Constructia si calculul sistemului de ungere

Constructia si calculul sistemului de ungere

1 Descrierea partilor componente si a principiului de

functionare

Conditiile de lucru ale motorului cu ardere interna impun existenta in ansamblul constructiv a sistemului de ungere, care asigura prezenta unei cantitati determinate de ulei intre suprafetele elementelor aflate in miscare relativa. Ca efect imediat rezulta micsorarea frecarii, deci reducerea pierderilor mecanice si uzura; in acelasi timp uleiul are si efect protector impotriva coroziunii. Totodata  preia o parte din caldura rezultata in urma frecarii, contribuind la racirea diferitelor elemente, mai ales a acelora a caror racire nu se poate obtine prin alte modalitati. Impreuna cu ansamblul piston-segmenti- cilindru, uleiul de ungere contribuie si la etansarea camerei de ardere.

Intensitatea ungerii diferitelor piese depinde atat de rolul lor functional cat si de conditiile de lucru, adica de sarcina si viteza deplasarii relative.

Dupa modul cum este debitat uleiul catre suprafetele in frecare, ungerea se poate realiza cu ulei sub presiune, prin stropire cu jet de ulei sau prin ceata de ulei. In constructia motoarelor de automobile se utilizeaza procedeul de ungere mixta, unde anumite piese (lagare, boltul, intinzatorul de lant, etc.) se ung cu ulei sub presiune, iar altele (cilindrul, pistoanele, etc.) pot fi unse cu ceata de ulei sau prin stropire cu jet.

In principiu, in componenta sistemului de ungere sunt cuprinse urmatoarele elemente: rezervorul de ulei, pompa de ulei, conducte interne sau externe pentru transportul uleiului, la locurile de ungere, elemente de filtrare a uleiului, radiatorul de ulei, elemente de asigurare si control.

Dupa locul in care este depozitat uleiul, sistemele de ungere pot fi:

-cu carter umed la care uleiul se afla in baia plasata la partea inferioara a motorului;

-cu carter uscat la care uleiul este depozitat intr-un rezervor plasat in afara motorului de unde se transporta la locurile de ungere.

In constructia de automobile se utilizeaza sistemul de ungere cu carter umed a carui dupa cum se poate vedea si in sectiunile motorului atasate in anexa.

Figura 1

Principalele componente ale sistemului de ungere sunt: 1 sorb, 2 pompa de ulei, 3 supapa de siguranta, 4 termocontact, 5 supapa de scurtcircuitarea, 6 filtru de ulei, 7 termocontact, 8 jet de ulei pentru racirea fundului pistonului.

In figura au mai fost reprezentate radiatorul de ulei (13) si supapa de scurcircuitare a lui (14), dar acestea pot sa nu apara la toate motoarele.

Pompa de ulei electrica , absoarbe uleiul din baia, prin sita sorbului si il refuleaza in conducta principala, dupa ce a trecut prin conducta si filtrul de curatire bruta. Din conducta principala, uleiul trece la lagarele arborelui cotit, iar prin canalele la fusurile manetoane. O parte din ulei (cca. 15%) trece prin filtrul de epurare fina dupa care se introduce in carter pentru regenerare.

Oglinda cilindrului si camele arborelui de distributie sunt unse prin stropire cu jet si ceata de ulei.

Pentru a mentine temperatura uleiului in anumite limite, unele sisteme pot avea un radiator de ulei.

Presiunea uleiului din sistemul de ungere este controlata de manometrul, iar nivelul in baia de ulei se verifica cu ajutorul jojei de ulei. In sistem mai sunt incluse si diferite supape de siguranta care trebuie sa preintampine  avariile.

S-a folosit in proiectul de fata pompa de ulei electrica pentru a reduce cat mai mult uzurile motorului. Este bine cunoscut ca uzurile cele mai mari se inregistreaza la pornirea motorului datorita ungerii insuficente a cuplelor aflate in miscare relativa. Folosind o pompa electrica  la pornirea motorului este mai intai pornita pompa si dupa ce se ajunge la presiunea de regim a uleiului in lagarele motorului este antrenat si electromotorul de pornire pentru a porni motorul.

2 Calculul lagarului

In cadrul calcului de rezistenta al arborelui cotit s-au stabilit dimensiunile principale ale fusurilor care au fost in final verificate cu ajutorul rezultatelor reunite in diagramele polare pe fusuri, astfel: s-au determinat presiunea maxima pe fusuri p_max, presiunea medie pe fusuri p_med si gradul de soc k=p_max/p_med.

Lagarele arborelui cotit trebuie verificate in plus la:

incalzire care se apreciaza prin temperatura uleiului din lagar si care nu trebuie sa depaseasca valoarea admisibila de 120°C;

incarcare care se apreciaza cu ajutorul jocului minim dintre fus si cuzinet ce nu trebuie sa scada sub valoarea admisibila de 69 mm, sau cu ajutorul coeficientului de siguranta la ungere care trebuie sa fie mai mare de 1,5.

Ipoteze de calcul

lagarul de biela (maneton) este mai incarcat decat lagarul palier astfel ca acestea vor fi asimilate lagarelor de biela, ceea ce este acoperitor ;

calculul la incarcare si incalzire se face la regim nominal de functionare.

Pentru calculul lagarului se cunosc:

p_med=6,41 Mpa

R_med=13607N

d_f=60 mm

l_f=35 mm

n=5600 rot/min.

In conformitate cu campul de tolerante H₇/f₆ avem urmatoarele dimensiuni:

-pentru fus:

-pentru cuzinet:

Jocul diametral al fusului in alezaj este:

d d_cmax-d_fmin=60,030-59,951=0,079 mm (1)

Jocul relativ este:

y d/d_f= (2)

Lungimea relativa a lagarului este:

l l_f/d_f= 35/60 =0,583 (3)

Se adopta temperatura uleiului in lagar (t_ui=8589°C) la valoarea t_ui=85°C.

Temperatura uleiului la iesirea din lagar se determina din conditia de echilibru termic al lagarului:

cu

- caldura dezvoltata prin frecare in lagar

(6)

-caldura evacuata de lagar

Se adopta

(7)

-caldura disipata prin ulei.

Pentru un ulei ROW40 cu vascozitatea la 50°C de 6°E, cifra caracteristica este:u=0,5

Vascozitatea dinamica a uleiului este:

(8)

Coeficientul de incarcare a lagarului se determina cu relatia:

(9)

Coeficientul de frecare lichida in lagar se determina cu relatia:

m_l yj_m=0,0015j_m

Pentru calculul lui Q_u este necesara determinarea cu ajutorul nomogramelor pentru j_v cu care se poate determina debitul uleiului prin lagar:

V_ue=1,047·10^-3·n d·d²_f·j_v

In relatia 7 intre densitatea uleiului r_u si caldura specifica a uleiului c_u exista relatia:

r_u c_u=16741883 kJ

Se adopta r_u·c_u=1800 kJ

Pentru a putea gasi valoarea necesara a lui t_ue in tabelul urmator sunt calculate valorile marimilor prezentate mai sus.

Tabelul 1

Se constata ca, pentru t_ue=112°C, Q_fl Q_u+Q_l, deci t_up=112°C pentru care:

h_u f=5,482, e_r=0,874

Excentricitatea lagarului este:

e=e_r d =0,874·0,079/2=0,0345 mm  (12)

Jocul minim va fi:

h_min d 1-e_r)=(0,079/2)·(1-0,874)=0,005 mm mm (13)

iar jocul maxim este:

h_max=(d 2)(1+e_r)=(0,079/2)·(1+0,874)=0,074 mm=74 mm 

Coeficientul de siguranta la ungere este a doua conditie care trebuie satisfacuta la calculul lagarului.

Coeficientul de siguranta la ungere este:

c h_min/h_adm=5/4=1,25  (15)

cu h_adm=47 mm.

3 Calculul pompei de ulei

Debitul de ulei care circula prin instalatia de ungere se calculeaza cu relatia:

V_u=(613) n· d²_f·b=11·6000·52²·10^-6·10=1785 l/h (16)

cu b=10 - numarul lagarelor arborelui cotit (6 lagare biela-fus maneton si 4 lagare paliere).

Capacitatea instalatiei de ulei este asimilata cel mai frecvent cu volumul uleiului ce trebuie sa existe in baia de ulei si se determina din ipoteza ca uleiul trebuie sa efectueze 100250 treceri pe ora:

V_uc=V_u/(100250) [l] (17)

Se adopta

V_uc=V_u/250=1785/250=7,14 l (17')

Debitul pe care trebuie sa-l asigure pompa de ulei se stabileste tinand seama ca el trebuie sa fie mai mare decat cel ce se scurge prin magistrala, pentru ca o parte trece prin supapele de siguranta:

V_pu=(1,52,5)V_u (18)

sau

V_pu=2·V_u=2· 1785=3570 l/h (18')

Daca pompa este cu doua roti dintate cu angrenare exterioara, se poate scrie:

V_pu p D_p·h·l·n_pu h_pu (19)

de unde:

(20)

cu D_p -diametrul de divizare al rotii

h - inaltimea dintelui

n_pu -turatia pompei de ulei

h_pu randamentul volumetric al pompei; h_pu

l - latimea rotii.

Diametrul de divizare se calculeaza din conditia ca viteza periferica a rotii dintate sa respecte expresia:

(21)

cu n_pu =3500 rot/min si  w_pu=6 m/s.

Se adopta numarul de dinti:

z=10 dinti

Rezulta pasul danturii:

p = p D_p/z = p 33/10 =10,37 mm (22')

si modulul

m= p / p = 3,3 (22")

Conform STAS 822-82 se adopta modulul m=3,75 mm.

Recalculand pasul si diametrul de divizare se obtine:

p = m· p p =11,78 mm

D_p=p·z p p =37,5 mm

Se alege inaltimea dintelui in domeniul h=(22,3)·m, adica:

h=2·m=2·3,75=7,5mm

Inlocuind valorile obtinute in relatia (20) se obtine:

(20')

cu h_pu

Puterea necesara antrenarii pompei se determina cu relatia:

P_pu=10^-3·V_pu·Dp_u/h_m 5,51kW (23)

Pentru proiectare se recomanda  pentru rotile pompei un joc axial Da=0,050,15mm si un joc radial Dr=0,050,18 mm.