3/11/2014
MAŠINSKI ELEMENTI II Mašinski elementi za prenos kretanja
R. prof. dr dr.. Adil Muminović
Mašinski elementi za prenos kretanja U ovu grupu mašinskih elemenata spadaju: ‐ Osovine
Osovina Osovina
1
3/11/2014
‐ Vratila Vratilo
Vratilo kod kod mjenja mjenjač a
‐ Osovinice
Osovinica
Osovinica
Rukavac
Rukavac
Rukavac
‐
2
3/11/2014
‐ Vratila Vratilo
Vratilo kod kod mjenja mjenjač a
‐ Osovinice
Osovinica
Osovinica
Rukavac
Rukavac
Rukavac
‐
2
3/11/2014
‐ Spojnice
‐ Klizna i kotrljajna ležišta
Osovine •
Osovine služe za prenošenje i uleži Osovine uležišten štenje je miruju ćih i obr obrtni tnih h dij dijelo elova, va, te za preuzimanje poprečnih i eventualno uzdužnih sila koje na te dijelove djeluju.
•
Osovine mogu biti miruju Osovine mirujuće (dijelovi na njima rotiraju ‐ slika a ) ili rotiraju će (dijelovi su na njima pri čvršćeni i rotiraju zajedno s njima ‐slika b).
•
Osovine se ugla Osovine uglavnom vnom koriste koriste kod vagonskih vagonskih konstrukc konstrukcija, ija, a neka nekada da se mož može e koristiti kod drugih motornih vozila.
•
Osovine su opterećene na savijanje i ne preno se obrtne momente.
Osovina
Osovina
a)
b)
3
3/11/2014
Optereć enja i prorač un osovina
F FB
FA
Sa slike vidimo da je osovina opterećena poprečnim silama, tj osovine su opterećene samo na savijanje i prenose kružno kretanje.
FT
Idealni oblik osovine bi bio paraboličan i imao bi najbolju iskoristivost materijala.
Ms
Takav oblik teško je izvesti u praksi pa se umjesto njega koristiti stepenasti oblik osovine koji je daleko lakši za izradu. Rukavac
Idealni oblik osovine
Stvarni oblik osovine
Obzirom da je osovina opterećena samo na savijanje onda je proračun daleko jednostavniji i svodi se na određivanje prečnika osovine na karakterističnim mjestima.
F FB
FA FT
Karakteristi čna mjesta su npr. ležišta osovina (A i B) i mjesta gdje djeluje opterećenje (F). Kada se provede naponska analiza dobije se zraz za zra unavan e pre n a na karakteristi čnim mjestima:
Ms ‐ moment savijanja na karakterističnom Rukavac
Idealni oblik osovine
mjestu ‐ dozvoljeni napon na savijanje (zavisi od materijala koje je najčešće nelegirani ugljenični čelik)
Stvarni oblik osovine
4
3/11/2014
Osovinice •
Osovinice se upotrebljavaju za zglobno spajanje mašinskih dijelova. Pri tome jedan dio može biti pokretljiv oko osovinice, dok drugi miruje ili su oba dijela pokretljiva. Pokretljivi dio osovinice mora se podmazivati.
Osovinica
Oblik osovinice •
Osovinice mogu biti različite konstruktivne izvedbe i uglavnom miruju ili osciluju. Kod ugradnje se moraju aksijalno osigurati, a za tu svrhu se koriste osigurači kao kod navojnih veza ili se osigurač kombinuje sa naslonom. Izrađuju se kao pune ali često se koriste i šuplje osovinice radi smanjenja težine, a nekada i elastične razrezane osovinice.
Otvor za osiguranje
Naslon
Osovinice standardnih oblika: a) glatka osovinica s rascjepkom, b) glatka osovinica s uskoč nikom, c) osovinica s glavom, d) osovinica s navojem
5
3/11/2014
Proračun čvrstoće osovinice Sila F uzrokuje: • naprezanje na smicanje τ s u presjecima I i II:
• naprezanje na savijanje
σ s
na mjestu
najveć eg momenta savijanja Ms,max :
• površinski pritisak p1 i zmeđ u osovinice i poluge, te površinski pritisak p2 izmeđ u osovinice i kuć išta:
Vratila Vratila osim momenta savijanja prenose i snagu (momemt uvijanja) sa jednog dijela vratila na drugi, za razliku od osovina koje prenose samo momente savijanja. Iz ovoga zaključujemo da je proračun vratila vrlo složen i odgovoran jer se na njima pojavljuje osim savijanja i napon uvijanja, koji potiče od sila na elementima koji se nalaze na vratilu (primjer zupčanika). Vratilo
6
3/11/2014
• Č vrsta vratila prema konstrukcuji mogu biti prava ( slika a) i koljenasta (slika b). a) Koljeno
b)
Koljenasto vratilo služi za pretvaranje pravolinijskog kretanja u obrtno kretanje i obratno. Proračun ovih vratila je izuzetno složen jer imaju neravnomjernu raspodjelu vratila na određenoj dužini. Posebno je teško podmazivati ovakva vratila obzirom da imaju tzv. leteća ležišta.
• Vratila se mogu podjeliti na lagana (slika a) i teška (stepenastog oblika, slika b). Kod laganih vratila mogu se zanemariti težine elemenata koje vratilo nosi a kod teških ne mogu.
a) Lagano vratilo
b) Teško stepenasto vratilo
7
3/11/2014
Proračun laganog vratila
Lagana vratila su zapravo kratka vratila i ona se proračunavaju samo na uvijanje jer je napon na savijanje mali. Izraz za računanje prečnika lakog vratila d ima oblik:
Konstrukcijs i proračun teškog vratila • Proračun teških vratila je znatno složeniji jer simultano djeluju momenti savijanja i momenti uvijanja, a osim toga moramo voditi računa o kvalitetu izrade i koncentraciji napona. I na osovini pa i na vratilima moraju postojati rukavci koji služe za oslanjanje ovih elemenata u ležištima. • Na vratilu obično imamo žljebove za klin na koji se postavljaju prenosnici snage npr. zupčanik, a znamo da oni stvaraju koncentraciju napona. Također na vratilima moraju biti i središnja gnijezda na krajevima vratila koja služe prilikom izrade vratila radi centriranja vratila.
8
3/11/2014
Proračun teškog vratila svodi se također na određivanje prečnika vratila na karakterističnim mjestima kao što su pojedine stepenice pri čemu stepen sigurnosti s = 1,5 ‐ 3 iznimno do 5. Prečnik vratila se računa po izrazu:
idealni fiktivni ili zamišljeni momenat koji uzima u obzir i savijanje i uvijanje, utvrđuje se po hipotezama o slaganju momenata. α‐ koeficijent koji najčešće iznosi :
Rukavci Kao što je već rečeno, rukavac je dio vratila ili osovine koji stvara nalijeganje sa ležajevima. Rukavci mogu biti opterećeni različitim silama, npr poprečnim, uzdužnim ili i jednim i drugim istovremeno. U zavisnosti od karaktera dejstva spoljašnjih sila rukavci mogu biti: ‐ radijalni ( sila djeluje normalno na osu), i ‐ aksijalni (sila djeluje u pravcu ose). Po obliku radijalni rukavci mogu biti: ‐ cilindrični (slika a), ‐ konični (slika b), i ‐ loptasti (slika c).
a)
b)
c)
9
3/11/2014
Primjeri aksijalnih rukavaca
a) Rukavac sa ravnim čelom
b) Rukavac sa prstenastim čelom
c) Grebenasti rukavac
Rukavci moraju biti izrađeni visokim kvalitetom jer prenose velika opterećenja pri velikim brzinama i jako se zagrijavaju.
Najvažniji konstruktivna karakteristika radijalnih rukavca je vitkost rukavca.
ϕ‐ vitkost rukavca (ϕ = 0.8‐1,2) d‐ prečnik rukavca L ‐ dužina rukavca
10
3/11/2014
Spojnice
Uvod • Spojnice služe za spajanje više vratila u jednu cjelinu, a sa druge strane služe za vezu pogonskog i gonjenog vratila. • Pogonsko vratilo je ono vratilo koje je spojeno sa izvorom snage, npr. elektromotor a on eno vratilo e vratilo ko e e s o eno sa radnom mašinom, npr. sa motornim vozilima, i ono prima snagu od pogonskog vratila. Dakle, spojnica nam služi da prenese snagu sa pogonskog na gonjeno vratilo.
Veza vratila pomoću spojnice; (1‐pogonsko vratilo, 2‐gonjeno vratilo, 3‐spojnica, 4‐ležišta)
11
3/11/2014
•
Dakle, spojnica služi samo za transmisiju (prenos) snage i moraju biti male težine, jednostavne konstrukcije, montirana blizu ležišta itd. Postoji veliki broj različitih spojnica, a najčešće se dijele u sljedeće grupe: a) Krute spojnice b) Dilatacione spojnice e spojnice c) Elasti čn
d) Kardanske spojnice e
u no‐ s
u ne spo n ce
f) Specijalne spojnice
Krute spojnice • Krute spojnice služe za kruti prenos snage sa pogonskog na gonjeno vratilo i prednost im je što nemaju nikakvih gubitaka, jednostavne su konstrukcije, a ostalo su im sve nedostaci, npr.: kruto renose udare sa o onsko na on eno vratilo ne dozvoljavaju nikakva pomjeranja vratila (ugaona, poprečna i uzdužna),... o
o
• U upotrebi je veliki broj ovih spojnica, a djele se na: spojnica sa naglavkom, , oklopne spojnice i dr. o
o
12
3/11/2014
Spojnica sa naglavkom ( čahurasta spojnica)
Spojnica sa naglavkom SKF
1‐unutrašnja čahura, 2‐naglavak, 3‐kanali za mazivo, 4‐otvor za pričvršćivanje injektora
13
3/11/2014
Krute spojnice sa obodima
Oklopna spojnica
14
3/11/2014
Dilatacione spojnice • Dilatacione spojnice su takve spojnice koje dozvoljavaju pomjeranje vratila u toku rada što je vrlo bitno, npr. kod zagrijavanja vratila. Dakle, kod ovih spojnica postoji određeni zazor između vratila koji . • Tu se najčešće koriste kandžaste spojnice . Sastoji se od dve glavčine koje na čeonoj strani imaju po tri kandže simetrično postavljene.
Elasti čne spojnice • Elasti č ne spojnice su takve spojnice koje nam dozvoljavaju da se vratila u toku rada mogu ugaono, popre čno i uzdužno pomjerati, a osim toga prigušuju udarna optere ćenja koja se eventualno pojave na pogonskom vratilu i na taj na čin štitimo gonjeno vratilo koje je vezano za neku radnu mašinu. • Dakle, između vratila postoji elestični umetak koji to omogućuje i obzirom na to, postoji nekoliko tipova ovih spojnica, koje su prikazane na sljedećim slikama.
15
3/11/2014
Elastična spojnica sa gumenim prstenovima
Elastična perifleks spojnica (spojnica sa elastičnim vjencem )
1‐glavčina, 2‐stezni prsten, 3‐elastični pojas
16
3/11/2014
Elastična spojnica ''BIBI''
Stanje opruge: 1‐normalno opterećenje, 2‐ jako opterećenje i 3‐udar
Elasti čna kandžasta spojnica (eupex spojnica)
17
3/11/2014
Zupčasta spojnica – TAKE (TACKE)
Kardanske (zglavkaste) spojnice •
Kardanske spojnice su takve spojnice koje omogućavaju spajanje vratila pod uglom.
18
3/11/2014
Zglavkasta spojnica Vilfl (Wülfel)
Zglavkasta spojnica sa loptastim zglavkom
19
3/11/2014
Uključno‐isklju čne spojnice • Uključno‐isključne spojnicesu takve spojnice koje dozvoljavaju da se u toku rada mogu uklju čiti i isključiti ili samo uključiti. • U tu svrhu se koriste npr.: kandžaste spojnice koje dozvoljavaju samo isključenje gonjenog vratila, ali ne i uključenje, zatim Hildebrantova spojnica, frikcione spojnice i elektromagnetne sa lamelama.
uključiti i isključiti pri bilo kojem broju obrtaja pogonskog i gonjenog vratila (u motornoj industriji su poznate kao KVAČILO).
