Osovine i Vratila

1. VRATILA I OSOVINE 1.1 OSNOVNI POJMOVI

Vratila i osovine su nosači obrtnih mašinskih delova i njihovim posredstvom se prenose opterećenja. Vratila su obrtni mašinski delovi kružnog poprečnog preseka i opterećena su složeno na savijanje i uvijanje. Mogu postojati i naprezanja u aksijalnom pravcu, ali se u proračunu zanemaruju. Osovine su mašinski delovi koji, za razliku od vratila, ne prenose obrtne momente i nisu opterećene na uvijanje. Opterećene su na savijanje i eventualno na zatezanje ili pritisak.

Na slici pod (b) radi se o osovini jer obrtni nosač nije opterećen na uvijanje zbog toga što je doboš direktno kruto vezan za zupčanik.

Vratila

Vratilima se prenosi obrtni moment sa jednog obrtnog dela na drugi. Mesta na vratilu na koja se postavljaju obrtni mašinski delovi nazivaju se podglavci a mesta gde se vratilo oslanja na ležaje - rukavci. Prečnik vratila se menja stupnjevito u pravcu ose. Mogu se podeliti na:
vratila prenosnika snage
pogonska vratila rotora energetskih mašina (el. motora, centrifugalnih pumpi,ventilatora, turbina ....)
specijalna vratila 1

2

Osovine

Osovine mogu biti obrtne i neobrtne. Obrtne osovine su kružnog poprečnog preseka dok neobrtne mogu biti bilo kojeg preseka.

3

4

Osovinice

Osovinice su osovine male dužine u odnosu na poprečni presek. Koriste se za ostvarivanje zglobnih veza. Za razliku od osovina kod kojih je dominantno savijanje, osovinica su složeno opterećene na savijanje i smicanje.

1.2 MATERIJALI ZA IZRADU OSOVINA I VRATILA

Vratila i osovine se najčešće izrađuju od ugljeničnih čelika negarantovanog (Č 0545 i Č0645) i garantovanog (Č 1430 i Č1530) hemijskog sastava zbog niže cene i dobre obradljivosti. Kod jako opterećenih vratila i osovina mogu koriste se legirani čelici: Č 4131, Č4320, Č4321, Č4720, Č4721, Č4730, Č4731, Č4732 i Č5420. Legirani čelici za cementaciju se koriste kod su pojedini delovi vratila ili osovina izloženi intenzivnom habanju usled trenja klizanja: rukavci za klizne lezaje, bregasta vratila, kad se zupčanik izrađuje izjedna sa vratilom, kolenasta vratila i sl.

5

1.3 DIMENZIONISANJE OSOVINE

Kod osovina je dominantno naprezanje na savijanje. Zbog toga je za dimenzionisanje osovine merodavan normalni napon na savijanje:

σs =

M ≤ σ doz W

gde je:

σs σ doz

M W

- normalni napon na savijanje [N/mm2] - dozvoljeni napon na savijanje [N/mm2] - moment savijanja [Nmm] - otporni moment [mm3]

Za osovine punog kružnog poprečnog preseka otporni moment iznosi: W=

d 3π 32

Zamenom ove vrednosti u prethodnoj formuli dobija se računski prečnik osovine: U slučaju da je veza osovine i obrtnog elementa ostvarena klinom mora 32 ⋅ M se izračunati prečnik povećati za dubinu d =3 žleba za klin pa zatim standardizovati na π ⋅ σ doz prvu veću vrednost.

6

Dozvoljeni napon na savijanje se određuje po formuli:

σ doz = gde je:

[σ s ]

σ DMs σ Ds

[σ s ] = σ DMs S

S

=

σ Ds KD ⋅ S

- kritični napon na savijanje - trajna dinamička čvrstoća mašinskog dela(osovine) na sav. - trajna dinamička čvrstoća epruvete na savijanje

σ Ds = σ Ds(−1) - kod obrtnih osovina (naizmenična promena napona) σ Ds = σ Ds(0 ) - kod neobrtnih osovina (jednosmerna prom. napona)

S

KD

- usvojeni stepen sigurnosti za dimenzionisanje (S≈2) S = 1,5 ... 2,5 - koeficijent dinamičke izdržljivosti

Za grube proračune ili kada oblik osovine nije poznat usvaja se na osnovu tablice:

Za preciznije proračune (proveru stepena sigurnosti u kritičnim presecima) računa se po sledećoj formuli:

KD =

βk ξ1 ⋅ ξ 2 ⋅ ξ 3 7

gde su:

ξ1 ξ2 ξ3 βK

- faktor koji uzima u obzir veličinu preseka - faktor koji uzima u obzir stanje površine - faktor koji uzima u obzir ojačanje površinskog sloja - efektivni faktor koncentracije napona

Ovi se faktori usvajaju iz sledećih tabela:

8

9

Provera stepena sigurnosti osovine

Proveru stepena sigurnosti osovine treba izvršiti na mestima izražene koncentracije napona (žlebovi za klinove, poprečni otvori, delovi osovine sa navojem, spojevi vratila sa obrtnim delovima i dr.) i gde su napadna opterećenja velika a preseci mali. Na mestu svake od glavčina postoji ovakav presek. Stepen sigurnosti osovine napregnute na savijanje se određuje po formuli:

Ss =

σ Ds ⋅ ξ1 ⋅ ξ 2 ⋅ ξ 3 βk ⋅σ s

Izračunati stepen sigurnosti treba da bude veći od 1,5 .... 2,5 što zavisi od mogućnosti da dođe do odstupanja podataka koji su korišćeni pri izračunavanju ove veličine.

10