PROJEKT ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST. Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/ Předmět STROJNICTVÍ

PROJEKT ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/02.0010 Předmět STROJNICTVÍ Obor: Ročník: Mechanik seřizovač Druhý Zpracoval: Ing. Zdráhal 1

PROJEKT ŘEMESLO - TRADICE A BUDOUCNOST Číslo projektu: CZ.1.07/1.1.38/02.0010 Téma Strojnictví II. Ročník ČÁST 1. Předmět: Obor: Ročník: Strojnictví Mechanik seřizovač Druhý Zpracoval: Ing. Zdráhal 2

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem tento výukový materiál vypracoval samostatně, a to na základě poznatků získaných praktickými zkušenostmi z pozice učitele ve Střední odborné škole Josefa Sousedíka Vsetín, a za použití níže uvedených informačních zdrojů a literatury. Tento výukový materiál byl připravován se záměrem zkvalitnit a zefektivnit výuku minimálně v 17 vyučovacích hodinách. Ve Vsetíně dne 31. března 2014. podpis autora 3

OBSAH 1. OPAKOVÁNÍ... 5 1.1 ROZDĚLENÍ SPOJŮ... 5 1.2 ZÁVITY... 8 1.3 POTRUBÍ ARMATURY... 9 2. ČÁSTI STROJŮ UMOŽŇUJÍCÍ POHYB... 10 2.1 HŘÍDELE A ČEPY... 10 2.1.1 ČEPY... 10 2.1.2. HŘÍDEL... 18 2.2 LOŽISKA... 27 2.2.1 KLUZNÁ LOŽISKA... 29 2.2.2.VALIVÁ LOŽISKA... 41 2.2.3. MAZÁNÍ A TĚSNĚNÍ LOŽISEK... 52 2.2.4. TĚSNĚNÍ... 55 2.2.5. ROVINNÁ VEDENÍ... 58 ZDROJE... 61 LITERATURA:... 61 INTERNET:... 62 PŘÍLOHY:... 64 Č.1... 64 Č.2... 65 Č.3... 65 Č.4... 65 4

1. OPAKOVÁNÍ 1.1 ROZDĚLENÍ SPOJŮ Součásti spojovací i části spojované tvoří spolu celek, který nazýváme spoj. Sestavování (montáž) těchto součástí se nazývá spojování. Při spojování součástí jsou spojovány dvě nebo více součástí do jednoho celku prostřednictvím: 1. Spojovacích prvků - šrouby, kolíky, klíny, pera, nýty, hřebíky, spony, atd. (Spojovací prvky jsou většinou normalizované). 2. Spojovacích technologií lepení, pájení, svařování, lisování, spékání, atd. 3. Tváření lemování, obrubování, vroubkování, atd. Z hlediska rozebíratelnosti spoje dělíme: a) Rozebíratelné jsou spoje, které můžeme kdykoliv rozebrat a smontovat bez poškození spojovaných nebo spojovacích součástí. Jsou vhodné všude tam, kde je třeba často a rychle strojní součásti uvolnit, demontovat, nebo nahradit opotřebované součásti novými. b) Nerozebíratelné jsou ty spoje, které nemůžeme rozebrat bez poškození spojovaných nebo spojovacích částí. Obrázek 1 5

Z hlediska fyzikální podstaty spoje dělíme: Obrázek 2 1. SPOJE S TVAROVÝM STYKEM - spoje těsnými pery, kolíkové, čepové, spoje s lícovaným šroubem, s drážkovanými hřídeli a náboji. Síly se přenáší přes tvar součástí. 2. SPOJE SE SILOVÝM STYKEM - šroubové spoje, nýtové spoje, svěrné spoje, tlakové spoje, pružné spoje. Zatížení se přenáší třením. 3. PŘEDPJATÉ SPOJE S TVAROVÝM A SILOVÝM STYKEM klínové spoje, kuželové spoje s úsečovým perem. 4. SPOJE S MATERIÁLOVÝM STYKEM - svařované, pájené a lepené spoje. Zatížení se přenáší přes přidaný materiál do spoje. 6

Obrázek 3 Obrázek 4 7

Předpjaté spoje s tvarovým a silovým stykem Obrázek 5 Spoje s materiálovým stykem Obrázek 6 1.2 ZÁVITY Vypracujte rozdělení závitů, včetně nákresy profilu. DRUHY ZÁVITŮ: - PODLE POUŽITÍ Spojovací pohybové - PODLE STOUPÁNÍ ŠROUBOVICE levé pravé - PODLE POČTU CHODŮ ŠROUBOVICE jednochodé vícechodé /dvou, tří, čtyř / - PODLE PROFILU - NEJČASTĚJŠÍ DĚLENÍ 8

1.3 POTRUBÍ ARMATURY Armatury jsou vyráběny v odstupňovaných řadách podle jmenovité světlosti a jmenovitého tlaku. Dělí se na přístroje: regulační a uzavírací, pojistné a ochranné, kontrolní a měřící. S pomocí sešitu vypracuj rozdělení přístrojů, včetně charakteristiky a nákresu. Opakování a prohlubování znalosti 1. K čemu slouží normalizace? 2. Vyjmenujte rozebíratelné spoje? 3. Jaký může být styk spojovaných součástí? 4. Trojchodý lichoběžníkový závit má stoupání s = 12 mm. Jaká je rozteč závitů? Napište jeho označení, je-li d = 80mm. 5. Nakresli a popiš základní rozměry závitu! 6. V ST vyhledej základní rozměry pro závit M8 7. Jaký typ spojení je klínový spoj, uveď příklad? 8. Jaký je rozdíl mezi spoji perem a klínem? 9. Jakou funkci plní pružiny? 10. Jaký je rozdíl mezi pájením a svařováním? 11. Výhody, nevýhody a použití lepených spojů! 12. Druhy armatur, nákres. 13. Materiál potrubí, použití. 9

2. ČÁSTI STROJŮ UMOŽŇUJÍCÍ POHYB K přenosu otáčivého pohybu se používají: hřídele a čepy, ložiska, spojky. Zpravidla jsou součástí větších montážních celků, jako jsou převody, jednoduché nebo násobné převodovky, apod. Jsou součástí mechanizmů zajišťujících přenos energie. 2.1 HŘÍDELE A ČEPY 2.1.1 ČEPY Čepy jsou vlastně tlustší válcové kolíky, které jsou obvykle uloženy v součástech s vůlí a vytvářejí tedy kloubové spoje, např. táhel a vidlic. Mohou však též nahrazovat krátké nosné hřídele pojezdových kol, kladek apod. Dělí se na hřídelové čepy a spojovací čepy. A. SPOJOVACÍ ČEPY Spojovací čepy se používají hlavně k vytvoření rozebíratelného kloubového spoje nebo k pohyblivému uložení výkyvných součástí (páky, kliky, lanové kotouče, oběžná kola). Většina čepů je normalizována. Mají větší průměr než kolíky a mohou tedy přenášet větší silové zatížení. Nejčastěji používáme spojovací čepy válcové, které mohou být hladké, bez hlavy nebo s hlavou. Proti axiálnímu posunutí se zajišťují maticí, závlačkou, kolíkem nebo pojistným kroužkem. Čepy větších průměru a čepy s hlavou se soustruží a brousí. a) zajištění závlačkou b) kolíkem c) maticí Obrázek 7 10

Čepy kalené broušené Obrázek 8 Osové zajištění čepů: a) zajištění hladkého čepu podložkami a závlačkami, b) zajištění hladkého čepu pojistnými třmenovými kroužky, c) zajištění čepu s hlavou pojistným kroužkem (Seegerovou pojistkou), d) zajištění čepu s hlavou závitem, maticí a podložkou. Obrázek 9 11

Výhody: levný spoj, rychlá výroba, montáž i demontáž, provozní náklady pouze na mazání. Nevýhody: přenáší zatížení pouze kolmo na osu (radiální), nikoli ve směru osy (axiální), při provozu se musí mazat, čepy musí být axiálně zajištěny. Poznámka: Je nutné rozlišovat mezi čepy spojovacími a čepy hřídelovými. Spojovací čepy se používají k vytvoření čepového spoje, kdežto hřídelové čepy slouží k uložení hřídelí do ložisek. 12

