UNIVERZITET U TRAVNIKU SAOBRAĆAJNI FAKULTET TRAVNIK
SEMINARSKI RAD Predmet : Tema :
Transportna sredstva i uređaji Proračun i izbor kotrljajnih ležajeva
Predmetni nastavnik: Januar 2011
Student “Jimi“
Sadržaj 1. Uvod...................................................................................1. 2. Ležajevi – Ležišta………………………………………...3. 2.1. Trenje u ležajima........................................................4. 2.2. Podjela ležaja..............................................................5. 3. Kotrljajni ležaj....................................................................5. 3.1.Vrste kotrljajnih ležaja……………………………….6. 3.2. Dijelovi kotrljajnog ležaja...........................................7. 3.3. Vrste kotrljajnjih elemenata…………………………7. 3.4 Materijali za izradu kotrljajnih ležaja...........................8. 4. Proračun kotrljajnih ležaja……………………...…..…......8. 4.1. Proračun nominalne trajnosti ležaja…………….…...10. 4.2. Određivanje dinamičkog faktora ležaja......................11. 5. Podmazivanje ležajeva........................................................11. 5.1.Podmazivanje uljem;...................................................11. 5.1.1. Načini podmazivanja uljem...............................12. 5.1.2. Izbor načina podmazivanja uljem......................13. 5.2. Podmazivanje mašću..................................................13. 6. Zaptivanje ležajeva……………………………….............15. 7. Zaključak............................................................................16. 8. Literatura............................................................................17.
1. Uvod Svaki stroj je sastavljen od određenog broja dijelova, koji su skladno povezani u cjelinu, pri čemu svaki dio obavlja točnu određenu ulogu.Na toj osnovi, svaki stroj se može raščlaniti na strojne dijelove, sklopove, grupe strojnih dijelova i sklopova i elemente. Element stroja – je strojni dio ili sklop, koji kod različitih strojeva obavljaju određene elementarne, osnovne funkcije. Element stroja može biti sam strojni dio (opruga, osovina, vratilo itd.), ali isto tako i strojni sklop ili grupa (spojka, kočnica, kotrljajući ležaj itd.). Trenje koje se javlja u mašinskim konstrukcijama vrlo često možemo iskoristiti u pozitivne svrhe (frikcione spojnice,frikcioni prenosnici itd.),ali nam također često stvara velike probleme. Problemi su naručito izraženi kod mašinskih elemenata koji posjeduju određeni obrtni moment a da su pritom opterećeni nekim opterećenjem i u “direktnom” su dodiru sa drugim elementom koji miruje ili se kreće nekom drugom brzinom u istom ili suprotnom smjeru u odnosu na prvi element.Upravo iz potrebe eliminacije trenja u ovakvim slučajevima javila se potreba za ležištima. Ležišta bi mogli nazvati posrednim elementom između druga dva elementa koja su u dodiru (rukavca i vratila, vratila i kućišta itd.). Jedna od definicija je i ta, da su to elementi na kojima se oslonjaju rukavci, vratila i osovine.Osim funkcije eliminacije trenja na dodirnim površinama, ležišta imaju i ulogu smanjenja otpora kretanju vratila, u što većoj mjeri, jer samim tim smanjujemo gubitke određene mašine,pošto znamo da svaka mašina u sebi sadrži jako puno ležišta. Ležišta moraju što bolje apsorbovati vibracije,biti što bolje otporni na promjenu temperature,te moraju dobro podnositi udare. Također je jako bitan faktor broja obrtaja koje ležište može izdržati.Ovo se posebno ističe kod ležišta koja se koriste u mašinama za preciznu obradu metalnih komada. Ovdje se također od ležišta zahtijeva precizno držanje vratila u zadanom položaju. Pri definisanju jednog ležišta potrebno je: - definisati geometrijske karakteristike ležišta, - definisati nosivost ležišta, - definisati broj obrtaja ili ugaonu brzinu koju ležište može izdržati, - definisati opseg temperatura pri kojima ležište može raditi, 3
Prema konstrukciji ležišta možemo podjeliti na tri grupe: - klizna ležišta, - kotrljajna ležišta, - beskontaktna ležišta (zračna i magnetna ležišta). Prema pravcu djelovanja sile sve konstruktivne izvedbe ležišta možemo podjeliti na tri grupe: - radijalna (poprečna), - aksijalna (uzdužna), - kombinovana (aksijalno-radijalana)...
