Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 6

Transcript

1 ОСЛОНЦИ ВРАТИЛА И ОСОВИНА КОТРЉАЈНИ ЛЕЖАЈИ Лежаји су машински елементи који, у ослонцима вратила и осовина, служе за преношење оптерећења и за обезбеђење тачности положаја покретних делова у односу на непокретне. Лежај прима оптерећење са вратила или осовине и преноси га на носећи део конструкције. Лежаји су предвиђени само за преношење сила, а не и обртних момената. Како су рукавци вратила и осовина места на којима се остварује веза са лежајима, димензије и облик лежаја мора да одговарају облику и димензијама рукаваца. У лежају се остварује веза између покретних (обртних) и непокретних делова конструкције, односно између делова који се обрћу различитим угаоним брзинама један у односу на други. Према врсти релативног кретања радних површина, преко којих се преноси оптерећење, разликују се две основне групе лежаја:клизни и котрљајни. Код клизних лежаја покретна површина - а то је најчешће површина вратила - клиже по непокретној површини постељице лежаја. У циљу смањења отпора трења, између ових површина доводи се мазиво, а постељица израђује од материјала малог коефицијента трења. Постељица је основни елемент сваког клизног лежаја, дакле представља клизни лежај у ужем смислу. Код котрљајних лежаја су између покретног и непокретног дела уметнута котрљајна тела у облику куглица или ваљчића, чиме се постиже да при релативном кретању радних површина преовладава трење котрљања. Избор врсте лежаја, клизних или котрљајних, за једну машинску конструкцију условљен је радним карактеристикама лежаја и захтевима које лежаји треба да задовоље, а који проистичу из радних параметара и радних услова конструкције. Сви ови фактори могу се сврстати у три категорије: механичко-технолошке, економске и фактори околине. Најзначајнији механичко-технолошки фактори су: карактер и интензитет оптерећења лежаја, устаљеност релативног кретања, релативна брзина између површине рукавца и лежаја, дозвољено одступање од тачног положаја, врста мазива које се може применити (маст, уље и друге течности, ваздух или неки други гас), габарит лежаја итд. Од великог значаја при избору врсте лежаја могу бити и економски фактори: цена лежаја, трошкови одржавања, дужина радног века, учестаност и трајање нужних стајања због замене мазива, прегледа или поправки, услови замене и други. Радна средина, такође, може проузроковати посебне захтеве у погледу избора врсте лежаја нарочито ако је агресивна (кородивна, прљава или слично) или ако се очекују веома високе или веома ниске радне температуре. КОТРЉАЈНИ ЛЕЖАЈИ Котрљајни лежаји су стандардизовани машински елементи и производе се у специјализованим фабрикама. Стандардима су прописани: облици и мере саставних делова лежаја, толеранције мера и облика, називи и начин обележавања, материјал, квалитет радних површина, начин контроле као и услови уградње. Лежаје произвођачи испоручују склопљене, спремне за уградњу без икакве дораде. Зато при конструисању машина и уређаја нема потребе, да се лежаји конструишу, него се само врши избор одговарајућих лежаја. Да би конструктор могао да направи правилан избор, потребно је да познаје: - радне карактеристике појединих типова лежаја, - услове уградње и - начин на који се врши избор. Произвођачи лежаја дају у својим каталозима податке о радним својствима лежаја, која се сматрају гарантованим, као и оне мере (и њихове толеранције) које су од значаја за уградњу. Ове мере су исте код свих произвођача, те су лежаји заменљиви. Познати светски произвођачи лежаја су: SKF у Шведској. IA и FAG у Немачкој, TIMKE у САД, ZKL у Чешчкој, ZVL у Словачкој, SK, KOJO и T у Јапану, више произвођача у Русији, Кини и др. У нашој земљи котрљајне лежаје производе: ИКЛ у Београду и ФКЛ у Темерину. Котрљајни лежаји састоје се најчешће од два прстена или два колута између којих су котрљајна тела, смештена у кавез. Помоћу кавеза котрљајна тела се равномерно распоређују у лежају. Неки типови лежаја имају још и посебне елементе за заптивање (Слика 1). Прстенови и котрљајна тела се израђују од челика, а кавез од челика, месинга или полиамида. 1