B. HŘÍDELOVÉ ČEPY Hřídelové čepy slouží k ukládání pohybových i nosných hřídelů do celkových konstrukcí strojů. Jsou to ty části hřídelů, které se vkládají do ložisek. Podle směru zatěžujících sil dělíme hřídelové čepy na radiální a axiální. Radiální čep je zatížen silou, která směřuje kolmo na jeho osu. Axiální čep je zatížen silou působící rovnoběžně s jeho osou. VÁLCOVÉ HŘÍDELOVÉ ČEPY Nejčastější použití je pro uložení do valivých nebo kluzných radiálních ložisek, popř. otáčející se části na nehybné nosné hřídeli (např. jeřábová pojezdová kola). Přenáší pouze radiální zatížení. Axiální zatížení musí být zachyceno axiálním ložiskem. Mohou být umístěné i ve středu hřídele pokud je hřídel uložená na třech a více ložiscích. KUŽELOVÉ HŘÍDELOVÉ ČEPY Použití je tam kde je potřeba zachycovat radiální i axiální síly. Výrobně složitější než čep válcový. Když axiální zatížení působí z jedné strany, pak stačí jeden kuželový čep, když z obou stran, je nutno použít dva kuželové čepy. Uloženy jsou pouze v kluzných ložiscích a jen na konci hřídele. PRSTENCOVÉ HŘÍDELOVÉ ČEPY Použití pro přenos axiálního zatížení. Jsou-li kluzné plochy zkoseny, je možno přenášet částečně i radiální zatížení. Často umístěny ve středu hřídele v kluzných axiálních ložiscích. Výrobně složitější než čepy kuželové. KULOVÉ HŘÍDELOVÉ ČEPY Mohou přenášet zatížení v libovolném směru. Dovolují náklon osy hřídele. Použití tam, kde se při provozu mění směr zatížení. Výrobně nejsložitější. PATNÍ HŘÍDELOVÉ ČEPY Jsou určeny pro zachycení silového zatížení působícího ve svislém směru (obvykle vlastní tíha konstrukce). Střední část je vybrána, z důvodu zlepšení kluzných vlastností. Uprostřed je kluzná rychlost velmi malá a nemůže se tam vytvořit olejový film a ve střední části by se zadíral. Ukládají se pouze do kluzných axiálních ložisek odpovídajícího tvaru. 13

ROZDĚLENÍ RADIÁLNÍCH ČEPŮ VÁLCOVÉ ČELNÍ KRČNÍ KUŽELOVÉ KULOVÉ Obrázek 10 ROZDĚLENÍ AXIÁLNÍCH ČEPŮ BĚŽNÉ PRSTENCOVÉ HŘEBENOVÉ VÁLCOVÉ KUŽELOVÉ KULOVÉ Obrázek 11 14

VÝPOČET RADIÁLNÍCH ČEPŮ: ČELNÍ ČEPY Takovéto čepy kontrolujeme na ohyb a otlačení. Předpokládáme přitom, že délka čepu se obvykle pohybuje v rozmezí (0,3 až 1)d (výjimečně až 1,5 d). Do výpočtu proto zavádíme vzájemný poměr obou rozměrů: Při následné kontrole na ohyb pak vycházíme z pevnostní podmínky: Za ohybový moment dosadíme: Za modul průřezu čepu dosadíme: Pak: Průměr čepu: Kontrola čepu na otlačení na ploše d x l 15

KRČNÍ ČEPY Tyto čepy jsou kromě ohybu namáhány také krutem. To znamená, že musíme uvažovat s redukovaným napětím. Kontrola na otlačení se nemění. VÝPOČET AXIÁLNÍCH ČEPŮ: Axiální čepy trpí nevýhodou, že tlak ve stykové ploše není rozložen rovnoměrně. V ose čepu bývá zpravidla tlak několikanásobně vyšší než na okraji stykové plochy. Abychom omezili opotřebení čepu v jeho ose a prodloužili životnost uložení, navrhujeme stykové plochy axiálních čepů do tvaru mezikruží. 16

Provádíme kontrolu na otlačení: U čepů radiálních i axiálních nakonec provádíme i jejich kontrolu na oteplení. Ta vyplývá ze součinu tlaku a obvodové rychlosti čepu. Pozn.: Kontrola čepu na otlačení a oteplení je vlastně kontrolou kluzného ložiska, které čep tvoří.. Opakování a prohlubování znalosti 1 Co jsou to hřídelové čepy a k čemu slouží? 2 Nakresli a popiš válcový hřídelový čep. 3 Nakresli a popiš kuželový čep. 4 Nakresli a popiš kulový čep. 5 Nakresli a popiš patní hřídelový čep. 17

2.1.2. HŘÍDEL Hřídele jsou základní strojní součástí válcovitého tvaru, která slouží k přenosu otáčivého pohybu v mechanismech. Jsou to součásti pohybových ústrojí strojů ve většině strojních zařízení, přenáší otáčivý pohyb a krouticí moment, zajišťují přenos energie. Hřídele jsou uloženy otočně pomocí kluzných nebo valivých ložisek. Části hřídelů, které jsou uloženy v ložiskách, se nazývají čepy. Čepy jsou nosnými částmi hřídelí. ROZDĚLENÍ HŘÍDELŮ Obrázek 12 K přenosu otáčivého pohybu a silového zatížení (točivého momentu) z hnacího stroje (motoru) na stroj hnaný slouží tyto základní strojní části a součásti: hřídele, hřídelové čepy, ložiska, spojky, brzdy. Příklad zařízení pro pohon pásového dopravníku 1. motor 2. spojka 3. brzda 4. převodovka Obrázek 13 18

DRUHY HŘÍDELŮ A. NOSNÉ HŘÍDELE / OSY / jsou namáhané na ohyb a jsou buď otočné, nebo nehybné. Nepřenáší točivý moment, jsou namáhání pouze na ohyb. Nosné hřídele nesou: řemenice, pojezdová kola a jiné rotační strojní součásti. ULOŽENÍ SOUČÁSTÍ NA NOSNÝCH HŘÍDELÍCH: PEVNĚ Nosný hřídel je otočně uchycen do rámu stroje. K uložení se používá ložisek. 1- hřídel 2- ložisko 3- kolo Použití nosných hřídelí např. nápravy železničních vagónů, nápravy přívěsů apod. OTOČNĚ Nosný hřídel je pevně uchycen do rámu stroje. K uložení se používá tlakových, svěrných, popř. jiných spojů. 1- hřídel 2- ložisko 3- kolo Typicky nosné hřídele jsou nápravy nemotorových vozidel (např. železniční vagóny). 19

VÝPOČET NOSNÝCH HŘÍDELŮ Tyto hřídele jsou namáhány na ohyb a otlačení. U nehybných hřídelí, které nesou otočné součásti, je výpočet stejný jako pro čepové spoje. U náprav se uvažuje hřídel jako nosník s převislými konci, s maximálním ohybovým momentem v podporách. Kontrola na otlačení má význam pouze u části hřídelí, uložených v kluzných ložiskách. Vzhledem k větší tvrdosti hřídele se tato kontrola provede u ložisek. Výpočet na ohyb: Při návrhu hřídele se použije pevnostní rovnice v ohybu, ze které se při zvoleném určí jeho průměr Modul průřezu v ohybu Průměr nápravy: Příklad: Určete minimální průměr hřídele u nápravy podle obrázku. Materiál nápravy 11 500, zatížení míjivé, k = 2, F = 20 000N, c = a = 200 mm. 20

B. POHYBOVÉ HŘÍDELE Používají se častěji než hřídele nosné a skoro ve všech strojních zařízeních. Vždy se otáčí. Jsou namáhány na krut, krut + ohyb nebo krut + tah. Typický příklad je hřídel v převodovce. Jsou součásti pohybových ústrojí strojů ve většině strojních zařízení, přenáší otáčivý pohyb a krouticí moment, zajišťují přenos energie. Na hřídelích bývají upevněny řemenice, řetězová kola, ozubená kola, lanovnice, vačky, spojky, a to pomocí klínů, per, drážkování, nalisováním, atd. Hřídele jsou uloženy otočně pomocí kluzných nebo valivých ložisek. Části hřídelů, které jsou uloženy v ložiskách, se nazývají čepy. Uložení bývá nejméně ve dvou ložiskách, pro zvýšení tuhosti i ve třech a více ložiskách. Druh a typ ložiska volíme v závislosti: na směru a velikosti vnějšího zatížení, na otáčkách hřídele, na přesnosti a tuhosti uložení, na schopnosti tlumit rázy a chvění. Všechna ložiska musí být jednoho druhu. DRUHY POHYBOVÝCH HŘÍDELŮ NORMÁLNÍ POHYBOVÝ HŘÍDEL Vyrábí se soustružením. Namáhání hřídele se po celé délce mění, proto se mění i jeho průměr. Nejméně je hřídel namáhán na koncích, proto mají nejmenší průměr. Změnou průměru vznikají osazení, která usnadňují montáže součástí na hřídel. Nasazované strojní součásti (ozobená kola, řemenice ) jsou proti otáčení zajištěny klínem nebo perem. Obrázek 14 21

Druhy drážkování: DUTÝ POHYBOVÝ HŘÍDEL Při stejné hmotnosti je schopen přenášet větší silové zatížení než hřídel plný, protože při namáhání na krut a ohyb je střední část namáhána mnohem méně než vnější část. Ekonomičtější využití materiálu. Úspora materiálu se projeví u velkých hřídelů. Nevýhodou je pracnost výroby. Obrázek 15 DRÁŽKOVÝ HŘÍDEL Má na obvodě provedeny podélné drážky. Vzhledem k většímu počtu per může drážkový hřídel přenášet větší silové zatížení. Používá se tam, kde je během provozu nutné zajistit axiální posuv rotačních součástí umístěných na hřídeli, nejčastěji ozubených kol. Použití: tam, kde je potřeba možnost axiálního posuvu (ve směru osy). Nehrozí uvolnění ani prokluz, je však nebezpečí vrubového účinku, hřídel je zeslabena. Obrázek 16 rovnoboké boky per a drážek jsou navzájem rovnoběžné evolventní boky per a drážek jsou ve tvaru evolventy jemné drážkování umožňuje jemné nastavení vzájemné polohy hřídele a náboje Obrázek 17 22

ZALOMENÝ (KLIKOVÝ) HŘÍDEL Slouží k přeměně rotačního pohybu na pohyb přímočarý např. kompresor, nebo k přeměně přímočarého pohybu na pohyb rotační např. spalovací motor. Vyrábí se kováním a funkční plochy jsou pak upravovány na obráběcích strojích (broušení, soustružení ). Obrázek 18 OHEBNÝ HŘÍDEL Používá se tam, kde potřebujeme měnit vzájemnou polohu obou konců hřídele přímo za rotace např. ruční bruska. Ohebnost zajišťuje vinutí drátu v několika vrstvách na sobě, kde jednotlivé vrstvy jsou vinuty v opačném směru, aby hřídel neměl tendenci se rozmotávat. Obrázek 19 23

VAČKOVÝ HŘÍDEL Vačková hřídel umožňuje ovládání posunu strojních součástí v závislosti na svém natočení. Vačky mají sice obvykle jednoduchý vejčitý tvar, ale mohou být tvarované i složitěji. Hřídel s vačkami vlastně obsahuje mechanický program práce soustavy pák. Obrázek 20 VÝPOČET POHYBOVÉHO HŘÍDELE Jelikož jsou pohybové hřídele namáhány současně na krut a ohyb, je nutné počítat s redukovaným napětím, což je výsledné napětí z napětí na krut a ohyb. kde Ohybový moment je vyvozen silami působícími kolmo na osu hřídele a jeho velikost závisí na konkrétním zatížení a uložení hřídele. Krouticí moment je závislý na velikosti přenášeného výkonu a na otáčkách hřídele. Mk krouticí moment P výkon ω- uhlová rychlost n otáčky hřídele Průměr hřídele: kde: 24

C. POUŽITÍ HŘÍDELŮ Vačkový hřídel Klikový hřídel Obrázek 21 PŘÍKLADY ULOŽENÍ HŘÍDELŮ: Obrázek 22 25

Obrázek 23 Opakování a prohlubování znalosti 1. Jaké znáš druhy hřídelů a jaký je mezi nimi rozdíl? 2. Charakterizuj pohybové hřídele. 3. Charakterizuj nosné hřídele. 4. Vysvětlete rámcový postup návrhu nosného a pohybového hřídele. 5. Popište různé způsoby úpravy hřídelů pro jednotlivé spoje s nábojem. 6. Jaký je rozdíl mezi vstupním, výstupním a předlohovým hřídelem? 7. Zdůvodněte použití dutých hřídelů. 8. Co jsou to hřídelové čepy a k čemu slouží? 9. Zdůvodněte vybrání u nosné plochy axiálních čepů. 10. Nakresli a popiš válcový a kuželový hřídelový čep. 11. Nakresli a popiš kulový a patní hřídelový čep. 26

2.2 LOŽISKA Ložiska slouží k uchycení rotujících součástí, obvykle hřídelů, v nepohyblivém rámu stroje. Mají zaručit přesnou vzájemnou polohu rám ložisko při současně co nejmenších ztrátách energie. Tyto ztráty vznikají z důvodu tření mezi pohybujícími se a nepohyblivými částmi spojení. Z důvodu snížení těchto třecích ztrát je důležité mazání styčných ploch. Kromě snížení tření mazivo ochlazuje ložisko (při tření vzniká tepelná energie) a odvádí nečistoty, které buďto vniknou do prostoru ložiska zvenku nebo vzniknou opotřebováním třecích ploch. ROZDĚLENÍ LOŽISEK Ložiska se dělí podle dvou základních hledisek: 1) PODLE SMĚRU ZATĚŽUJÍCÍ SÍLY AXIÁLNÍ LOŽISKA síla působí v ose ložiska Obrázek 24 RADIÁLNÍ LOŽISKA síla působí kolmo na osu ložiska Obrázek 25 27

2) PODLE DRUHU TŘENÍ (tření, které vznikne mezi stykovými plochami) KLUZNÁ LOŽISKA - navzájem pohybující se části ložiska se dotýkají ve velké ploše. Obrázek 26 VALIVÁ LOŽISKA - mezi pohybující se plochy jsou vloženy přídavné elementy (kuličky, válečky atd.), které se obou ploch dotýkají pouze ve velmi malé ploše. Obrázek 27 28

POROVNÁNÍ KLUZNÝCH A VALIVÝCH LOŽISEK KLUZNÁ LOŽISKA VÝHODY cena, schopnost přenášet rázy a přetížení, při správném mazání minimální opotřebení, přesnost uložení hřídele, tichý chod, zvláště u vysokých otáček, malé rozměry. NEVÝHODY větší ztráty při rozběhu a doběhu, větší požadavky na mazání, při nedokonalém mazání se snadno zadírají, nevhodné pro vysoké otáčky. Základní druhy kluzných ložisek prakticky kopírují druhy hřídelových čepů, poněvadž v řadě případů slouží k jejich uložení. 2.2.1 KLUZNÁ LOŽISKA Kluzná ložiska patří k nejstarším technickým vynálezům lidstva. Jejich vznik podnítil vynález kola. Uložení kola na hřídeli je prvním kluzným ložiskem. Jsou výrobně jednoduchá, zaujímají malý prostor, jsou levnější než valivá ložiska. Tlumí kmity, rázy a hluk, ale oprava je náročnější než u valivých ložisek. Obvykle se používají pro obvodové rychlosti 70 80 m s -1, speciální ložiska až 100 m s -1. VÝHODY: možnost použití ložiska v extrémních teplotách, jsou výrobně jednoduchá a mnohem levnější než valivá. Zaujímají malý prostor, tlumí rázy a hluk. NEVÝHODY: větší ztráty třením, většinou vyžadují záběh. Jsou náchylnější k zadření, náročnější na dostatečné a kvalitní mazání, menší únosnost zejména při rozběhu a doběhu. 29

Obrázek 27 MATERIÁLY KLUZNÝCH LOŽISEK Správná funkce kluzného ložiska závisí především na mazání ložiska a na správné volbě materiálů ve stykových plochách. Požadavky na materiály kluzných částí: nízký součinitel tření, odolnost proti zadírání, pevnost, přizpůsobivost a jímavost tvrdých částí, otěruvzdornost, dobrá přilnavost k mazivu, vysoká tepelná vodivost, nízká tepelná roztažnost, cena. Tyto požadavky jsou natolik protichůdné, že jim nelze 100% vyhovět. Materiály pro ložiska jsou výsledkem kompromisu mezi výše uvedenými požadavky. PŘÍKLADY NEJUŽÍVANĚJŠÍCH MATERIÁLŮ PRO KLUZNÁ LOŽISKA: LOŽISKOVÉ KOMPOZICE materiály, jejichž základem je cín (Sn) nebo olovo (Pb). Výhodou je odolnost proti zadírání a dobrá jímavost, nevýhodou nízká pevnost a vyšší cena. Jedná se o poměrně často používaný materiál. SLITINY MĚDI (CU) bronzy používají se pro velmi zatížená ložiska. Jejich výhodou je vyšší pevnost a odolnost proti zadírání, nevýhodou vysoká cena. HLINÍKOVÉ SLITINY (AL) univerzální materiál pro velká zatížení, jehož výhodou jsou dobré kluzné vlastnosti při dostatečné pevnosti, nevýhodou jsou náročné požadavky na kvalitu a množství maziva a velká roztažnost Al. ŠEDÁ LITINA je výhodná pro nižší nároky na zatížení a chod ložiska. Výhodou je velmi nízká cena a dobré kluzné vlastnosti, nevýhodou nižší pevnost a především křehkost, která omezuje použití litiny u rázového zatížení. 30

PLASTY např. tvrzené tkaniny, polyamid. Mají velmi dobré kluzné i tlumicí vlastnosti, prakticky žádné nároky na mazání. Nevýhodou je špatná tepelná vodivost a značně odlišné hodnoty tepelné roztažnosti proti kovovým materiálům. SPÉKANÉ MATERIÁLY při výrobě jsou slinovány pod nižším tlakem, takže v nich vznikají prostory naplněné mazivem. Jedná se o tzv. samomazná ložiska. Nevýhodou je vyšší cena. DRUHY PODLE KOSTRUKCE RADIÁLNÍ Válcové Kuželové Hřebenové Kulové Obrázek 28 AXIÁLNÍ Válcové Prstencové Kulově zaoblené Hřebenové 31

DRUHY PODLE PROVEDENÍ RADIÁLNÍ LOŽISKA TRUBKOVÉ LOŽISKO (NEDĚLENÉ) Výrobně a konstrukčně nejjednodušší. Používají se pro malé zatížení a malé kluzné rychlosti. Většinou provedeno jako svařenec bez pánve. Mazání se provádí ručně nebo pomocí Staufferovy maznice otvorem v horní části ložiska. Nejsou dělená. Při jejich montáži/demontáži se musí Obrázek 29 demontovat hřídel, především když je ložisko uprostřed. Ložiska pro větší obvodové rychlosti mají pánev, ve které jsou mazací drážky, pro usnadnění přívodu maziva. DĚLENÁ LOŽISKA: Má vždy pánev a je sestaveno ze dvou částí. Dělící rovina prochází obvykle vodorovnou osou ložiska. Výhoda: možnost demontáže ložiska bez nutnosti demontáže hřídele. Pánev je většinou uchycená pevně (existují i ložiska, která mají pánev uchycenou kloubově, to umožňuje naklápění pánve způsobené např. průhybem hřídele). Obrázek 30 SEGMENTOVÁ LOŽISKA Mají kluznou plochu pánve tvořenou několika segmenty, které se mohou naklápět a ustanovit do nejvhodnější pracovní polohy. Vyznačují se klidným chodem. Použití: U vysokootáčkových hřídelů. Obrázek 31 32

AXIÁLNÍ LOŽISKA Mají rovinnou kluznou plochu, tvořenou: A) PEVNÝMI SEGMENTY Vzniknou rozdělením kluzné plochy radiálními drážkami. Musí být klínovitě zkoseny, aby byly vytvořeny předpoklady pro vznik hydrodynamické tlakové vrstvy. B) NAKLÁPĚCÍMI SEGMENTY Za provozu se samy ustaví do nejvhodnější pracovní polohy, která umožní hydrodynamické tlakové síly. SEGMENTOVÁ LOŽISKA, KLOUBOVÁ LOŽISKA a) naklápění na čepech b) naklápění na kuličkách c) pevné segmenty Obrázek 32 DĚLENÍ PODLE ZPŮSOBU MAZÁNÍ HYDRODYNAMICKÁ LOŽISKA Mazací olejový film se vytváří v důsledku rotace zatíženého hřídelového čepu, protože mazivo má určitou přilnavost ke kluzným plochám čepu i ložiska. Mazivo je rotujícím čepem unášeno a proudí v mazací vrstvě ve směru rotace čepu. Pokud není hřídelový čep zatížen, je ložisková vůle po celém obvodě stejná. Jestliže čep zatížíme určitou silou, posune se ve směru působení této síly a v důsledku otáčení čepu i mírně do strany. Mazivo, které ulpívá na povrchu čepu, je jím unášeno do zužující se mazací vrstvy, ve které se vytváří hydrodynamický tlak, působící proti zatěžující síle. Hydrodynamická síla, která vzniká v mazací vrstvě, je tím větší, čím větší je kluzná rychlost. Hřídelové čepy menšího průměru se musí otáčet rychleji než velké. 33

Mazivo (nejčastěji olej) je sbíráno jímkami 5 a 6 a pomocí čerpadla 3 je přes filtr 2 znovu dopravováno do tlakových trysek umístěných rovnoměrně podél kluzné plochy. Obrázek 33 HYDROSTATICKÁ LOŽISKA U tohoto mazání je přiváděn tlakový olej z čerpadla do ložiska několika otvory. Provozní tlak maziva (p= 20MPa) působí proti zatěžovací síle na ložisko. Tím je zaručeno, že hřídel "plave" v pánvi ložiska. Tento princip působení nezávisí na tom, zda se hřídel otáčí nebo stojí. Nevýhodou jsou vysoké náklady, které zabraňují rozsáhlému užívání těchto ložisek. Využívají se např. u turbín, generátorů elektráren, přesných obráběcích strojů, atd. Tlak v mazací olejové vrstvě se vytvoří pomocí vnějšího zdroje tlaku (nejčastěji zubovým čerpadlem). Vyznačují se velkou tuhostí uložení (závisí na reduktoru tlaku). Existují reduktory tlaku k dosažení nekonečně velké tuhosti (hřídelový čep má stálou polohu bez ohledu na velikost zatěžující síly). Použití: Pracovní vřetena obrábějících strojů (tuhost uložení ovlivňuje přesnost obrábění). 34

DRUHY KLUZNÉHO TŘENÍ A SUCHÉ f = 0,1 až 0,2, B POLOSUCHÉ f = 0,01 až 0,1, C KAPALINNÉ f = 0,001 až 0,01 Obrázek 34 Podle množství a tlaku maziva se tření rozděluje do 3 skupin: A) SUCHÉ TŘENÍ bez maziva. Pro použití v ložiscích je nevhodné (možné pouze u zvláštních druhů materiálů, které nevyžadují mazání). B) MEZNÍ TŘENÍ mezi plochami je mazivo, ale plochy se ve svých mikroskopických nerovnostech dotýkají. Tyto nerovnosti se provozem zahladí a z mezního tření nastane tření kapalinné. K tomuto tření dochází při tzv. zabíhání strojů, kdy se např. přizpůsobuje píst válci. C) KAPALINNÉ TŘENÍ tlak a množství maziva mezi stykovými plochami je natolik dostatečné, že za provozu se stykové plochy navzájem vůbec nedotýkají. Tento režim je nejvhodnější pro provoz ložiska. Čep je v ložisku uložen s vůlí. Protože povrch čepu není nikdy absolutně hladký, vznikají při otáčení čepu obvodové síly, které se snaží roztočit mazivo obsažené v prostoru mezi čepem a ložiskem do vzniklé klínové mezery. Tím vzniká v mazivu tlak, který nadzvedává čep. Při teoretickém nekonečném množství otáček se osa čepu vystředí v ose ložiska. Pro zvýšení hydrodynamického efektu se u velmi zatížených ložisek dodává mazivo do prostoru ložiska pod tlakem pomocí přídavného čerpadla. U velkých strojů (např. vodní nebo spalovací turbíny) je nutné zajistit dostatečné mazání i při doběhu stroje, kdy hydrodynamický efekt klesá. Pro zvětšení hydrodynamického účinku maziva se někdy používá tlakové mazání, které nadzvedává čep nad pouzdrem i při velmi malých otáčkách nebo v klidu. 35

KONSTRUKCE KLUZNÝCH LOŽISEK U standardního provedení konstrukce je uložení hřídele v ložisku tvořeno těmito částmi: ČEP je součástí hřídele. Materiál čepu je buďto tvrdší nebo alespoň stejně tvrdý jako materiál pouzdra. Některá zařízení s oběhovým tlakovým mazáním mají čep vyroben s otvory a drážkami pro rozvod maziva na stykové plochy. POUZDRO jedná se vlastně o nosnou část tělesa, ve které je uložen hřídel. U některých jednoduchých ložisek je pouzdro současně i kluznou částí. PÁNEV NEBO SEGMENTY - jedná se o kluznou část ložiska, která je vyrobena z ložiskového kovu. Z důvodu snadnější montáže bývá pouzdro i pánev dělené. Aby nedocházelo k axiálním posuvům pouzder v tělese, mají pouzdra boční osazení, kterými jsou upevněna v tělese. U některých drahých ložiskových materiálů je v pánvi ještě vytvořena výstelka. Jedná se o velmi tenké pouzdro z vlastního ložiskového kovu, které je vytvořeno vylitím do vnitřní plochy pouzdra a následným obrobením kluzné plochy (jedná se o 1 součást společně s pouzdrem). U některých ložisek (především axiálních) je pouzdro nahrazeno segmenty, které vytváří klínové prostory pro vytvoření hydrodynamického tlaku. Obrázek 35 36

Dělené kluzné ložisko, u kterého těleso 1 a víko 2 pomocí šroubů svírají dělenou pánev 3, ve které se otáčí čep. Obrázek 36 MONTÁŽ A ÚDRŽBA KLUZNÝCH LOŽISEK Před montáží ložiska je třeba zkontrolovat rozměry (čepu a vrtání ložiska). Podle požadované přesnosti provozu se provádí různá uložení. I šířka ložiska je důležitá, protože v příliš širokých ložiscích dochází již při malém natočení osy hřídele při průhybu k příčení, a tím opotřebení hran. 37

VÝPOČET KLUZNÝCH LOŽISEK U radiálních ložisek se nejčastěji podle známého průměru hřídele určí jejich délka pomocí zvoleného poměru: λ l λ d d Tento poměr λ se u běžných ložisek pohybuje v rozmezí 0,3 1. l Provede se kontrola otlačení: p F S p D S otlačovaná plocha S d l kde d je průměr kluzného ložiska a l jeho délka U málo mazaných nebo nemazaných kluzných ložisek je třeba ještě provést kontrolu na oteplení. Velikost vniklého tepla závisí jednak na obvodové rychlosti, jednak na stykové tlaku. Provede se kontrola oteplení: p v (p v) D v π d n Hodnota (p. v)d se u běžných ložisek pohybuje kolem 50 MPa. m.s 1 Příklad: Navrhněte a kontrolujte radiální ložisko zatížené silou F = 42 000 N, hřídel má průměr d = 40 mm a otáčky n = 600. Zvoleno: materiál cínový bronz 42 3016, = 90 MPa, (p v) D = 100MPa.m.s 1, λ = 0,5 Řešení: l λ d = 0,5.40 = 20 mm F p p S D p = 52,5 MPa F = F S d l = 42 000 40 20 p v (p v) D = p.v.d.n = 52,5. π. 0,04. 600 = 66 MPa. m.s 1 60 Ložisko z hlediska otlačení i oteplení vyhovuje. 38

Příklad Zadání: Navrhněte kluzné ložisko, jestliže je průměr čepu d = 70 mm, λ = 0,9 a = 20MPa. Na ložisko působí síla F = 55 kn. Řešení: Z rovnice l λ d Kontrola na tlak: p F S p D p F = F S d l = 55 000 70 63 p = 12,5 < 20 MPa = 12 500 20 Navržené ložisko vyhovuje. OPOTŘEBENÍ LOŽISEK ADHEZIVNÍ Adhezívní opotřebení je charakteristické oddělováním a přemísťováním částic kovu mezi dvěma stykovými plochami, kdy v důsledku relativního pohybu funkčních povrchů dochází k porušování povrchových vrstev materiálů. Ke styku povrchů dochází prostřednictvím velkého množství kontaktních plošek za spolupůsobení velkých sil. Pak vznikají plastické deformace a vytváří se mikrospoje. Vznik mikrospojů je doprovázen lokálním ohřevem materiálů a vzniká vhodné prostředí pro chemickou reakci kovu s okolním prostředím, která může dále zvýšit rychlost opotřebení. Obrázek 37 39

ABRAZIVNÍ Abrazívní opotřebení je charakteristické oddělováním částic z funkčního povrchu působením tvrdého a drsného povrchu druhého tělesa abrazívní částice. Typickým projevem abrazívního opotřebení je vznik rýh na povrchu funkční plochy, případně funkčních ploch, pokud abrazívní částice vnikne mezi dvě pohybující se tělesa. Počet vzniklých rýh bude nepřímo úměrný velikosti abrazívní částice, šířka rýhy odpovídá přibližně 10 až 20 % průměru částice. Obrázek 38 VIBRAČNÍ Vibrační opotřebení vzniká vzájemnými kmitavými tangenciálními posuny funkčních ploch při spolupůsobení normálového zatížení. Amplitudy kmitavého pohybu mohou být i velmi malé, v řádu 1 až 100 mm. Vibrační opotřebení je doprovázeno vznikem oxidů železa s typicky hnědočervenou nebo hnědočernou barvou. V praxi vzniká vibrační opotřebení u valivých ložisek, čepů, nalisovaných spojení náboje kola a hřídele. Obrázek 39 Opakování a prohlubování znalosti 1) Čím se liší pouzdro a pánev a jak jsou konstrukčně řešeny? 2) Kdy se použije segmentové ložisko? 3) Jaké jsou požadavky kladené na materiály ložisek? 4) Jak se volí délka ložisek? 5) Charakterizujte jednotlivé skupiny materiálů ložisek? 40

2.2.2.VALIVÁ LOŽISKA Valivá ložiska jsou založena na valivém pohybu valivých těles v ložisku. Smykové tření je nahrazeno valivým třením valivých tělísek, které mají tvar koule, válce, kužele, jehly nebo soudečku. Vzniká zde i smykové tření, a to mezi tělísky a klecí. Klec udržuje tělíska v požadované poloze na drahách kroužků. Podle směru působení přenášených sil se ložiska dělí na radiální a axiální. Většina radiálních ložisek však může nést i axiální sílu. Vzájemný pohyb je provázen valivým třením, které je menší než kluzné (smykové). Valivá ložiska obecně nesnášejí dlouhodobá rázová zatížení a nečistoty. Mají nižší součinitel tření oproti kluzným ložiskům. KONSTRUKCE VALIVÝCH LOŽISEK Valivé ložisko se skládá z následujících částí: vnitřní kroužek je uložen na hřídeli, vnější kroužek je uložen v náboji, valivé elementy jsou mezi kroužky. Jedná se buďto o kuličky, válečky, jehly (tenké válečky), kuželíky nebo soudečky, klec slouží k dodržení vzdálenosti mezi valivými elementy, aby se o sebe navzájem netřely. Jednoduchá valivá ložiska klec nemají a valivé elementy jsou naskládány jeden vedle druhého. Základním a nejjednodušším ložiskem je kuličkové ložisko. Základní typy válečkových ložisek: Obrázek 40 A - Kuličková ložiska radiální B Kuličková ložiska s kosoúhlým stykem C Naklápěcí kuličková ložiska D Válečková ložiska E - Jehlová ložiska F Kuželíková ložiska G Soudečková ložiska H Toroidní ložiska I Axiální kuličková ložiska K Axiální soudečková ložiska L Axiální kuželíková ložiska 41

KULIČKOVÁ LOŽISKA nejlevnější a nejběžněji používaný typ ložisek, vyráběna v mnoha provedeních a rozměrech. Vyznačují se jednoduchou konstrukcí a jsou nerozebíratelná, provozně odolná a nenáročná na údržbu. Mají relativně dobrou únosnost jak v radiálním, tak i v axiálním směru. Jsou vhodná pro vysoké i velmi vysoké otáčky. Vyrábějí se také jako zakrytá nebo utěsněná. Díky drahám pro kuličky v obou kroužcích může přenášet až 30% axiální síly. Vyrábějí se více variantách, např. jako ložiska s těsněním, s krycími plechy nebo s drážkou pro pojistný kroužek. Obrázek 41 RADIÁLNÍ KULIČKOVÉ LOŽISKO S KOSOÚHLÝM STYKEM Díky proti sobě upraveným drahám pro kuličky může toto ložisko přenést podstatně větší axiální zatížení, ale pouze v jenom směru. Pro zachycení axiálních sil v obou směrech je možné sdružovat ložiska do dvojic nebo použít dvouřadých ložisek (sdružená dvojice ložisek se dodává ve společném balení, ložiska s různých dvojic nejsou vzájemně zaměnitelná). Obrázek 42 42

KULIČKOVÁ LOŽISKA NAKLÁPĚCÍ Mají dvě řady kuliček s kulovou oběžnou drahou na vnějším kroužku. Jejich konstrukce umožňuje vzájemné naklopení kroužků (v závislosti na provedení ložiska cca 2-3 ). Jsou vhodná především pro uložení, u kterých dochází k průhybu hřídele nebo odchylkám od souososti. Únosnost těchto ložisek je menší než u rozměrově srovnatelných jednořadých kuličkových ložisek. Obrázek 43 Nejsou vhodná pro zachycení větších axiálních sil Obvykle se vyrábějí jak s válcovou, tak i kuželovou dírou, vyrábějí se také jako utěsněná nebo zakrytá. VÁLEČKOVÁ LOŽISKA Rozebíratelná ložiska určená především pro přenos velkých radiálních zatížení (v porovnání s rozměrově srovnatelnými kuličkovými ložisky mají až o 60% vyšší únosnost). Válečková ložiska kladou vysoké nároky na souosost čepu a ložiskového tělesa. JEHLOVÁ LOŽISKA Jsou to v podstatě válečková ložiska se štíhlými a dlouhými válečky (délka válečku je podle ISO nejméně 2,5-násobkem jeho průměru). Vyznačují se malou stavební výškou, vysokou přesností a tuhostí. Navzdory nízkému průřezu mají velkou radiální únosnost a jsou tedy neobyčejně vhodná pro uložení, kde je prostor radiálně omezený. Obrázek 44 Obrázek 45 43

KUŽELÍKOVÁ LOŽISKA Zpravidla jsou konstruována jako rozebíratelná. Na vnitřním a vnějším kroužku mají kuželovou oběžnou dráhu, v níž jsou uspořádané kuželíky. Mají vysokou únosnost a jsou vhodná především k zachycení současně působících velkých radiálních a axiálních sil. Umožňují zachytávat axiální síly pouze v jednom směru, montují se proto ve dvojicích proti sobě pokud možno co nejblíže u sebe. Mají vyšší únosnost než kuličková ložiska s kosoúhlým stykem, jsou však určena pro nižší rychlosti. Obrázek 46 SOUDEČKOVÁ LOŽISKA Mají dvě řady soudečků se společnou kulovou dráhou na vnějším kroužku. Jejich konstrukce umožňuje vzájemné naklopení kroužků, mají vysokou únosnost a mohou přenášet velká radiální a současně i axiální zatížení v obou směrech. Jsou vhodná pro velká zatížení při nesouosostech v uložení a při průhybech hřídele. Obvykle se vyrábějí jak s válcovou, tak i kuželovou dírou a jsou nerozebíratelná. Vyrábějí se také jako utěsněná. TOROIDNÍ LOŽISKA Jednořadá ložiska s dlouhými, mírně soudkovitými valivými elementy, oběžné dráhy vnitřního i vnějšího kroužku jsou vyduté a symetrické okolo osy procházející středem ložiska. Konstrukce ložisek kombinuje naklápěcí schopnost soudečkového ložiska, se schopností axiálního vyrovnávání typickou pro valivé elementy. Vyznačují se také relativně malou stavební výškou. Mají velmi vysokou radiální únosnost a to i tehdy, když ložisko musí kompenzovat nesouosost nebo axiální posunutí. Omezují vibrace v uložení. Obrázek 48 Obrázek 47 44

AXIÁLNÍ KULIČKOVÉ LOŽISKO Jsou určena pouze pro přenos axiálních sil, radiální síly nemohou přenášet. Vyrábějí se jako jednosměrná nebo obousměrná pro přenos axiálních sil v jednom resp. Obou směrech. Nevhodná pro vyšší rychlosti, mezní otáčky jsou omezeny nepříznivým vlivem odstředivých sil. Ložiska nesmí pracovat odlehčená aby nedocházelo k prokluzování kuliček. Pro kompenzaci nerovnoběžnosti opěrné plochy tělesa a hřídele je možné použít ložiska v provedení s kulovou dosedací plochou. Obrázek 49 AXIÁLNÍ VÁLEČKOVÁ LOŽISKA Jsou určena pro přenos velkých axiálních zatížení v jednom směru. Radiální síly nemohou přenášet. Tvoří tuhá uložení a jsou málo citlivá k rázovým zatížením. Použitelná pouze při nižších rychlostech, nesmí pracovat odlehčené, aby nedocházelo k prokluzování valivých elementů. Mají jednoduchý tvar a konstrukci, jsou rozebíratelná a vyžadující jen malý prostor v axiálním směru. Používají se hlavně tam, kde axiální kuličková ložiska nemají dostatečnou únosnost. Obrázek 50 45

AXIÁLNÍ JEHLOVÁ LOŽISKA Jsou určena pro přenos velkých axiálních zatížení v jednom směru, radiální síly nemohou přenášet. Tvoří tuhá uložení při minimálních prostorových nárocích a jsou málo citlivá k rázovým zatížením. Použitelná pouze při nižších rychlostech, nesmí pracovat odlehčené, aby nedocházelo k prokluzování valivých elementů. V uložení lze používat klece s jehlami samostatně nebo v kombinaci s kroužky různého provedení (vzhledem k možnosti vytvoření různých kombinací se všechny díly objednávají samostatně). Používají se hlavně tam, kde je prostor axiálně omezený AXIÁLNÍ SOUDEČKOVÁ LOŽISKA Mají velmi vysokou axiální únosnost, mohou přenášet také menší radiální zatížení. Jsou vhodná pro zachycení velkého axiálního zatížení a to i při relativně vyšších rychlostech. Jejich konstrukce umožňuje vyrovnat nesouosost mezi hřídelem a tělesem. Hřídelový kroužek a klec se soudečky tvoří nerozebíratelný celek. Vzhledem k vnitřnímu uspořádání vyžadují vždy mazání olejem. Obrázek 51 VIDEO 46

ZOBRAZOVÁNÍ VALIVÝCH LOŽISEK TOLERANCE Správná volba tolerancí má význam pro životnost ložiska. Nesprávnou volbou může dojít ke zmenšení radiální vůle, a tím ke snížení životnosti ložiska. Pro hřídel se volí přechodné uložení j6, k6. Otvory pro uložení vnějšího kroužku jsou tolerovány v soustavě jednotné hřídele. Pro n-hybný vnější kroužek se použijí tolerance J7, K7, pro posuvný H7, H8. AXIÁLNÍ POJIŠTĚNÍ KROUŽKŮ LOŽISKA Pojištění vnitřních kroužků lze provést pomocí pojistného kroužku, podložky se šroubem, s podložkou MB a upínacím pouzdrem. Vnější kroužky mohou být uchyceny pevně pomocí víček. Vnitřní kroužky není nutné pojistit. Obrázek 52 47

Obrázek 53 VÝPOČET VALIVÝCH LOŽISEK Hlavními kritérii pro volbu určitého druhu ložiska jsou: - velikost radiálního a axiálního zatížení, - směr působení axiální síly, - potřeba tuhosti hřídele nebo naopak umožnění jejího průhybu, - velikost prostoru pro ložisko v radiálním směru, - požadavek snadné demontáže, - přesnost uložení hřídelí. Výpočet ložisek namáhaných dynamicky je jiný než ložisek namáhaných staticky (provoz s velmi malými otáčkami nebo kývavými pohyby). LOŽISKA NAMÁHANÁ DYNAMICKY Při výpočtu valivých ložisek se vychází z požadované trvanlivosti ložiska C, která se obvykle udává v provozních hodinách nebo se určuje počet otáček. Požadovaná hodinová trvanlivost Druh zatížení 4 000 15 000 Stroje s přerušovaným chodem 20 000 30 000 Obráběcí stroje 40 000 60 000 Stroje pro těžký provoz (hutě, doly) 100 000 200 000 Stroje s požadovanou vysokou spolehlivostí Životnost je skutečná doba provozu ložiska až do vyřazení z jiných důvodů, než jsou známky únavy (např. hlučnost, velká radiální vůle). 48

Základní hodinová trvanlivost se určí podle vztahu: ( ) + Pro čistě axiální ložiska : POSTUP PŘI NÁVRHU LOŽISKA 1. určení průměru hřídele pro ložisko 2. Zvolíme velikost ložiska z ST určíme základní dynamickou a statickou únostnost C,. 3. Určí se reakce v ložisku, ( Hřídel představuje nosník na dvou podporách). 4. Stanoví se koeficienty X, Y. 5. Určí se dynamické ekvivalentní zatížení. 6. Vypočte se základní trvanlivost a porovná s požadovanou trvanlivostí. Reakce, je nutno násobit ještě součiteli přídavných sil,. Jejich velikost závisí na druhu stroje a na druhu převodů. Přesné hodnoty lze najít ve ST. SOUČINITEL PŘÍDAVNÝCH SIL: Součinitel Druh součinitele Velikost Vliv nepřesnosti ozubení pro přesná a běžná ozubená kola 1,05 2 Vliv připojeného stroje 1 2 Vliv druhu řemene ozubené řemeny 1,1 1,3 Vliv druhu řemene klínové řemeny 1,2 2,5 49

Příklad: Volte kuličkové ložisko pro hřídel s průměrem 40 mm, je li zatíženo silou = 3500N a má otáčky n = 1450. Jedná se o hřídel obráběcího stroje. Požadovaná základní trvanlivost je = 25 000 h. Řešení: Na ložisko nepůsobí axiální síla: + = 3500N = 0 X = 1 Základní dynamická únosnost: ŘEŠENÍ ( ) = 3500. = 45 348 N Ze St se volí ložisko 6408 ČSN 02 4630, které má dynamickou únosnost C = 49 000 N. Příklad: Navrhněte ložisko pro průměr 45mm, které je zatíženo radiální silou = 4,5kN. Jedná se o uložení hřídele s otáčkami n = 750. Požadovaná životnost ložiska je 7 roků v jednosměnném provozu. Řešení: dynamické ekvivalentní zatížení + = 4500N V návrhu se zanedbává axiální zatížení, tedy X = 1; Y=0 přepočet životnosti na hodiny je proveden tak, že pracovní směna má 8 hodin a uvažuje se asi 250 pracovních dnů za rok (po odečtení svátků, dovolené): = 8. 250. 7,5 = 15 000 hod ŘEŠENÍ Požadovaná dynamická únosnost: ( ) = 3500. = 30 702 N V ST lze najít jako ložisko s nejbližší hodnotou C. Jedná se o ložisko 7209, které Má základní únosnost C = 31 000N. 50

LOŽISKA NAMÁHANÁ STATICKY Staticky namáhaná ložiska mají velmi malé otáčky nebo konají pouze kývavý pohyb. U těchto ložisek se kontroluje statická bezpečnost: Určení statického ekvivalentního zatížení je podobné jako při dynamickém namáhání: + Pokud radiální ložisko není zatíženo axiální silou, pak Příklad: Jednořadé radiální kuličkové ložisko se zatížením, koná pravidelný kývavý pohyb. Volte jeho velikost, má-li se použít pro průměr hřídele v rozmezí 18 22 mm, a kontrolujte statickou únosnost. Podle ST je statická bezpečnost Minimální požadovaná základní statická únosnost: = 1,5.1.3650 = 5475 N Vyhovuje ložisko 6204 pro průměr hřídele 20mm a = 6200N. Opakování a prohlubování znalosti 1) Vyjmenuj druhy valivých ložisek. 2) Konstrukce valivých ložisek? 3) Naskicuj čtyři druhy valivých ložisek? 4) Jaké znáš valivé segmenty? 5) Jak bys postupoval při návrhu ložiska? 6) Co ovlivňuje volbu ložiska? 51

2.2.3. MAZÁNÍ A TĚSNĚNÍ LOŽISEK Pro valivé ložiska není mazání nutné. Toto má význam hlavně u kluzných ložisek, kde je velká třecí plocha. Především u těch způsobů mazání, kdy mazivo cirkuluje, odvádí mazivo tepelnou energii ze třecích stykových ploch. Vzájemným třením může dojít k vylamování nepatrných pevných částic ze stykových ploch. Pokud nejsou tyto nečistoty odvedeny mazivem ze stykových ploch, mohly by vyvolat další poškození materiálu. MAZIVA Maziva se dělí podle své viskozity na: a) kapalná maziva nejčastěji se používají minerální oleje. Typickým příkladem je mazání motoru automobilu, b) plastická maziva - typickým příkladem je vazelína, c) tuhá maziva - jsou méně rozšířena. Tuhým mazivem je např. grafit. ZPŮSOBY MAZÁNÍ OLEJ a) KRÁTKODOBÉ je poměrně ztrátové, protože olej z mazaných ploch velmi rychle vytéká. Používá se pouze pro málo zatížená ložiska. Olejničkou Olejovou maznicí při plnění maznice se kulička zvenku stlačí. Během provozu pružina působící na kuličku z ní dělá zpětný ventil. Pro plnění této maznice se používá buďto ruční nebo mechanický mazací lis. Obrázek 54 52

Knotovou maznicí knot ponořený do nádobky s olejem postupně svou nasákavostí dopravuje olej k mazanému místu (olej odkapává z volně visícího konce knotu díky gravitaci). Obrázek 55 b) DLOUHODOBÉ Beztlakové mazání. Kroužkové kroužek volně nasunutý na hřídeli (drážka je pro vymezení axiální vůle). Při rotaci se excentricky vyosí a ponořuje se do olejové náplně. Při průchodu prostorem nad hladinou se olej odstředivou silou rozstřikuje po celém mazaném prostoru. Obrázek 56 Olejovou lázní princip mazání je shodný s kroužkovým mazáním. Jediným rozdílem je to, že rozstřikování oleje způsobuje přímo tvar součásti, která je částečně ponořena do oleje. Pro správnou funkci je důležité, aby ponořená součást měla buďto přerušení tvaru nebo neokrouhlý tvar (jinak nedojde k vynesení oleje z náplně plní tuto funkci valivé elementy). Obrázek 57 53

Tlakové mazání - oběhové mazání - olej cirkuluje mazaným prostorem pomocí čerpadla (obvykle se používá zubové čerpadlo), - vstřikovací mazání - je vlastně zdokonalenou variantou oběhového mazání. U mazacích míst jsou umístěny trysky, jimiž proudí do ložisek pod tlakem olej. Tento způsob patří k nejdokonalejším způsobům mazání má velký odvod tepla i nečistot. PLASTICKÉ MAZIVO beztlakové mazání: - ruční pomocí stěrky používá se výjimečně u velmi málo namáhaných ložisek, - maznice na plastické mazivo její funkce je shodná s olejovou maznicí (plnění mazacím lisem). Teplem vzniklým v ložisku se mazivo rozpouští a vykapává do ložiska. - Staufferova maznice víčko se odšroubuje, naplní mazivem a zašroubuje na maznici. Další funkce je shodná s normální maznicí. POZOR při vyšroubování víčka je toto prázdné, protože náplň zůstala v maznici. Víčko se nesmí znovu plnit mazivem, protože při zašroubování by bylo v maznici příliš mnoho maziva a to by bylo vytlačováno z maznice vlastním tlakem ještě v dosti tuhém stavu mazivo by kladlo ložisku velký odpor, ložisko by jednak ztrácelo energii, jednak by se příliš zahřívalo. Obrázek 58 - samočinná maznice - je zdokonalenou variací Staufferovy maznice mazivo je vtlačováno do mazacího prostoru deskou ovládanou tlačnou kuželovou pružinou (kuželovou proto, aby při plnění deska dosedla až na víčko maznice. Tento způsob mazání je již na hranici mezi beztlakovým a tlakovým mazáním. Obrázek 59 Obrázek 60 54

tlakové mazání: - ruční mazací lis, - mechanický mazací lis. Obrázek 61 2.2.4. TĚSNĚNÍ Aby se do ložisek nedostaly nečistoty, které by mohly poškodit kluzné plochy, je třeba zabránit vniknutí takových nečistit do prostoru ložiska. V podstatě se používají 3 druhy těsnění: DOTYKOVÉ TĚSNĚNÍ (TŘECÍ) příkladem je plstěný kroužek ČSN 02 3655, u kterého se při montáži musí obdélníkový průřez těsnění dostat do lichoběžníkového tvaru drážky v tělese ložiska. Obrázek 63 Obrázek 62 55

TĚSNĚNÍ GUFERO je velmi rozšířeným způsobem těsnění. Je vyrobeno z tvrdé syntetické pryže a těsnicí břit je přitlačován na hřídel kovovou pružinou navlečenou po obvodu na Gufero. Protože dotyková plocha je malá, má Gufero také nízké ztráty. Nevýhodou jsou vysoké požadavky na drsnost povrchu hřídele a ztráta těsnosti při poškození povrchu hřídele. BEZDOTYKOVÉ TĚSNĚNÍ - mezi hřídelí Obrázek 64 a tělesem je vytvořena dlouhá úzká mezera. Kapalina nebo plyn, které se snaží dostat přes tuto mezeru. ztrácí svou energii třením o plochy štěrbiny. Bezdotykové těsnění nikdy dokonale netěsní, avšak má nulové opotřebení. Nevýhodou jsou požadavky na přesnost výroby a problémy s průhybem hřídelí. Nejjednodušším příkladem je štěrbinové těsnění. Většího utěsnění se dosáhne, když se u štěrbiny střídají malé prostory s velkými. Unikající kapalina nebo plyn musí měnit svou rychlost, dochází k víření a větším ztrátám energie tohoto plynu nebo kapaliny. Obrázek 65 Další bezdotykové těsnění je labyrint. Plyn nebo kapalina při průchodu tímto těsněním musí měnit svůj směr, mění se zde i obvodové rychlosti a tím opět dochází ke ztrátám energie unikající látky z nebo do utěsňovaného prostoru. Obrázek 66 56

Pokud se použije dotykové i bezdotykové těsnění, vznikne kombinované těsnění. U těsnění uvedeném na obrázku plstěný kroužek zcela uzavírá prostor ložiska a labyrint brání přístupu nečistot (které by mohly poškodit těsnicí plochu) k tomuto kroužku. PŘÍKLADY TĚSNĚNÍ LOŽISEK: Obrázek 67 57

2.2.5. ROVINNÁ VEDENÍ Rovinná vedení slouží k realizaci posuvného přímočarého pohybu strojních součástí, např. pracovních stolů obráběcích strojů. Rozdělují se do dvou základních skupin vedení kluzná a vedení valivá. KLUZNÁ VEDENÍ Podstata funkce kluzných vedení je stejná jako podstata funkce kluzných ložisek. Při posuvném přímočarém pohybu jedné části vůči druhé vzniká v kluzné ploše tření. Proto se snažíme, aby kluzné plochy byly dostatečně mazány. Jelikož kluzná rychlost je u vedení mnohem menší než u kluzných ložisek, nejsou zde vytvořeny podmínky pro vznik hydrodynamické mazací vrstvy. Zajistit kapalinné tření u kluzných vedení je proto možné pouze pomocí hydrostatického mazání. Na celé kluzné ploše pohybující se části je proto nutné vytvořit dostatečný počet hydrostatických komor, do kterých se přivádí tlakový olej přes reduktor tlaku. TVARY KLUZNÝCH VEDENÍ: plochá vedení rybinovitá vedení prizmatická vedení kruhová vedení hydrostatické kluzné vedení 58

VÝHODY: bez tlakového maziva, nenákladný provoz, dobré tlumení. NEVÝHODY: trhavé pohyby vlivem nestejného koeficientu tření za klidu a za pohybu vývin tepla a opotřebení. Obrázek 68 VALIVÁ VEDENÍ Podstata funkce valivých vedení je stejná jako podstata funkce valivých ložisek. Mezi pohybujícími se částmi jsou valivá tělíska, nejčastěji kuličky, uložená ve valivé dráze. Valivé vedení se velmi často používá u matic pohybových šroubů (při stavbě transportních zařízení a výrobních linek, u přesných pohyblivých vedení výrobních strojů, atd.). Obrázek 69 59