4
2. Ležajevi - Ležišta Ležajevi su vitalni delovi svih mašina i transmisionih sklopova.Ležaj je proizvod koji omogućava relativno nasilno kretanje izmedu dva dela,najčešće rotaciju ili linearno kretanje.Ležajevi se mogu klasifikovati prema kretanjima koja dozvoljavaju, prema principu njihovog funkcionisanja,prema konstrukciji kao i prema opterećenjima i radnim brzinama koje mogu da podnesu. Osnovna funkcija ležaja je nošenje pomičnih dijelova konstrukcija, prvenstveno vratila i osovina. Oni drže vratila i osovine u određenom položaju, omogućavaju njihovo okretanje kao i prenošenje sila na kućište i postolja. U tehnici postoje takvi uslovi rada gdje primjenu nalaze klizna ležišta. To su takvi sklopovi u kojima se oslonjaju obrtni dijelovi vratila ili osovina uz direktni kontakt rukavca i ležišta između kojih se javlja trenje klizanja. Prema karakteru opterećenja i ova ležišta se dijele na: radijalna, aksijalna i radijalno aksijalna.I pored određenih prednosti ovih ležajeva znatno se manje primjenjuju u odnosu na kotrljajna ležišta Prednosti su u mirnom radu, amortizuju udare,pogodna su za velike brzine. Nedostatci su gubitci energije zbog trenja klizanja i habanja kao i zagrijavanja dodirnih površina. Primjenu nalaze kod konstrukcija gdje se traži povremeno rasklapanje (koljenasta vratila),kod vratila gdje se traži tačan pravac,kod teških i brzohodnih vratila kao i kod vratila ekstremno malih i ekstremno velikih prečnika.
5
Slika 1. Šematski prikaz a) radijalno, b)aksijalno ležište
2.1. Trenje u ležajima Ležaji se podmazuju da bi gubici trenja, a time i zagrijavanje, bili što manji. Trenje je otpor koji se javlja između površina nalijeganja dvaju tijela i suprotstavlja se međusobnom kretanju: klizanjem, kotrljanjem ili valjanjem (trenje kretanja) onemogućuje kretanje (trenje mirovanja)
Za ležaje ima značenje samo trenje kretanja. Prema načinu kretanja 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 (valjčasti ležaj) Prema stanju površina nalijeganja postoje sljedeće vrste trenja: a) Suho trenje – kada između dodirnih površina nema nikakvog stranog
sloja, b) Mješovito trenje – djelimično trenje čvrstih tijela, a djelimično
tekuće trenje, c) Tekuće trenje – površine nalijeganja se ne dodiruju, njihove vrhove
razdvaja nosivi tekući ili plinoviti sloj
6
2.2. Podjela ležaja Ležaji se dijele u dvije grupe: •
Kotrljajne (slika 2)
•
Klizne (slika 3)
Slika 2. – kotrljajni ležaj,
Slika 3. - klizni ležaj
3. Kotrljajni ležaj Prednosti (usporedba s kliznim ležajima): • Manji otpor trenja, •
Konstatntan koeficijent trenja u radu 7
• 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 okretanja im je ograničena
Osjetljivi na nečistoće
Kod većih brzina okretanja pojavljuje se šum
Trajnost im se smanjuje povećanjem brzine okretanja
Zahtijevaju veće dimenzije za ugradnju u radijalnom smjeru
3.1.Vrste kotrljajnih ležaja Prema obliku kotrljajnjih elemenata, ležaji se dijele na:
Kuglični ležaj
Konični valjčasti ležaj
8
Valjčasti ležaj
Igličasti ležaj
Bačvasti ležaj
3.2. Dijelovi kotrljajnog ležaja Kavez
Vanjska staza Valjni element
Unutarnja staza Slika 4. Elementi kotrljajnjog ležaja
3.3. Vrste kotrljajnjih elemenata
9
Kuglice
Valjčići
Iglice
Stošci
Bačvice
3.4 Materijali za izradu kotrljajnih ležaja Kotrljajnji elementi, a također, i vanjska i unutarnja staza: Č 4140 (100Cr 2) Č 4146 (100 Cr6) Č 4340 ( 10CrMn6) Elementi se nakon oblikovanja kale, bruse, i poliraju. Kale se na tvrdoću 58 – 65 HRc. Kavezi: • Štancani čelični lim • mesing • legure aluminija • plastične mase
4. Proračun kotrljajnih ležaja Kotrljajnji ležaji su standardizovani, pa je za njih potrebno napraviti samo kontrolni proračun. U praksi se koriste dva tipa kontrolnih proračuna:
10
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 se definira u milionima (106 okretaja) ili, češće, u satima, kao vrijemekoje 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 materijalakotrljajnjih elemenata i staza.
