OSOVINE I VRATILA Funkcija, opterećenja, naprezanja Osovine su strojni elementi koji na sebi nose strojne dijelove kao što su npr. užnice i kotači. Osovine mogu mirovati dok se dijelovi okreću na njima ili se mogu okretati zajedno s na njima pričvršćenim dijelovima. Užnice na mirujućoj osovini Kotači na rotirajućoj osovini Osovine su opterećene poprečnim silama F Q koje izazivaju savijanje, a ponekad i aksijalnom silom F a koja uzrokuje vlak ili tlak. Smicanje izazvano poprečnim silama se zanemaruje. Osovine ne prenose okretni moment i snagu pa nisu opterećene torzijski .
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
OSOVINE I VRATILA
Funkcija, opterećenja, naprezanja
Osovine su strojni elementi koji na sebi nose strojne dijelove kao što su npr. užnice
i kotači. Osovine mogu mirovati dok se dijelovi okreću na njima ili se mogu
okretati zajedno s na njima pričvršćenim dijelovima.
Užnice na mirujućoj osovini Kotači na rotirajućoj osovini
Osovine su opterećene poprečnim silama FQ koje izazivaju savijanje, a ponekad i
aksijalnom silom Fa koja uzrokuje vlak ili tlak. Smicanje izazvano poprečnim
silama se zanemaruje.
Osovine ne prenose okretni moment i snagu pa nisu opterećene torzijski.
Vratila su strojni elementi koji se okreću i prenose okretni moment i snagu. Po
obliku su slična osovinama i na sebi najčešće nose razne strojne elemente koji
također služe za prijenos snage - zupčanike, remenice, lančanike itd.
Dvostupanjski reduktor s parom koničnih i parom cilindričnih zupčanika te tri
vratila:
Poprečne sile
Moment savijanja
Aksijalna sila u zavoju
Vratila su najčešće opterećena i savijanjem, a ponekad i aksijalnom silom koja
uzrokuje vlak ili tlak. Smicanje izazvano poprečnim silama se zanemaruje.
Vratilo u lančaničkom prijenosniku:
Vratila mlinskih kola
mlina u Martinovom selu
na Rječini
Pregled naprezanja u osovinama i vratilima:
Opterećenje Naprezanje
Ms – uvijek s = Ms / W Osovine
Fa – ponekad v, tl = Fa / A = s v, tl
Ms – najčešće s = Ms / W
Fa – ponekad v, tl = Fa / A = s v, tl
Vratila
T – uvijek t = T / Wp
2t0
2e )(3 τασσ
Posmično naprezanje se zanemaruje. Vlačno i tlačno naprezanje uzrokovano
aksijalnom silom je također najčešće zanemarivo u usporedbi sa savijanjem.
Rukavci su oni dijelovi osovina i vratila kojima se oslanjaju na klizne ili valjne
ležaje ili na nepokretne dijelove. Rukavci koji se nalaze na kraju osovine/vratila se
nazivaju čelnim, a ostali unutarnjim.
Osovine i vratila imaju obično dva rukavca, tj. ležaja, a dugačka i jače opterećena
vratila više njih, npr. koljenasto vratilo motora.
Osovine i vratila su rijetko jednakog promjera po čitavoj duljini. Najčešće su
stupnjevani, tj. pojedini dijelovi imaju različite promjere. Vratila mogu biti i
profilirana, tj. ožlijebljena ili ozubljena.
Radi smanjenja težine, osovine i vratila mogu biti šuplji, s uzdužnim provrtom, što
poskupljuje izradu. Pri tome je korist od smanjenja težine veća nego šteta od
smanjenja čvrstoće i krutosti. Npr. vratilo s promjerom provrta 0,5·d je lakše 25 %,
a momenti otpora W i Wp se smanjuju samo oko 5 %.
Primjer: šuplje vratilo s dva zupčanika
Materijal
Materijali osovina i vratila ISO / DIN / HRN:
- Najčešće: S275JR / St 44-2 / Č0451, E295 / St 50-2 / Č0545, za veća
opterećenja E335 / St 60-2 / Č0645.
- Kod većih zahtjeva se koriste čelici za poboljšanje: C35E / Ck 35 / Č1431,
Elementi se nakon oblikovanja kale, bruse i poliraju. Kale se na tvrdoću 58 – 65 HRc.
Kavezi:
štancani čelični lim
mjed
slitine aluminija
plastične mase (PA 66)
PRORAČUN VALJNIH LEŽAJA
Valjni su ležaji standardizirani, pa je za njih potrebnonapraviti samo kontrolni proračun.
U praksi se koriste dva tipa kontrolnih proračuna:
Kontrola trajnosti – ležaj se odabere iz kataloga
proizvođača prema konstrukciji i geometriji uležištenja,
pa se na temelju njegove dinamičke nosivosti odredi
trajnost
Kontrola dinamičke nosivosti – za zahtjevanu trajnost i
poznato opterećenje, proračunava se dinamička nosivost i
odabire ležaj
Trajnost ležaja
Trajnost ležaja se definira u milijunima (106) okretaja iličešće u satima, kao vrijeme koje ležaj provede u radu doprve pojave zamora materijala.
Nominalna (nazivna) trajnost za skupinu ležaja je onatrajnost u satima, koju dostigne 90 % kontroliranih ležajaprije pojave prvih znakova zamora materijala valjnihelemenata i staza.
Oštećenje staze valjnog ležaja uslijed zamora
Detalj oštećenja
Simulacija moguće pojave oštećenja MKE
Prikaz pojave pukotine i njezin rast
Proračun ekvivalentnog opterećenja na ležaju
Opterećivanje ležaja
Fr
Fa
Dinamička nosivost C:
Čisto radijalno (kod radijalnih ležaja ) ili čisto aksijalno (kod aksijalni ležaja) konstantno opterećenje, kojim se smije opteretiti skupina jednakih ležaja s nazivnom trajnošću od 106 okretaja, ili s trajnošću od 500 sati pri konstantnoj brzini od 33,3 min-1.
Ekvivalentno opterećenje P:
Kako su ležaji vrlo često opterećeni i radijalnim Fr i aksijalnim opterećenjem Fa , kontrolu trajnosti vrši se s ekvivalentnim opterećenjem prema izrazu:
P = X Fr + Y Fa [kN]
Proračun nominalne trajnosti ležaja
nPCL
p
h 60106
10
Gdje je:
Lh10 [h] – trajnost ležaja u satima uz 10 % vjerojatnost da će doći do oštećenja ležaja
C [kN] – dinamička nosivost ležaja (iz kataloga proizvođača)
P [kN] – ekvivalentno opterećenje ležaja
p – eksponent jednadžbe vijeka trajanja
p = 3 za kuglične ležaje, p = 10/3 za sve druge ležaje
n [min-1] – brzina vrtnje vratila
Određivanje dinamičkog faktora ležaja
p hnL
Lf
PCf
500
gdje je faktor broja okretaja:
pn nf 3,33
Trajnost ležaja ovisi o namjeni stroja, u kojeg je ležaj ugrađen, njegovom opterećenju, a kreće se unutar iskustvenih vrijednosti: