Strojni elementi 1 Ležaji. Gorazd Fajdiga, Marko Nagode

Transcript

1 Strojni elementi 1 Ležaji Gorazd Fajdiga, Marko Nagode

2 Vrste ležajev a) b) n n a) F b) F

3 Princip delovanja in mazanje drsnih ležajev h u F N telo 1 mazivo telo 2 h 0 površinska hrapavost R a h R a h >>R a I II III u F N

4 h Princip mazanja - hidrostatično Drsni površini Olje pod tlakom p 0 - hidrodinamično z y x

5 e=s/2 D e=s/2 S S/2 Hidrodinamično mazanje drsnih ležajev a) p b) mazalna reža u u p h 0 h0 a) B b) c) d) e = S/2 h 0 e=0 d A n=0 n < n k h 0 n > n k n= a) 3 1 b) c) d) klinasta reža, 2- vzporedna reža, 3- mazalni utor

6 d Izvedbe, dolžine in položaji mazalnih utorov a) b) c) pravilno a) b) F nepravilno F h 0 B h 0 b) a)

7 Mazanje drsnih ležajev z oljem Ročno mazanje Potapljalno mazanje a) d) mazalni obroč b) c) a), b), c) čepi za dolivanje olja d) kapalka za samodejno mazanje Obtočno mazanje olje pod tlakom olje pod tlakom

8 Mazanje drsnih ležajev z mastjo a) b) c)

9 Mazanje drsnih ležajev s trdimi mazivi - svinec (Pb), grafit, molibdenov disulfid (MoS2), volframov disulfid (WS2) in drugo. tečaj mazalni utor ležajna puša na drsni površini porazdeljeno mazalno sredstvo a) b)

10 Konstrukcijske izvedbe radialnih drsnih ležajev a) b) D H d 2 d 2 d 1 d 3 B H 0,2 a) stoječa izvedba b) prirobnična izvedba DIN 1850 b f /45 d 1 f /45 f /45 B 1 f /45 B 1 B 2

11 H Konstrukcijske izvedbe radialnih drsnih ležajev pokrov ležaja DIN 505 deljena ležajna puša telo ležaja F delilna ravnina vzmetni obroč DIN 648 a) b) c krogelna površina

12 Konstrukcijske izvedbe aksialnih drsnih ležajev Enostavni aksialni drsni ležaj mešano mazanje n d z tečaj a) b) d n ohišje drsna plošča

13 Konstrukcijske izvedbe aksialnih drsnih ležajev Hidrodinamično mazanje n F tečaj tekalni obroč oljni film nosilni obroč ohišje d n d z Vir: Steinhilper / Sauer Konstruktionselemente des Maschinenbaus 2

14 e=s/2 D e=s/2 S S/2 Preračun radialnih drsnih ležajev F Koraki pri dimenzioniranju projekcijska ravnina poznamo: F,, d, B izberemo kombinacijo materialov določimo absolutno (S),relativno ( ) zračnost, ekscentričnost e ter relativno ekscentričnost e kontroliramo tlak ( p p dop ) d B najmanjša debelina oljnega filma h o toplotna bilanca ležaja (P tr Q ) a) B b) c) d) A Relativna zračnost n=0 n < n k h 0 e = S/2 h 0 n > n k - kovinski radialni drsni ležaji s hidrodinamičnim mazanjem 0,001 0,002 - iz sintranih kovin 0,0015 0, iz umetnih snovi 0,003 0,0045 e=0 d n= DIN u S /d e e S /2 Najmanjša debelina oljnega filma h o h 0,5 D 1 e 0 mej 0 h ; h o mej = f(d, u)