2 Машински факултет Универзитета у Београду/ Машински елементи 1/ Предавање 6 Заптивни штит Спољашњи Котрљајна тела прстен Кавез Унутрашњи прстен Заптивни штит Слика1. Делови котрљајног кугличног лежаја Према правцу спољашњег оптерећења које могу да преносе котрљајни лежаји се деле на радијалне, радиаксијалне, аксијалне и аксирадијалне. Радијални и радиаксијални називају се још и прстени, према облику основних елемената, а аксијални и аксирадијални - колутни. Унутрашњи прстен, односно један колут, учвршћује се на вратило, а спољашњи прстен, односно други колут - у кућиште. Према броју редова котрљајних тела лежаји се деле на : једнореде, двореде и вишереде. а) ц) ф) Према облику котрљајних тела, лежаји се деле на кугличне и ваљчане. Котрљајна тела (приказана на сл.2.9) могу бити у облику куглице (а), ваљчића са правом изводницом (б), ваљчића са кружнолучном изводницом (ц), иглице (д), конусног ваљчића са правом изводницом (е), конусног ваљчића са кружнолучном б) д) е) изводницом (ф). Котрљајна тела у облику ваљчића додирују се са прстеновима, односно колутовима, по линији, дуж Слика 2. Облици котрљајних тела изводнице. Код лежаја са радијалним додиром (сл.3а), тачке додира куглице са спољашњим и са унутрашњим прстеном леже на истом радијусу (β = 0). Код лежаја са косим додиром (сл.3б), права која спаја тачке додира нагнута је под неким углом (β > 0) у односу на радијалан правац. Колутни куглични лежај може бити са аксијалним додиром (сл.3.ц) или са косим (β > 0) β = 00 а) β > 00 б) β = 900 в) Слика Котрљајни лежаји а) радијални, б) радиаксијални са косим додиром и в) аксијални Према способности прилагођавања деформацији вратила у ослонцу, котрљајни лежаји се деле на круте (неподешљиве) и зглобне (подешљиве). Код подешљивих лежаја (сл. 4), захваљујући лоптастој унутрашњој површини спољашњег прстена (сл.4а и 4б), унутрашњи прстен (заједно са кавезом и котрљајним телима) слободно се 2

3 прилагођава нагибу вратила, тако да се не кваре услови контакта измедју котрљајних тела и прстенова a) б) в) Слика 4. Подешљиви котрљајни лежаји На сл.2.11в је подешљиви колутни лежај код кога колут кућишта има лоптасто седиште. Осим тога котрљајни лежајеви деле се на: нерасклопљиве (Слика 3а) и расклопљиве (Слика 3б). СИСТЕМ ОБЕЛЕЖАВАЊА ЛЕЖАЈА Спољне мере котрљајних лежаја су: d - називни пречник лежаја, односно пречник проврта унутрашњег прстена, односно колута рукавца; D - спољни пречник лежаја, односно спољни пречник спољашњег прстена, односно спољни пречник колута кућишта, B - ширина прстених лежаја, H - висина колутних лежаја; r - раdијус заобљења ивица прстенова и колутова. Ознака лежаја састоји се из основне и додатне. Основна ознака лежаја састоји се из три групе бројева или слова. Прва група одређује тип лежаја, односно основну карактеристику конструкције, друга мерну серију а трећа проврт. (сл.2.5) Друга група бројева у основној ознаци, означава мерну серију према плану спољних мера прстених лежаја (JUS M.C3.521) и плану спољних мера колутних лежаја (JUS M.C3.525). На пример: за прстене лежаје предвиђена је, за исти називни пречник лежаја, серија од седам спољних пречника обележених бројевима 8, 9, 0, 1, 2, 3, 4. Број 8 означава најмањи спољни пречник серије лежаја, а број 4 највећи. Осим тога, за сваки спољни пречник, предвиђена је серија различитих ширина лежаја, обележених бројевима 0,1,2,3,4,5, тако што већем броју одговара већа ширина. Број који означава ширину лежаја заједно са бројем који означава спољни пречник представљају ознаку мерне серије лежаја. Она се уписује непосредно после ознаке типа лежаја и то најпре ознака ширине, па затим ознака спољњег пречника, а код неких типова само ознака спољњег пречника. На пример: ознаке 302, 313, 323 представљају конично-ваљчане прстене лежаје мерних серија 02, 13 и 23, а ознаке 60, 62, 63 - кугличне прстене лежаје мерних серија 10, 02 и 03. 3

4 Тип лежаја Радијални лежаји, ширина (B, T) Аксијални лежаји, висина (H) Спољашњи пречник (D) Пречник проврта d/5 (пречник проврта: 30 mm) Тип лежаја Мерна серија Пречник проврта Слика 5. Начин обележавања котрљајних лежаја На одговарајући начин обележава се мерна серија колутних лежаја. Трећа група бројева у основној ознаци, која представља пречник проврта, односно називну меру лежаја, формира се на различите начине, зависно од типа и величине лежаја. За пречнике проврта dо 9 mm уписује се пречник у милиметрима, а за веће пречнике уписује се ознака која се добија тако што се вредност пречника у милиметрима подели са пет. На пример, ознака проврта оd 40 mm пречника је 40/5 = 08, итд. Изузетак су пречници оd 10, 12, 15 и 17 mm који имају ознаке: 00, 01, 02 и 03. Поред основне, постоје још и додатне ознаке лежаја. Додатна ознака испред основне служи за обележавање материјала примењеног за израду делова лежаја који се разликује од уобичајеног (нпр. "М" је ознака за легуру на бази бакра) или за обележавање некомплетних лежаја (нпр. без једног прстена или колута - ознака "R"). Додатном ознаком иза основне, обележавају се неке особености у конструкцији лежаја у односу на основно извођење (нпр. жлеб за ускочник на спољашњем прстену -ознака ""; кавез од