Upload
others
View
10
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
IZBOLJŠAVE NA PODRO JU KROGLI NIH LEŽAJEV Diplomsko delo
Študent: Boštjan DREVENŠEK
Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program Strojništvo
Smer: Proizvodno strojništvo
Mentor: doc.dr. Samo Ulaga
Maribor, avgust 2016
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
I
Vložen original sklepa o potrjeni temi
diplomskega dela
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
II
I Z J A V A
Podpisani Boštjan Drevenšek, izjavljam, da:
je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela,
da je predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli
izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze,
da so rezultati korektno navedeni,
da nisem kršil-a avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,
da soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter
Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in
elektronske verzije zaklju nega dela.
Maribor,_____________________ Podpis: ________________________
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju doc.dr. Samu ULAGI za
pomo in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.
Zahvaljujem se tudi podjetju Schaeffler Slovenija
d.o.o., za podporo pri izdelavi diplomske naloge.
Posebna zahvala gre staršem, ki so mi omogo ili
študij.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
IV
IZBOLJŠAVE NA PODRO JU KROGLI NIH LEŽAJEV
Klju ne besede: krogli ni ležaji, trenje, tesnila, šumnost
UDK: 621.822.73(043.2)
POVZETEK
V diplomskem delu sem pregledal izboljšave na podro ju krogli nih ležajev. V zadnjih nekaj
letih se je na podro ju standardnih krogli nih ležajev izboljšala kvaliteta obdelave tekalnih
površin in kotalnih elementov, izboljšala so se tesnila in kletke v ležajih. Vse to ima za
posledico, da imajo ležaji nove generacije manjše trenje, se med obratovanjem manj
segrevajo in zaradi tega porabijo manj energije, so tišji in imajo daljšo življenjsko dobo. Ker so
ležaji ohranili enake priklju ne mere kot prejšnja generacija, lahko konstruktorji z uporabo
nove generacije ležajev izboljšajo lastnosti svojih naprav brez konstrukcijskih sprememb.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
V
IMPROVEMENTS IN THE FIELD OF BALL BEARINGS
Key words: ball bearings, friction, seals, noise
UDK: 621.822.73(043.2)
ABSTRACT
The topic of my diploma work is improvements in ball bearings. In the past few years the
quality of the raceways and rolling elements in the field of standard ball bearings, the
seals and cages in the bearings has improved. The consequence of all of this is, that the new
generation of bearings has reduced friction during operation and produces less heat,
therefore they consume less power, are quieter and have a longer life expectancy. Because
the new generation of bearings has maintained the same connecting dimensions as the
previous generation, constructors can use them in order to improve the properties of their
devices without design changes.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VI
KAZALO
1 UVOD ............................................................................................................................. 1
2 PREDSTAVITEV PODJETJA .............................................................................................. 3
3 KOTALNI LEŽAJI SKOZI ZGODOVINO .............................................................................. 4
3.1 Osnove in sestava krogli nih ležajev......................................................................... 7
Montaža krogli nega ležaja ............................................................................................ 8
4 TEORIJA PRERA UNA KROGLI NIH LEŽAJEV ................................................................ 12
4.1 Prera un ležajev do leta 2007 ................................................................................ 12
4.2 Prera un ležajev po letu 2007 ................................................................................ 13
4.3 Ra unalniško podprt prera un ležajev.................................................................... 15
Prera un ležaja nove generacije 6001-C-2HRS .............................................................. 16
Prera un stare generacije ležajev 6001-2RSR ............................................................... 19
Primerjava kataloških podatkov stare in nove generacije ležajev .................................. 20
Primerjava ra unskih rezultatov stare in nove generacije ležajev ................................. 21
5 SPREMEMBE PRI NOVI GENERACIJI KROGLI NIH LEŽAJEV .......................................... 22
5.1 Izboljšave na podro ju kvalitete tekalnih površin: .................................................. 22
Vpliv kvalitete obdelave površin na podaljšanje življenjske dobe ležajev ...................... 22
Pomen hrapavosti na izboljšanje zmogljivosti delov ležajev .......................................... 23
Dosežene kvalitete površin v proizvodnem procesu ..................................................... 25
5.2 Izboljšave v notranji konstrukciji ............................................................................ 27
5.3 Izboljšave pri kletkah ............................................................................................. 30
5.4 Izboljšave pri tesnilih.............................................................................................. 32
Z tesnilo ....................................................................................................................... 32
HRS, BRS in ELS tesnila ................................................................................................. 32
5.5 Pregled tehnoloških sprememb na ležajih .............................................................. 37
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VII
Pove anje radija žleba na zunanjem obro u ležaja........................................................ 37
Izboljšanje parametrov tekalnih površin: ...................................................................... 37
To nost ........................................................................................................................ 37
Nova jeklena kovi ena kletka ....................................................................................... 38
Novo jekleno tesnilo Z .................................................................................................. 38
Nova gumijasta tesnila (HRS, ELS) ................................................................................. 38
6 PRIMERJAVA NOVE IN PREJŠNJIH GENERACIJ LEŽAJEV ............................................... 39
6.1 Šumnost................................................................................................................. 39
Rezultati testiranj šumnosti .......................................................................................... 40
6.2 Trenje .................................................................................................................... 42
Rezultati testiranj trenja pri ležajih ............................................................................... 44
7 PRAKTI NI PRIMERI UPORABE NOVE GENERACIJE LEŽAJEV ........................................ 47
7.1 Avtomobilska industrija ......................................................................................... 48
7.2 Proizvajalec bele tehnike ....................................................................................... 49
8 ZAKLJU EK ................................................................................................................... 52
SEZNAM UPORABLJENIH VIROV .......................................................................................... 53
Priloga 1: Prera un ležaja 6001-C-2HRS ................................................................................ 54
Priloga 2: Prera un ležaja 6001-RSR ..................................................................................... 57
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VIII
KAZALO SLIK
Slika 3.1 Shematski prikaz delovanja ležaja ............................................................................ 4
Slika 3.2 Prikaz premikanja ve jih tovorov (Sirija približno 700 let pr.n.št) .............................. 5
Slika 3.3 Krogelni mlin za brušenje krogel iz kamna iz leta 1683 ............................................. 5
Slika 3.4 Vodilni ležaj mlina na veter iz Nizozemske iz leta 1780 ............................................. 6
Slika 3.5 Krogelni mlin iz leta 1883, ki ga je izumil Friedrich Fischer ........................................ 6
