenja:

Zadržati sredstvo za podmazivanje u ležaju

Spriječiti prodor nečistoća u ležaj iz okoliša

Radijalne brtve

Filcane brtveLabirintne brtve

Izbor tolerancija vratila i kućišta na mjestu ugradnje valjnog ležaja

Tolerancije vratila: j5 i k5

Tolerancije kućišta: H6 i K6

Granični brojevi okretaja

Granični brojevi okretaja vrlo se često mogu pronaći u katazima proizvožača, ako to nije slučaj

tada se koristi sljedeće pravilo:

Ležaj podmazivan mašću:

ngr dm 0,6 106 min-1 mm – kuglični ležaj

ngr dm 0,3 106 min-1 mm – valjkasti ležaj

Ležaj podmazivan uljem:

ngr dm = 0,5 106 min-1 mm – uljna kupka

ngr dm = 0,8 106 min-1 mm – tlačno podmazivanje

ngr dm > 0,8 106 min-1 mm – ubrizgavanje direktno u ležaj

ngr dm 0,8 106 min-1 mm – uljnom maglom

Primjeri ugradnje valjnih ležaja

Reduktor

Mjenjač kamiona

U kotaču vozila

U diferencijalu vozila

U kuki dizalice

U prigonu tokarskog stroja

Teleskop

Aksijalni ležaj teleskopa