синтетичког материјала - ознака "Т"; заптивни штит на обе стране - ознака "2RS"); повећана класа тачности; зазор различит од нормалног; смањен ниво вибрација; постојаност при раду на повишеним температурама; посебно мазиво; начин уградње лежаја у пару. Примери: У саставници, на конструкционој документацији, у рубрици димензије уписује се ознака лежаја а не његове стварне димензије. ТОЛЕРАНЦИЈЕ И ЗАЗОРИ Толеранције пречник проврта 08x5=40 d=40mm Мерна серија 03 : ознака ширине 0 није уписана; 3 ознака спољашњег пречника Тип лежаја прстени куглични једнореди са радијалним додиром пречник проврта 05x5=25 d=25mm Мерна серија 03 : висина 1, спољашњи пречник 1 Тип лежаја колутни куглични Међународним стандардима су прописане четири класе квалитета толеранција котрљајних лежаја: нормални квалитет, када нема посебних захтева за тачношћу, и квалитети 6, 5, 4 и 2 када се 4

5 захтева повећана тачност мера. Толеранције се прописују за пречник проврта (d), за спољни пречник спољашњег прстена или колута кућишта (D) и ширину спољашњег и унутрашњег прстена (B). Толеранција пречника проврта носи ознаку KB, а толеранција спољашњег пречника лежаја ознаку hb. Ове толеранције не одговарају ниједном толеранцијском пољу ISO система толеранција дужинских мера. Оба толеранцијска поља леже у негативном подручју, као што је приказано на сл. 6, - где је са d m обележен-средњи пречник проврта, а са D m средња вредност спољашњег пречника лежаја. Приликом контроле, мере се по четири пречника на равномерном угаоном растојању и то у две равни по ширини лежаја. Из ових осам мерења добија се: средња вредност пречника проврта, d m = d max + d 2 min средња вредност спољашњег пречника. D m D = max + D 2 min У стандардима и каталозима произвођача котрљајних лежаја, дате су табеле са дозвољеним одступањима мера котрљајних лежаја. Нулта линија KB hb dm Слика 6. Толеранције проврта и омотача Dm Зазори Зазор лежаја је величина могућег померања једног прстена, односно колута, у односу на други. Радијални зазор је величина могућег померања нормално на осу проврта лежаја, а аксијални зазор је величина могућег померања паралелно оси проврта. На правилан рад прстених лежаја много већи утицај има радијални зазор него аксијални. Лежаји са подешљивим зазором су они код којих је могуће мењати величину зазора при уградњи. Лежаји су према величини зазора сврстани у четири групе: нормална група зазора, група 2 (са зазором мањим од нормалног) и групе 3 и 4 (са зазором већим од нормалног). Ако лежај има зазор различит од нормалног, онда се то уписује у допунску ознаку лежаја слово C и одговарајући број, на пример 6308 C3 представља прстени куглични једноредни лежај са радијалним додиром (6) мерне серије 03, пречника проврта 40mm (08х5=40) са радијалним зазором већим од нормалног (C3). Лежаји се испоручују са тзв. фабрикационим зазором. То је зазор неуграђеног и неоптерећеног лежаја. Фабрикациони зазори за поједине типове лежаја прописани су стандардима а дају их произвођачи лежаја у својим каталозима. При уградњи лежаја, радијалне мере унутрашњег прстена се повећавају, услед еластичних деформација, а спољашњег смањују, то је због тога монтажни зазор лежаја мањи од фабрикационог зазора. У раду зазор лежаја може да се промени због еластичних деформација делова изложених оптерећењу као и због различитих топлотних дилатација спољашњег и унутрашњег прстена. Тако је радни зазор најчешће различит од монтажног. Радни зазор мора у лежају постојати безусловно. Код лежаја са подешљивим зазором, као што су прстени куглични лежај са косим додиром и конично-ваљчани прстени лежаји величина радијалног зазора се подешава при уградњи аксијалним померањем једног прстена у односу на други. ОСНОВНИ ТИПОВИ КОТРЉАЈНИХ ЛЕЖАЈА И ЊИХОВЕ КАРАКТЕРИСТИКЕ Котрљајни лежаји се производе у специјализованим фабрикама. Конструктори котрљајне лежаје не конструишу, него само врше избор одговарајућег типа лежаја из катагола произвођача. За правилан избор типа лежаја потребно је добро познавати основне карактеристике различитих типова котрљајних лежаја. Овде су приказани лежаји из тзв. стандардног производног програма, дакле они који се највише примењују. Поред ових, производе се и лежаји модификоване конструкције као што су, на пример: лежаји са проширеним прстеном; без једног прстена или колута; са дводелним прстеном; са 5

6 више редова котрљајних тела, итд. Осим тога, израђују се према потребама наручиоца, и лежаји сасвим специфичне конструкције, прилагођени посебним радним условима. Прстени куглични једнореди лежај с радијалним додиром (ознака типа и мерне серије: 60, 62, 63, 64) Овај лежај може да преноси оптерећење било ког правца, дакле и чисто радијално, и радиаксијално и чисто аксијално. Погодан је како за вратила мале, тако и велике учестаности обртања, али са порастом учестаности обртања опада однос величине аксијалног према радијалном оптерећењу које лежај може да пренесе. Ови лежаји су крути и подносе, без штете по исправан рад лежаја, само минималне нагибе вратила у ослонцу - до 15'. Нису расклопљиви; одликују се бешумним радом и, у поређењу са осталим типовима, ниском ценом. Овај тип лежаја има најширу примену у машиноградњи. Примењује се најчешће као аксијално непокретан ослонац вратила са два (или више) ослонца, на пример, вратила зупчастих преносника, - и служи за аксијално учвршћивање вратила у оба смера. Може се такође користити и као аксијално слободан ослонац за преношење чисто радијалног оптерећења, при чему треба омогућити аксијалну покретљивост лежаја. Прстени куглични једнореди лежај с косим додиром (ознаке типа и мерне серије: 72, 73) Овај тип лежаја може да преноси спољашње аксијално оптерећење само једног смера. Свака спољашња сила, па и чисто радијална, ствара унутар лежаја аксијалну компоненту која тежи да раздвоји делове лежаја у аксијалном правцу. Због тога се ови лежаји по правилу уграђују у пару (као слике у огледалу). Тада могу да преносе и спољашње аксијално оптерећење у оба смера као и чисто радијално оптерећење. Код кратких крутих вратила, односно код малих растојања између ослонаца, уграђјује се у сваки ослонац по један лежај, а код већих распона оба лежаја су у једном ослонцу. У поређењу с кугличним лежајем с радијалним додиром истих димензија овај тип лежаја има већу носивост, због тога што је расклопљив па може да прими већи број куглица. Добро подноси високе учестаности обртања. Лежај је крут те да би исправно радио не сме се дозволити закошавање једног прстена у односу на други, односно, вратило мора да буде веома круто. Зазор у лежају подешава се при уградњи аксијалним померањем једног прстена у односу на други. Ови лежаји примењују се код вратила која захтевају тачно вођење (стругови, пужни редуктори, предњи точкови аутомобила и слично). Прстени куглични двореди лежај с косим додиром (ознака типа и мерне серије: 32, 33) Овај лежај својом конструкцијом одговара пару спојених једноредих кугличних лежаја с косим додиром па и својим експлоатационим особинама може да замени пар оваквих лежаја. Може да преноси знатно радијално као и аксијално оптерећење у оба смера. Веома је крут. У поређењу с једноредим лежајем с косим додиром скупљи је. Погодан за нешто ниже учестаности обртања. Није расклопљив. Има веома мале зазоре. Примењује се на возилима и, уопште, у ослонцима крутих вратила. Прстени куглични двореди подешљиви лежај с косим додиром (ознаке типа и мерне серије: 12, 22, 13, 23) Овај лежај преноси првенствено радијална оптерећења али може пренети и умерена аксијална оптерећења у оба смера. Добро подноси велике учестаности обртања. Подешљив је, због сферног облика површине котрљања у спољашњем прстену - веома добро се прилагођава нагибима вратила и до 4. Ова особина у основи одређује област примене овог лежаја: користи се за вратила великог распона између ослонца или за вратила чији су ослонци постављени у одвојена кућишта те је тешко постићи коаксијалност. Ови лежаји израђују се и са коничним провртом ради постављања на одговарајуће седло, што веома поједностављује уградњу на вратилима константног пресека по целој дужини. 6

7 Прстени бачвасти једнореди подешљиви лежај (ознака типа и мерне серије: 202, 203, 204) Ови лежаји могу да преносе велика радијална оптерећења, а евентуаино и мала аксијална. Због веће додирне површине између котрљајних тела и прстенова има знатно већу носивост од кугличног лежаја истих димензија. Добро подноси ударно оптерећење. Облик површине котрљања у спољашњем прстену дозвољава узајамно закошавање прстенова па се лежај може добро прилагодити нагибима вратила до 4. У поређењу са кугличним лежајима погоднији су за ниже учестаности обртања. Нису расклопиви. Примењују се углавном на возилима или, уопште, на вратилима изложеним јаким ударима. Прстени бачвасти двореди подешљиви лежај (ознака типа и мерне серије: 222, 213, 223) Прстени конично-ваљчани лежај (ознака типа и мерне серије: 302, 322, 303, U 313, 323) J U Прстени цилиндрично-ваљчани једнореди лежај UP (ознаке типа: U, J, UP, ) Овај тип лежаја има сличне експлоатационе карактеристике као и подешљиви двореди куглични лежај али у поређењу с њим поседује, као и претходни једнореди бачвасти лежај, далеко већу носивост. Добро подноси ударно оптерећење,а није погодан за велике учестаности обртања Поред великог радијалног оптерећења преноси и аксијалну силу у оба смера, те се може употребити за аксијално учвршћивање вратила. Ови лежаји су подешљиви, добро подносе нетачности при уградњи и нагибе вратила до 0,5, а при нижим оптерећењима и до 2. Нису расклопљиви. Израђују се и са коничним провртом. Примењују се много у тешкој машиноградњи (ваљаоничке машине, тестере за метал, тешки редуктори и слично). Површине котрљања спољашњег и унутрашњег прстена су делови конуса, чији врхови леже у истој тачки на оси лежаја, а котрљајна тела су конуси чији врхови такође падају у ту тачку. На тај начин се на додирним површинама остварује чисто котрљање. Унутрашњи прстен има наслоне за вођење котрљајних тела, а спољашњи прстен је одвојив. Под дејством спољашњег оптерећења, унутар лежаја, индукује се једна аксијална компонента која тежи да раздвоји прстенове. Због тога се и ови лежаји уграђују, по правилу у пару (као слике у огледалу), било оба у истом ослонцу, било у сваком ослонцу по један. Ови лежаји су намењени првенствено за преношење радиаксијалног оптерећења, али могу да пренесу и чисто радијално и чисто аксијално оптерећење. У поређењу са кугличним једноредим лежајима, бучнији су и погодни за нешто мање учестаности обртања. Имају већу носивост од кугличног лежаја исте мерне серије. Зазори се подешавају при уградњи аксијалним померањем једног прстена у односу на други. Ово је крут лежај и може се уграђивати само у оне ослонце у којима нагиб вратила не прелази 2'. Израђује се и са коничним провртом за уградњу на седло. Овај тип лежаја, после једноредог кугличног с радијалним додиром, има најширу примену у машиноградњи. Није скуп. Примењује се код свих врста зупчастих редуктора, нарочито на вратилима коничних и пужних редуктора, код машина алатки, точкова на возилима и слично. Ови лежаји израђују се у више конструкционих варијанти; варијанта са наслоном за вођење котрљајних тела само на спољашњем прстену тип U, спољашњи прстен са два наслона и унутрашњи са једним тип J, спољашњи прстен са два наслона, унутрашњи са једним наслоном и једним наслоним прстеном тип UP, наслони за вођење само на унутрашњем прстену тип. Ови лежаји могу да преносе само чисто радијално оптерећење пошто би под дејством аксијалне спољне силе, код лежаја типа U и, дошло до аксијалног померања једног прстена у односу на други, а код лежаја типа J и UP до клизања и знатних отпора на додирним површинама ваљчића и наслона. Због наведених особина, ови се лежаји користе првенствено као аксијално слободни ослонци кратких крутих вратила, а типови J и UP могу се евентуално користити и за аксијално учвршћивање вратила, али само ако не постоји спољашње аксијално оптерећење. Добро подносе високе учестаности обртања и велико (па и ударно) радијално оптрећење. Врло су крути. Расклопљиви су, што обезбедјује врло лаку уградњу. Имају мале зазоре, те се много примењују у ослонцима алатних и електричних машина. 7

8 Игличасти једнореди лежај (ознака типа и мерне серије: А48, А49) Котрљајна тела су цилиндрични ваљчићи код којих је однос дужине и пречника ваљчића увек већи од два. Најзначајнија карактеристика ових лежаја је висока носивост уз мали габарит. Конструкционе варијанте без унутрашњег прстена, а поготово она са спољашњлм прстеном од пресованог лима, одликују се изразито малом радијалном дебљином. Примењује се чак и сам венац иглица у кавезу без иједног прстена. Овакви лежаји имају веома мале толеранције радијалног зазора те омогућавају врло прецизно вођење вратила. Могу да преносе само радијално оптерећење. Веома су осетљиви на угибе вратила у ослонцу и на несаосност ослонца. Нису погодни за тако велике учестаности обртања као лежаји са кратким ваљчићима, али су веома погодни у ослонцима са осцилаторним обртањем. Примењују се у ослонцима алатних машина, код кривајних и кулисних механизма, у ослонцима карданових вратила и мењача моторних возила. Колутни куглични лежај са аксијалним додиром (ознака типа и мерне серије: 511,512,513,514, 522, 523, 524, 532, 533, 534 и 542, 543, 544) Ово су лежаји који могу да преносе само чисто аксијално оптерећење. Једноредни се састоје од једног реда куглица и два колута, колута вратила и колута кућишта (ознаке:511, 512, 513, 514). Дворедни, са два реда куглица, са једним колутом вратила и два колута кућишта. Могу да преносе аксијалне силе у оба смера (ознаке: 522, 523, 524). Ако у ослонцу делује и радијална компонента оптерећења, онда се поред колутног лежаја уграђује и прстени радијални лежај. Учестаност обртања колутних лежаја је ограничена због тога што се при већим угаонлм брзинама, због центрифугалне силе повећава трење између куглица и кавеза. Израђује се и