2. TEORIJSKA RAZMATRANJA 2.1. VRSTE LEAJA I OSNOVNA SVOJSTVA Kotrljajni leaji, kao i klizna leita, prenose optereenje sa pokretnih na nepokretne dijelove maina. Sastoje se iz prstenova i kolutova, koji su neposredno spojeni sa nepokretnim i pokretnim dijelovima maina, i iz kotrljajnih tijela, koja se nalaze izmeu njih i kaveza. Prema mogunosti prenoenja spojnog optereenja leaji mogu biti radijalni, aksialni i radiaksialni. Prstenasti leaji su pogodni prvenstveno za prenoenje radijalnih optereenja, a kolutni za prenoenje aksijalnih optereenja. U zavisnosti od oblika kotrljajnih tijela u njima, leaji mogu biti kuglini ili valjani. Valjani leaji mogu biti sa cilindrinim valjcima sa koninim valjcima, iglicama ili bavicama (Slika 2.1.)

Slika 2.1 Oblici kotrljajnih tijela u leajima

Osnovna karakteristka kotrljajnh leaja je dinamika i statika mo noenja ili nosivost leaja. Dinamika mo noenja leaja (C) je, u stvari, konstantno optereenje kojim leaj dostigne nazivni vijek trajanja od 10 obrtaja. Vijek trajanja leaja, se rauna na osnovu dinamike nosivosti i optereenja (F).

6

Vijek trajanja je definisan kao i broj obrtaja ili asova rada koji leaj dostigne do pojave zamora materijala. Nazivni vijek trajanja leaja je broj obrtaja ili asova rada koje dostigne ili prekorai 90% istovetnih leaja. Pod statikon nosivou (Co) podrazumjeva se optereenje koje pri mirovanju na mjestu dodira kotrljajnih tijela i prstenova, odnosno kolutova izaziva plastinu deformaciju od 10 prenika kotrljajnih tijela.

4

Vana karakteristika leaja je i mogunost prilagoavanja prstenova odnosno kolutova leaja meusobnim poloajem vratila i oslonca. Mjerilo za ovu karakteristiku je dozvoljeni ugao () koji meusobno mogu zaklopiti ose prstenova , odnosno kolutova, pri kojim ne dolazi do znatnog smanjenja nosivosti ili vijeka trajanja leaja. Znaajna karakteristika leaja je i unutranji zazor . Radijalni zazor u leaju je ukupno mogue pomjeranje jednog prstena u odnosu na drugi u pravcu normalnom na osu leaja , a aksijalni- u aksijalnom pravcu.. Prema podeljivosti zazora razlikuju se dvije grupe leaja. U prvu grupu spadaju leaji kod kojih se zazor ne moe podeavati, a u drugoj su leaji kod kojih se zazor moe podeavati u odreenim granicama. U drugu grupu spadaju svi kolutni leaji i prstenasti leaji . Kod prstenastih leaja sa podeljivim zazorom spoljani nrsten je odvojiv, to omoguava da se prilikom ugradnje zazor podeava.

4

2.2. OZNAAVANJE I PRIKAZIVANJE LEAJA Prema JUS M.C3.506 oznaka leaja se sastoji iz osnovne oznake, koja se obavezno navodi u tehnikoj dokumentaciji i pri porudbini, i dodatne oznake koja se navodi po potrebi. Ako se osnovna oznaka sastoji iz grupe brojeva od kojih prvi broj oznaava opti tip odnosno vrstu leaja, onda drugi broj oznaava red irine, trei broj red spoljnjeg prenika leaja, dok se veliina unutranjeg prenika oznaava zadnjim brojkama koje za prenk iznad 17mm predstavljaju vrijednost prenika u milimetrima podijeljenu sa 5. Na primer, prstenasto konino-valjani leaj unutranjeg prenika d=60mm, reda irine 1 i reda spoljanjeg prenika 3, ima oznaku 31312. Za provrte od 10, 12, 15 i 17 mm oznake su 00, 01, 02 i 03. Ako se osnovna oznaka sastoji iz grupe slova (ili jednog slova) i grupe brojeva, onda slova (slovo) oznaavaju opti tip leaja. Na primer: NU 2210 oznaava prstenasti cilindrino- valjani leaj reda irine 2, reda spoljnog prenika 2, unutranjeg prenika 50 mm i slino. Za neke leaje, na primer za prstenaste kugline radijalne jednoredne, red irine je samo jedan za odreeni red spoljne mjere pa se on ne unosi u oznaku. Na primer: 6205 oznaava prstenasti kuglini jednoredni leaj reda spoljne mjere 2, unutranjeg prenika 25 mm i slino.