15 Preračun radialnih drsnih ležajev Sommerfeldovo število S o 6 2 S o p n S o 1 velika drsna hitrost, majhna obremenitev 1 < S o 3 srednja drsna hitrost, srednja obremenitev S o > 3 majhna drsna hitrost, velika obremenitev p [N/mm2] površinski tlak relativna zračnost ležaja, n [min 1] vrtilna hitrost tečaja osi ali gredi [Pa s] dinamična viskoznost olja pri obratovalni temperaturi Približni izračun koeficienta trenja μ pri tekočinskem trenju 3 S o 3 S o za S o < 1 za S o > 1 Orientacijske vrednosti koeficienta trenja radialnih drsnih ležajev Vrsta maziva Gradivo ležajne puše Koeficient trenja Pri zagonu Mešano trenje Tekočinsko trenje Mast Siva litina, broni 0,12 0,05 0,1 Siva litina, broni 0,14 0,02 0,1 0,003 0,008 Olje Svinčene in kositrove zlitine 0,24 0,002 0,003 Sintrane kovine 0,17 0,05 0,1 0,002 0,014

16 Preračun aksialnih drsnih ležajev n Površinski tlak na drsnih ravninah p p p dop F tečaj tekalni obroč oljni film Moment trenja M tr M tr 3 3 2F g r rn z 2 2 r r 3 z n d n d z nosilni obroč ohišje Srednji torni polmer r t 3 2 rz r 2 3 rz r 3 n t 2 n r Srednja torna hitrost v sr,t v sr, t r t

17 H H Preračun aksialnih drsnih ležajev Nosilno število S ax S ax 3 10 p h0 u B sr 2 u sr d sr n Relativna debelina oljnega filma h 0 h 0 H l x h 0 H a) največja nosilnost pri 0,8 Sax 0,070 0,065 b) 0,5 0,8 h 0 l l' 0,060 c) =1,25 0,055 l l' l 0,050 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 l / B

18 Kotalni ležaji zunanji obroč F r notranji obroč F r kotalno telo kotalni plošči F a F a kletka a) b) c)

19 Gradiva za kotalne ležaje Lastnosti gradiv za kotalne ležaje: - dobre trdnostne lastnosti, - visoko površinsko trdoto, - dobro žilavost, - dobro odpornost proti obrabi. Kotalna telesa in ležajni obroči - kromova jekla, ki vsebujejo povprečno 1% ogljika (100Cr2, 100Cr6, 100CrMn6, 100CrMo7, 100CrMo7-3, 100CrMnMo8 itd) - za stožčaste ležaje in valjčne ležaje večjih velikosti se največ uporabljajo jekla za cementiranje in kaljenje (17MnCr5, 19MnCr5, 16CrNiMo6, 17NiCrMo1-4 itd) - za podporne ležaje žerjavov jekla za poboljšanje (C54G, 44Cr2, 43CrMo4, 48CrMo4 itd) - za kotalne ležaje, ki obratujejo v agresivnem okolju s prisotnostjo kislin in lugov, se uporabljajo nerjaveča jekla (X45Cr13, X102CrMo17, X89CrMoV18-1 itd) - za ekstremno visoke delovne temperature pa se uporabljajo temperaturno obstojna jekla (80MoCrV42-16, X82WMoCrV6-5-4 itd), ki zagotavljajo visoko obratovalno varnost tudi pri temperaturah do 600 C.

20 Konstrukcijske izvedbe radialnih kotalnih ležajev Standardne izvedbe radialnih krogličnih ležajev a) b) c) d) e) f)

21 Konstrukcijske izvedbe radialnih kotalnih ležajev Možni načini vgradnje univerzalnih krogličnih ležajev s poševnim dotikom F r F r F r a) F a F a b) F a F a c) F a a) T-razporeditev b) O-razporeditev c) X-razporeditev

22 Konstrukcijske izvedbe radialnih kotalnih ležajev Standardne izvedbe radialnih ležajev z različnimi oblikami kotalnih teles a) b) c) d) e) f)

23 Konstrukcijske izvedbe aksialnih kotalnih ležajev Standardne izvedbe aksialnih kotalnih ležajev b) a) c) d) e)

24 d/5 H d D d D Označevanje kotalnih ležajev DIN 623 B T d Radialni ležaj Stožčasti ležaj D Aksialni ležaj Tip ležaja Radialni ležaji Aksialni ležaji Širina (B, T) Višina (H) H T B D Zunanji premer (D) Dim. serija Velikost ležaja Serija ležaja

