ELEMENTI STROJEVA II

1. ELEMENTI STROJEVA II Stručni preddiplomski studij strojarstva veljača 07

2. LEŽAJI

3. 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.

4. 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.

5. 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)

6. Prema stanju površina nalijeganja postoje sljedeće vrste trenja: • Suho trenje – kada između dodirnih površina nema nikakvog stranog sloja • Mješovito trenje – djelomično trenje čvrstih tijela, a djelomično tekuće trenje • Tekuće trenje – površine nalijeganja se ne dodiruju, njihove vrhove razdvaja nosivi tekući ili plinoviti sloj 1 pomični dio 2 mirujući dio 3 međusloj

7. Ležaji se dijele na dvije grupe: • Valjne • Klizne Klizni ležaj Valjni ležaj

8. VALJNI LEŽAJI

9. 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.

10. 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.

11. Vrste valjnih elemenata Valjčići Iglice Kuglice Bačvice Stošci

12. VRSTE VALJNIH LEŽAJA Prema obliku valjnih elemenata ležaji se dijele na: Kuglični ležaj Konični valjkasti ležaj Valjkasti ležaj Igličasti ležaj Bačvasti ležaj

13. Dijelovi valjnog ležaja Vanjska staza Kavez Valjni element Unutarnja staza

14. 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)

15. 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

16. 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

17. Simulacija moguće pojave oštećenja MKE Prikaz pojave pukotine i njezin rast

18. Proračun ekvivalentnog opterećenja na ležaju Opterećivanje ležaja

19. Fr 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. Fa 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 + YFa [kN]

20. Proračun nominalne trajnosti ležaja 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

21. Određivanje dinamičkog faktora ležaja gdje je faktor broja okretaja:

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

23. Podmazivanje ležaja Podmazivanje uljem Da bi se postigla zadovoljavajuća debljina uljnog filma potrebno je odrediti: Nazivnu viskoznost ulja – određuje se na temelju geometrije ležaja i brzine vrtnje: mm2/s za n < 1000 min-1 mm mm2/s za n  1000 min-1

24. Stvarna viskoznost ulja – na radnoj temperaturi trebala bi biti veća od nazivne viskoznosti: • > 1 (3) kako bi se osiguralo potpuno hidrodinamičko podmazivanje • < 0,4 ali ulju treba dodati EP (Extreme pressure) aditive, čime se povećava nosivost

25. 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: mm2/s Na radnoj temperaturi potrebna je viskoznost: mm2/s Ako se za radnu temperaturu odabere 60oC, potrebno je odabrati ulje najbliže gradacije ISO VG 100.

26. Načini podmazivanja uljem Podmazivanje uranjanjem (uljna kupka) Podmazivanje štrcanjem Podmazivanje cirkulacijom

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

28. 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.

29. Punjenje ležaja mašću preko mazalice Punjenje ležaja mašću prilikom ugradnje

30. 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.

31. Brtvljenje • Uloga je brtvljenja: • Zadržati sredstvo za podmazivanje u ležaju • Spriječiti prodor nečistoća u ležaj iz okoliša Radijalne brtve Labirintne brtve Filcane brtve

32. Izbor tolerancija vratila i kućišta na mjestu ugradnje valjnog ležaja Tolerancije vratila: j5 i k5 Tolerancije kućišta: H6 i K6

33. 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

34. Primjeri ugradnje valjnih ležaja Reduktor Mjenjač kamiona

35. U kotaču vozila U diferencijalu vozila

36. U kuki dizalice

37. U prigonu tokarskog stroja

38. Teleskop Aksijalni ležaj teleskopa