Slika 2.2 - Red mjera leaja

Na slici 2.2. dat je niz oznaka za red irine i za red spoljnih prenika leaj. Dodatnom oznakom mogu se precizirati spoljni oblik (na primer konusni provrt), vrsta i materijal kaveza, klasa tanosti, unutranji zazor, sredstvo za podmazivanje, radna temperatura i drugo. Za konstruktore i radnike u neposrednoj proizvodnji znaajne su samo konturne mjere. Zato se u tehnikoj dokumentaciji leaji obino crtaju uproeno.

5

2.3. UGRADNJA LEAJA Ako je vratilo sa dva oslonca, jedan leaj mora biti aksijalno uvren kako bi primio aksijalno optereenje u jednom ili oba smjera dok drugi leaj moe biti aksijalno slobodan. U tom sluaju aksijalno slobodan leaj moe da prenese samo radijalno optereenje (Slika 2.5). Ako je i drugi leaj aksijalno uvren, onda jedan leaj prenosi aksijalno optereenje u jednom, a drugi u drugom smijeru (Slika 2.4). Prednost aksijalnog uvrivanja leaja u jednom osloncu sastoji se u tome to tolerancije duinskih mijera vratila i kuica mogu biti grublje, bez bojazni da u toku montae nalijeganje u aksijalnom pravcu nee biti ispravno. Temperaturne dilatacije nemaju uticaja na napone u aksijalnom pravcu jer je jedan leaj aksijalno slobodan . Zato se uvivanje u aksijalnom pravcu samo jednog leaja vri, po pravilu, ako je rastojanje izmeu leaja l350 mm, a kod pojaanog zagrijavanja ako je l250 mm. Nedostatak aksijalnog uvrivanja leaja samo u jednom osloncu je u tome to je sloeniji i skuplji.

Slika 2.3 - Aksijalno uvrivanje leaja u jednom osloncu

Slika 2.4 - Aksijalno uvrivanje leaja u dva oslonca

6

Kod aksijalnog uvrivanja leaja u oba oslonca potrebno je predvidjeti mogunost aksijalnog podeavanja zazora (Z). Leaji su osjetljivi na prainu, vlagu, metalne opiljke i neistou, pa ih treba ugraivati i demontirati istim rukama, alatom i priborom. Prije montae uprljane leaje treba oprati u benzinu ili benzolu, podmazati ih i tek onda ugraditi. Mast za konzerviranje moe posluiti i za podmazivanje ako je radna temperatura t125C. Prije ugradnje leaja treba povrinu rukavca i kuice dobro oistiti i podmazati uljem ili mau. Manji leaji (za d40 mm) navlae se na rukavac u hladnom stanju pomou hidraulike prese ili ekia i cijevi koja nalie na unutranji prsten (Slika 2.5a).

Slika 2.5 Runo montiranje leaja

Treba posebno paziti da se leaj ne montira na rukavac preko spoljanjeg prstena jer bi se otetio kavez. Ukoliko se montea leaja vri istovremeno na rukavac i kuicu, potrebno je postaviti plou koja dodiruje oba prstena, pa blagim udarcima ekia izvriti montau leaja (Slika 2.5b). Leaji prenika d>40 mm montiraju se na rukavac u toplom stanju. Leaj se zagrijava u ulju zagrijanom na 70 do 80C (max 120C). Leaj se ugrauje u kuicu, ukoliko je vrsto nalijeganje, tako to se ili on ohladi ili kuica zagrije. Demontaa leaja sa cilindrinim provrtom izvodi se pomou ureaja prikazanog na slici 2.6a. Demontaa veih leaja i veih preklopa vri se uz pomop uljnog inektora. Inektorom se ubaci ulje pod pritiskom izmeu prstena leaja i rukavca, i to olakava demontau. Kod leaja sa konusnim provrtom demontiraju se prvo navrtka i osigura, pa se pomou aura izbija sedlo. Demontaa spoljanjeg prstena obavlja se pomou vijaka (Slika 2.6b).