Slika 5. Oštećenje staze kotrljajnjog
Slika 6. Detalj oštećenja elementa uslijed zamora
Dinamička nosivost,Čisto radijalno Fr (kod radijalnih ležaja) ili čisto aksijalno Fa (kod aksijalnih ležaja) konstantno opterećenje (Slika 148), kojim se smije opteretiti skupina jednakih ležaja s nazivnom trajnošću od 106 okretaja, ili s trajnošću od 500 sati ri konstantnoj brzini od 33,3 min-1.
11
Slika 7. radijalno i aksijalno opterećenje ležaja
Ekvivalentno opterećenje,Kako su ležaji vrlo često opterećeni i radijalnim Fr i aksijalnim opterećenjem Fa, kontrola trajnosti vrši se s ekvivalentnim opterećenjem prema izrazu:
P = X ⋅ Fr + Y ⋅ Fa
gdje su: X –faktor radijalnog opterećenja Y – faktor aksijalnog opterećenja
4.1. Proračun nominalne trajnosti ležaja Računa se prema obrascu: p
6 C 10 Lh10 = P 60 n
gdje je:
12
Lh10 []- trajnost ležaja u satima uz 10% vjerovatnoće da će doći do oštećenja ležaja, C [kN] – dinamička nosivost ležaja (uzkma se iz kataloga proizvođača) P [kN] – ekvivalentno opterećenje ležaja p – eksponent jednačine vijeka trajanja p = 3 za kuglične ležaje, p = 10/3 za sve druge ležaje n [min-1] – broj okretaja vratila
4.2. Određivanje dinamičkog faktora ležaja fL =
C fn = P
p
Lh 500
gdje je faktor broj okretaja fn = p
33 ,3 n
Trajnost ležaja zavisi od namjene stroja, u kojeg je ležaj ugrađen, njegovom opterećenju, a kreće se unutar iskustvenih vrijednosti.
5. Podmazivanje ležajeva 5.1.Podmazivanje uljem; Da bi se postigla zadovoljavajuća debljina uljnog filma potrebno je odrediti: Nazivnu viskoznost ulja – određuje se na osnovu geometrije ležaja i brzine okretanja: v1 = v1 =
4500 1000 nd m n 4500 nd m
0 , 33
mm2/s za n < 1000 min-1
mm2/s za n > 1000 min-1
13
dm =
D +d 2
mm
Stvarna viskoznost ulja - na radnoj temperaturi trebala bi biti veća od nazivne viskoznosti: v = κv1
κ > 1 (3) – kako bi se osiguralo potpuno hidrodinamičko podmazivanje, κ < 0,4 – ali ulju treba dodati EP (Extreme pressure) aditive, čime se
povećava nosivost
5.1.1. Načini podmazivanja uljem
Podmazivanje uranjanjem
Podmazivanje špricanjem (slika 9)
(uljna kupka) ( Slika 8)
14
Podmazivanje cirkulacijom (slika 10)
5.1.2. Izbor načina podmazivanja uljem Izbor načina podmazivanja obavlja se na osnovu obimne brzine na srednjem prečniku ležaja v = d mπ
n 60
m/s
v < 10 m/s – uljna kupka
v < 20 (30) m/s – cirkulacijsko podmazivanje (ulje je pod pritiskom od 0,5 do 1,5 bara)
v > 20 m/s – posebnim rasprskačem promjera 2,5 mm
15
5.2. Podmazivanje mašću Podmazivanje mašću koristi se kod cca 90% ležajeva. Značajnije prednosti podmazivanja mašću su: niski konstrukcijski zahtjevi
dobro zaptivanje dugotrajno podmazivanje i bez naknadnog dodavanja masti Ovakav se način podmazivanja bez ikakvih problema koristi za obimne brzine < 5 m/s, a za veće potrebno je konsultovati proizvođača ležaja.