Slika 3.6 Sestava krogli nega ležaja ........................................................................................ 7
Slika 3.7 Postopek montaže krogli nega ležaja – vstavljanje kroglic........................................ 8
Slika 3.8 Montaža krogli nega ležaja – pomik notranjega obro a ........................................... 9
Slika 3.9 Montaža krogli nega ležaja – el. deformacija zunanjega obro a ............................... 9
Slika 3.10 Montaža krogli nega ležaja – pomik notranjega obro a proti sredini ................... 10
Slika 3.11 Montaža krogli nega ležaja – porazdelitev kroglic ................................................ 10
Slika 3.12 Montaža krogli nega ležaja – vstavljanje kletke .................................................... 11
Slika 3.13 Prikaz postopka izdelave ležajev ........................................................................... 11
Slika 4.1 Izbira ležaja 6001-C-2HRS iz spletnega kataloga medias® [5] .................................. 16
Slika 4.2 70% asa je ležaj obremenjen z zgornjimi obremenitvami ..................................... 16
Slika 4.3 30% asa je ležaj obremenjen z zgornjimi obremenitvami ..................................... 17
Slika 4.4 Opis mazanja .......................................................................................................... 17
Slika 4.5 Opis posebnih pogojev ........................................................................................... 17
Slika 4.6 Prera un življenjske dobe nove generacije ležajev.................................................. 18
Slika 4.7 Izbira ležaja 6001-2RSR iz spletnega kataloga medias® [5] ...................................... 19
Slika 4.8 Prera un življenjske dobe stare generacije ležajev ................................................. 20
Slika 4.9 Primerjava kataloških podatkov ............................................................................. 20
Slika 5.1 Plateau finishing [6]................................................................................................ 23
Slika 5.2 Primerjava profila površine pri enaki hrapavosti Ra [6] ........................................... 24
Slika 5.3 Abbotova krivulja [6] .............................................................................................. 25
Slika 5.4 Prikaz Abbotove krivulje med proizvodnim procesom [6] ....................................... 26
Slika 5.5 Konstrukcija stare izvedbe ležaja ............................................................................ 27
Slika 5.6 Konstrukcija nove izvedbe ležaja ............................................................................ 28
Slika 5.7 Stara konstrukcija ležaja – priklju ne mere ............................................................. 29
Slika 5.8 Nova konstrukcija ležajev Generacija C – priklju ne mere ...................................... 29
Slika 5.9 Jeklena kovi ena kletka .......................................................................................... 30
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
IX
Slika 5.10 Poliamidna kletka ................................................................................................. 31
Slika 5.11 Nova izvedba Z tesnila – C generacije ................................................................... 32
Slika 5.12 Stara izvedba Z tesnila .......................................................................................... 32
Slika 5.13 HRS tesnilo ........................................................................................................... 33
Slika 5.14 BRS tesnilo ........................................................................................................... 34
Slika 5.15 ELS tesnilo ............................................................................................................ 35
Slika 5.16 Primernost tesnil glede na obratovalne pogoje .................................................... 36
Slika 6.1 Prikaz testiranja šumnosti ...................................................................................... 40
Slika 6.2 Trenje v ležaju ........................................................................................................ 43
Slika 6.3 Merjenje tornega momenta ležaja ......................................................................... 43
Slika 7.1 Primer utekanja vretenskih ležajev (priporo ila proizvajalca FAG) ......................... 48
Slika 7.2 Primer uporabe ležajev nove generacije v avtomobilski industriji ........................... 48
Slika 7.3 Vpliv ležaja na elektro motorju na glasnost celotnega pralnega stroja .................... 49
Slika 7.4 Prera un radialne zra nosti med obratovanjem – obstoje a situacija ..................... 51
Slika 7.5 Prera un radialne zra nosti - predlog ležaja z zoženo C4 radialno zra nostjo ........ 51
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
X
KAZALO PREGLEDNIC Tabela 4.1 Faktor življenjske dobe a1.................................................................................... 12
Tabela 4.2 Pregled obremenitev ležajev ............................................................................... 21
Tabela 4.3 Primerjava izra unane življenjske dobe ............................................................... 21
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
XI
UPORABLJENI SIMBOLI
razmerje viskoznosti
a1 faktor življenjske dobe
a2 koeficient, ki upošteva posebne lastnosti in toplotno obdelavo materiala
a3 koeficient posebnih obratovalnih pogojev
aISO faktor, ki upošteva obratovalne pogoje
C dinami na nosilnost ležaja
Cu mejna obremenitev
eC faktor ne isto
F sila
l dolžina ro ice
L10 nominalna življenjska doba
L10h nominalna življenjska doba v obratovalnih urah
Lna modificirana življenjska doba
M torni koeficient kotalnega ležaja
n število vrtljajev
P ekvivalentna dinami na obremenitev ležaja
p koeficient življenjske dobe
Ra koeficient profila hrapavosti
Rpk višina hribov
Rsk faktor razmerja hribov in dolin
Rvk globina dolin
X radialni faktor
Y aksialni faktor
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
1
1 UVOD
Idejo za naslov diplomske naloge sem dobil pri podjetju Schaeffler Slovenija d.o.o., kjer sem
zaposlen. Podjetje Schaeffler Slovenija d.o.o. je h erinsko podjetje nemškega koncerna
Schaeffler Group, ki se ukvarja s proizvodnjo ležajev, linearnih vodil in komponent za
avtomobilsko industrijo. Pri svojem delu se sre ujem s strankami, ki pri svojih konstrukcijah
uporabljajo in vgrajujejo razli ne vrste ležajev. V Sloveniji se glede na vrsto ležaja (krogli ni,
valj ni, stož asti, igli no – valj ni) porabi dale najve krogli nih ležajev. Po podatkih
Statisti nega urada republike Slovenije [1] je uvoz krogli nih ležajev obsegal približno 65%
vse porabe glede na vrsto ležajev.
Graf 1.1 Uvoz ležajev in delov za ležaje [1]
84821010 Krogli ni ležaji, z najve jim z. prem. do vklju no
30 mm; 15%
84821090 Krogli ni ležaji, z z. prem. ve
kot 30 mm; 50%
4%
4%
2%
7%
3%
0% 5%
5%3% 2%
Uvoz ležajev in delov za ležaje v republiki Sloveniji za leto 2014
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
2
Carinska tarifa Naziv
Uvoz [TEUR] Odstotek
84821010 Krogli ni ležaji, z najve jim z. prem. do vklju no 30 mm 6387 15% 84821090 Krogli ni ležaji, z zunanjim premerom ve kot 30 mm 22054 50% 84822000 Stož asti ležaji, 1853 4% 84823000 Sod kasti ležaji 1904 4% 84824000 Igli no-valj ni ležaji 927 2% 84825000 Drugi valj ni ležaji 3015 7% 84828000 Ležaji, drugi, 1365 3% 84829110 Deli kotalnih ležajev 14 0% 84829190 Deli kotalnih ležajev, kroglice, iglice in valj ki, drugi 1971 4% 84829900 Deli kotalnih ležajev, drugi 2385 5% 84832000 Ohišja za ležaje z vdelanimi kotalnimi ležaji 1406 3% 84833032 Ohišja za ležaje, brez vdelanih kotalnih ležajev 761 2%
Tabela 1.1 Pregled uvoza ležajev in delov za ležaje v Republiko Slovenijo v letu 2014 [1]
V zadnjih nekaj letih, je izjemen poudarek na zmanjšanju porabe energije pri posameznih
aplikacijah, zmanjšanju šumnosti in podaljšanju vzdrževalnih intervalov oziramo življenjske
dobe aplikacij. V diplomski nalogi prikazujem nekatere izboljšave, ki so se zgodile v zadnjih
letih na podro ju krogli nih ležajev.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
3
2 PREDSTAVITEV PODJETJA
Schaeffler Group je nemško družinsko podjetje, ki je bilo ustanovljeno leta 1946. Podjetje
ima v lasti ve blagovnih znamk, glavne blagovne znamke so INA, LuK in FAG. FAG je
najstarejši proizvajalec krogli nih ležajev na svetu. Leta 1883 je g. Friedrich Fischer
skonstruiral stroj za brušenje kroglic in z pomo jo tega stroja je bila možna serijska
proizvodnja brušenih kroglic v ustrezni kvaliteti. Od tega leta dalje se je krogli ni ležaj pri el
masovno uporabljati v industrijskih aplikacijah.
