Ungerea reductoarelor cu roţi dinţate

1. Noţiuni generale

Pentru ungerea angrenajelor, cel mai des utilizate sunt unsorile şi uleiurile minerale. Lubrifiantul trebuie ales în aşa fel încât să nu degradeze roţile dinţate, sistemele de etanşare sau lagărele şi să prezinte o mare stabilitate în funcţionare. Trebuie avut în vedere şi faptul că portanţa peliculei de lubrifiant creşte odată cu creşterea viscozităţii, motiv pentru care la angrenajele puternic solicitate la contact sunt recomandate uleiuri cu o viscozitate mai mare, iar la angrenajele puţin încărcate sunt indicate uleiuri cu viscozitate mai mică. În cazul în care angrenajul funcţionează cu şocuri, menţinerea peliculei de lubrifiant este dificilă, motiv pentru care se va folosi un ulei cu o viscozitate mai mare.

Având în vedere viteza periferică a roţilor dinţate, la viteze periferice mari este recomandată utilizarea uleiurilor mai fluide, deoarece, în cazul acesta, roţile antrenează o cantitate mai mare de ulei, iar frecarea lubrifiantului cu roţile dinţate şi pereţii carcasei se reduce.

Temperatura de funcţionare a angrenajului afectează viscozitatea uleiului şi capacitatea portantă a peliculei de lubrifiant. Din această cauză, pentru angrenajele care funcţionează în medii calde sau dacă funcţionarea lor este însoţită de încălziri importante cauzate de frecări, este recomandată utilizarea uleiurilor vâscoase.

 
2. Alegerea tipului de lubrifiant şi a sistemului de ungere

Sistemele de ungere cu ulei pot fi prin:

• ungere intermitentă;
• ungere prin barbotaj;
• ungere sub presiune;
• ungere prin pulverizare.

Ungerea cu unsoare se poate realiza manual şi în carcasă.

Sistemul de ungere poate fi ales după efectuarea calculului de predimensionare, în funcţie de viteza periferică a roţilor. După calcularea vitezei v, pentru toate treptele transmisiei se poate stabili viteza periferică maximă v_max. În funcţie de aceasta, din tabelul 1se poate alege tipul de ungere adecvat.

Tabelul 1. Alegerea sistemului de ungere în funcţie de viteza periferică [1]

Modalitatea alimentării cu lubrifiant a zonei de contact  trebuie să asigure în permanenţă existenţa elementului de ungere între suprafeţele de frecare. Aducerea lubrifiantului în zona angrenării trebuie realizată cât mai sigur şi cu costuri cât mai reduse. Indicaţii orientative se prezintă în tabelul 2.

Ungerea cu unsoare a angrenajelor şi a cutiilor de viteză este recomandată numai la angrenaje care au o viteză periferică sub 4 m/s. În cazul transmisiilor deschise, cu viteze sub 1 m/s, se utilizează unsori simple (U80CaO sau U85 Ca5 STAS 562-86), iar pentru transmisiile mari se vor folosi unsori aditivate cu grafit.

TABELUL 2. Legătura dintre lubrifianţi, sistemul de ungere şi costul instalaţiei [1]

Ungerea cu ulei se poate face în mai multe moduri. În tabelul 3se prezintă modul de alegere a tipului de ulei în funcţie de domeniul de temperatură, momentul de torsiune şi raportul de transmitere.

TABELUL 3.Uleiuri pentru ungerea angrenajelor [1]

 3. Ungerea prin barbotare (baie)

Ungerea prin barbotare este aplicată în cazurile în care căldura rezultată în urma angrenării se poate disipa în mod corespunzător, prin radiaţie, iar viteza maximă periferică a roţilor dinţate este de 12 –15 m/s (figura 1).

FIGURA 1.Modul de transport al uleiului din baia de ulei [1]

În unele situaţii, se poate asigura o ungere corectă prin barbotare şi pentru viteze până la 25 m/s. În acelaşi timp, asigurarea distribuţiei eficiente a uleiului între dinţii de contact depinde de dimensiunea angrenajului şi de existenţa unei viteze periferice minime. (figura 1).

FIGURA 2.  Apărătoare „antispumare” [1]

În ceea ce priveşte adâncimea de imersare a roţii în ulei, aceasta nu trebuie să depăşească de 6 ori modulul
(v < 5 m/s), iar adâncimea minimă este de aproximativ un modul (v < 12 m/s). Sunt admise şi adâncimi de scufundare mai mari, în acest caz roata fiind protejată cu o apărătoare „antispumare” (figura 2),pentru a nu produce supraîncălzirea uleiului, datorată barbotării intense şi a forfecării lubrifiantului.

FIGURA 3. Reductor cu baie de ulei segmentată [1]

În ceea ce priveşte cazul transmisiilor cu mai multe trepte, există posibilitatea asigurării unei ungeri doar parţiale a treptelor de transmitere, prin imersarea roţilor în ulei. În situaţii de acest fel, se recurge la utilizarea unor roţi dinţate parazite (executate de obicei din material plastic şi care se rotesc odată cu arborele), la compartimentarea băii de ulei (figura 3), sau la distribuirea raportului total de transmitere astfel încât toate roţile dinţate conduse să ajungă în baia comună de ulei (cazul reductoarelor cu 2 sau 3 trepte).

Pentru a fi asigurată ungerea corespunzătoare, în anumite situaţii limită, sunt montate discuri cu palete, care aruncă uleiul spre zona de angrenare şi pe pereţii superiori ai carcasei, de unde este apoi colectat şi dirijat prin jgheaburi spre locurile ce necesită ungerea angrenajelor şi a lagărelor (figura 4).

FIGURA 4. Jgheaburi pentru dirijarea uleiului de ungere [1]

În ceea ce priveşte transmisiile cu mai multe camere de nivel, este obligatoriu ca fiecare baie de ulei să fie prevăzută cu un sistem independent de golire a uleiului.

Verificarea nivelului de ulei din baie se poate realiza printr-un vizor sau o jojă situat/ă în camera cu nivelul cel mai scăzut de ulei, această cameră umplându-se prin deversarea uleiului din camerele situate la nivele mai ridicate. Cea mai sigură şi utilizată soluţie, în cazul reductoarelor cu camere de ulei având nivele diferite, este aceea de a amplasa vizoare sau joje de ulei pentru fiecare cameră în parte. Umplerea cu ulei a reductorului se va realiza prin camera de ulei cu nivelul cel mai ridicat.

Agitaţia la care este supus uleiul din baie provoacă aerarea puternică a acestuia, ducând la degradarea oxidativă, prematură a lubrifiantului, mai ales atunci când acesta nu conţine aditivi antioxidanţi. Din acest motiv, nu sunt recomandaţi lubrifianţii neaditivaţi, deoarece, chiar dacă este vorba de viteze şi sarcini mici, aceştia îşi păstrează calităţile rareori mai mult de şase luni.

Spumarea rezultată în urma barbotării intense are ca efect negativ creşterea uzurii danturii, prin antrenarea între dinţii aflaţi în contact a spumei formate (un amestec de aer-ulei). Cantitatea de ulei devine astfel insuficientă, atât pentru ungerea, cât şi pentru răcirea corespunzătoare a danturii. Este recomandat ca baia de ulei să conţină un volum minim de ulei, V_b, care se determină cu relaţia:

unde P_pi este puterea pierdută pe fiecare treaptă de reducere iar n este numărul de trepte ale reductorului.

Puterea pierdută pe o treaptă se calculează cu relaţia empirică:

unde:

P - puterea transmisă [kW];

z₁ - numărul de dinţi ai pinionului;

β - unghiul de înclinaţie al danturii;

v - viteza periferică a danturilor [m/s];

K_A - factorul de serviciu.

 4. Ungerea sub presiune

Ungerea sub presiune se utilizează atunci când ungerea prin barbotare nu dă rezultate, atât din punctul de vedere al ungerii cât şi al răcirii transmisiei. Cu ajutorul unei instalaţii de ungere, uleiul este antrenat prin intermediul unei pompe şi direcţionat prin conducte în zona de contact a roţilor la presiuni între 0,8 şi 3 bar. Este recomandat ca viteza uleiului la ieşirea din conductele de distribuţie spre angrenaje să fie mai redusă decât viteza periferică a roţilor şi, în felul acesta, ule­iul direcţionat spre zona de intrare în angrenare (figura 5)este reţinut de spatele dinţilor şi este transportat de aceştia în spaţiul de angrenare.

FIGURA 5.Direcţia de stropire cu lubrifiant [1]

 Debitul uleiului necesar pentru ungerea angrenajelor se calculează cu una din relaţiile:

unde:

P_p - puterea pierdută [kW];

Δt - diferenţa de temperatură a uleiului de la ieşirea şi de la intrarea din/în reductor (de obicei, Δt=10°C);

m_n - modulul normal al transmisiei cu roţi dinţate [mm];

v - viteza periferică a danturilor [m/s];

b - lăţimea danturilor [mm].

Volumul de ulei se stabileşte având în vedere necesitatea limitării temperaturii maxime a uleiului. Pentru a îndeplini această condiţie se admite recircularea întregului volum de ulei de 5-10 ori pe oră. Dacă forma constructivă a transmisiei nu permite utilizarea unei astfel de cantităţi de ulei, aceasta poate fi scăzută, în mod excepţional, până la 0,5-2,5 din debitul necesar circuitului, având în vedere că degradarea uleiului se va produce mai repede.

În general, utilizarea unei cantităţi mai mari de ulei în circuit conduce la mărirea capacităţii de transfer termic, a duratei de viaţă a uleiului şi a nivelului de puritate a lubrifiantului, deoarece particulele aflate în suspensie se pot decanta.

Pentru transmisii obişnuite, temperatura maximă a uleiului din baie poate fi admisă până la 70-75°C. În cazul acesta, temperatura mediului ambiant este foarte importantă, în aşa fel încât să se poată asigura o diferenţă de temperatură între mediu şi carcasa reductorului de circa 45°C. Dacă circulaţia aerului din jurul carcasei nu este împiedicată, se poate aproxima o degajare de căldură de cca 1kW pe metru pătrat de suprafaţă liberă radiantă. În cazul în care se consideră că suprafaţa carcasei reductorului este prea mică, acesteia i se pot adăuga nervuri suplimentare (aripioare) pentru a mări această suprafaţă. De reţinut este faptul că, pentru un bun transfer termic, suprafaţa carcasei trebuie să fie curăţată de reziduurile materiale şi depunerile masive de praf.

În figura 6 este prezentată schema de principiu a unei instalaţii de ungere sub presiune.

FIGURA 6.Schema de principiu a unei instalaţii de ungere sub presiune [1]

5. Ungerea prin pulverizare (ungere cu ceaţă de ulei)

Acest procedeu constă în pulverizarea foarte fină a uleiului cu ajutorul ae­rului comprimat. Amestecul conţine particule fine de ulei sub 3 microni, în raport de 200.000 părţi aer şi o parte ulei, este neexploziv şi nu face parte din compuşii organici volatili. Ceaţa de ulei este un procedeu economic ce asigură o ungere cu performanţe superioare, nu conţine impurităţi, menţine calitatea uleiului pe o perioadă îndelungată, protejând lubrifiantul împotriva contaminării (particule solide şi apă).

Utilizarea ungerii prin pulverizare (ceaţă de ulei) are ca rezultat creşterea fiabilităţii la un nivel ridicat faţă de oricare altă metodă de lubrifiere. Instalaţia de ungere asigură o cantitate suficientă de lubrifiant în locul potrivit, cu care se asigură funcţionarea perfectă de rostogolire a lagărului.

Nivelul de vibraţie este foarte redus şi temperatura de funcţionare a lagărului scade cu 10 până la 20°C.

Datorită unei funcţionări a lagărului fără vibraţii şi cu frecări reduse, ungerea cu ceaţă de ulei permite diminuarea cantităţii de ulei necesară ungerii, economisindu-se 75%  din cantitatea de uleiuri uzate, concomitent cu diminuarea consumului energetic.

Bibliografie

1. Horovitz A. ş.a. Proiectarea modernă a angrenajelor cilindrice, Ediţia a 2-a revizuită, Editura AGIR, Bucureşti, 1996

2. Niemann G. ş.a. Maschienenelemente, Berlin/ Heidelberg/ New York/ Tokio, Springer Verlag, 1983

3. Rădulescu Ghe. ş.a. Îndrumar de proiectare în construcţia de maşini,vol. III, Bucureşti, Editura tehnică, 1986

Zoltan Korka este dr. ing. Korka Zoltan-Iosif I.I., iar Ionel Ploscaru este ing. ISU Semenic/Caraș-Severin