Slika 11. Punjenje ležaja mašću prilikom ugradnje
Slika 12. Punjenje ležaja mašću preko mazalice
16
Izbor masti za podmazivanje ležaja P/C ≤ 0,15 – Ca-, K-, Na-, Li – mast P/C > 0,15 masti za visoke pritiske Li-, i Ba- mast
Po svom sastavu masti su mješavine sapuna (Na, Ca, itd) s uljima čija je osnovna viskoznost od 100 do 220 mm2/s.
6. Zaptivanje ležajeva Uloga zaptivanja je: • Zadržati sredstvo za podmazivanje u ležaju • Spriječiti prodor nečitoća u ležaj iz okoliša
Slika 13.radijalne zaptivke
Slika 14. Lavirintne zaptivke
17
Slika 15. Filcane zaptivke
7.Zaključak Da podsetimo da su kotrljajuci lezaji vitalni elementisvih masinskih postrojenja, i vozila, tj. proizvodsiroke primene bez koga bi bilo prakticno nemogucevrsiti bilo kakvo kretanje.Shodno tome moze sepretpostaviti da ostecenjem lezaja dolazi do skupih i neplaniranih zastoja u proizvodnji, koji visestruko prevazilaze cijenu samih ležaja.Upravo to je razlog da se u razvijenim zemljama posvećuje posebna paznja preventivnom održavanju ležaja (praćenju stanja ležaja i zamjeni u planskim zastojima).Takodjer se odrzavanju ležaja, njihovoj montaži i demontaži,pridaje poseban značaj kako bi se radni vijek ležaja što više produžio. U praksi, samo 34% ležaja doživi " prirodnu smrt " Danas je analizom ostećenog ležaja, u ogromnom broju slučajeva, moguće utvrditi uzrok njegovog stradanja.Takvo jedno istraživanje je pokazalo da, upraksi, samo 34% lezaja doživi svoj kalkulativni radni vijek (tj. strada usled zamora materijala). Svi ostalilezaji prerano stradaju zbog: - Neadekvatnog odrzavanja (36%) Izbor neodgovarajuceg maziva,neredovno podmazivanje i neadekvatna kolicina maziva.Dobro je upamtiti i sledece: dobar lezaj + losa mast = los lezaj. 18
- Necistoce i lose okruzenje (14%) Vijek ležaja može da bude i do 10 puta kraci u uslovima slabog zaptivanja, a velike kolicine necistoca. Takodjer je od velikog značaja pravilno okruženje ležaja npr.stanje /tolerancije osovine, kucista i sl. Tako npr. Kupovina kvalitetnog ležaja koji se montira u lose kućiste je "bacanje novca". - Nestrucne montaze (16%) Postoje definisane procedure i alati u zavisnosti od tipa i veličine lezaja kao i vrste uležištenja.U praksi se često dešava da ležaj dobije početno oštećenje pri samoj montaži ili demontaži. - Rad bez problema Iz svega dosad rečenog može se zaključiti da se kupovinom kvalitetnog ležaja rešava samo jedan dio problema. Da bi se iz ležaja izvukao njihov nosivi potencijal oni moraju biti pravilno montirani, podmazivani i održavani.Takodjer,pravilnim praćenjem stanja ležaja u toku rada , mogu se izbjeći neplanirani zastoji.
8. Literatura 1. Petković.,D.,Zbornik radova,Univerzitet Zenica,”Tehno- Educa,2008. 2. Jeloska.,D., Elementi strojeva-skripta,www.scribd.com/doc/7247792/esskripta-760 3.Kotrljajni ležaji prezentacija,www.masinska.edu.rs/newshe/index.php?opti m=com.docman... 4. Bačvasti ležajevi,www.skf.com/filens/239299.pdf
19
