Datos sobre los cojinetes del motor

Existe mucha información sobre los cojinetes del motor, así que pensé en dejar las cosas claras sobre algunas cosas relacionadas con este pequeño pero importante componente del motor. Obviamente, múltiples factores afectan el rendimiento de los rodamientos en un motor, y los expertos están de acuerdo en que el primer paso es saber cuál será el uso final del motor. Los rodamientos de carrera son diferentes de los recomendados para uso en la calle y hay mucho que considerar. Al final, solo la combinación de todos los factores dará la respuesta a la cuestión de los rumbos.

Rigidez de los componentes

Muchas veces, escuché la discusión de configurar un motor "suelto" o "ajustado", refiriéndose a la holgura de los cojinetes, y "suelto" a menudo representado como un beneficio porque el motor gira "más fácilmente". Pero, la conclusión es ¿cuánta flexión de manivela vas a tener? "Si obtiene mucha deflexión, es beneficioso configurar un motor más suelto", dice Ron Sledge, gerente técnico y de rendimiento de King Bearings. "Si tiene un cigüeñal que quiere doblarse, no puede ajustar el espacio libre porque el cigüeñal entrará en el cojinete. Su cigüeñal es probablemente lo más importante para causar desgaste debido a la deflexión. Si se está doblando, el cigüeñal los muñones estarán desalineados y si las holguras son muy estrechas, es más probable que toque un cojinete".

El foco principal de la rigidez en este aspecto es el cigüeñal y los factores que pueden afectarlo. Dan Begle, ingeniero técnico de ventas de Mahle, ofrece un consejo similar y dice: "La construcción de un motor con espacio libre adicional se realiza debido a los sumadores de potencia como el nitroso. En estas situaciones, su factor limitante se convierte en el cigüeñal. Cuando el cigüeñal está bajo severas estrés, hace que el cigüeñal se flexione. Cuando se flexiona, la holgura de aceite es más pequeña de lo que lo configuró. El cigüeñal comienza a orbitar, lo que significa que no está funcionando en su línea central. La holgura adicional es para que aún pueda crear una película de aceite cuando el cigüeñal esté en movimiento orbital, de modo que no tenga contacto con el muñón".

Liquidación de aceite vs. Viscosidad

En estrecha relación con la categoría anterior, la limpieza del aceite y la viscosidad van de la mano. "Es necesario hacer coincidir la holgura del aceite con la viscosidad del aceite", dice Sledge. "Si la viscosidad no es suficiente, el aceite puede fluir demasiado a través de los cojinetes donde no se mantiene una película de aceite fuerte. Mantener una buena película de aceite fuerte entre el cojinete y el cigüeñal es la clave para no tener ningún problema. Si yo' Voy a ejecutar un espacio libre de 0,005", tengo que ejecutar un peso de 50 o 60. Si voy a ejecutar un .002 "o .0015", que es lo que son algunas autorizaciones OE en estos días, entonces debe ejecutar un 20w o menos. El aceite tiene que ser lo suficientemente delgado para estar en el medio, pero lo suficientemente espeso para mantener la película de aceite".

¿Qué tan importante es todo eso? Robert Taylor de ACL lo expresa sin rodeos al decir: "El grosor de la película de aceite es la diferencia entre tener un cigüeñal y no tener un cigüeñal. Si no coinciden con la holgura y la viscosidad, ¿quieres arriesgarte?"

Excentricidad del rodamiento, presión de aceite y cuña de aceite

La geometría de los cojinetes es un aspecto fascinante de todo esto, ya que el DI de un cojinete del motor está diseñado con una cierta cantidad de excentricidad, que actúa para crear una cuña de aceite y mantener la película de aceite en la superficie del cojinete. "El rodamiento es una bomba de aceite mecánica", dice Begle. "La excentricidad diseñada en un rodamiento es relativa a la presión hidrodinámica desarrollada. El diámetro exterior del rodamiento es perfectamente redondo", dice Begle. "En el interior, en la posición de las 12:00, donde se mide la holgura del aceite, se encuentra el punto más estrecho. Alrededor de 45 a 60 grados [desde la vertical, el grosor de la pared del cojinete] es más delgado. En el extremo donde se unen los cojinetes, esto se llama alivio del orificio. Es el más delgado para protegerlo de cualquier deformidad en el montaje o durante la operación".

