ELEMENTI STROJEVA IILEAJIProf. dr. sc. dr. h. c. Vlado Goglia dipl. ing.Kaptolska 20, 10 000 - Zagrebe - mail: goglia@sumfak.hr

1) Trenje, podmazivanje i maziva:

1.1 TrenjePod trenjem se prema DIN 5281 podrazumjeva otpor koji se:suprostavlja meusobnom gibanju klizanjem, kotrljanjem ili valjanjem trenje gibanja ili kinetiko trenje)onemoguava gibanje (trenje mirovanja ili statiko trenje)

Trenje gibanja: Trenje klizanja: povrine nalijeganja klize jedna po drugoj (klizni leaji, klizne vodilice i dr.)Trenje kotrljanja: nastaje kotrljanjem dvaju elastinih tijela jedno po drugom. Uslijed elastine deformacije nastaje umjesto tokastog i linijskog dodira povrinski dodir s kliznim udjelomTrenje valjanja nastaje pri meusobnom valjanju (uee valjanja i kotrljanja je unaprijed odreeno zakonima gibanja (bokovi zupanika)

Vrste trenja:Trenje vrstih tijela neposredni dodir vrstih tijela. Na njihovim se povrinama moe nalaziti oksidacijski sloj ili sloj krutog maziva:Suho trenje meu dodirnim povrinama nema oksidacijskog sloja, sloja maziva niti sloja bilo kakvog drugog stranog tijela - slika a)Tekue trenje ne postoji neposredni dodir povrina nalijeganja. Hrapave povrine su meusobno razdvojene nosivim tekuim ili plinovitim meuslojem - slika b). Nosivi sloj moe nastati hidrostatiki ili hidrodinamiki. Trenje je posljedica viskoziteta u medija u meusloju.Mjeovito trenje djelomino trenje vrstih tijela, a djelomino tekue trenje (slika c). Nastaje ili kod presporog gibanja (pokretanje zaustavljanje) ili kod preoptereenja.

1.2 Podmazivanje i maziva (smanjenje otpora klizanja, smanjenje troenja):Tekua maziva ulja: najbolje udovoljavaju zahtjevimaMasti za podmazivanjeMjeavine krutih maziva s mastima ili uljima za smanjenje problema uhodavanjaKruta maziva krute tvari u prahu ili u obliku ljusaka. Poboljavaju klizna svojstva povrina. U kombinaciji s uljima ili mastima (grafit)Umjetne mase s kliznim sposobnostima. Mogu se kruta maziva ukomponirati u umjetne mase i jo poboljati klizna svojstvaSuhi tanki mazivi slojevi vrsta maziva koja slue kao trajno mazivoPlinovi

Najvanija maziva ulja (mineralna i sintetika):Meusobnom gibanju slojeva ulja suprostavlja se unutarnje trenjeVea ilavost tekuina vee trenjeilavost tekuina viskozitet. Mjerilo za viskozitet tekuina u gibanju dinamiki viskozitet kao smino naprezanje izmeu dva sloja tekuine meusobno razmaknuta 1m meu kojima postoji razlika u brzinama od 1m/s.

Druga jedinica za dinamiku viskoznost:Tehniki sustav:

Poise (P):

1Pas = 10 P

Mjerenje dinamikog viskoziteta:

Kinematiki viskozitet:kinematiki viskozitet = dinamiki viskozitet / gustoa

jedinica u SI: m2 / sNeki proizvoai ulja jo navode kinematiki viskozitet u St (Stokesima):1 m2 / s = 104 StZa viskozitet je presudna i temperatura. Uz viskozitet se svakako mora navesti i temperatura pri kojoj je odreen!Ostala vana svojstva maziva: a) Stinite temperatura skruivanjab) postojanost prema starenju- Klase viskoziteta za mineralna ulja prema ISO VG 2, 3, 5, 7 ..................1500, 2000

Maziva ulja:Destilati dobivaju se destilacijom produkata nafte (do 400C)Rafinati poboljanjem (ienjem) destilata (neto preko 500C)Legirana ulja rafinati i sintetika ulja s raznim aditivimaSintetska ulja najbolja maziva svojstva - visoka cijena (za najvie temperature, nisko stinite i visoka postojanost). (od -700 do 2500C)

Mazive mastiNa bazi kalcijevog sapuna. Za jednostavne zahtjeve (graevinski strojevi). Za temperature od -350 do 500CNa bazi natrijeva sapuna. Za klizne i valjne leaje. Za temperature od -300 do 1100Cc) Na bazi litijevog sapuna. Sposobne za visoke pritiske. Za temperature od -300 do 1400Cd) Na bazi kompleksne saponifikacije (barij, kalcij, litij, magnezij...). Za klizne i valjne leaje. Za temperature od -250 do 1500CBlok masti. Tvrde masti koje se umeu u komore kliznih leaja.