Skupina Schaeffler deluje predvsem na dveh podro jih, in sicer v avtomobilski industriji in
ostalih industrijskih panogah kot so letalska, naftna, prehrambnega, težka industrija in
vojaška industrija. Zaposlenih ima preko 84.000 zaposlenih na 170 lokacijah v 50 državah
sveta. Letno ustvari preko 13 mrd€ prometa. 6.700 delavcev je zaposlenih v 17 razvojno
raziskovalnih oddelkih, kjer razvijajo nove izdelke in tehnologije. Letno je prijavljenih ve kot
2.300 patentov.
Slika 2.1: Grob pregled industrijskega programa skupine Schaeffler
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
4
3 KOTALNI LEŽAJI SKOZI ZGODOVINO
Kotalni ležaji so strojni elementi, kjer se kotalni element (kroglice, iglice, valj ki, sod ki,
prisekani stožci) kotali med dvema ploskvama in tako omogo a gibanje ene ploskve proti
drugi.
Prve dokaze, da so principe ležajev uporabljali, so slike iz približno 700 l. pred našim štetjem
iz Sirije, ko so pod težje tovore podlagali okrogle lesene hlode, da so jih lahko premikali .
Sila
Sila
Gibanje
Gibanje
Slika 3.1 Shematski prikaz delovanja ležaja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
5
Slika 3.3 Krogelni mlin za brušenje krogel iz kamna iz leta 1683
Slika 3.2 Prikaz premikanja ve jih tovorov (Sirija približno 700 let pr.n.št)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
6
Najve ja težava je bila proizvodnja kroglic v enaki kvaliteti, to pomeni enake velikosti in
pravilne geometrijske oblike.
Slika 3.5 Krogelni mlin iz leta 1883, ki ga je izumil Friedrich Fischer
Slika 3.4 Vodilni ležaj mlina na veter iz Nizozemske iz leta 1780
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
7
3.1 Osnove in sestava krogli nih ležajev
Standardni krogli ni ležaji se izdelujejo iz materiala 100Cr6 (zunanji obro , notranji obro in
kroglice). Kletke so lahko iz jeklene plo evine, poliamidne plastike ali medenine. Tesnila so
lahko iz jeklene plo evine, ali gumijastega materiala, ki je armiran z jekleno plo evino.
So standardni izdelki, katerih lastnosti in oznake opredeljuje standard DIN 623-1. Dimenzije
ležajev dolo ata standarda DIN 616 in DIN 625. Tolerance lege in oblike ležajev opredeljuje
standard DIN 620-4. Z istim standardom je opredeljena tudi radialna zra nost ležajev.
Vsi ležaji v Schaeffler Group so testirani na šumnost in so izdelani v kvaliteti za elektri ne
motorje.
Krogli ni ležaj je sestavljen iz:
1 zunanjega obro a
2 notranjega obro a
3 kroglic
4 kletke
5 tesnila
6 maziva
3
1
4
Olje Mast 5
6
2 Slika 3.6 Sestava krogli nega ležaja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
8
> 183°
Slika 3.7 Postopek montaže krogli nega ležaja – vstavljanje kroglic
Podjetje Schaeffler nudi tudi posebne izvedbe ležajev: možno je na primer naro iti ležaje po
v posebnih tolerancah, posebnih oblik, posebne masti, oplaš enja ležajnih obro ev ali
zamenjava jeklenih kotalnih elementov s kerami nimi.
Montaža krogli nega ležaja
Najprej se izmeri izmerijo premeri tekalnih površin zunanjega in notranjega obro a. Glede na
predvideno radialno zra nost in razli nih sortiranj kroglic se izberejo primerni obro i za
sestavo. Kroglice iz istega sortiranja napolnijo prazen prostor med zunanjim in notranjim
obro em.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
9
F
F
Slika 3.8 Montaža krogli nega ležaja – pomik notranjega obro a
Slika 3.9 Montaža krogli nega ležaja – el. deformacija zunanjega obro a
Notranji obro se pomakne med prvo in zadnjo kroglico.
Zunanji obro se elasti no deformira
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
10
F
F
Slika 3.10 Montaža krogli nega ležaja – pomik notranjega obro a proti sredini
Slika 3.11 Montaža krogli nega ležaja – porazdelitev kroglic
F
F
Notranji obro se s pomo jo sile pomakne proti sredini ležaja.
Nato se kroglice enakomerno razporedijo med zunanji in notranji obro .
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
11
Slika 3.12 Montaža krogli nega ležaja – vstavljanje kletke
Kroglice
Kontrola premera
Uparjanje Montaža
Odprema
Struženje
Toplotna obdelava
Brušenje
Honanje
Struženje
Toplotna obdelava
Brušenje
Honanje
Kontrola
Kletka Z. obro N. obro Tesnilo
Kontrola
Slika 3.13 Prikaz postopka izdelave ležajev
V zadnjem koraku se v ležaj vstavi kletka.
Shematski prikaz postopka izdelave ležajev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
12
4 TEORIJA PRERA UNA KROGLI NIH LEŽAJEV
4.1 Prera un ležajev do leta 2007
Prera un krogli nih ležajev se izvaja po ISO 281 [2]. ISO 281 [2] priloga 1 je do leta 2007
predpisoval spodnji na in prera una ležajev:
Nominalna življenjska doba L je odvisna od:
C – dinami ne nosilnosti ležaja P – ekvivalentne dinami ne obremenitve ležaja n – števila vrtljajev Bolj natan na je modificirana življenjska doba Lna, ki upošteva še dodatne pogoje in sicer:
a1 – faktor življenjske dobe
Ciljna vrednost Faktor a1 Verjetnost doživetja Modificirana
življenjska doba Stari katalogi ISO 281:2007
90% L10m 1 1 95% L5m 0,62 0,64 96% L4m 0,53 0,55 97% L3m 0,44 0,47 98% L2m 0,33 0,37 99% L1m 0,21 0,25 99,20% L0,8m ni podatka 0,22 99,40% L0,6m ni podatka 0,19 99,60% L0,4m ni podatka 0,16 99,80% L0,2m ni podatka 0,12 99,90% L0,1m ni podatka 0,093 99,92% L0,08m ni podatka 0,087 99,94% L0,06m ni podatka 0,08 99,95% L0,05m ni podatka 0,077
Tabela 4.1 Faktor življenjske dobe a1
a2 – koeficient, ki upošteva posebne lastnosti materiala ležajev in toplotne obdelave.
Pri standardnih ležajih je ta faktor 1, pri posebnih materialih (posebno visoka istost)
dopuš a standard, da se ta faktor zviša.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
13
a3 – koeficient posebnih obratovalnih pogojev, ki upošteva stanje in lastnosti maziva pri
obratovalnih pogojih.
Formula za prera un ležajev po ISO 281 do leta 2007:
= × × × [vrtljaji 106] Ena ba 4.1
Lna – modificirana življenjska doba
4.2 Prera un ležajev po letu 2007
ISO 281:2007 na ina prera una iz poglavja 4.1 ne vsebuje ve , temve so faktorja a2 in a3
upoštevana v faktorju aISO .Izra un razširjene modificirane življenjske dobe Lnm se od leta
2007 dalje izvaja po naslednji formuli.
= × × Ena ba 4.2
Lnm - razširjena modificirana življenjska doba po ISO 281 [106 vrtljajev]
a1 – faktor za pri akovano življenjsko dobo ki odstopa od 90% iz tabele
aISO – faktor, ki upošteva obratovalne pogoje
aISO v bistvenem upošteva obremenitev ležaja, stanje maziva (viskoznost in vrsto maziva,
število vrtljajev, velikost ležaja, aditive), mejo utrujenosti materiala, vrsto ležaja, lastne
napetosti materiala, okoliške pogoje, ne isto e v mazivu.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
14
= × , Ena ba 4.3
eC – faktor ne isto iz tabele (Katalog HR1 [3])
Cu – mejna obremenitev pri utrujenosti materiala in lastne napetosti materiala iz kataloga
HR1 [3] [N]
P – dinami na ekvivalentna obremenitev ležaja [N]
- razmerje viskoznosti (katalog HR1 [3]) (za vrednosti >4 se uporabi =4, za < 0,1 se ta
prera un ne uporablja
L10 – nominalna življenjska doba
Nominalna življenjska doba se izra una po naslednji formuli:
= Ena ba 4.4
= × Ena ba 4.5
L10h – nominalna življenjska doba v obratovalnih urah skladno z definicijo za L10 [h]
C – dinami na nosilnost ležaja [N]
P – dinami na ekvivalentna obremenitev ležaja [N]
p – koeficient življenjske dobe
Za valj ne ležaje: p=10/3
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
15
Za krogli ne ležaje: p=3
n – število vrtljajev
Dinami na ekvivalentna obremenitev ležaja P je ra unska vrednost. Obremenitev ležaja s P
da enako življenjsko dobo kot dejanska kombinirana obremenitev.
= × + × Ena ba 4.6
P – dinami na ekvivalentna obremenitev ležaja [N]
Fr – radialna dinami na obremenitev ležaja [N]
Fa – aksialna dinami na obremenitev ležaja [N]
X – Radialni faktor iz tabel za posamezno vrsto ležaja
Y - Aksialni faktor iz tabel za posamezno vrsto ležaja
Prera un na osnovi dinami ne ekvivalentne obremenitve ležaja ni dovoljen za radialne
igli ne ležaje, kakor tudi za aksialne igli ne ležaje in aksialne cilindri ne ležaje, saj ti ležaji ne
smejo biti obremenjeni s kombiniranimi obremenitvami.
4.3 Ra unalniško podprt prera un ležajev
Od leta 2007 je prera un razširjene modificirane življenjske dobe Lnm normiran po ISO
281:2007 [2]. Ra unalniško podprt prera un po prilogi 4 standarda ISO 281 [2] je specificiran
v ISO/TS 16 281 [4].
Pri podjetju Schaeffler se za osnovne prera une uporablja spletno orodje medias® [5] . Tam
lahko na osnovi izbire ležaja, opisa obremenitev, okolijskih pogojev, izvedeš osnovni
prera un življenjske dobe ležaja. Spodaj prikazujem primer na ležaju 6001-C-2HRS.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
16
Prera un ležaja nove generacije 6001-C-2HRS
Slika 4.1 Izbira ležaja 6001-C-2HRS iz spletnega kataloga medias® [5]
Slika 4.2 70% asa je ležaj obremenjen z zgornjimi obremenitvami
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
17
Slika 4.3 30% asa je ležaj obremenjen z zgornjimi obremenitvami
Slika 4.4 Opis mazanja
Pri opisu mazanja se izbere na in mazanja, vrsto mazanja, vpliv okolice, isto o, vpliv
dodatnega vira toplote.
Slika 4.5 Opis posebnih pogojev
Pri posebnih pogojih se opiše na katero verjetnost doživetja se izvaja prera un (faktor a1),
izbere se okoliško temperaturo, ter ali se vrti notranji ali zunanji ležajni obro .
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
18
Slika 4.6 Prera un življenjske dobe nove generacije ležajev
Pri danih obremenitvah je izra unana modificirana življenjska doba 118.139 ur = 13,48 leta.
Podroben prera un prikazujem v prilogi 1.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
19
Prera un stare generacije ležajev 6001-2RSR
Ležaji stare generacije so obremenjeni z identi nimi obremenitvami kot ležaji nove
generacije.
Slika 4.7 Izbira ležaja 6001-2RSR iz spletnega kataloga medias® [5]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
20
Slika 4.8 Prera un življenjske dobe stare generacije ležajev
Pri danih obremenitvah je izra unana modificirana življenjska doba 65.558 ur = 7,48 leta. Podroben prera un prikazujem v prilogi 2.
Primerjava kataloških podatkov stare in nove generacije ležajev
Slika 4.9 Primerjava kataloških podatkov
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
21
Zunanje mere so pri obeh generacijah ležajev enake (to je standardizirano). So se pa zaradi
spremembe notranje konstrukcije spremenile nekatere mere (d2, D2 in d1), masa je ostala
enaka. Pove ala se je radialna dinami na nosilnost Cr ( za 1,8%), stati na radialna nosilnost
C0r je ostala enaka, zvišalo se je mejno število vrtljajev nG (za 36,1%). Za 25% se je pove ala
mejna utrujenostna obremenitev Cur.