Pero, ¿la geometría es la misma para todos los rodamientos? "La acción del cigüeñal creará una película de aceite hidrodinámica", dice Mark Shadbolt, ingeniero de producto de ACL. "En nuestra serie de carreras de desempeño, construimos más excentricidad que en un rodamiento de reemplazo general, y la otra razón de la excentricidad es porque permite la distorsión en todo el sistema. Obtienes mucha más distorsión en un motor de carrera".

¿Y todos los expertos están de acuerdo? tu apuesta "La diferencia entre un rodamiento de repuesto y uno de rendimiento es la cuña", dice Begle. "Un rodamiento de rendimiento tiene más cuña para intentar crear una mayor presión de película para tratar de mantener el eje fuera".

Para agregar más piezas a este rompecabezas, hay cojinetes excéntricos bajos y cojinetes excéntricos altos, según la aplicación y la rigidez de la carcasa en la que se inserta. "Por ejemplo, si el extremo grande de una varilla no es lo suficientemente rígido, a altas revoluciones, el cojinete se alargará", dice Sledge. "Se requerirá más excentricidad porque a medida que el orificio adquiere forma de huevo, el rodamiento se tira hacia adentro y se necesita más espacio para mantener la cuña de aceite. Si el orificio del rodamiento se alarga y cierra la holgura, entonces el rodamiento eliminará el aceite. Una caña más fuerte necesita menos excentricidad".

Quizás se pregunte, ¿dónde cae la presión del aceite en todo esto? Es una pequeña pieza del rompecabezas. "Un eje giratorio dentro de un rodamiento con aceite presente es la bomba de aceite del motor", dice Sledge. "El trabajo de la bomba de aceite es simplemente mantener el aceite en el muñón. A medida que la manivela gira más rápido, usa más aceite. La bomba solo necesita mantener el suministro de aceite. La excentricidad y la cuña empujan el aceite. Más presión de la que se necesita es solo va a sangrar y robar caballos de fuerza".

Duración de la carga y fatiga del rodamiento

La duración de la carga es un factor importante porque determina el tipo de rodamiento que necesitará usar. "Lo peor que le puede pasar a un rodamiento es la fatiga", dice Sledge. "Si se fatiga, se va a autodestruir. En motores de mayor duración/carga como los marinos o de carreras de resistencia, la manivela ejercerá tanta carga sobre él que causará grietas. La fatiga puede tener dos niveles. Puede ser el material base , o el material de recubrimiento y construyes el motor para evitar la fatiga.

"Incluso si un tranvía tiene un motor que produce 700 u 800 caballos de fuerza, la carga no es muy alta por mucho tiempo. Si voy a hacer una carrera de resistencia con ese auto de calle/strip, la carga sigue siendo muy corta, pero si Voy a cargar el motor como una vía circular o un motor marino, entonces tenemos carga durante largos períodos de tiempo, y esa alta duración conduce a causar fatiga. La duración de la carga es cómo se separan los rodamientos".

Construcción y falla de rodamientos

"Un cojinete de rendimiento típico es un cojinete trimetálico con respaldo de acero", señala Begle. "La capa intermedia del trimetal es cobre, estaño y plomo, pero en Clevite, se funde en un proceso de fundición. En ese punto, se toman los dos elementos de cobre y estaño y se hace una aleación de bronce, por lo que crear una estructura de grano. Otras empresas de rodamientos utilizan un proceso de sinterización, por lo que no se crea una estructura de grano".