Kruta maziva:Imaju vlastitu sposobnost podmazivanja.Najznaajniji su:a) grafitb) molibdendisulfid MoS2 .. Za temperature od -1800 do 4500C i vie.c) duktilni metali (kositar, aluminij, olovo, bakar u prahu, koloidno srebro)- Upotrebljavaju se u prilikama u kojima nije mogue postii uvjete hidrodinamikog podmazivanja (male brzine, naizmjenina klizanja, udarna optereenja).

2. Klizni leaji:2.1 Hidrostatiki i hidrodinamiki podmazivani klizni leajia) hidrostatiko podmazivanje:

- radijalni leaj- aksijalni leaj

a) hidrodinamiko podmazivanje:- Da bi ploa plivala po povrini moraju biti ispunjeni uvjeti:a) prostor izmeu ploa mora biti ispunjen mazivomb) sloj maziva se mora suavati prema smjeru gibanja klinasti procjepc) dovoljno velika brzina gibanja

Raspored pritisaka kod hidrodinamikog podmazivanja:a) Kod zakrivljenih glatkih plohab) kod ravnih glatkih ploha

Poloaj radijalnog rukavca pri razliitim brzinama vrtnje:Suho trenjePrelazno (mjeovito) trenje pri pookretanju i zaustavljanjuMokro trenje ili trenje hidraulikog plivanja

Raspored pritisaka pri velikim brzinama vrtnje:

Hidrodinamiko podmazivanje krine glave:

Klinasti procjep u oba smjera gibanjaNagib skoenja 1:200 do 1:500 (zavisi o brzini i pritiscima)

Ovisnost koeficijenta trenja o brzini vrtnje:1 mjeovito trenjenpr prelazna brzina vrtnje2 podruje hidrodinamikog podmazivanja

Viestruki klizni leaj radi stabiliziranja zranosti:

Razliiti oblici viestrukih kliznih leajeva:K duljina klina; N duljina utora

etverostrani segmentni klizni leaj:

Realizacija klinastih procjepa pomou nagibnih segmenata (spreavanje vibracija kod kolebanja optereenja):

Aksijalni klizni leaji:

Dovod ulja i sistemi podmazivanja

Kanali za dovod ulja za podmazivanje:

a) i b) neispravno ; c) ispravno

Polaganje utora za razvod mazivog ulja:

Poloaj kanala za dovod ulja:

a) ispravno b) neispravno

Dovod maziva i ureaji za podmazivanje:

a) Podmazivanje mastima pomou mazalica:Staufferova mazalicab) i c) Kuglaste glave za dovod mazivad) Mazalica s oprugome) Samopodmazivanje s komorom za mast

Dovod maziva kroz aksijalni provrt:

b) Podmazivanje uljem pomou mazalica:Kuglasta glava za dovod uljab) i c) Glave za dovod ulja s poklopcemMazalica s fitiljemOtkapna mazalica sa staklom za posmatranje

c) Podmazivanje uranjanjem(Podmazivanje uljem prstenovima za podmazivanje)a) slobodnim prstenomb) vrstim prstenom

d) Optono centralno (cirkulacijsko) podmazivanje:To je najsigurnije i najekonominije podmazivanje koje udovoljava najviim zahtjevima. Sva mjesta za podmazivanje opskrbljuju se iz jednoga mjesta, jednom uljnom pumpom preko sustava cijevi. Ulje se filtrira, a u odreenim uvjetima i hladi. Ulje se skuplja u spremnik te ponovo pumpa u sustav. Istodobno se leaji hlade.

Optereenja kliznih leajeva:Kod vratila za zupanicima i remenicama, posebno kod veih duljina dolazi do progiba i do velikih povrinskih pritisaka u leajima

kod podeavanja suosnosti i kod progiba na vanjskim rukavcimakod progiba na unutarnjim rukavcima

Mogunosti smanjenja poveanih rubnih pritisakaSkoenje krajeva leajne blaziniceSuenje irine noenja tijela leajaIsto kao b)Smanjenje irine leaja

Daljnje mogunosti smanjenja rubnih pritisaka:

a) b) c) d) a) Elastina izvedbe b) Gibljivi leajc) Elastini nosad) Samopodesivi leaj