Slika 2.6 Ureaji za demontau leaja

7

2.4. UVRIVANJE LEAJA NA RUKAVCU I KUICI Unutranji prsten leaja se uvijek uvruje na vratilu ako je leaj aksijalno slobodan, to jest ako ne prenosi aksijalno optereenje. Ako leaj prenosi aksijalno optereenje, unutranji prsten ne mora biti uvren na vratilu jer se u takvim sluajevima uvruje spoljanji prsten.

Slika 2.7 - Nain uvrivanja unutranjeg prstena leaja:

a) pomou prstenastog uskonika, b) i c) pomou prirubne ploice i vijaka, d) pomou navrtke, e) i f) pomou distantne aure

Na slici 2.7 prikazani su naini uvrivanja unutranjeg prstena leaja. Leaji sa konusnim provrtom uvruju se na vratilu pomou sedla, navrtkom i osiguraem. Uvrivanje spoljanjeg prstena u kuicu vri se za aksijalno uvrene leaje koji treba da prenesu aksijalno optereenje. Izuzetak ine cilindrino-valjani leaji kod kojih se spoljanji prsten uvijek uvruje, kao i kod kojih je spoljanji prsten odvojiv. Na slici 2.8 prikazano je vie naina uvrivanja spoljanjeg prstena u kuici, koji se mogu primjeniti bez obzira na tip leaja. Visina naslona za leaje na vratilu i u kuici (h), kao i poluprenici zaobljenja (rn) terba da budu takvi da omogue pravilnu montau i ramontau leaja i ispravno nalijeganje eone povrine prstena leaja i naslona. Projizvoai leaja u katalogu svojih projizvoda daju podatke za poluprenik zaobljenja (r), odnosno (r1). Mjere naslona i veliine poluprenika zaobljenja na vratilu i u kuici date su u tablici 2.9.

8

Slika 2.8 - Nain uvrivanja spoljanjeg prstena u kuici

Tablica 2.9 - Mjere naslona i radijusa

9

2.5. IZBOR I PROVJERA LEAJA Polazni podaci na osnovu kojih se bira leaj su: prenik rukavca (d), radijalno optereenje (Fr), aksijalno optereenje (Fa), broj obrtaja (n), potreban radni vijek leaja (L) u asovima, radna temperatura (t) i reim rada maine ( miran sa umjerenim udarima ). Osim navedenih, polaznih podataka, pri izboru leaj vani su podaci o nainu uleitenja, rastojanju izmeu leaja, podaci o uglu nagiba vratila u osloncima, mogunost nabavke i drugo. Za izbor i provjeru leaja mjerodavna je dinamika nosivost (C) kada leaj rotira i statika nosivost (Co) kada leaj miruje ili lagano osciluje pod optereenjem. Odnos izmeu nazivnog vijeka trajanja leaja, dinamike moi noenja i optereenja definisan je obrascem:

F

fCL t u 10 6 obrtaja, gdje je:

F = FaxF u kN - ekvivalentno optereenju leaja, F r = kN - radijalno optereenje leaja, F u kN - aksijalno optereenje leaja, a x - faktor radijelnog optereenja, y - faktor aksijalnog optereenja, = 3 za kugline leaje, =

310 za valjane leaje,

- temperaturni faktor smanjenja nosivosti koji iznosi: tf

Ct do 120 150 200 250 300 tf 1 0,95 0,9 0,75 0,6

Faktor radijalnog i aksijalnog optereenja ( x i y ) zavise od tipa leaja i dati su u tablici 2.10. Provjera leaj svodi se na provjeru njegovog vijeka:

nLLh 60

106 u asovima.

