Ležaj

Ležaj je mehanički element koji služi za smanjenje trenja u ležištima osovine. Postoji više vrsta ležajeva 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

Poprečni dvodelni klizni ležaj kao kompletan sklop mašine ili naprave.

Jednostavni poprečni klizni ležaj s rukavcem (unutra) i blazinicom (spoljni deo) kružnog oblika, nastaje samo jedna klizna površina sa svojim „uljnim klinom” koji osigurava hidrodinamičko podmazivanje.

Jednostavni kuglični ležaj.

Samopodesivi kuglični ležaj.

Valjkasti ležaj.

Stožasti ili konični ležaj.

Igličasti ležaj.

Aksijalni valjkasti ležaj.

Magnetno ogledalo je osnovni način rada elektrodinamičkog magnetnog ležaja.

Jednostavni kuglični ležajevi s kavezom.

Stožasti ili konični ležaji.

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 pedalama 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

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

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

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

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 gubici 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

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

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

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

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

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

^ 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

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)

[1] Ležaj, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019.

[2] [2] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (31. januar 2012) "Elementi strojeva", Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Split, Prof. dr. sc. Damir Jelaska, 2011.

[guran-3] American Society of Mechanical Engineers (1906), Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, 27, American Society of Mechanical Engineers, str. 441

[4] 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.

[5] Bard, Kathryn A.; Shubert, Steven Blake (1999). Encyclopedia of the Archaeology of Ancient Egypt. Routledge. ISBN 978-0-415-18589-9.

[6] Guran, Ardéshir; Rand, Richard H. (1997), Nonlinear dynamics, World Scientific, str. 178, ISBN 978-981-02-2982-5

[7] [3] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (28. februar 2017) "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]