конструкциона варијанта ових лежаја који су подешљиви. Спољашња површина колута кућишта је сферична, а ослања се на одговарајућу површину или у самом кућишту (ознаке: 532, 533, 534 и 542, 543, 544) или на посебни носећи сферични колут (ознаке: 532U, 533U, 534U i 542U, 543U, 544U). Примена: код спороходних редуктора који преносе велике обртне моменте; у ослонцима обртних кранова и кранских кука; у обртним постољима и уопште код вертикалних вратила. Колутни куглични лежај са аксијалним додиром (ознака типа и мерне серије: 511,512,513,514, 522, 523, 524, 532, 533, 534 и 542, 543, 544) Ово су лежаји који могу да преносе само чисто аксијално оптерећење. Једноредни се састоје од једног реда куглица и два колута, колута вратила и колута кућишта (ознаке:511, 512, 513, 514). Дворедни, са два реда куглица, са једним колутом вратила и два колута кућишта. Могу да преносе аксијалне силе у оба смера (ознаке: 522, 523, 524). Ако у ослонцу делује и радијална компонента оптерећења, онда се поред колутног лежаја уграђује и прстени радијални лежај. Учестаност обртања колутних лежаја је ограничена због тога што се при већим угаонлм брзинама, због центрифугалне силе повећава трење између куглица и кавеза. Израђује се и конструкциона варијанта ових лежаја који су подешљиви. Спољашња површина колута кућишта је сферична, а ослања се на одговарајућу површину или у самом кућишту (ознаке: 532, 533, 534 и 542, 543, 544) или на посебни носећи сферични колут (ознаке: 532U, 533U, 534U i 542U, 543U, 544U). Примена: код спороходних редуктора који преносе велике обртне моменте; у ослонцима обртних кранова и кранских кука; у обртним постољима и уопште код вертикалних вратила. Колутни конично-бачвасти подешљиви лежај (ознаке типа и мерне серије: 292, 293, 294) Лежај је подешљив због тога што је површина котрљања у колуту кућишта лоптаста. Колут кућишта има доста високу вођицу за котрљање тела, на којој се одржава слој уља, што смањује трење при клизању, те због тога ови лежаји могу добро да раде и при великим учестаностима обртања, Овај лежај предвиђен је за врло велика аксијална оптерећења, а за разлику од колутних кугличних лежаја може да преноси и мање радијалне силе. Примењују се на тешким вертикалним вратилима, релативно високих учестаности обртања (водне турбине и слично). 8

9 НОСИВОСТ КОТРЉАЈНИХ ЛЕЖАЈА Видови оштећења и разарања С обзиром на периодични карактер оптерећења коме су изложени делови лежаја, основни вид оштећења је појава прскотина на контактним површинама као манифестација замора материјала. Она, по правилу, настаје најпре на стази котрљања унутрашњег прстена. У даљем раду лежаја долази до ширења и продубљивања оштећене зоне абразивним деловањем откинутих честица метала или нечистоће, која у лежај долази споља. До оштећења долази и на чеоним површинама ваљчића на местима где се ослањају на ивице прстенова, нарочито ако није обезбеђено добро подмазивање. Сва ова површинска оштећења изазивају промену облика и мера делова лежаја тако да долази до промене зазора, до поремећаја у кинематским односима, до повећаног трења и загрејавања и, у крајњем случају, до заглављивања котрљајних тела па и до међусобног заваривања појединих делова. До лома делова лежаја може доћи у случају преоптерећења или неправилне уградње, при чему долази до закошавања котрљајних тела и додатних оптерећења на прстенове, односно колутове, и на кавез. До лома може доћи и због деловања центрифугалних сила при великим брзинама. Површинска динамичка чврстоћа и радни век На основу експерименталних испитивања делова котрљајних лежаја, добијена је веза између површинске динамичке чврстоће (σ DH ) и граничног броја циклуса оптерећења (), при коме се још не појављују знакови разарања контактних површина. Експериментална крива, крива површинског замарања (сл.7), добијена испитивањем делова израђених од уобичајених легираних челика, површински отврдњаваних, има исти карактер као и крива запреминског замарања (Wöhler-ова крива) у области временски ограничене динамичке чврстоће и може се са задовољавајућом тачношћу приказати једначином σ m = const DH у којој величина експонента m зависи у највећој мери од механичких својстава материјала. σ D H σ m = const DH. F F α = const. C број циклуса Слика 7. Крива површинског замарања 6 = 10 број циклуса C Слика 8. Динамичка носивост C Радни век лежаја представља укупно време рада у коме не долази до битније промене његових радних својстава, односно у коме се неће појавити знаци оштећења контактних површина, и обележава се са Т. Како је учестаност промена оптерећења сразмерна учестаности обртања лежаја (n), односно учестаности обртања једног прстена у односу на други, то се укупан број циклуса до појаве замора () може изразити једначином Динамичка носивост = Т n Котрљајни лежаји који су изложени оптерећењу константног интензитета, правца и смера, а имају учестаност обртања већу од 10 min -1, сматрају се динамички оптерећеним као и лежаји изложени променљивом оптерећењу. Динамичка носивост (C) је оно оптерећење, константног правца и интензитета, при коме ће најмање 90% веће групе испитиваних лежаја остварити 10 6 циклуса оптерећења без појаве замора. 9

