Ležaj
Ležaj je mehanički element koji služi za smanjenje trenja u ležištima osovine. Postoji više vrsta ležajava različitih namena: kuglični ležaj, valjkasti ležaj za veća opterećenja ali sa nešto većim koeficijentom trenja, igličasti ležaj koji je vrsta valjkastog sa tanjim valjcima, konusni ležaj koji može da trpi i aksijalno opterećenje, klizni ležaj za veće koeficijente trenja, i magnetni ležaj kad je koeficijent trenja praktično nepostojeći. Leteći i ležeći ležajevi su ležajevi koji se nalaze na radilici: ležeći su oni koji se ne kreću prilikom okretanja radilice.
Ležaj, u mašinstvu, je mašinski deo koji služi za nošenje, vođenje ili oslanjanje pokretnih delova (na primer osovine, vratila, njihajne poluge, točkovaa i slično) na mirujuće delove (na primer postolja, kućišta i slično). Uz prenošenje sila s jednog mašinskog dela na drugi, osnovni mu je zadatak smanjivanje trenja između njih. Prema smeru delovanja sila, ležaj može biti poprečni i uzdužni:
- poprečni ili radijalni ležaj prenosi isključivo sile okomite na osu ležaja, a
- uzdužni ili aksijalni ležaj preuzima one sile koje deluju u smeru njegove ose. Postoji i kombinovani, radijalno-aksijalni ležaj.
Prema načinu rada ležajevi se dele na:
Ispravan rad ležajeva je često od presudnog značenja za ispravan rad i vek trajanja mašina i naprava u koje su ugrađeni. Zbog toga je vrlo važno odabrati najprikladniju vrstu, odabrane ležajeve pravilno proračunati, te uzeti u obzir uputstva za njihovu ugradnju u konstrukcijski sklop mašine ili naprave. Pri tome se moraju uzimati u obzir brojni činioci, kao što su prečnik osovine ili vratila, način opterećenja, brzina vrtnje (broj okretaja), zahtevani životni vek, uslovi rada (temperatura, prašnjava okolina), i tako dalje.[2]
Istorija uredi
Izum kotrljajućeg ležaja, u obliku drvenih valjaka koji podupiru ili nose ležaj koji se pomera, seže od davnina i moguće je da prethodi pronalasku točka koji se okreće na ravnom ležaju koji se koristi za transport.
Iako se često tvrdi da su Egipćani koristili valjkaste ležajeve u obliku debla ispod saonica,[3] to su moderne špekulacije.[4] Crteži Egipćana u grobnici Djehutihotepa prikazuju proces premeštanja masivnih kamenih blokova na saonicama kao korišćenje podmetača podmazanih tečnošću koji bi predstavljali klizne ležajeve.[5] Postoje i egipatski crteži kliznih ležajeva koji se koriste sa ručnim bušilicama.[6]
Klizni ležajevi ušli su u upotrebu pronalaskom točka, dakle davno pre nove ere, a danas je to mašinski deo koji nas prati na svakom koraku: od ručnog sata (promeri od 0,3 do 0,6 mm, opterećenja od nekoliko mN) do ogromnih kliznih ležajeva valjaoničkih stanova (prečnici preko 1000 mm, opterećenja preko 40 kN). Između delova u relativnom kretanju nalazi se tanki sloj ulja ili uljni film, debljine reda veličine 2 do 50 μm.
Valjni ležaj patentirao je velški izumitelj Filip Von 1794, a prvi je primenio u Francuskoj Žil Surire 1869, na pedalima za bicikl. Kod njih se između delova u relativnom kretanju (unutrašnjeg prstena vezanog za osovinu i spoljnog prstena vezanog za kućište) nalaze valjna tela prečnika reda veličine 2 do 50 mm.
Vrste ležajeva uredi
Prema načinu rada ležajevi se dele na klizne ležajeve i kotrljajuće ili valjne ležajeve. Prema smjeru djelovanja sila, ležaj može biti poprečni i uzdužni.
Klizni ležaj uredi
Klizni ležaj omogućava vođenje pokretnih mašinskih delova (osovine, vratila) i prenos opterećenja s rukavca osovine ili vratila na blaznicu ležaja. Klizne površine podmazane su uljem, a ređe mašću ili krutim sredstvima za podmazivanje. Prema delovanju opterećenja razlikuju se radijalni i aksijalni klizni ležajevi. Postoje još i klizni ležajevi za vođenje koji služe samo za vođenje osovine ili vratila, a ne prenose nikakva spoljna opterećenja. [7]
U kliznom ležaju, ležajni deo osovine ili vratila (čep ili rukavac) oslanja se na glatku, izdašno podmazivanu cilindričnu površinu. Ona je redovno izrađena od materijala mekšeg od materijala čepa; smeštena je u kućištu, a naziva se blazinica. Klizni ležaj izrađuje se kao zatvoreni (očni), s jednodelnom blazinicom, ili kao otvoreni, s dvodelnom blazinicom. Samoprilagodljivi ležaj ima blazinicu vezanu s kućištem preko kuglaste površine, pa se osa ležaja može prilagoditi položaju ose vratila ili osovine. Blazinice se najčešće izrađuju od belog metala (legura kalaja, bakra, olova i antimona), bronze ili od sinterisanih metala, a u posebnim slučajevima od plastike, gume, drva i drugih materijala. Za podmazivanje redovno služi mineralno ili sintetsko ulje, a kod gumenih blazinica voda. Prednost kliznoga ležaja je bešuman rad, dobro amortizovanje udaraca, manja osetljivost na nečistoće, veća tolerancija pri izradi i lakše popravke.