Primerjava ra unskih rezultatov stare in nove generacije ležajev
Obremenitev 1 Obremenitev 2
asovni delež obremenitve 70% 30%
Fa 100 N 20 N
Fr 400 N 500 N
n: 3000 min-1 4000 min-1
Tabela 4.2 Pregled obremenitev ležajev
Ra unalniški prera un kaže pri enakih obremenitvah naslednje rezultate:
Ležaji stare generacije imajo izra unano modificirano življenjsko dobo 65.558 ur, ležaji nove
generacije imajo izra unano modificirano življenjsko dobo 118.139 ur. Osnovni prera un
kaže na 80% podaljšanje življenjske dobe z uporabo nove generacije ležajev.
Izra unana modificirana življenjska doba Lh_nm
Ležaj stare generacije – 6001-2RSR 65.558 ur
Ležaj nove generacije – 6001-C-2HRS 118.139 ur
Tabela 4.3 Primerjava izra unane življenjske dobe
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
22
5 SPREMEMBE PRI NOVI GENERACIJI KROGLI NIH LEŽAJEV
Ker so dimenzije krogli nih ležajev standardizirane po DIN 625, lahko proizvajalci ležajev
izboljšanja dosežejo s spremembami notranje konstrukcije, spremembami obdelave
materiala, spremembami na ina tesnjenja, ali izboljšavami proizvodnih postopkov.
Proizvajalec Schaeffler je pri novi generaciji krogli nih ležajev naredil naslednje izboljšave:
5.1 Izboljšave na podro ju kvalitete tekalnih površin:
- okroglost: izboljšan proces brušenja
- valovitost: izboljšan proces brušenja
- hrapavost: izboljšan proces honanja
Izboljšanje natan nosti profila in izboljšanje kvalitete tekalnih površin ima neposreden vpliv
na dolo itev faktorja Cu - mejne obremenitve pri utrujenosti materiala. Analogno kot pri
stati ni nosilnosti ležaja C0 je Cu definirana kot obremenitev, pri kateri je v najbolj
obremenjenem kontaktu dosežena trajna dinami na trdnost u.
Vpliv kvalitete obdelave površin na podaljšanje življenjske dobe ležajev
Na preizkuševališ u je bilo testirano kolikšen vpliv ima izboljšanje kvalitete tekalnih površin
na podaljšanje življenjske dobe. Rezultati testiranj so prikazani grafu 5.1.
Premica se je pri novi generaciji ležajev, kjer je bila izboljšana kvaliteta tekalnih površin
premaknila v desno. as odpovedi ležajev se je pri izboljšavi kvalitete tekalnih površin do
50%.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
23
Izboljšana kvaliteta površine kotalnih elementov in tekalnih površin je bila dosežena z
na inom brušenja t. i. »plateau finishing«
Slika 5.1 Plateau finishing [6]
Ploš e, smer in globina brazd so odlo ilni za debelino mazalnega filma pri stiku kotalnih
elementov s tekalno površino.
Pomen hrapavosti na izboljšanje zmogljivosti delov ležajev
V nadaljevanju je podan opis površin:
Preizkuševališ e L11 Fr = 4,9 kN n = 9000 1/min
as obratovanja [h]
0.01
0.02
0.05
0.10
0.20 0.30
0.50
0.80
0.95 0.99
10 100 1000 10000 2 2 2 3 3 3 5 5 5
Verje
tnos
t odp
oved
i lež
aja
Ra, IR = standard Ra, AR = standard Ra, IR = optimirano Ra, AR = optimirano
Krogli ni ležaj mazanje
= 1
Graf 5.1 Primerjava življenjske dobe ležajev z novim na inom obdelave v primerjavi s standardno obdelavo [6]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
24
Pri plateau finishing obdelavi ima tekalna površina ležaja pri enaki hrapavosti Ra ve je število
dolin kot hribov. V dolinah tekalne površine se lahko zadržuje mazivo in s tem se doseže
elasto-hidrodinami no mazanje že pri majhnih hitrostih. To ima za posledico manjše trenje in
manjšo obrabo.
Slika 5.2 Primerjava profila površine pri enaki hrapavosti Ra [6]
Ra je pri obeh površinah identi en.
Rsk definira razmerje med hribi in dolinami na površini.
Pri negativnem Rsk se pojavi elosto-hidrodinami no mazanje že pri majhnih hitrostih, kar ima
za posledico manj trenja in obrabe.
Zaradi tega se pri proizvodnji ležajev stremi k temu, da se v proizvodnem procesu dosežejo
tekalne površine z negativnim Rsk, oziroma, da se na koncu obdelave (honanje) doseže ve je
število dolin kot hribov.
Abbotova krivulja opisuje razmerje hribov in dolin v profilu hrapavosti.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
25
Slika 5.3 Abbotova krivulja [6]
Rpk – višina hribov
Rvk – globina dolin
Dosežene kvalitete površin v proizvodnem procesu
Med serijsko proizvodnjo se med procesom, ki je pod kontrolo, dosegajo naslednje kvalitete
površin:
Po brušenju je bil delež hribov v profilu hrapavosti Mr1 približno 7%, delež dolin Mr2 pa
približno 10%. Po prvi fazi plateau finishing se je delež hribov zmanjšal na približno 6 %, delež
dolin pa pove al na približno 16%. Po drugi fazi plateau finishing se je delež hribov zmanjšal
na približno 2 %, medtem, ko je delež dolin ostal enak (približno 16%). Med samim
proizvodnim procesom, je potrebno izbrati optimalno razmerje med zahtevnostjo (stroški)
obdelave in izboljšavo obratovalnih lastnosti ležajev.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
26
Slika 5.4 Prikaz Abbotove krivulje med proizvodnim procesom [6]
Po koncu procesa honanja je delež dolin v profilu materiala približno 16%, delež hribov pa
približno 2%.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
27
5.2 Izboljšave v notranji konstrukciji
Zunanje izmere ležajev (notranji premer, zunanji premer in širina) so ostale enake, notranje
mere pa so bile spremenjene zaradi nove zasnove tesnil.
Slika 5.5 Konstrukcija stare izvedbe ležaja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
28
D, d in b so ostali enaki, spremenile so se mere d1 in D2. Kljub temu, da so se spremenile
dimenzije D2 in d1 se lahko stara generacija ležajev brez težav zamenja z novo generacijo
ležajev. Pri novi konstrukciji krogli nih ležajev (zaradi nove konstrukcije tesnila se je
spremenila oblika konture roba pri notranjem in zunanjem obro u) je tesnilo na notranji
strani ležaja in ne sega izven ležaja kot pri prejšnji generaciji. Zaradi tega ne pride do
kontakta med vrte imi in ne vrte imi deli (gred, ohišje)
Spremenil - pove al se je radij žleba na zunanjem obro u ležaja.
Standardna natan nost ležajev nove generacije je P6 po standardu DIN 620-2. Natan nost
kroglic je v G5.
Slika 5.6 Konstrukcija nove izvedbe ležaja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
29
d a
Da
d a
d D Da
Slika 5.7 Stara konstrukcija ležaja – priklju ne mere
Slika 5.8 Nova konstrukcija ležajev Generacija C – priklju ne mere
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
30
Staro generacijo ležajev je mogo e, ne glede na namen uporabe, zamenjati z ležaji iz nove
generacije. Priklju ne mere ležajev nove generacije so ostale nespremenjene.
5.3 Izboljšave pri kletkah
Kletka pri krogli nem ležaju služi, da lo i kotalne elemente, drži kotalne elemente na enakem
razmiku in da vodi kotalne elemente iz neobremenjene cone v cono obremenitve (pot na
obsegu ležaja, kjer se obremenitev prenaša iz enega obro a na drug obro ). Na voljo so
kletke iz razli nih materialov in razli nih konstrukcij.
Jeklena kovi ena kletka je zelo robustna in ima visoko togost, je bolj odporna na udarne
obremenitve, je tišja kot prejšnja generacija kovi enih jeklenih kletk in ima ve je mejno
vrtilno hitrost kot prejšnja generacija.
Slika 5.9 Jeklena kovi ena kletka
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
31
Ležaji s poliamidno kletko porabijo manj energije, generirajo manj toplote, pri aplikacijah,
kjer so prisotne velike hitrosti je doba uporabnosti masti daljša in s tem tudi življenjska doba
ležaja. Poliamidna kletka ima lastnost da duši vibracije in dopuš a ve je mejne vrtilne hitrosti
kot prejšnja generacija.
Slika 5.10 Poliamidna kletka
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
32
5.4 Izboljšave pri tesnilih
Z tesnilo
Z tesnilo je ne dotikajo e se tesnilo iz plo evine, ki je namenjeno za višje hitrosti in povzro a
malo trenja.
Z izvedbo novega tesnila je bila oblika optimizirana tako, da ima sedaj obliko labirintnega
tesnila. Utori v zunanjem in notranjem obro u in oblika tesnila so bili prilagojeni novi
konstrukciji tesnil.
Posledica teh sprememb so:
- daljša življenjska doba
- izboljšana zaš ita proti kontaminaciji (vdoru umazanije v ležaj)
- pove ana življenjska doba masti
- izboljšana zaš ita proti prahu
HRS, BRS in ELS tesnila
HRS tesnilo je dotikajo e se tesnilo, BRS tesnilno je ne dotikajo e se tesnilo. Obe tesnili
imata ogrodje iz jeklene plo evine, ki je oplaš eno z umetno maso (Nitril-Butadien-Kav uk).
Slika 5.12 Stara izvedba Z tesnila Slika 5.11 Nova izvedba Z tesnila – C generacije
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
33
HRS Tesnilo je dotikajo e se tesnilo, ki se v eni to ki dotika notranjega obro a.
Nova izvedba tesnila HRS ima inovativno geometrijo kontaktne ustnice. Kontaktna ustnica
ima aksialni kontakt z notranjim obro em ter ventilacijske utore, s pomo jo katerih ob
vrtenju odbija prah in zadržuje mast v ležaju.
Prednosti novega tesnila HRS v primerjavi s staro izvedbo RSR so:
- daljša doba obratovanja ležaja
- zaš ita pred vdorom ne isto in teko in v ležaj
- zmanjšano trenje in s tem manjše segrevanje med obratovanjem
- dolga življenjska doba masti; namazani za as življenjske dobe ležaja
- dopuš a ve je vrtilne hitrosti
- izboljšan tek ležaja
Slika 5.13 HRS tesnilo
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
34
Tesnilo BRS je ne dotikajo e se tesnilo
Tesnilo BRS ima konstrukcijo s funkcijo labirintnega tesnila. Utori na notranjem in zunanjem
obro u ter geometrija tesnila so funkcionalno prilagojeni in skupaj tvorijo labirint.
Prednosti tega tesnila so:
- dolga obratovalna doba
- izboljšana zaš ita proti kontaminaciji
- dolga življenjska doba masti; namazani za as življenjske dobe ležaja
- brez uhajanja maziva v primerih uporabe z vrtljivim zunanjim obro em
Slika 5.14 BRS tesnilo
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
35
Tesnilo ELS
Tesnilo ELS je nov tip tesnila »enoustni no gumijasto kontaktno tesnilo«
Tesnilo ELS ima novo geometrijsko zasnovo kontaktne ustnice, aksialni kontakt med
notranjim obro em in tesnilno ustnico, ventilacijske utore ter konstrukcijo tesnila za
odbijanje prahu ter zadrževanje masti v ležaju.
Zasnova tesnila na zunanji strani, kakor tudi najmanjša možna zra na rega med notranjim
obro em in protiprašno ustnico otežujejo vstop prahu in vode v ležaj, hkrati pa se je s
spremenjeno obliko tesnilne ustnice še izboljšala u inkovitost tesnjenja. Skupaj z utorom na
notranjem obro u ustvarja geometrija tesnilne in protiprašne ustnice u inkovit labirint.
Hkrati pa deflektor masti na notranji strani tesnila u inkovito zadržuje visoko kvalitetno mast
v ležaju.
Slika 5.15 ELS tesnilo
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
36
Prednosti ELS tesnila so:
- daljša obratovalna doba ležaja
- izboljšana zaš ita pred kontaminacijo in teko inami
- manjše trenje in segrevanje
- daljša življenjska doba masti
- dovoljene ve je hitrosti
- izboljšan tek ležaja
Pravilo »preko palca« velja, da k trenju v ležaju do 50% prispeva tesnilo, mazivo do 30% in
mehanika do 20%. Z ELS tesnilom se trenje v ležaju napram klasi nim gumijasti tesnilom
zmanjša za približno 30%.
Slika 5.16 Primernost tesnil glede na obratovalne pogoje
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
37
5.5 Pregled tehnoloških sprememb na ležajih
Pove anje radija žleba na zunanjem obro u ležaja.
Ozek radij žleba, po katerem se kotalijo ležajne kroglice povzro a trenje. Zaradi tega se je pri
novi generaciji ležajev ta radij pove al. Posledica tega je:
- Manjše trenje
- Zmanjšanje obratovalne temperature ležaja
Izboljšanje parametrov tekalnih površin:
- Okroglost (izboljšan proces brušenja)
- Valovitost (izboljšan proces brušenja)
- Hrapavost (izboljšan proces honanja)
Vse to ima za posledico zmanjšanje trenja in šumnosti.
To nost
Ležaji se proizvajajo v razli nih to nostnih razredih. Obi ajno se za normalno strojegradnjo
uporabljajo ležaji to nosti PN (normal). Razredi to nosti so po standardu DIN620-2 in DIN
620-3 definirani s to nostnimi razredi in sicer od normalne to nosti PN, P6, P5, P4, P2, pri
emer manjša številka pomeni ve jo to nost.