Ako vijek leaja ne zadovoljava, bira se leaj istog tipa u seriji koja ima veu nosivost. Ako i takav leaj ne zadovoljava, treba usvojiti tip leaja sa veom nosivou. Potreban radni vek leaja obino zavisi od vrste maine. Tako, na primjer, za maine koje su povremeno u radu = 1500 do 4000 h ; za laka drumska vozila = 2000 do 4500 h ; za reduktore, kranove, elektromotore i alatne maine = 8000 do 45000 h itd.

hL hL

hL

10

Tablica 2.10 Pregled pokazatelja kotrljajnih leaja

11

2.6. NALJEGANJE LEAJA SA RUKAVCEM I KUICOM Na slici 2.11 prikazana su tolerancijska polja koja se primjenjuju za nalijeganje unutranjeg prstena i rukavca (a) i spoljanjeg prstena sa kuucom (b). Nalijeganja K/g i K/h primjenjuju se za aksijalno pokretljive leaje, dok se nalijeganja K/j, k, m, n, p predviena za nepokretne leaje. to su vea optereenja i tei uslovi rada, nalijeganje treba propisivati sa veim preklopom i finijim kvalitetom. Nalijeganje h/G, H omoguuju laku pokretljivost leaja u kuici i najee su u primjeni. Ostala nalijeganja primjenjuju se za tea uslove rada. U praksi se najee koristi nalijeganje h/H za kuice od SL i L. Za kuice od lakih metala primjenjuju se neto vra nalijeganja (najee h/j i h/K).

Slika 2.11 Nalijeganja koja se koriste za leaje

2.7. TRENJE, PODMAZIVANJE I ZAPTIVANJE LEAJA Otpori kotrljanju pri radu leaja su veoma mali. U zavisnosti od vrste optereenja, tipa leaja, broja obrtaja i naina podmazivanja, koeficijent trenja, kao pokazatelj otpora kotrljaju, kreu se u granicama = 0,001 do 0,0025. Leaji se podmazuju da bi se smanjilo trenje. Osim toga, maziva smanjuju koroziju i sprjeavaju prodiranje stranih tijela u leaj, smanjuju um i doprinose boljem odvoenju toplote. Leaji se podmazuju vrstim sredstvima, mau ili uljem. Izbor sredstava za podmazivanje zavise od veliine leaja, broja obrtaja, optereenja, radne temperature i uticaja okoline. vrsta sredstva za podmazivanje su grafit u prahu i molibdendisulfid, a primjenjuju se samo pri povienim radnim temperaturama i u posebnim radnim uslovima. Kotrljajni leaji se najee podmazuju mau. Mast omoguuje dug period rada bez zamjene, jednostavno zaptivanje, dobru zatitu od vlage i neistoa. Slobodni prostor u leaju se ispunjava sa 30-60% masti. Kod veeg broja obrtaja stavlja se manje masti. Istroena mast se nadoknauje u odreenim vremenskim intervalima, to zavisi od radnih uslova. Ulje se koristi kad je veliki broja obrtaja, za visoke radne temperature i kad druge dijelove maina ili ureaja treba podmazati.

12

Zaptivanje ima zadatak da sprijei prodiranje stranih tijela, vlage i vode u leaj. Zadatak zaptivanja je i da sprijei izlaenje maziva iz leaja, kao i prodiranje spoljnoga maziva. Zaptivanje moe biti bez dodira ili sa dodirom zaptivnih elemenata i kombinovano.

Slika 2.12 Zaptivanje bez dodira elemenata

Slika 2.13 Zaptivanje dodirom elemenata

13

14

Na slici 2.12 prikazano je vie oblika zaptivanja bez dodira elemenata. Rjeenje a) je najjednostavniji oblik zaptivanja i koristi se ako maina radi u suvim i istim prostorijama. Rjeenja b) i c) omoguuju bolje zaptivanje jer se mast zaustavlja u lijebovima i tako sprjeava ulazak neistoa. Rjeenja od d) do i) koriste se za tee uslove rada. Na slici 2.13 prikazano je vie oblika zaptivanja sa dodirom zaptivnih elemenata. Zaptivanje filcnim prstenom (a,b) je jednostavno i koristi se kod podmazivanja mau za radne temperature da 100C. Prije postavljanja u lijeb, filcni prstenovi potapaju se u ulje zagrijano na 80C. Radijalno gumeno-metalni zaptiva (Slika 2.12 c, d) efikasno zaptivaju i kada se podmazivanje vri uljem i imaju najiru primjenu. Gumeni zaptivai sa usnom (Slika 2.13 e, f) lagano pritiskuju povrinu zaptivanja. Primjenjnuju se kod podmazivanja uljem i mau. Elastini limeni titovi (Slika 2.13 g, h, i) jednostavne su konstrukcije i zauzimaju malo prostora.