www.chikaasistent.com
Prema definiciji iz knjiga ležaj predstavlja pokretni spoj
dva ili više dijelova mašine ostvaren klizanjem ili
kotrljanjem. Glavna im je namjena da vrše ulogu
oslonca na koje vratila i osovine prenose spoljašnje
sile kojima su izložene kao i težine obrtnih dijelova.
Dakle, ležaji služe za pokretnu vezu dijelova mašine
koja su predviđena kao mjesta oslonaca kao što su
rukavci na vratilima, osovinama ili osovinicama. Da
mnogo ne duljimo sa njihovom strukturom,
mogućnostima kroz historijski tok razvoja bla bla bla ... spomenut ćemo dva pristupa koja su danas
najzastupljenija da bi na kraju spomenuli i treću opciju koja je sve više u prodoru.
Prema konstrukciji ležišta mogu da budu:
-
Klizna – predstavljaju pokretni spoj dva ili više mašinskih dijelova ostvaren klizanjem.
-
Kotrljajna – prenose opterećenja kao i klizna sa pokretnih (vratila i osovine) na nepokretne
Rukavac se nalazi u dodiru sa posteljicom ležišta tj. kontakt se ostvaruje trenjem klizanja.
dijelove (kućišta i poklopci) pri čemu nema neposrednog, direktnog dodira između rukavca i
posteljice. U slučaju kotrljajnog ležaja, njegova konstrukcija je predvidjela da se kretanje
pokretnog dijela prenosi na nepokretne dijelove putem kotrljajnih tijela tj. da se iskoristi trenje
kotrljanja koje je znatno manje u odnosu na trenje klizanja.
Klizna ležišta
Iako su danas skoro u potpunosti potisnuta od strane kotrljajnih ležaja, ipak su se klizna ležišta
održala u nekim veoma specifičnim mašinskim aplikacijama. Svoj rad zasnivaju na već spomenutom
trenju klizanja sa svim popratnim prednostima i nedostatcima. Konstrukcija im je veoma jednostavna.
Sastoji se od Postolja i Poklopca u koje ulazi Posteljica (jedno ili dvo-djelna) da bi se to onda sve
pričvrstilo vijcima. U datu posteljicu ulazi onda obrtno tijelo (vratilo ili osovina). U kliznim ležajevima je
od krucijalnog značaja da se vrši podmazivanje između obrtnog tijela i posteljice. Stoga se mazivo
smatra elementarnim konstruktivnim dijelom bez kojeg klizna ležišta nebi mogla raditi u ekonomskom
pogledu.
Konstrukcija kliznog ležišta
Ono što se po pitanju ovih ležaja veoma često može sresti u literaturi jeste i termin „Hidrodinamičkog“
podmazivanja. Naime, kada se obrtno tijelo počne obrtati dolazi do odstupanja ose vratila i ose
posteljice. Javlja se odgovarajući ekscentricitet koji izmješta vratilo u raznim pravcima što opet
prouzrokuje razne oscilacije, vibracije i sve ostale negativne popratne pojave koja ova dva pojma nose
sa sobom kada su u pitanju mašinske konstrukcije. Sve ovo je posljedica maziva koje se nalazi
između jako malog zazora posteljice i obrtnog tijela. Najgore što se može desiti po tom pitanju jeste
tzv. suho trenje tj. da obrtno tijelo direktno struže od posteljicu jer onda bi gubitci bili enormni ali bi
cijela konstrukcija uskoro nakon toga i otkazala zbog povećanog razvoja toplote, habanja dijelova i
tako dalje...
www.chikaasistent.com
Mnogo je drugih faktora koji utiču na koaksijalnost vratila i posteljice. Odabir maziva je zasigurno
jedan od njih. U pitanje dolaze razna ulja pa čak i zrak. Hidrodinamičko podmazivanje znači da se
mazivo raspoređuje po zazoru na osnovu dinamičkog kretanja vratila. Za razliku od njega,
hidrostatičko podmazivanje podrazumijeva da imate mazivo pod pritiskom unutar zazora između
vratila i posteljice. Također su moguće i varijante aerodinamičkog i aerostatičkog podmazivanja gdje
se koristi zrak. Dakle, kod kliznih ležajeva je glavna „caka“ da ostavarite potpuno podmazivanje tj. da
je uvijek obezbjeđen određeni tanki sloj između vratila i posteljice tako da vratilo (obrtno tijelo) faktički
„pliva“ ali uvijek ostaje problem famoznog ekscentriciteta sa svim popratnim posljedicama. Da bi se
ostvarilo potpuno podmazivanje potrebno je ispuniti nekoliko preduslova:
-
-
Obezbjediti potreban zazor između rukavca i posteljice što je samo po sebi teško izraditi bez
povećanja krajnije cijene.
Osigurati dovoljno veliku brzinu obrtanja rukavca tj. broj obrtaja vratila ne smije pasti ispod
kritičnog broja gdje bi moglo doći do djelimičnog pa čak i do suhog podmazivanja.
Potrebno je koristiti mazivo dovoljnog viskoziteta (viskoznost je otpornost fluida ka tečenju,
med je viskozniji u odnosu na vodu). Ovo naročito postaje problem kada se spomene
činjenica da viskozitet opada sa povećanjem temperature.
Obezbjediti koaksijalnost između rukavca i posteljice tj. da ekscentricitet budu jednak nuli.
Upravo ova problematika podmazivanja oko ostvarivanja popunog podmazivanja kao i prednosti
najvećeg suparnika (kotrljajnih ležajeva) je učinila da se ova vrsta ležaja danas veoma rijetko mogu
sresti u mašinskoj praksi.
www.chikaasistent.com
Zbirni pregled dobrih i loših karakteristika kliznih ležajeva je dat u Tabeli 1.
Dobre
Jednostavna konstrukcija
Miran rad sa amortizacijom udara
Dug radni vijek
Pogodni za velike obodne brzine
Moguća reparatura
Loše
Veće habanje dodirnih površina
Veći gubitci energije
Velika potrošnja maziva
Zahtijevaju nadzor radi održavanja i podmazivanja
Nisu standardizovani
Tabela 1. Zbirni pregled karakteristika za klizna ležišta
Kotrljajna ležišta
Iako nisu sve prednosti na strani kotrljajnih ležajeva u odnosu na klizna, ipak su one tolike da su
kotrljajni ležaji od svog pronalaska (1794 godine u Velikoj Britaniji a nešto kasnije i u Njemačkoj) do
današnjeg doba skoro u potpunosti potisle klizne ležaje. Tako se kotrljajni ležajevi danas mogu
pronaći u svim područjima mašinogradnje u dimenzijama od 1,5 do 2700 mm te sa masama od 0,5 g
do 3,5 t. Rjeđe se dešava da nedostatci kotrljajnih ležaja učine prikladnijom primjenu kliznih ležaja. A i
kada smo iskreni sami sa sobom, prvo što nam padne na um kada čujemo pojam Ležaj ili Lager jeste
upravo onaj sa donje slike. Treba primjetiti da je na desnom dijelu slike data glava od šibice te stoga
prethodno navedeni podaci o dijapazonu upotrebe zaista dobiju na težini.
Usporedba kotrljajnog ležaja sa glavom od šibice
Od mnogih razloga zašto su kotrljajna ležišta prevagnula u odnosu na klizna jeste zasigurno i taj što,
sudeći po samom nazivu, kotrljajna koriste trenje kotrljanja za svoj rad koje je značajno manje u
odnosu na trenje klizanja.
Struktura kotrljajnog ležaja: 1 – vanjski prsten; 2 – žljeb u vanjskom prstenu, 3 – Kotrljajna tijela, 4 –
kavez, 5 – Žljeb u unutrašnjem prstenu, 6 – Unutrašnji prsten
www.chikaasistent.com
Ono što je naročito upečatljivo kod ovih ležaja jeste i to da je vratilo (obrtno tijelo) nataknuto tj.
presovano na unutrašnji prsten koji se obrće zajedno sa vratilom. Posredstvom kotrljajnih tijela (oblik
im može varirati od valjaka, kuglica, konusnih bačvica itd.) opterećenje od vratila se putem trenja
kotrljanja kotrljajnih tijela prenosi na vanjski prsten koji miruje i koji je čvrsto vezan sa kućištem ili
nekim drugim nepokretnim dijelom konstrukcije.
Vratilo, unutrašnji prsten, kotrljajna tijela kao i vanjski prsten u sklopu
Na ovaj način je ostvarena najveća prednost kotrljajnih ležaja a to je manje trenje iz kojeg slijedi veći
stepen iskorištenja, manje habanje, manja potreba za održavanjem itd. Međutim, jedan od problema
prilikom eksploatacije jeste i taj da se pojedini dijelovi kotrljajnog ležaja ne isplate zamijeniti. Ne isplati
se izvršiti zamjena jednog kotrljajnog tijela koji je tokom rada nastradao. Razlog tome nije samo
standard nego je kotrljajno tijelo tokom radnog vijeka sebi „pripremilo“ stazu u unutrašnjem i vanjskom
prstenu ležaja. Ubacivanjem potpuno novog kotrljajnog tijela bi samo stvorilo dodatne probleme koji bi
uzrokovali vibracije i dodatne udare. Stoga je isplativije zamijeniti cijeli ležaj.
Primjer dvorednog kotrljajnog ležaja sa kuglicama kao kotrljajna tijela
Zbirni pregled glavnih prednosti i nedostataka kotrljajnih ležaja je dat u Tabeli 2.
www.chikaasistent.com
Loše
Dobre
Manji gubitci – manje habanje površina
Manje dimenzije
Manja potrošnja maziva
Ne traže dodatna podešavanja i nadzor
Nepotrebna dodatna termička obrada
rukavaca
Standardizovani su
Nedjeljivost – otežana je montaža
Ograničen radni vijek
Bučan rad (u odnosu na Klizna ležišta)
Nepodesni za velike brzine
Nemogućnost popravke
Manja amortizacija udara
Tabela 2. Zbirni pregled karakteristika za kotrljajnih ležaja
Budućnost pripada AMB-u
(Active Magnetic Bearing)
No iako kotrljajna ležišta posjeduju relativno veliki stepen iskorištenja (oko 99 % ovisno od oblika
kotrljajnog tijela te korištenog maziva) pravac istraživanja u pogledu ležaja ide na tzv. Aktivna
Magnetna Ležišta. U pitanju su ležišta gdje se obrtno tijelo obrće u magnetnom polju koje eventualna
izmještanja ose vratila regulišu putem aktivnog magnetnog polja. Sama ideja je data na donjoj slici.
Vratilo treba bukvalno da „pliva“ u samom magnetnom polju. No iako je ovo pristup koji zaista obećava
mnogo, ipak je dosta toga još neispitano po pitanju ovih ležaja. O pitanjima izolacije i regulisanja
samog magnetnog polja da ne govorimo.
Primjer AMB ležaja
www.chikaasistent.com
Zbirni pregled situacije današnjice po pitanju ležaja je dat u Tabeli 3.
Klizni ležaj
Specifična nosivost
[N/cm2]
Gubitci trenja
Vijek trajanja
Pogonski troškovi
Kotrljajni ležaj
AMB
<4000
<500
<60
Mali
Teoretski neograničen
Visoki
Umjereni
Ograničen
Jako mali
Jako mali
Teoretski neograničen
Jako visoki
Tabela 3. Usporedba karakteristika Kliznih, Kotrljajnih i Magnetnih ležaja
Neka područja upotrebe Magnetnih ležaja su na turbomlaznim motorima gdje nose glavno vratilo na
kojem se nalaze glavni dijelovi turbomlaznog motora. No, ono što možda nije vezano direktno za
Magnetne ležajeve ali je ipak najupečatljiviji primjer mogućnosti primjene i potencijala kojeg magnetna
polja nose sa sobom, jeste i primjena u tzv. MAGLEV vozovima (MAGnetic LEVitation). Tako je već
od 2004 godine u operativnoj upotrebi MAGLEV voz u Kini, Shanghai. Voz saobraća na liniji Aerodrom
– finansijski dio grada. Put od 30 km prevali za samo nekoliko minuta ostvareći pri tome prosječnu
brzinu od 430 km/h (maksimalna je 500 km/h).
Primjena Magnetnih ležaja na Turbomlaznim motorima
Korištenje magneta na MAGLEV vozovima
Redakcija chikaasistent.com
Download

www.chikaasistent.com Klizna ležišta