Materijali za leajeve:A) Osnovne karakteristike:Prilagodljivost: mora se prilagoavati promjenama oblika Tlana vrstoa: trajno tlano optereenKompatibilnost s materijalom rukavcaNeosjetljivost na zaribavanje: ne smije biti zavariv s materijalom rukavcaMala sklonost stvaranju brazdaSposobnost uhodavanja: lako prilagodljiv odstupanjima geometrijskog oblikaOtpornost na habanje: otporan na promjene kliznih povrinaSposobnost klizanja i kod nepovoljnog podmazivanjaDobra toplinska vodljivost

Materijali:Bijele kovine: legure kositra, olova, bizmuta, antimona. Posebno su im dobra svojstva uglaavanja, prilagodljivosti i otpornosti habanja. Nedostatak: niska teperatura taljenja.Za visoko optereene leaje koriste se crveni lijev, olovne i aluminijske legure i aluminijska bronca.Sivi lijev: kod malih brzina. Osjetljiv na rubne pritiske.Sinterirane kovine: za leajeve koji po potrebi trebaju raditi povremeno bez podmazivanja i bez nadzora. Sinterirano eljezo i sinterirana bronca.Umjetne mase. Nedostatak: sklonost puzanju pod optereenjem. Velika toplinska rastezljivost (10 puta vea nego kod metala).

Oblikovanje kliznih leaja:Nosivi se leaji izrauju u vie osnovnih izvedbi. Prema tome se mogu podijeliti na:a) Izravno povezani s konstrukcijom stroja: To su lijevani, kovanjem dodani ili privareni leajib) Ugradni: montiraju se kao posebni djelovi c) Stojei ili prirubni: ugrauju se kao posebne strojne grupea)b)

c)

Tuljci za klizne leaje:Oblici i dimenzije tuljaka su normirane meunarodnim normama (ISO 4379-1, ISO 4382-1, ISO 4382-2 i dr.).

Oblici kliznog dijela nosee blazinice su odreeni normom ISO DIN 6864:

Proraun nosivih leaja (poprenih ili radijalnih): Razlika izmeu unutarnjeg promjera leaja i promjera rukavca je apsolutna zranost leaja:

Apsolutna zranost svedena na jedinicu promjera rukavca daje relativnu zranost

Leajna se zranost odreuje prema povrinskome tlaku, brzini klizanja te vrsti maziva.Srednji povrinski pritisak u leaju prema slici iznosi:

Obodna brzina u leaju iznosi:

dok je kutna brzina:

Srednji povrinski tlak:

Odreivanje debljine uljnoga sloja preko Sommerfeldovog broja (mora iznositi 3m):

Snaga koja se gubi zbog trenja u leaju je:

Odvoenje topline iz leaja konvekcijom:

ako se hlaenje pospjei strujom zraka onda se koeficijent toplinske vodljivosti moe odrediti priblino iz relacije (wa brzina strujanja zraka):

Povrina presjeka A iznosi:- za cilindrina kuita:

- za stojea kuita:

- za leaje oblikovane u samoj konstrukciji:

Odvoenje topline uljem ili rashladnom tekuinom:

Koeficijent tekueg trenja je:u brzohodnom podruju pri SO < 1:

u podruju tekog optereenja pri SO > 1:

3. Kotrljajui leaji:Veza izmeu rukavca i leaja se ostvaruje posredno preko niza kotrljajuih tijela:KugliniValjkasti (cilindrini, konusni i bavasti)IgliastiPrednosti pred kliznim leajima:Trenje kotrljanja je 25 do 50% manje u usporedbi s kliznim leajimaManji gubici energije pa je i zagrijavanje manje- Rade se bez zranosti- Manji suKonstrukcija je kompaktnijaNe treba im nadzorTrebaju znaajno manje mazivaUhodavanje je potrebno samo u posebnim sluajevimaStandardizirani su to im osigurava izmjenjivost

Nedostaci:Buniji suZnatno tee podnose udarna optereenjaProstor za ugradnju treba izraditi u znaajno uim granicama tolerancije

Prema smjeru djelovanju vanjskih sila razlikujemo:Radijalni AksijalniRadijalno aksijalni

Sastoje se od tri osnovna dijela :- Prstenovi ili ploe- Kotrljajua tijela- kavez koji spreava meusobni dodir kotrljajuih tijela

Prikaz radijalnih i aksijalnih leaja:a) radijalni kuglinib) radijalni valjkastic) aksijalni kuglini

Neki oblici kotrljajuih leaja:kulini (DIN 5401)valjkasti (DIN 5402)stoastibavastiigliasti (DIN 5402)

Neke mogunosti uravnoteenja aksijalnih sila:

Oblici kaveza:

Primjeri ugradnje kotrljajuih leaja:

Osnovne mjere bitne za ugradnju:

Zazori pri ugradnji za aksijalne dilatacije

Aksijalno osiguranje radijalnih leaja:

Aksijalno osiguranje radijalnih leaja:

Uleitenje glavnog prigona alatnog stroja:

Ugradnja igliastih leaja:

Nosivost i vijek trajanja:Neki radijalni kotrljajui leajevi mogu u radu biti optereeni kako u aksijalnom tako i u radijalnom smjeru ukoliko su ugraeni kao vrsti. Moraju prema nainu ugradnje i prema konstrukciji preuzeti pored radijalnih i aksijalna optereenja ili oba istovremeno.Ako se optereenja u oba smjera pojavljuju istodobno onda govorimo o kombiniranom optereenju.Prilikom proraunavanja pretpostavljamo da je kombinirano optereenje zamjenjeno jednako vrijednom radijalnom silom.Kod aksijalnih leaja isto samo se kombinirano optereenje zamjenjuje jednakovrijednom aksijalnom silom.Pri tome bi takvo jednakovrijedno optereenje u dinamikim uvjetima izazvalo ista oteenja, a u statikom optereenju iste deformacije kao i kombinirano.

Znaajne veliine prema uputama FAG-a za kotrljajue leaje:Statiko optereenje leaja (indeks statikog optereenja fs):

- Preporuuju se vrijednosti indeksa statikog optereenja faktora sigurnosti:1,5 2,5 za jako optereene leaje1,0 1,5 za normalno optereene0,7 1,0 za umjereno optereene

b) Ekvivalentno statiko optereenje:

X0 i Y0 su faktori odreeni normama i mogu se pronai u tablicama.

c) Vijek trajanja leaja (106 okretaja):

gdje je: C dinamika mo noenja (Dinamika nosivost je dinamiko ekvivalentno optereenje pri kojem 90% svih leaja daje nominalan vijek trajanja od 106 okretaja. Ako je ekvivalentno pogonsko optereenje manje od dinamike nosivosti onda je vijek trajanja leaja odgovarajue vei od 106 okretaja prema gornjoj relaciji), a x eksponent koji za kugline leajeve iznosi 3, a za valjkaste 10/3.Pri radnoj temperaturi >120OC dolazi do redukcije vijeka trajanja pa se isti rauna prema relaciji:

Vrijednosti faktora ft :Temperatura

d) Vijek trajanja leaja u satima:- kod stalnog broja okretaja moe se vijek trajanja odrediti iz relacije:

e) Odreivanje potrebne dinamike nosivosti leaja:

(106 okretaja)

(106 okretaja)

gdje je: - faktor vijeka trajanja

- faktor broja okretaja

- Proizlazi da je:

- Pri radu na povienim temperaturama ukljuuje se faktor ft :

Dinamiko ekvivalentno optereenje odreuje se prema relaciji:F=XFr+Y Fa

Promjenjivi broj okretaja i promjenjivo optereenje:a) Promjenjivi broj okretaja:

b) Promjenjivo optereenje:

c) Linearno poveanje optereenja od najmanje do najvee vrijednosti:

4. Brtvljenje leaja i vratila:Imaju zadau sprijeiti izlazak mazivog sredstva te ulazak neistoa, praine, stranih tijela i sl. Dijele se u dvije osnovne skupine:a) brtvila protiv izlaza mastib) brtvila protiv izlaza ulja

1. Brtvljenje protiv izlaza masti:a) brtve s brusnim djelovanjemb) bezdodirno brtvljenje

2. Brtvljenje protiv izlaza ulja:a) brtve s brusnim djelovanjemb) bezdodirno brtvljenje

1. Brtvljenje protiv izlaza masti:

1.1) brtve s brusnim djelovanjem :s jednim prstenoms vie prstena u nizus tri prsten u jednoj brtvenici

Nilos prstenovi:

a) za brtvljenje na vanjskom prstenub) za brtvljenje na unutarnjem prstenu

1.2 Brtve s bezdodirnim djelovanjem:

a) brtvljenje rasporom

b) brtvljenje ljebovima: koncentrinim i spiralnim

1. Brtvljenje protiv izlaza masti:

A) Labirintno brtvljenje: a) aksijalni labirint; b) radijalni labirint

B) Kombinirano brtvljenje ljebovima i labirintom:

2. Brtvljenje protiv izlaza ulja:

a) Radijalni brtveni prsteni s vanjskim kuitem:

b) Radijalni brtveni prsteni bez vanjskog kuita: