ELEMENTI STROJEVA - FESB

ρ ρ
ρ
a) b) c)
Slika 7.2: Različite izvedbe rukavaca
a) cilindrični rukavac b) konični rukavac c) okrugli rukavac
Uobičajeno je umjesto naziva vratilo primijeniti naziv osovina kad god je iz samog opisa jasno da
se radi o elementu opterećenom na torziju, npr. osovina reduktora, koljenasta osovina, kardanska
osovina, osovina kormila, osovina motora (turbine, pumpe...), ili općenito pogonska osovina.
7.1 MATERIJALI I OBLIKOVANJE OSOVINA I VRATILA
Pri izboru materijala za osovine i vratila potrebno je, osim karakteristika čvrstoće, uzeti u obzir i
otpornost materijala na koncentraciju naprezanja, te otpornost na koroziju. Posebno je
karakteristično za čelike visoke čvrstoće da su osjetljivi na koncentraciju naprezanja koja nastaje
uz prijelaze s jednog na drugi promjer, uz žljebove za pera i klinove, žljebove za uskočnike i
slično. Za izradu osovina i vratila upotrebljavaju se konstrukcijski čelici, poboljšani čelici i čelici
za cementiranje. Karakteristike čvrstoće spomenutih materijala navedene su u tabeli 7.1.
Sve osovine i vratila, a naročito ako su vučene i hladno vučene, a nisu normalizirane, imaju
zaostala naprezanja: veliki tlak na površinskom sloju, a niski vlak u jezgri, slika 7.3a. Poslije
rezanja, a naročito poslije izrade utora za klin, ravnoteža zaostalih naprezanja se naruši, i vratilo
se savine bez djelovanja vanjskog opterećenja, slika 7.3b. Ovaj progib iznosi čak oko 1mm za
vratilo promjera ∅ 50 na duljini utora od 1000 mm. Zato je obvezna završna obrada nakon
rezanja utora za klin. Obično brušenje samo dosjednih ploha zadovoljava. Rukavci, prelazi,
dosjedi, mjesta za brtvenice i sl. fino se tokare ili bruse, odnosno komprimiraju, lepuju ili
obrađuju superfiniš postupkom. Ova završna obrada se bezuvjetno radi poslije termičke obrade.
Zbog naglih promjena presjeka uzrokovanih prijelazima s manjega na veći promjer i obrnuto,
utorima za uskočnike, rupama itd. osovine i vratila u pravilu trpe veliku koncentraciju naprezanja.
Pri cikličkom opterećenju ovo može dovesti do loma zbog zamora materijala. Odgovarajućim
oblikovanjem, posebno oko kritičnih mjesta, ova opasnost se može znatno ili potpuno ukloniti.
7.2 OPTEREĆENJA OSOVINA I VRATILA
Većina osovina i vratila mogu se u praksi smatrati nosačima na dva ili više ležaja, klizna ili
valjna. Vanjske sile koje djeluju na elemente smještene na osovini ili vratilu (zupčanike,
remenice, lančanike, koloture itd.) uzrokuju reakcijske sile u ležajevima koje skupa s vanjskim
silama uzrokuju momente savijanja u poprečnim presjecima. Sile, a time i momenti savijanja,
općenito djeluju u dvije okomite ravnine (ravnini x−z i y−z na slici 7.5). Momenti savijanja M sx i
M sy stvaraju u tim dvjema ravninama rezultirajući moment savijanja M s , koji u osovini ili vratilu
uzrokuje naprezanje na savijanje:
137