25 Vgradnja kotalnih ležajev Oblikovanje togo vpetega (F) in pomičnega (P) ležajnega mesta a) F F b) F P e) F P c) F P f) P P d) F P g) P P a) dva togo vpeta ležaja (neustrezno) b) pomični ležaj aksialno gibljiv v ohišju c) pomični ležaj aksialno gibljiv na gredi d) valjčni ležaj kot pomični ležaj e) iglični ležaj kot pomični ležaj f) dva pomična ležaja z aksialno zračnostjo v ohišju g) dva pomična ležaja prednapeta z vzmetjo

26 Vgradnja kotalnih ležajev Konstrukcijske variante aksialne pritrditve zunanjega ležajnega obroča a) b) c) d) a) s pokrovom in naslonom, b) s pokrovom in vzmetnim obročem, c) med dva vzmetna obroča, d) s pokrovom in vzmetnim obročem na ležaju a) b) c) d) a) vskočnik in prirobnica b) dve prirobnici c) prirobnica in vskočnik d) vskočnik (deljeno ohišje) Vir: Flašker / Pehan Prenosniki moči

27 Vgradnja kotalnih ležajev Konstrukcijske variante aksialne pritrditve notranjega ležajnega obroča varovalka matica nosilna podložka vskočnik rob a) b) c) d) a) z matico in varovalko, b) z vzmetnim obročem in vmesno podložko, c) z zarobljeno gredjo (velika serija), d) s stožčastim tornim vpenjalnim obročem a) b) c) d) a) distančni obroč z zatičem b) distančni obroč in vskočnik c) dvojna matica d) distančna puša Vir: Flašker / Pehan Prenosniki moči

28 Izvedba naslona na gredi in v ohišju b s a) b) h s r s r Ohišje Ležaj R r h s r r s Gred b s a) z žlebom b) z zaokrožitvijo R Vir: Flašker / Pehan Prenosniki moči

29 Montaža ležajev Pomembno: čista delovna površina, pravilni postopek montaže ter ustrezno orodje. Montaža ležajev z valjastim ležajnim sedežem Hladna montaža sila a) b) kladiva c) udarna kapa a) tesni prileg na gredi b) tesni prileg v ohišju c) tesni prileg na gredi in v ohišju hidravlična sila ležaj tečaj gredi ročna črpalka Vroča montaža Vir: Flašker / Pehan Prenosniki moči

30 Montaža ležajev Montaža ležajev s koničnim ležajnim sedežem Hladna montaža a) b) Montaža kotalnih ležajev s pritrdilno matico a) s kavljastim ključem b) z udarnim ključem varovalna podložka a) b) distančna puša pritrdilna matica varovalna podložka pritrdilna matica natezna puša snemalna puša Vroča montaža Montažo kotalnih ležajev s pušo a) natezna puša b) snemalna puša

31 Demontaža ležajev Demontaža ležajev z valjastim ležajnim sedežem a) b) Demontaža kotalnih ležajev s snemalcem ležajev a) namestitev snemalca na notranjem obroču b) namestitev snemalca na zunanjem obroču a) b) hidravlična sila Nekatere možnosti za demontažo kotalnih ležajev a) z vijaki b) s hidravlično stiskalnico

32 Demontaža ležajev Demontaža ležajev s koničnim ležajnim sedežem a) b) F F Demontaža kotalnih ležajev s koničnim ležajnim sedežem a) demontaža ležajev na natezni puši b) demontaža ležajev na snemalni puši Vir: Steinhilper / Sauer Konstruktionselemente des Maschinenbaus 2

33 Preračun kotalnih ležajev F a F r Velikost ležaja določimo glede na: - vrsta ležaja in njegova nosilnost (dinamična C in statična C o nosilnost ležaja v katalogih proizvajalcev), - zunanje obremenitve (radialna, aksialna) - zahtevana življenjska doba (število vrtljajev ali ur delovanja do prvih znakov utrujenostnih poškodb na ležajnem obroču ali kotalnem telesu - osnovna življenjske doba jo doseže 90% vseh preizkušanih ležajev), - zanesljivost delovanja. Statična nosilnost ležaja C o Je nosilnost pri mirovanju, tj. pri radialnih oz. aksialnih ležajih tista radialna oz aksialna obremenitev, ki povzroča skupno plastično deformacijo 10-4 premera kotalnega elementa. Uporabljamo jo pri izbiri ležajev, ki: - se vrtijo z zelo nizkimi vrtilnimi hitrostmi, - so obremenjeni v mirovanju. Dinamična nosilnost ležaja C Dinamična nosilnost ležaja tista konstantna obremenitev ležaja, pri kateri je življenjska doba ležaja 10 6 vrtljajev. Pri tem predpostavimo, da je: - obremenitev konstantna po smeri in po velikosti, - deluje centrično na ležaj, - je samo radialna pri radialnih ležajih oziroma - samo aksialna pri aksialnih ležajih. Dinamično nosilnost uporabljamo pri izbiri dinamično obremenjenih ležajev, to je ležajev, ki se vrtijo pod obremenitvijo.

34 Preračun kotalnih ležajev F r Ekvivalentna obremenitev ležaja F a Statična ekvivalentna obremenitev ležaja P 0 - samo radialna obremenitev ležaja: - samo aksialna obremenitev ležaja: P0 F r P0 F a P X - kombinirana obremenitev ležaja 0 0 Fr Y0 Fa P 0 < F r, upoštevamo P 0 = F r Dinamična ekvivalentna obremenitev ležaja P - samo radialna obremenitev ležaja: P Fr - samo aksialna obremenitev ležaja: P F a - kombinirana obremenitev ležaja P X Fr Y Fa - spremenljiva obremenitev ležaja - srednja dinamična ekvivalentna obremenitev ležaja P sr P sr P min 3 2P max - spremenljiva obremenitev ležaja v posameznih časovnih intervalih, vrtilna hitrost je konstantna P sr P t n P t2... P t t... t n t n - spremenljiva obremenitev, spremenljiva vrtilna hitrost (npr. pri obdelovalnih strojih) P sr P n N1 P N2... P N N... N n N n

35 Preračun kotalnih ležajev F r Kontrola statične nosilnosti kotalnih ležajev - statično nosilno število ležaja F a C s 0 0 s0min P0 - najmanjše potrebno statično nosilno število kotalnih ležajev s0min s 0min Zahteve glede mirnosti teka 1,5 2,5 visoke 1,0 1,5 srednje 0,7 1,0 nizke s 0min 4 za prilagodne kroglične ležaje

36 Preračun kotalnih ležajev F r Določitev velikosti kotalnih ležajev glede na življenjsko dobo Približni izračun življenjske dobe F a L L 0 x f C P L [število vrtljajev] življenjska doba ležaja L 0 [število vrtljajev] osnovna življenjska doba ležaja; L 0 = 10 6 vrtljajev C [N] dinamična nosilnost ležaja iz ustreznega kataloga P [N] dinamična ekvivalentna obremenitev ležaja f temperaturni koeficient ležaja x eksponent x = 3 kroglični ležaji x = 10/3 valjčni, iglični, stožčasti in sodčkasti ležaji Temperaturni koeficient ležaja f Temperatura ležaja [ C] Temperaturni koeficient f 1,0 0,9 0,75 0,6

37 Preračun kotalnih ležajev F r Življenjska doba ležaja v obratovalnih urah: F a L h L 60 n L h [h] življenjska doba ležaja v obratovalnih urah L [število vrtljajev] število vrtljajev v življenjski dobi, n [min 1] vrtilna hitrost ležaja Priporočljive življenjske dobe kotalnih ležajev L h v obratovalnih urah Področje uporabe L h [h] Področje uporabe L h [h] Električni gospodinjski aparati Ladijski propelerji Majhni ventilatorji Ladijski pogoni Majhni elektromotorji (do 4 kw) Poljedelski stroji Elektromotorji srednjih moči Mala dvigala Veliki stacionarni elektromotorji Splošni menjalniki Majhna motorna kolesa Prenosi obdelovalnih strojev Večja motorna kolesa, majhni osebni avtomobili Prenosi pomožnih strojev v proizvodnji Večji osebni avtomobili, manjša tovorna vozila Majhni stroji za hladno valjanje Večja tovorna vozila, avtobusi Večji stroji za valjanje Tramvaji Stroji v rudarstvu Potniški vagoni Večji ventilatorji v rudarstvu Tovorni vagoni Večje vrvenice Lokomotive Stroji v papirni industriji Pogoni motornih čolnov Mlini

