Vratilo

Vratilo je strojni dio koji prenosi rotacijsko gibanje i zakretni moment, to jest snagu. Služi i kao prijenosni element ili dio prijenosnoga sustava između pogonskog i pogonjenoga stroja. Ima oblik vitkoga cilindričnog tijela, u uzdužnom je smjeru najčešće različitih promjera, što ovisi o predviđenim naprezanjima, ali i o potrebi da se na mjestima promjene presjeka omogući pričvršćivanje dijelova koji preuzimaju, ili na vratilo prenose okretni moment (zupčanici, tarenice, remenice i drugo). Istodobno je opterećeno na savijanje i uvijanje (torzija). Vrlo je slično osovini, koja, međutim, ne prenosi okretni moment i napregnuta je samo na savijanje. Vratila se izvode kao puna ili cjevasta, a za manje snage te za posebne namjene i savitljiva (na primjer na mjerilima brzine vozila, specijalnim nastavcima brzohodnih ručnih alata). Posebno su prilagođene izvedbe neka vratila radnih i pogonskih strojeva, na primjer koljenasto vratilo u motorima s unutarnjim izgaranjem, zglobno ili kardansko vratilo za spajanje dijelova kojima se osi rotacija ne poklapaju, nažlijebljeno vratilo, koje na sebi nosi na primjer uzdužno pomične zupčanike ili remenice s pomoću kojih se mijenja omjer prijenosa, poluvratilo za prijenos momenta na pogonske kotače vozila, bregasto vratilo (grebenasto vratilo) s izbočinama jajolika oblika (greben) za periodično otvaranje ventila (na primjer u četverotaktnim motorima s unutarnjim izgaranjem pri rednom razmještaju cilindara), uključivanje sklopki i slično.^[1]

Vratilo je strojni dio kojim se prenosi zakretni moment i snagu, a može biti opterećeno i na savijanje; za razliku od osovine kojom se ne prenosi zakretni moment i koja je opterećena samo na savijanje. Dok osovina može i mirovati (tada ostali strojni elementi na njoj rotiraju), vratilo se uvijek okreće jer prenosi zakretni moment. Vratila su, za razliku od osovina, u pravilu okretni ili rotirajući elementi.^[2] Vratilo se, dakle, proračunava u prvom redu na uvijanje (torziju) pa po potrebi i na savijanje; za razliku od osovine koja se proračunava samo na savijanje.

Vratila moraju imati određene geometrijske diskontinuitete kako bi se mogla pričvstiti na drugi strojni dio kojim odvode/prenose zakretni moment - to su najčešće utori za pero (klin), ali se redovito koriste i stezni spojevi. Dotične promjene u promjeru vratila, gledano u uzdužnom (aksijalnom) presjeku, izazivaju koncentracije naprezanja, pa je jako bitno dobro konstruirati dotične prijelaze i naslone na vratilu (na primjer za ležaje, zupčanike, remenice). Najčešće se koriste (velika) zaobljenja i stožci, kako bi se što blaže skrenuo tok zakretnog momenta i time smanjila koncentracija naprezanja.

Vratila mogu biti ravna ili koljenasta (uobičajeni naziv je koljenasto vratilo ili radilica). Ravna vratila mogu biti valjkasta ili posebno profilirana (četverokutni presjek, žljebljena vratila, poligonska vratila i sl.). Posebnu kategoriju čine zglobna, teleskopska i savitljiva vratila. Vratila, odnosno kombinacija vratila za prijenos okretnih momenata na veće udaljenosti, naziva se transmisija. Za prijenos snage s brodskog motora na brodski vijak služi osovinski vod (ne brodsko vratilo!), koji pored momenta uvijanja, prenosi i znatnu aksijalnu silu – poriv brodskog vijka.

Radi smanjenja težine, osovine i vratila mogu biti šuplji, s uzdužnim provrtom, što poskupljuje izradu. Pri tome je korist od smanjenja težine veća nego šteta od smanjenja čvrstoće i krutosti. Na primjer vratilo s promjerom provrta 0,5 ∙ d je lakše 25 %, a momenti otpora se smanjuju samo oko 5 %.

Za prijenos snage između pokretnih pogonskih i radnih agregata upotrebljava se i savitljiva vratila (za pogon brojila, mjerila brzine vozila i brzine vrtnje, bušilica i drugih alata). Sastoje se od višeslojne žičane jezgre, koja se vodi u savitljivoj metalnoj cijevi.

Opterećenja osovina na savijanje potječu od njihove vlastite težine, težine drugih strojnih dijelova koji su na njima ugrađeni, djelovanja vanjskih sila, a kod vratila još i od djelovanja obodnih sila koje stvaraju momente uvijanja i istovremeno pritišću vratilo. Prema njihovoj geometrijskoj središnjici vratila se dijele na ravna i koljenasta. Koljenasta vratila su vrlo važni dijelovi parnih strojeva, motora s unutrašnjim izgaranjem, kompresora i tako dalje.^[3]

1. ↑ vratilo, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.
2. ↑ [2]  Arhivirana inačica izvorne stranice od 28. veljače 2017. (Wayback Machine) "Konstrukcijski elementi I", Tehnički fakultet Rijeka, Božidar Križan i Saša Zelenika, 2011.
3. ↑ "Tehnička enciklopedija" (Elementi strojeva (strojni dijelovi)), glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.