Isključna kandžasta spojnica: a) sa tri i b) sa više kandži
20
3/11/2014
Hildebrantova spojnica
1 i 2‐glavčine, 3‐klin, 4‐prstenasti oslonac a) u isključenom stanju, b)u uključenom stanju
Frikciona spojnica sa ravnim dodirnim površinama
21
3/11/2014
Frikciona spojnica sa koničnim dodirnim površinama
Domenleblankova frikciona spojnica
1 i 2‐glavčine; 3‐klizač; 4‐opruga; 5 i 6‐osovinice za oprugu; 7‐saonice sa papučom; 8‐teg za lakše isključivanje i 9‐zaptivni lim
22
3/11/2014
Elektromagnetna frikciona spojnica sa lamelama
Specijalne spojnice • Obuhvataju Sigurnosne spojnice koje u slučaju preopterećenja se automatski isključuju iz transmisije snage. • Koriste se i Sinhronizacione spojnice, a cilj ove spojnice je da ujednači broj obrtaja gonjenog sa pogonskim vratilom, zato što se ne mogu spojiti vratila ako se okreću različitim brojem obrtaja. • Osim ovih koriste se i Centrifugalne spojnice koje se aktiviraju automatski kad pogonsko vratilo dostigne odre đeni broj obrtaja, a ovo je povoljno jer se onda ne pojavljuju udari pri spajanju vratila.
23
3/11/2014
Sigurnosna spojnica sa čivijom
Sinhronizaciona spojnica
24
3/11/2014
Centrifugalna spojnica
Klizna i kotrljajna ležišta
25
3/11/2014
Ležišta služe za oslanjanje vratila, osovina i slično i uglavnom se dijele u dvije grupe, i to:
- Klizna ležišta koja imaju dominantno trenje klizanja. -
o a ma u om nan no ren e o r an a.
Klizna ležišta
Kotrljajna ležišta
Na donjoj slici dat je prikaz kliznog i kotrljajnog ležišta na vratilu.
Otvor za dovod maziva Posteljica
Gornje kućište dvodjelnog kliznog ležišta
Vanjski prsten
Kotrljajno tijelo
Rukavac Unutrašnji prsten Vratilo Rukavac Donje kućište dvodjelnog kliznog ležišta
Klizno ležište
Kotrljajno ležište
26
3/11/2014
• I klizna i kotrljajna ležišta mogu prenositi popre čne i uzdužne sile ili istovremeno i jedne i druge pa se zbog toga i ležišta dijele na: radijalna (poprečna, a), aksijalna (uzdužna, b) i radi – aksijalna (uzdužno-poprečna, c) o
o
o
Klizna ležišta
a)
b)
c)
Kotrljajna ležišta
a)
b)
c)
Konstrukcija kliznih ležišta •
Klizna ležišta se obično izrađuju kao dvodjelna zato da bi se mogla lakše montirati na vratilo s jedne strane, a s druge da u slu čaju oštećenja posteljice istu možemo lako zamijeniti.
1‐ trup, 2‐poklopac, 3 i 4‐donja i gornja posteljica, 5‐otvor za zavrtanj za vezu trupa i poklopca, 6‐otvor za dovod maziva.
27
3/11/2014
Primjer dvodjelnog kliznog ležišta
a‐ trup (donje kućište) , b‐poklopac (gornje kućište), c‐donja i gornja posteljica
•
Posteljica se izvodi kao dvodjelna i obzirom da je direktno u kontaktu sa rukavcem, mora se izrađivati od materijala koji imaju nizak koeficijent trenja, odnosno klizanja. Obično je materijal posteljica bronza, a ako želimo još kvalitetnije posteljicu, onda unutrašnjost se posteljice presvlači tankim slojem bijelog metala koji je relativno skup, pa taj sloj .
•
Kućište se obično radi od jefitnih materijala (sivi liv) i obzirom da je on jako izdržljiv onda možemo kazati da je vijek trajanja kliznog ležišta neograničen.
•
Kod kliznih ležišta moramo obezbjediti da ne dođe do direktnog kontakta rukavca i posteljice, što znači da moramo dovesti dovoljnu količinu maziva i zato su predviđeni određeni načini za dovod maziva.
28
3/11/2014
Podmazivanje kliznih ležišta •
Za dovođenje mazivo koristi se ili mazalica za pojedinačno dovođenje npr. mazalice sa fitiljem (a) , mazalica sa ventilom (b), mlaznica sa šipkom (c) i sl. Podešavanje
Staklo
Staklo za
a)
b)
c)
29
3/11/2014
•
Centralni način podmazivanja je sigurniji i možemo obezbjediti potpuno podmazivanja tj. potpuno odvojiti rukavac od posteljice i na taj način znatno smanjiti koeficijent trenja klizanja. Kod nepotpunog podmazivanja imamo kontakt rukavca i posteljice direktno, što znači da je koeficijent trenja znatno ve ći. Pošto je teško obezbjediti potpuno podmazivanje, većina kliznih ležišta (oko 90 %) radi sa nepotpunim podmazivanjem.
•
Centralni način podmazivanja je efikasan, pruža mogućnost kontrole koliko maziva ima u kliznom ležištu. Međutim, ovaj način traži složeniju opremu kao npr. hladnjake, filtere, pumpe, cjevovode i sl.
•
Uloga maziva nije samo da podmazuje klizne površine nego i da vrši hlađenje kliznog ležišta, što centralno podmazivanje obezbjeđuje, dok podmazivanje mazalicama to ne obezbjeđuje.
Centralni način podmazivanja ‐primjer
30
3/11/2014
Maziva za podmazivanje kliznih ležišta •
Maziva koja se koriste mogu biti različitog porijekla a najčešće se koriste mineralna maziva i sinteti čka maziva. Mineralna maziva su porijeklom od nafte. Najvažnije veličine kod ovih maziva su a viskoznost maziva ( ν, η . kinematska i dinami čk
•
Viskoznost maziva je zapravo unutrašnje trenje u mazivu a dinamička viskoznost je ona veličina koja je pokazatelj kvaliteta tog maziva (Pas). Od maziva se koriste ulja i masti. Ulje nam može obezbjediti potpuno podmazivanje dok mast ne može pa se većim dijelom koriste ulja za klizna ležišta.
•
, . pusti prvu kapljicu a to se dešava obi čno kod temperature od 333 K (60 °C).
•
Sintetička ulja se danas masovno koriste u motornoj industriji a prednost u odnosu na mineralna su ta što to ulje nije zapaljivo.
Proračun kliznih ležišta •
Najvažnije karakteristike kod kliznih ležišta su zazor z, ugaona brzina vratila ω , dinamička viskoznost maziva η te se zahtijeva da osa rukavca bude paralelna sa osom posteljice (koaksijalna).
•
Osim ovih veličina kod kliznih ležišta kod kliznih ležišta je bitna i ekscentričnost e, tj. udaljenost ose rukavca i ose posteljice.
Posteljica
e
Površinsk i pritisak
31
3/11/2014
•
Klizna ležišta nisu standardizovana što ima za posljedicu da se moraju proračunavati a najvažnija veličina za proračun jeste bezdimenzionalni koeficijent zvani Sommerfeld-ov broj, S o.
2 p ⋅ ψ sr S0 = η ⋅ω
p - pritisak u kliznom ležištu ( p = F/A ), ψ sr =
d
-
relativni zazor (%),
z –zazor, d – prečnik rukavca.
•
Na osnovu Sommerfeld-ovog broja se proračuna kliznih ležajeva grana u dva pravca:
S0>1 – slučaja kada je u pitanju teško optere ćeno područ je rada. S0<1 – slučaja kada je u pitanju slabo optere ćeno područ je rada. Kod oba proračuna se određuje: o o o o
Debljina uljnog filma „h“ (rukavac i posteljica), Nosivi pritisak u ležištu „p“, Gubitak snage u ležištu „Pμ“ zbog trenja, Temperatura kliznog ležišta „T ≤ 353 K“ jer u tom slučaju moramo obezbjediti dodatno hlađenje kliznog ležišta pa je potrebno odrediti količinu maziva „G“.
32
3/11/2014
Kotrljajna ležišta •
Kotrljajna ležišta imaju niz prednosti u odnosu na klizna jer kod njih dominira trenje kotrljanja koje je znatno manje od trenja klizanja pa su gubici snage manji. Zagrijavanje ležaja je manje itd. Osim toga kotrljajna ležišta se lakše održavaju jer ne zahtjevaju intenzivno podmazivanje kao klizna, nego mogu se nekada i ne podmazivati ili se podmazuju jednom u radnom vijeku i to na početku.
•
Nedostatak kotrljajnih ležišta je taj što ne mogu prenositi velika opterećenja kao klizna iz razloga prevelikih deformisanja kotrljajnih tijela, pojave pukotina i sl, Tako đer, kotrljajna ležišta nisu pogodna za prevelike brzine zato što bi usljed centrifugalne sile kotrljajna ležaja. Nedostatak je također što u slučaju oštećenja jednog kotrljajnog tijela se mora zamijeniti kompletan ležaj. Isto tako nedostatak je što se kotrljajni ležaj može raditi kao jednodijelni što otežava montažu na vratilu.
•
•
Prednost kotrljajnih tijela je što su standardizirani (za razliku od kliznih ležišta), a to zna či da se ne proračunavaju nego se biraju direktno iz kataloga proizvođača na osnovu statičke i dinamičke moći nošenja (C0, C). Najve ći proizvođači kotrljajnih ležajeva su SKF i FAG.
Kotrljajna ležišta se sastoje od vanjskog i unutrašnjeg prstena između kojih se nalaze kotrljajna tijela (kuglice, valjci, konusni valci, itd) i držača kotrljajnih tijela koji imaju zadatak da kuglice drže na određenom odstojanju i da pravilno funkcionišu.
33
3/11/2014
1 - vanjski prsten, 2 – žljeb za kuglice u vanjskom prstenu, 3 – kotrljajna tijela ( kuglice, valjci,..); 4 – drža č kotrljajnih tijela; 5 – žljeb u unutrašnjem prstenu; 6 – unutrašnji prsten
2
5
1
6
3
3
3
•
U praksi se koriste kotrljajna ležišta sa kuglicam i sa valjcima različitih oblika.
Ležišta sa kuglicama
a) •
b)
c)
Ukoliko su kotrljajna tijela kuglice, onda im je oznaka B i po toj oznaci se u katalogu biraju kuglična ležišta. Isto tako vidimo da može biti jedan red ug ca va te a e ta mogu t ra a na a , samopo es va sa va reda kuglica (b) te aksijalna (c). Ukoliko je radijalni dodir onda ležaj prenosi samo poprečne sile dok aksijalne sile prenosi ali vrlo male. Ukoliko je samopodesivi ležaj on omogućuje da se podesi prema položaju vratila u toku rada tako da nije ugrožena ispravnost rada ležaja.
34
3/11/2014
•
Ukoliko imamo samo aksijalne sile onda se koristiti ležaj (c) i ovaj ležaj ne prenosi uopšte radijalne sile. Vidimo tako đer da se kuglice stavljaju u držače kuglica koji mogu biti razli čito izvedeni a najčešća varijanta za kuglice su metalni limeni drža či.
Zakovice
Gornji dio držača
Kuglice
Donji dio držača
•
Držač kuglica se obično sastoji iz dva dijela spojena sa zakovicama i drži kuglice na određenom odstojanju bez obzira na brzinu obrtanja ili težinu koju prenosi. Za druga kotrljajna tijela koriste se i druge vrste držača koji su obično masivniji i ne rade se od čelika nego npr. mesing.
Ležišta sa valjcima R
a) •
K
b)
S
N
c)
d)
Ukoliko su kotrljajna tijela valjci onda oni mogu prenositi znatno veća opterećenja. Oblik valjaka može biti cilindričan (a) i on prenosi znatne radijalne sile ali i aksijalne manjeg intenziteta. Potom konusni val ci b mo u renositi i radi lane i aksi alne sile velikih vrijednosti. Valjci mogu biti sferni (c) i oni služe za prenos velikih radijalnih sila i mogu biti tako đer jednoredni ili dvoredni, valjci u obliku iglica (d) koje prenose velike poprečne (radijalne) sile a koriste se kada želimo imati kompaktniju konstrukciju koja zauzima manje prostora. I ova kotrljajna tijela moraju imati drža če kotrljajnih tijela koja su vrlo masivna i od mesinga.
35