Opakování a prohlubování znalosti 1) Jaké se používají pro kluzná ložiska maziva? 2) Jaké znáte způsoby mazání? 3) Účel těsnění, druhy? 4) Jaké znáte rovinné vedení, rozdělení, použití? 60

ZDROJE LITERATURA: 1. České státní normy Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. dostupné na WWW: <http://csnonline.unmz.cz/vyhledavani.aspx>. 2. Josef Dilinger a kolektiv. Moderní strojírenství pro školu a praxi. Praha - SOBOTALES CZ 2007. 978-80-86706-19-1. 3. J. Leinveber, J. Řasa, P. Vávra. Strojnické tabulky. ALBRA - pedagogické nakladatelství, Úvaly 2003. 80-86-490-74-2. 4. Frischherz, Skop, Knourek. Technologie zpracování kovů - příklady. Praha : Wahlberg Praha, 1993. 80-901657-2-9. 5. Ing. Karel Mičkal. Sbírka úloh z technické mechaniky. Praha : Informatorium, 1995. 80-85427-50-8. 6. R. Kříž a kol. Strojní součásti I. Praha : SNTL, 1984. 04-227-84. 7. J. Heller, Z. Huška. Strojní součásti II. Praha : SNTL, 1986. 04-222-86. 8. Kříž, Rudolf. Strojní součásti I. Praha : SNTL, 1984. 04-227-84. 9. J. Bartoš, P. Gajdoš, V. Novák. Strojní součásti. Praha : SNTL, 1963. 19207/62-II/2. 10. R. Kříž a kol. Stavba a provoz strojů I. Praha : SNTL, 1977. 16605/76-211. 11. Doleček Josef, Holoubek Zdeněk. Strojnictví I. Praha : SNTL, 1988. 12. Jiří, Zelený. Stavba strojů - strojní součásti. Brno : Computer Press, 2003. 80-7226- 311-0. 13. Doleček Josef, Novák Vítězslav. Strojnictví I - Části strojů a mechanismy. Praha : SNTL, 1970. 14. Doleček Josef, Novák Vítězslav. Strojnictví II - Části strojů a mechanismy. Praha : SNTL, 1970. 15. Fischer, U. aj. Základy strojnictví. Praha : Europa-Sobotáles cz s.r.o., 2004. 16. Bolek, A., Kochman, J., aj. Částí strojů Praha : SNTL, 1989. 61

INTERNET: FOTO Obr. č 8 http://www.kovovyroba-prodej.cz/fotky25126/fotos/_vyr_22595.jpgohebný hřídel Obrázek 14 http://www.service-ps12.cz/eshop/images/002.jpg Obrázek 15 http://www.agrozetshop.cz/fotocache/bigorig/111781310030.jpg Obrázek 18 http://www.junker.cz/wassetsjunker/bilder/technologie/weblication/wthumbnails/kurbelwellebestandteile-cz[fd54913e92eb7d3daae1a901ce073f2a].png Obrázek 19 http://www.nej-ceny.cz/image-shop/162179/original/ohebny-hridel-dremel-225.jpg Obrázek 20 http://i.idnes.cz/12/042/cl6/fdv429e93_vacka.jpg Obrázek 21 http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2008/04/motor.png Obrázek 22 http://www.kks.zcu.cz/pro-studenty- KKS/Studijni_podklady/PRIRUCKA/CADIS/MDOC/B/B2/B2_1/b2_1_a.gif Obrázek 23 http://www.kks.zcu.cz/pro-studenty- KKS/Studijni_podklady/PRIRUCKA/CADIS/MDOC/B/B2/B2_1/b2_2_a.gif Obrázek 24 http://www.vkloziska.cz/editor/image/produkty1/tn_obrazek_22.gif Obrázek 25 http://www.loziska-vokoun.cz/rubriky/loziska/kulickova-loziska-s- Obrázek 26 https://encryptedtbn1.gstatic.com/images?q=tbn:and9gcs0a2aqcfnnzjzntfela4rw1tge9ry4eivhwbv Yb5vizG7l21d5 Obrázek 27 https://encrypted-tbn1.gstatic.com/images?q=tbn:and9gcr8deomtd7dum1evhyksmhz_0bba5tq Obrázek 28 http://www.kks.zcu.cz/pro-studenty- KKS/Studijni_podklady/PRIRUCKA/CADIS/MDOC/C/C3/C3_1/c3_1.htmobr Obrázek 29 http://www.mateza.cz/produkty/017001.jpg Obrázek 30 http://www.brinckrohrverbinder.de/shop/images/product_images/popup_images/rohrverbinder_1710c_0.jpg Obrázek 31 http://www.pkservis.com/data/web/cooper/30183-resize.jpg Obrázek 32 http://www.tribotechnika.sk/application_data/tribo/uploads/image/tribo_4_2011/gtw.jpg Obrázek 33 http://www.kks.zcu.cz/pro-studenty-kks/studijni_podklady/prirucka/cadis/mdoc/c/c3/c3_1/c3_1.htm Obrázek 34 http://www.techlab.cz/cs/navrhradlozisek_soubory/image001.gif 62

Obrázek 35 http://www.techlab.cz/cs/navrhradlozisek_soubory/image004.gif Obrázek 38 http://www.kks.zcu.cz/pro-studenty- KKS/Studijni_podklady/PRIRUCKA/CADIS/MDOC/C/C3/C3_1/c3_1_c.gif Obrázek 39 http://degradace.tf.czu.cz/aa/aa058d1.jpg Obrázek 40 http://www.techmagazin.cz/obrazky/techmagazin092012/p2.jpg Obrázek 41 http://degradace.tf.czu.cz/av/av003c2.jpg Obrázek 42 http://www.mitcalc.cz/doc/help/pic/bearings.gif Obrázek 44 https://encrypted-tbn3.gstatic.com/images?q=tbn:and9gctnowf8tj2hm- 0cGZTbKf94eV8MK3qlHUhae632420_mzAOAWA_ Obrázek 44 http://www.exvalos.cz/soubory/image/loziska_valiva/loziska_s_kosouhlym_stykem.jpg Obrázek 45 http://www.exvalos.cz/soubory/image/loziska_valiva/loziska_s_kosouhlym_stykem.jpg Obrázek 46 http://eshop.exvalos.cz/c/81-category/valeckova-loziska.jpg Obrázek 47 http://www.oblibene.org/userdata/shopimg/zubalik-prodej/image/loziska_2a99b4dc.png Obrázek 48 http://loziska-gufera.cz/files/img/kuzelikova-loziska.gif Obrázek 49 http://loziska-gufera.cz/files/img/soudeckova-loziska.gif Obrázek 50 http://www.exvalos.cz/soubory/image/loziska_valiva/carb.jpg Obrázek 51 http://www.skf.com/images/cat/images/1/1_8/1300f04.gif Obrázek 52 data:image/jpeg;base64,/9j/4aaqskzjrgabaqaaaqabaad/2wceaakgbhepebqqebavehmqfxareb AQGRAQEhYVGBQVFBUWFxQXHiYgIxkjGRUSIC8hLycsLSwtFR4xNzAqNSYrLSkBCQoKDgwOGg8PGi4fH xwumcosliwplcoplckskswpkswplckpkskslckpkswplcwplcwskswslcwslcwslckskf Obrázek 53 http://eshop.exvalos.cz/108201-home/29322.jpg Obrázek 54 http://www.loziska-vokoun.cz/rubriky/loziska/upinaci-pouzdra.jpg Obrázek 55 http://www.kks.zcu.cz/pro-studenty-kks/studijni_podklady/prirucka/cadis/mdoc/c/c2/c2_1/c2_1.htm Obrázek 56 http://www.loziska-vokoun.cz/rubriky/loziska/mazaci-technika.jpg Obrázek 60 http://www.lukos.cz/foto/produkty/m1_m4.jpg 63

Obrázek 61 http://www.lukos.cz/foto/produkty/maz15.jpg Obrázek 63 http://www.uni-max.cz/fotocache/dt_small/trg2096_010_psd.jpg Obrázek 64 https://encryptedtbn2.gstatic.com/images?q=tbn:and9gcsrv1b09xi6okyfjsalvehmc1mgmdj4kwhpgv2uv6i2phxbyk87 Obrázek 65 http://www.skf.com/images/cat/images/1/1_0/0008f53.gif Obrázek 66 http://www.vkloziska.cz/editor/image/produkty1/tn_obrazek_68.jpg Obrázek 67 http://www.skf.com/images/cat/images/1/1_0/0008f40.gif Obrázek 68 https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:and9gcsokcgrpmkx-tuwviqohq0zprmahvlxtyd- ZEOIAEBKhj6S3IQ2 Odkazy ze dne 31. 3. 2014 VIDEO http://www.youtube.com/watch?v=vxrph6cfl1y PŘÍLOHY: Č.1 64

Č.2 Č.3 Č.4 65