Así como una manivela forjada tiene una estructura de grano que la hace más fuerte en comparación con una fundición, los cojinetes de motor de rendimiento Clevite se fabrican de la misma manera. Se crea una mayor resistencia al combinar los elementos en una aleación de bronce, cobre y estaño, con el recubrimiento en la parte superior. No ves el centro, solo la parte posterior y la superposición.

"La superposición es un proceso de galvanoplastia de cobre, estaño y plomo", dice Begle. "Está controlado para crear un cierto grosor".

En el nivel más profundo, ¿qué hace que falle un rodamiento? "Cuando no tiene la holgura de aceite adecuada y el muñón entra en contacto con el cojinete, se crea una temperatura de fricción en la superposición", dice Begle. "El punto de fusión del estaño es de 449 grados F, por lo que cuando se alcanza la temperatura de fricción, se comienza a derretir el revestimiento de estaño en la capa superior y se comienza a destruir el rodamiento. La conversación sobre la fricción se refiere estrictamente a la capa superior, y el sustrato tiene la capacidad de carga".

Integrabilidad

La incrustabilidad se refiere a la reacción de un rodamiento a los contaminantes en el aceite. Buena incrustabilidad significa que el material del cojinete tiene la capacidad de atrapar partículas extrañas y hundirlas debajo de la superficie. "La limpieza es clave", dice Taylor. "Quiere que se incrusten escombros en el cojinete. La alternativa es que raye el muñón del cigüeñal. Siempre habrá escombros. ¿Quiere cambiar los cojinetes o cambiar el cigüeñal?"

El tema de la integrabilidad conduce al tema del compromiso. "Al final del día, los materiales de rodamiento son compromisos", dice Sledge. "Renuncias a una cosa para conseguir otra. Para un conductor diario, quieres un motor que dure mucho tiempo y quieres un cojinete que tenga una buena capacidad de empotramiento".

Los cojinetes de aluminio, típicos de los cojinetes de reemplazo generales, tienen una buena capacidad de empotramiento que les permite manejar una mayor cantidad de desechos, pero sacrifican la dureza y la capacidad de carga. "Cualquier buen material de soporte es un compromiso entre la resistencia y la capacidad de empotramiento", dice Shadbolt. "Todos los rodamientos tienen un cierto nivel de capacidad de empotramiento incorporado, pero los rodamientos de la serie de carreras tienen menos. Preste atención a la limpieza".

Conformabilidad/deformación del rodamiento

La conformabilidad o deformación se refiere a la capacidad de un rodamiento para adaptarse a cualquier desalineación geométrica de su alojamiento o muñón. La mala conformabilidad puede provocar una reducción del espesor de la película de aceite, lo que lleva al desgaste del rodamiento. "Si el cojinete no es deformable, no coincidirá con la forma de la carcasa y el cojinete tiene que moverse con la carcasa", señala Shadbolt.

Recubrimientos

En estos días, muchos rodamientos de rendimiento cuentan con un revestimiento opcional, que a menudo se puede considerar como comprar un seguro. "El recubrimiento es una capa no metálica", dice Sledge. "Sin el revestimiento, se obtiene contacto metal con metal. Puede obtener contacto metal con metal al arrancar, o si tiene algún problema con la presión del aceite. El rodamiento revestido sobrevivirá más tiempo porque la capa de polímero se deslizará sobre el cigüeñal más fácil que el metal. Dos metales quieren agarrarse entre sí".

Según Shadbolt de ACL, la ventaja de un cojinete revestido es la lubricidad y protege el cojinete en situaciones extremas.

La última palabra

Todos los expertos coinciden en que la limpieza es el factor más importante durante la instalación, y la falta de ella es el problema más común que conduce a la falla de los rodamientos. Pero la medición es igual de crítica. Taylor señala que un error común es suponer que un cigüeñal nuevo es del tamaño que se supone que debe ser. "Asumir es un gran error", dice. "No asumas nada. Siempre mide, mide, mide".EB