10 Код експерименталног одређивања динамичке носивости прстених лежаја оптерећење је чисто радијално (F r ), а обрће се унутрашњи прстен. Код испитиваних колутних лежаја оптерећење је чисто аксијално (F a ). На основу дефиниције динамичке носивости и сл.8. може се написати релација: α α α C F = C c ; односно = F c где је C = Вредност експонента α зависи од облика котрљајних тела. На основу експеримента и по препорукама ISО може се узети да је α = 3 за лежаје са куглицама, а за лежаје са ваљчићима α = 10 / 3. Ако радно оптерећење лежаја има и радијалну и аксијалну компоненту, онда у претходној једначини, F представља оно радијално или оно аксијално оптерећење при коме би лежај имао исти радни век као и при деловању реалног оптерећења. Дакле, F је еквивалентно радијално оптерећење - за прстене лежаје, или еквивалентно аксијално оптерећење -за колутне лежаје. Одређивање еквивалентног динамичког оптерећења Утицај постојања аксијалне компоненте спољашњег оптерећења код прстених лежаја, односно утицај радијалне компоненте код колутних лежаја, на радни век лежаја утврђиван је емпиријски па се на основу таквих испитивања дошло до одговарајућих утицајних фактора. За прстене лежаје који могу да преносе и аксијално оптерећење, еквивалентно радијално оптерећење динамички оптерећених лежаја одређује се по обрасцу F = X F r + Y F a где је F r радијална компонента оптерећења у ослонцу; F a аксијална компонента оптерећења у ослонцу; X - фактор радијалног оптерећења; Y - фактор аксијалног оптерећења. Вредности фактора X и Y зависе од типа и величине лежаја као и од односа величине аксијалне и радијалне компоненте оптерећења, односно од нападног угла спољне силе. Вредности ових фактора које дају произвођачи лежаја разликују се у извесној мери. Фактори X и Y одређују се у зависности од тога да ли је однос F a / F r мањи или већи од неке одређене вредности е, која је дата за сваки лежај. Код кугличних лежаја са радијалним додиром, вредности е не зависе од величине лежаја него од односа F a / C 0 (Таблица 1). Ако је F a = 0, онда је еквивалентно оптерећење F= F r. За колутне лежаје који могу да преносе и радијалну силу, еквивалентно аксијално оптерећење одређује се према изразу F= F a F r Пример: колутни конично-бачвасти лежаји који поред аксијалне могу да приме и радијалну силу F r < 0.55 F a При одређивању радијалне компоненте оптерећења у ослонцу са прстеним једноредним кугличним лежајем са косим додиром и прстеним конусно-ваљчаним лежајем треба имати у виду, да се нападна тачка те силе налази у пресечној тачки нормале кроз средину површине контакта котрљајног тела са спољашњим прстеном и осе вратила. Бројне вредности растојања између нападне тачке оптерећења и чела лежаја - а (сл.2.17), за поједине типове лежаја дате су у одговарајућим таблицама. Вредности фактора аксијалног оптерећења Y А и Y B узимају се из таблица, из колоне (F a /F r )>e, без обзира на то што лежај B не преноси спољашње аксијално оптерећење. 10

11 Статичка носивост Статички оптерећеним сматрају се они лежаји чија учестаност обртања није већа од 10min -1. За ове лежаје мерило радне способности је величина пластичних деформација делова лежаја. Статичка носивост лежаја се дефинише као оптерећење које, на најугроженијем месту лежаја, неће изазвати трајне деформације веће од 0,0001 пречника котрљајног тела и обележава се са Cо. Однос статичке носивости лежаја C 0 и статичког оптерећења F 0, назива се статичка карактеристика лежаја: C0 k 0 = F 0 Веза између пластичних деформација и оптерећења одређена је експериментално па су на основу тога формирани аналитички изрази за израчунавање C 0. Произвођачи лежаја дају у својим каталозима за сваки лежај и вредност C 0. Ако радно оптерећење има и радијалну и аксијалну компоненту, онда F 0 представља еквивалентно статичко оптерећење, тј. оно радијално или оно аксијално оптерећење које би на деловима лежаја изазвало исте пластичне деформације као и реално оптерећење. Одређивање еквивалентног статичког оптерећења где је: Еквивалентно радијално статичко оптерећење за прстене лежаје израчунава се по обрасцу: F 0 = X 0 F r + Y 0 F a F