38 Preračun kotalnih ležajev F r Natančen izračun življenjske dobe F a Potrebno dobro poznati: - obratovalne pogoje - kvaliteto mazanja in - temperaturo ležajnega mesta. Življenjska doba ležaja L L x C 0 a1 a2 a3 P L [število vrtljajev] življenjska doba ležaja L 0 [število vrtljajev] osnovna življenjska doba ležaja; L 0 = 10 6 vrtljajev C [N] dinamična nosilnost ležaja iz ustreznega kataloga P [N] dinamična ekvivalentna obremenitev ležaja x eksponent x = 3 kroglični ležaji x = 10/3 valjčni, iglični, stožčasti in sodčkasti ležaji a 1 koeficient življenjske dobe Verjetnost, da ne bo prišlo do poškodb ležaja [%] a 1 1,0 0,62 0,53 0,44 0,33 0,21 a 3 a koeficient obratovalnih pogojev a 2 koeficient izvedbe ležaja; a 2 = 1,0 za standardne izvedbe ležajev 0,5 0,2 0,1 Za maziva z EP-aditivi 0,05 0,1 0,2 0, Razmerje viskoznosti = / p

39 Dinamična viskoznost [mpa s] Kinematična viskoznost [mm 2 /s] Kinematična viskoznost p [mm 2 /s] Preračun kotalnih ležajev F r Dejanska viskoznost maziva pri obratovalni temperaturi Potrebna kinematična viskoznost maziva pri obratovalni temperaturi za tvorbo nosilnega oljnega filma np F a Vrtilna hitrost ležaja n [min 1 ] Temperatura [ C] Srednji premer ležaja d m =(d+d)/2 [mm]

40 Mazanje kotalnih ležajev z mastjo - pri normalnih vrtilnih hitrostih in temperaturah Prednosti: - enostavna in cenena konstrukcijska izvedba, - boljše adhezijske lastnosti maziva ter - boljša zaščita pred vlago in nečistočami iz okolice Smernice za izbiro masti za mazanje kotalnih ležajev n/n mej f (P/C) Priporočljiva mast Normalne masti za kotalne ležaje po DIN ,0 0,16 Mehke masti - za male koeficiente trenja - za daljše dovodne kanale masti - za hladne zagone Trde masti - za nizek hrup ležajev - za zaščito pred nečistočami iz okolice 0,3 0,5 > 0,16 Posebne masti za visoke tlake (npr. mast na osnovi kalcijevega mila) > 1 Posebne masti za visoke vrtilne hitrosti (npr. mast na osnovi barijevega mila) n [min 1 ] n mej [min 1 ] P [N] C [N] f vrtilna hitrost ležaja mejna vrtilna hitrost ležaja dinamična ekvivalentna obremenitev ležaja dinamična nosilnost ležaja iz ustreznega kataloga koeficient obremenitve ležaja f = 1 za kroglične ležaje in valjčne ležaje s pretežno radialno obremenitvijo (Fa / Fr 1) f = 2 za valjčne ležaje s pretežno aksialno obremenitvijo (Fa / Fr > 1)

41 Mazanje kotalnih ležajev z mastjo a) b) a) navadni kroglični ležaj b) kroglična ležaja s poševnim dotikom

42 Mazanje kotalnih ležajev z oljem - visoke vrtilne hitrosti in temperature hlajenje - mazanje v oljni kopeli, - obtočno mazanje, - mazanje z oljno meglo. a) b) olje pod tlakom oljna kopel

43 Utrujenostne poškodbe kotalnega ležaja Vir: Steinhilper / Sauer Konstruktionselemente des Maschinenbaus 2