Pri zahtevnejših napravah, kot s v obdelovalnih stroji, merilni stroji, letalska in vesoljska
tehnika … je potrebno vgraditi natan nejše ležaje. Takrat to nost PN ne zadostuje ve in je
potrebno vgraditi ležaje s to nostjo P6, P5, P4 ali celo P2.
Podatki o tolerancah posameznih ležajev v razli nih izvedbah to nosti so obi ajno prikazani v
katalogih proizvajalcev ali pa se dobijo na zahtevo pri proizvajalcu.
Ležaji nove generacije imajo standardno toleran ni razred P6 po standardu DIN 620-2.
Rezultat je zmanjšanje šumnosti in trenja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
38
Kvaliteta ležajnih kroglic G5, tendenca G3, kar ima prav tako za posledico zmanjšanje
šumnosti.
Nova jeklena kovi ena kletka
- Pove ana to nost
- Pove ana togost
Posledica je zmanjšanje šumnosti / trenja in možne višje vrtilne hitrosti ležajev.
Novo jekleno tesnilo Z
- Izboljšanje zaš ite proti vdoru prahu
Posledica je podaljšanje življenjske dobe ležaja.
Nova gumijasta tesnila (HRS, ELS)
- Izboljšanje zaš ite pred izstopom masti med obratovanjem
- Izboljšanje zaš ite pred vdorom teko in (vode) v ležaj
- Izboljšanje zaš ite pred vdorom prahu v ležaj
- Zmanjšanje trenja v ležaju
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
39
6 PRIMERJAVA NOVE IN PREJŠNJIH GENERACIJ LEŽAJEV
6.1 Šumnost
Šumnost oz. hrupnost posameznega stroja je zelo pomembna, saj je hrup mote in negativno
vpliva na osebe, ki delajo v hrupnem okolju in zvokovno onesnažuje okolje. Kako vpliva zvok
na loveka v odvisnosti od frekvence zvoka je prikazano na grafu 6.1 [7].
Graf 6.1 Slišnost zvoka v odvisnosti od frekvence zvoka [7]
Ležaji se standardno testirajo na šumnost. Za postopek testiranja so predpisani pogoji in
sicer:
- Vrtljaji
Obi ajno so med 450 in 3.600 min-1. Zelo pogosto pa so dolo eni na 1.800 min-1.
- Obremenitve
Obremenitve morajo biti tako velike, da je popolnoma zagotovljeno kotaljenje
kotalnih elementov ležaja v dovolj veliki coni obremenitve
- Merilne veli ine
Merijo se hitrost in pospeški nihanja.
- Frekven na obmo ja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
40
Merijo se tri frekven na obmo ja:
Nizki pas frekvenc: 50…300 Hz
Srednji pas frekvenc 300 …1.800 Hz
Visoki pas frekvenc 1.800…10.000 Hz
- Stanje ležajev
Testirajo se ležaji zaš iteni s petrolejem ali v konzerviranem stanju ali v namazanem
stanju
Na naslednjih grafih so prikazani rezultati testiranj ležajev nove generacije (C Generation) v
primerjavi z ležajem iz starejše generacije in aktualnim ležajem, ki jih proizvajajo primerljiva
konkuren na podjetja.
Slika 6.1 Prikaz testiranja šumnosti
Šumnost elektromotorja opremljenega z
novo generacijo krogli nih ležajev se je
zmanjšala za 17 dB v primerjavi z
elektromotorjem, ki je bil opremljen s
staro generacijo ležajev.
Rezultati testiranj šumnosti
V grafih 6.3, 6.4 in 6.5 prikazujem rezultate testiranj ležaja nove generacije s konkuren nimi
ležaji. Rezultati prikazujejo, da ležaji nove generacije izkazujejo manjšo šumnost predvsem v
Graf 6.2 Zmanjšanje šumnosti z uporabo nove generacije ležaja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
41
srednjem in visokem frekven nem pasu. Ta dva frekven na pasa pa sta loveškemu ušesu
najbolj zaznavna.
Graf 6.3 Testiranje šumnosti: referen ni ležaj 6201-C
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
42
Graf 6.4 Testiranje šumnosti referen ni ležaj 6202-C
Graf 6.5 Testiranje šumnosti referen ni ležaj 6207-C
6.2 Trenje
Trenje v ležaju je nastaja zaradi drsnega trenja, trenja zaradi maziva, trenja zaradi rotacije
kotalnih elementov, trenja zaradi tesnil….. Vse skupaj da izmerjen torni moment.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
43
Slika 6.2 Trenje v ležaju
Trenje v ležaju
+ drsno trenje
+ trenje zaradi vpliva maziva
+ trenje zaradi rotacije kotalnih elementov
+ trenje zaradi tesnil
+ ……
= izmerjeni skupni torni moment
Torni moment med obremenitvijo se meri po naslednjem principu:
Pri izbrani vrtilni frekvenci se ležaj obremeni z radialno silo in s pomo jo vzvoda na
zunanjem obro u se meri sila.
Kraftaufnehmer
MF
Kraftaufnehmer
MF
Fr Radialna sila
Merilnik sile
l
Slika 6.3 Merjenje tornega momenta ležaja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
44
= × Ena ba 6.1
M= torni koeficient kotalnega ležaja
F= reakcijska sila izmerjena z merilnikom sile
l= dolžina ro ice
Koeficient trenja se lahko meri še na razli ne druge na ine, kot je na primer merjenje kota
zasuka, merjenje segrevanja mirujo ega obro a ležaja ali kombinacije razli nih na inov
merjenja.
Rezultati testiranj trenja pri ležajih
Na grafih 6.6, 6.7 in 6.8 prikazujem rezultate testiranj tornega momenta. Torni moment nove
generacije ležajev se je primerjal s tornim momentom ležajev drugih proizvajalcev in tornim
momentom ležajev stare generacije. Rezultati kažejo, da je torni moment nove generacije
ležajev znatno manjši, do 35 % glede na prejšnjo generacijo [8].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
45
Graf 6.6 Testiranje tornega momenta: Referen ni tip :6306
Graf 6.7 Primerjava tornega momenta: Stara izvedba napram novi generaciji Referen ni ležaj
6306-C
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
46
Graf 6.8 Primerjava tornega momenta: Referen en ležaj 6201-C
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
47
7 PRAKTI NI PRIMERI UPORABE NOVE GENERACIJE LEŽAJEV
Ker so zahteve po zmanjšanju porabe energije in zmanjšanju glasnostih aplikacij vedno ve je,
so nekateri proizvajalci novo generacijo ležajev testirali in jih na osnovi rezultatov tudi
vklju ili v redno proizvodnjo. Spodaj prikazujem nekaj primerov, kjer so staro generacijo
ležajev ali ležaje konkurence zamenjali za novo generacijo ležajev.
Proizvajalec rpalk je testiral ležaje 6201-C-2Z-C3 in 6204-C-2Z-C3 namazane z njegovo
posebno mastjo. Test je potekal tako, da je elektro motor pospeševal do maksimalnih
vrtljajev , nato pa je je bilo izklju eno napajanje. Merjen je bil as, ki je bil potreben, da se je
motor popolnoma zaustavil. Rezultati so bili primerjani za razli ne izvedbe in blagovne
znamke ležajev.