r - радијална компонента статичког оптерећења F a - аксијална компонента статичког оптерећења X 0 - фактор радијалног статичког оптерећења Y 0 - фактор аксијалног статичког оптерећења Ако се при прорачуну добије да је F 0 < F r, тада се утицај аксијалне компоненте занемарује и узима да је F 0 = F r. Вредности фактора X 0 и Y 0 дате су у Таблици 3. За колутне конично-бачвасте лежаје еквивалентно статичко оптерећење израчунава се по обрасцу; F 0 = F a + 2,7 F r при чему F r несме бити веће од 0.55 F a. ИЗБОР ЛЕЖАЈА Избор лежаја врши се на основу задатих радних услова а према радним својствима појединих типова лежаја, Дакле, конструктор се при пројектовању неке машинске конструкције најпре опредељује за одређени тип котрљајног лежаја, а затим одређује потребне димензије лежаја. Избор лежаја према динамичкој носивости После избора типа лежаја и одређивања еквивалентног оптерећења, врши се избор лежаја одговарајуће величине (мерне серије) који има потребну носивост, а при томе и жељени радни век. Потребна динамичка носивост тежаја одређена је изразом C F k t α n T 6 10 Таблица 1 Вредности фактора температуре Фактор температуре k t а радни век лежаја изразом T kt C = ( ) F α 10 ( n 6 ) t / C k t

12 У горњим изразима је: C - динамичка носивост F - еквивалентно динамичко оптерећење Т - радни век n - учестаност обртања α = 3 - за лежаје са куглицама α = 10/3 - за лежаје са ваљчићима k t - фактор температуре Оријентационе вредности фактора к т дате су у таблици 1. Радни век лежаја израчунат према претходном изразу, одговара поузданости од 90%, односно, вероватноћа да лежај постигне номинални радни век је 90%. Ако се жели већа поузданост, ако је лежај израђен од нестандардног материјала или ако ће радити у посебним условима, ISО препоручује да се радни век Т коригује множењем факторима а 1, а 2, а 3, дакле: a a a T T n = где је: а 1, - фактор поузданости а 2, - фактор материјала а 3 - фактор радних услова. Фактор а 1, узима у обзир да се динамичка површинска чврстоћа (σ DH ) делова котрљајних лежаја одређује статистички, са 90% вероватноћом, па у случају потребе за обезбеђењем веће поузданости, номинални радни век мора бити мањи. Вредности овог фактора дате су у Таблици 2. Таблица 2 Вредности фактора а 3 Поузданост % а Фактор а 2, зависи од својстава материјала делова лежаја и узима, пре свега, у обзир утицај технологије добијања материјала. За лежаје чији су делови израђени од уобичајених, термички обрађених челика, фактор а 2 = 1. Ако су делови израђени од специјалних (на пример вакумираних) челика, онда ће и радни век лежаја бити дужи, па је фактор а 2 >1. Фактор а 3 узима у обзир утицај повишене радне температуре на вискозитет мазива и ефикасност подмазивања, док је утицај температуре на динамичку носивост лежаја већ обухваћен фактором температуре к т. Вредности фактора а 2 и а 3 треба тражити у каталозима произвођача лежаја. Избор лежаја према статичкој носивости Потребна статичка носивост лежаја C 0 одређује се из израза: C 0 = к 0 F 0 где је F 0 - еквивалентно статичко оптерећење, к 0 - статичка карактеристика лежаја. Ако пластичне деформације делова лежаја на местима контакта не треба да буду веће од 0,01% пречника котрљајног тела, онда је к 0 = 0.8 до 1.2. Ако су услови рада лежаја такви да се могу дозволити веће пластичне деформације, онда је к 0 =0,5 до 0,8, а ако радни услови дозвољавају само врло мале пластичне деформације, онда је к 0 =1,2 до 2,5. Гранична учестаност обртања Поред провере носивости котрљајног лежаја, односно одређивања радног века потребно је проверити да ли је учестаност обртања вратила на које се лежај уграђује n мања од граничне учестаности обртања n gr. У каталозима произвођача лежаја поред статичке и динамичке носивости за поједине лежаје се дају и подаци за граничну учестаност обртања и то за котрљајне лежаје подмазиване машћу и уљем. 12

13 Основни чиниоци који ограничавају величине учестаности обртања котрљајних лежаја су: - Повишење температуре радних површина због повећаног рада сила трења; - Могућност механичког разарања или убрзање процеса хабања кавеза, под дејством центрифугалне силе и повећаног клизања; - Убрзан процес замарања радних површина прстенова и котрљајних тела и смањење динамичке површинске чврстоће, због повећаног броја циклуса промена оптерећења; - Промена зазора у лежају, због деформација прстенова услед деловања великих центрифугалних сила и повишене температуре; - Промена вискозитета мазива и погоршања услова подмазивања зато што се, упоредо са повећањем температуре површинског слоја у зони контакта, повећава и температура у маси свих делова лежаја па и температура мазива. 13