Način rada i podmazivanje kliznih ležajeva uredi
Osnovna namena podmazivanja kliznih ležajeva jeste smanjenje trenja i time smanjenje gubitaka snage, smanjenje trošenja i time povećanje veka trajanja ležaja, te smanjenje zagrejavanja i time sprečavanje zaribavanja ležajeva. Ova tri cilja ostvaruju se dobrim podmazivanjem, pri kojem su površina rukavca i blazinice ležaja razdvojene tankim slojem ulja (uljnim filmom), u kojem vlada tekuće trenje. Prema tome, kod idealnog kliznog ležaja nema trošenja. Dobri ležajevi mogu pod povoljnim okolnostima raditi bez vidljivog trošenja, s praktično neograničenom trajnosti. To je posledica razvoja tribologije – nauke o trenju, trošenju i podmazivanju. Za postizanje tekućeg trenja potrebno je u sloju maziva osigurati pritisak koji omogućava ravnotežno stanje s spoljnim opterećenjem ležaja. Ovo se postiže hidrostatičkim ili hidrodinamičkim načinom podmazivanja.
Kotrljajući ili valjni ležaj uredi
Valjni ležaj omogućuje, slično kao i klizni ležaj, vođenje pokretnih mašinskih delova, umetnutih u odgovarajuće kućište. Sastavljeni su od unutrašnjeg i spoljnog prstena (ili ploče kod aksijalnih ležajeva), između kojih se u odgovarajuće oblikovanom kavezu vrte valjna tela. Među valjnim telima prevladava trenje valjanja. Valjni ležajevi mogu istovremeno prenositi poprečno i uzdužno opterećenje, samo poprečno ili samo uzdužno opterećenje. Obzirom na opterećenje koje prevladava razlikuju se poprečni i uzdužni valjni ležajevi.
Kotrljajući ili valjni ležaj ima između osovine i tela ležaja umetnut niz valjnih tela (na primer valjaka ili kuglica), koja se za vreme rada kotrljaju. Ta su tijela obično smeštena između dva prstena, jednoga navučenog na osovinu, a drugog utisnutog u kućište stroja. Kako bi se sprečilo trenje među valjnim telima, poseban držač (kavez) osigurava među njima stalni razmak. Prema rasporedu valjnih tela ležajevi mogu biti jednoredni i dvoredni, a prema obliku kuglični, valjkasti, igličasti, bačvasti i stožasti. Podmazuju se najčešće mašću, ali i uljem ako su na takvu mestu gde je moguće osigurati dotok čistog ulja. Mogu se izvesti kao uzdužni, poprečni ili uzdužno-poprečni. Obično su od metala, a u novije se doba delovi valjnih ležaja izrađuju i od keramičkih materijala. Kotrljajući ležajevi danas su u najširoj upotrebi, a u odnosu na klizne ležajeve njihove su prednosti: manji gubitci zbog trenja (koeficijent trenja kotrljanja znatno je manji od koeficijenta trenja klizanja), lakše održavanje i nadzor, neznatan utrošak maziva, manji su i serijski se proizvode u normizovanim izmerama pa su zato lako zamjenljivi i jeftiniji.
Poprečni valjni ležajevi uredi
Poprečni valjni ležajevi su u osnovi namenjeni za prenošenje poprečnih opterećenja, iako neke izvedbe omogućavaju i prenos uzdužnih opterećenja. Međusobno se razlikuju pre svega prema obliku valjnih tela. U praksi se najviše upotrebljavaju kuglični ležajevi u kojima su valjna tela kuglice.
Jednostavni kuglični ležajevi uredi
Jednostavni kuglični ležajevi standardizovani su prema ISO 15, DIN 625 i HRN M C3.600. Dopuštaju velike brzine vrtnje, te su primereni za prenošenje obostranih poprečnih i uzdužnih opterećenja. S obzirom da imaju povoljnu cenu, u praksi su to najčešće korišteni valjni ležajevi. Izrađuju se u jednorednoj ili dvorednoj izvedbi. Jednoredni kuglični ležajevi su kruti, nerastavljivi radijalni ležajevi u kojima su valjna tela (kuglice) vođena u dubokim utorima u unutrašnjem i spoljnom prstenu ležaja. Imaju približno jednaku radijalnu i aksijalnu nosivost, a od svih vrsta ležajeva najprimereniji su za najviše brzine vrtnje. Dvoredni kuglični ležajevi imaju, u poređenju s jednorednima, veću radijalnu nosivost, ali dopuštaju nešto manje brzine vrtnje. U zadnje vreme se sve manje upotrebljavaju, jer su ih u praksi skoro u potpunosti zamenili dvoredni kuglični ležajevi s kosim dodirom.