Proizvajalec rpalk je izmeril pri elektromotorjih opremljenih s staro generacijo ležajev
povpre en as zaustavitve je 6,46 s, pri elektromotorjih opremljeni z novo generacijo ležajev
pa 9,4 s. Razlika je 45,56 %.
Merjenje izgube mo i na liniji za sestavljanje. Zelo kratek as meritve (20 sek)
Graf 7.1 Izguba mo i pri razli nih vrtljajih
Ležaji nove generacije imajo ve jo izgubo mo i pri manjših vrtljajih, pri višjih vrtljajih pa se
izguba mo i zmanjša. Razlog za pove ano izgubo mo i na za etku testiranja je v tem, da se je
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
48
Slika 7.2 Primer uporabe ležajev nove generacije v avtomobilski industriji
testiranje izvedlo brez utekanja ležaja in pravilne porazdelitve masti. ez as se mast po
ležaju enakomerno porazdeli in se tako izboljša mazanje, ter s tem zmanjša trenje. Podobno,
kot se to izvaja pri vretenskih ležajih (Primer na sliki 7.1).
Slika 7.1 Primer utekanja vretenskih ležajev (priporo ila proizvajalca FAG)
7.1 Avtomobilska industrija
Proizvajalec ventilatorja hladilnega sistema v avtomobilski industriji se je po testiranju
ležajev odlo il za novo generacijo krogli nih ležajev. V ventilatorje hladilnega sistema serijsko
vgrajuje ležaje nove generacije in ventilatorje dobavlja razli nim avtomobilskim
proizvajalcem.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
49
Slika 7.3 Vpliv ležaja na elektro motorju na glasnost celotnega pralnega stroja
7.2 Proizvajalec bele tehnike
Zaradi težav z glasnostjo elektromotorjev se je proizvajalec bele tehnike odlo il testirati novo
generacijo ležajev. Skupaj z razvojnim oddelkom proizvajalca bele tehnike smo izbrali
primerne ležaje in sicer: 6202-C-2Z-L138_35-R13-22 in 6002-C-2Z-L138_35-R13-22.
S pomo jo nove generacije ležajev in namenske radiane zra nosti (to pomeni, da se ni
uporabila standardna zra nost ležaja n.pr. C3 ampak zožena zra nost C4, ki ni
standardizirana) se je zmanjšal hrup celotnega pralnega stroja, saj ima glasnost motorja vpliv
na glasnost jermena, jermenice in bobna pralnega stroja.
Na slikah prikazujem primer prera una radialne zra nosti ležaja na bobnu pralnega stroja.
Obstoje i konstrukciji je vgrajen ležaj 6205 s standardno radialno zra nostjo C3. Ta radialna
zra nost lahko med obratovanjem doseže najmanjšo radialno zra nost –12,7µm, kar pomeni,
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
50
da je ležaj prednapet, zato je tek bobna težak, življenjska doba ležaja pa je zaradi
prednapetja krajša.
Naš predlog je bila vgradnja ležaja 6205 z zoženo C4 radialno zra nostjo 28 – 40 µm.
Najmanjša zra nost med obratovanje v tem primeru je 2,3 µm in ne povzro a prednapetja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
51
Slika 7.4 Prera un radialne zra nosti med obratovanjem – obstoje a situacija
Slika 7.5 Prera un radialne zra nosti - predlog ležaja z zoženo C4 radialno zra nostjo
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
52
8 ZAKLJU EK
Namen diplomske naloge je bil predstaviti izboljšave in novosti na podro ju krogli nih
ležajev, ki so se zgodile v zadnjih nekaj letih. V veliko napravah se uporabljajo krogli ni ležaji
razli nih dimenzijah in morajo delovati v razli nih obratovalnih pogojih. Krogli ni ležaji se v
veliki ve ini uporabljajo v raznovrstnih izvedbah elektromotorjev, ki se uporabljajo za
razli ne namene. Sodobne naprave morajo izpolnjevati naslednje lastnosti:
- porabiti morajo manj energije kot naprave prejšnje generacije
- morajo biti tišje kot naprave prejšnjih generacij
- izmere bi morale biti manjše
- masa naprav mora ob enaki u inkovitosti ostati enaka ali po možnosti manjša
- življenjska doba mora biti zagotovljena za celotno garancijsko dobo, po možnosti brez
vzdrževanja.
Na podlagi pregleda lastnosti nove generacije v primerjavi s staro generacijo lahko
ugotovimo, da so nove generacije ležajev med obratovanjem tišje, imajo manjše trenje,
imajo boljše sisteme tesnjenja, življenjska doba je daljša.
Z uporabo novih generacij krogli nih ležajev lahko proizvajalci pri periodi nih revizijah
konstrukcij svojih naprav predvidijo in uporabijo nove generacije ležajev. Na ta na in lahko
brez velikih vložkov svoje naprave izboljšajo, jih naredijo manj glasne, izboljšajo energetsko
inkovitost, podaljšajo življenjsko dobo, uporabijo manjše dimenzije ležajev in s tem
zmanjšajo maso svojih naprav.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
53
SEZNAM UPORABLJENIH VIROV
[1] Statisti ni urad Republike Slovenije, „Statisti ni urad RS,“ [Elektronski]. Available:
http://pxweb.stat.si/sistat/24?expandall=24_px/.
[2] International Organization for Standardization, „ISO 281 Rolling bearings — Dynamic load
ratings,“ 2007-02-15. [Elektronski]. Available: www.iso.org.
[3] Schaeffler Technologies AG Co. KG, Wälzlager HR1, 2011.
[4] ISO.org, „ISO TS 16 281,“ [Elektronski]. Available: www.iso.org.
[5] Schaeffler Technologies AG & Co. KG, „Medias professional - Produktkatalog,“
[Elektronski]. Available: http://medias.schaeffler.de/medias/de!hp/.
[6] dr. Lösche, „IIT Schaeffler Die Bedeutung der Rauheit für die Leistungsfähigkeit von
Lagerteilen,“ 2003.
[7] D. M. G. Dr. Katharina Stroh, „Lärm – Hören, messen und bewerten,“ Bayerisches
Landesamt für Umwelt (LfU), 2013. [Elektronski]. Available:
http://www.lfu.bayern.de/umweltwissen/doc/uw_34_laerm_messen_bewerten.pdf.
[8] Schaeffler Technologies AG Co.KG, „FAG Generation C,“ 2016. [Elektronski]. Available:
http://www.fag-generationc.info/.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
54
PRILOGA 1: PRERA UN LEŽAJA 6001-C-2HRS
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
55
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
56
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
57
PRILOGA 2: PRERA UN LEŽAJA 6001-RSR
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
58
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
59