Samopodesivi kuglični ležajevi uredi
Samopodesivi kuglični ležajevi su standardizovani prema ISO 15, DIN 630 i HRN M. C3.68. Imaju ugaonu pokretljivost, pa su zato neosetljivi na ugaona odstupanja i savijanje vratila. Optimalna unutrašnja konstrukcija osigurava malo trenje valjnih površina, veću nosivost i dugi životni vek ležaja. Izrađuju se s valjkastim i stožastim provrtom s nagibom 1:12.
Kuglični ležajevi s kosim dodirom uredi
Kuglični ležajevi s kosim dodirom standardizovani su prema ISO 15, DIN 628 i HRN M.C3.621. Optimalna unutrašnja konstrukcija osigurava veliku tačnost vrtnje, veliku nosivost u radijalnom i jednom (jednoredni i dvoredni s T-rasporedom) ili oba (dvoredni) aksijalna smera, velike brzine vrtnje i miran hod. Aksijalna nosivost ležaja raste s uglom dodira između kuglice i prstenova ležaja. Jednoredni kuglični ležajevi s kosim dodirom imaju ugao dodira 40°, nerastavljivi su i dopuštaju velike brzine vrtnje. Na raspolaganju su u dve izvedbe - normalnoj i univerzalnoj. Dok su ležajevi normalne izvedbe primereni za uležištenja u kojima je za svaki oslonac potreban samo jedan ležaj koji prenosi aksijalno opterećenje samo u jednom smeru, ležajevi univerzalne izvedbe predviđeni su za uležištenje dva ili više ležajeva zajedno u nizu, s proizvoljnim međusobnim rasporedom.
Valjkasti ležajevi uredi
Valjkasti ležajevi su standardizirani prema DIN 5412 i HRN M.C3.631 do 642. Geometrija dodira između valjaka i prstenova ležajeva poboljšana je takozvanim logaritamskim profilom dodira, koji omogućuje optimalno podmazivanje i pravilno kretanje kotrljajućih tela. Posledica toga je duži životni vek, pouzdaniji rad i manja osetljivost na odstupanja od idealnih odnosa. Izrađuju se u jednorednoj ili dvorednoj izvedbi. Jednoredni valjkasti ležajevi mogu biti s kavezom ili bez. Prvi imaju valjke vođene u kavezu, koji je pričvršćen na jednom od prstenova ležaja. Prsten ležaja s pričvršćenim kavezom odvojiv je skupa s valjcima od drugog prstena, što omogućava jednostavnu ugradnju i rasklapanje ležajeva. Generalno, ovi ležajevi prenose velika radijalna opterećenja, a primereni su i za velike brzine vrtnje.
Osnovne izvedbe nisu primerene za dodatna aksijalna opterećenja, ali s odgovarajuće oblikovanim prstenima ovi ležajevi mogu prenositi mala opterećenja i u aksijalnom smeru. Jednoredni valjkasti ležajevi bez kaveza imaju povećan broj valjaka što omogućuje izradu vrlo kompaktnih sklopova s ležajevima. Odlikuju se malom visinom poprečnog preseka, u poređenju sa širinom (mali prostor za ugradnju), te su primereni za vrlo velika radijalna opterećenja. Slaba strana su im nešto manje dopuštene brzine vrtnje. Dvoredni valjkasti ležajevi se izrađuju se u pravilu bez kaveza i imaju slična svojstva kao i jednoredni ležajevi, osim što su primereni za još veća spoljna opterećenja.
Reference uredi
- ^ Ležaj, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.
- ^ [2] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (31. januar 2012) "Elementi strojeva", Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split, Prof. dr. sc. Damir Jelaska, 2011.
- ^ American Society of Mechanical Engineers (1906), Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, 27, American Society of Mechanical Engineers, str. 441
- ^ Bunch, Bryan H.; Hellemans, Alexander (2004). The History of Science and Technology: A Browser's Guide to the Great Discoveries, Inventions, and the People who Made Them, from the Dawn of Time to Today. Houghton Mifflin. ISBN 978-0-618-22123-3.
- ^ Bard, Kathryn A.; Shubert, Steven Blake (1999). Encyclopedia of the Archaeology of Ancient Egypt. Routledge. ISBN 978-0-415-18589-9.
- ^ Guran, Ardéshir; Rand, Richard H. (1997), Nonlinear dynamics, World Scientific, str. 178, ISBN 978-981-02-2982-5
- ^ [3] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (28. februar 2017) "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.
Spoljašnje veze uredi
- ISO Dimensional system and bearing numbers
- Comprehensive review on bearings, University of Cambridge
- A glossary of bearing terms
- How bearings work
- Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) – Movies and photos of hundreds of working mechanical-systems models at Cornell University. Also includes an e-book library of classic texts on mechanical design and engineering.
- Types of bearings, Cambridge University Arhivirano na sajtu Wayback Machine (6. januar 2016)