Impacto de los cojinetes del motor en el rendimiento

May 06, 2023

Cuando tienes una multitud de piezas pesadas que se mueven rápidamente trabajando en conjunto para producir cantidades increíbles de caballos de fuerza, habrá bastante estrés dentro de ese motor. La mitad del pastel está haciendo todo lo posible para crear una cantidad suficiente de energía. La otra mitad es asegurarse de que la energía sea compatible y se produzca de manera confiable. Los cojinetes del motor son un componente clave en este sentido.

El trabajo de los cojinetes del motor es evitar el contacto desagradable de metal con metal y proteger otras partes y piezas del desgaste durante el funcionamiento normal del motor. Los cojinetes deben soportar abusos extremos y trabajar para mejorar la durabilidad del motor en su conjunto.

Dicho esto, hay muchas consideraciones que un fabricante de motores debe tener en cuenta al decidir el conjunto correcto de cojinetes de motor para sus aplicaciones particulares: resistencia a la fatiga, equilibrio del conjunto alternativo, lubricación, límites de rpm, calor, capacidad de empotramiento y resistencia a la corrosión. - para nombrar unos pocos.

Con las aplicaciones de carreras de rendimiento y la construcción de motores de alta potencia constantemente superando los límites, ahora más que nunca surgen nuevos problemas a los que es necesario adaptarse. Por ejemplo, las computadoras y los sintonizadores ahora juegan un papel mucho más importante en la ampliación de las curvas de sincronización del motor, el pulso de inyección y el impulso del turbo. No hay nada intrínsecamente malo en esto, pero sobreimpulsar los motores y programarlos para que funcionen al límite de revoluciones durante un tiempo constante puede eventualmente causar vibración torsional del cigüeñal (flexión del cigüeñal). Esto plantea entonces un problema para los cojinetes.

Hoy en día, un rodamiento (en un entorno de rendimiento) debe ser tanto duro como blando. La geometría de retención es de suma importancia, pero también debe ser maleable y capaz de ajustarse a la tensión y la flexión. La parte más importante para minimizar las probabilidades de un agarrotamiento es seleccionar el material de cojinete correcto.

"Para los motores modernos, existen dos familias básicas de materiales de cojinetes: a base de cobre (conocidos como trimetales) y a base de aluminio (conocidos como bimetales)", dice Mike Scott de ACL Bearing Company. "El requisito fundamental de las aleaciones para rodamientos es la tenacidad. Es la capacidad de soportar cargas elevadas equilibradas con propiedades blandas y antiagarrotamiento que permiten que el rodamiento se adapte y absorba las condiciones de funcionamiento más duras".

Los trimetales son revestimientos fuertes de aleación a base de cobre y plomo con una fina capa de metal babbit electrochapado. Estos combinan alta resistencia con las propiedades suaves y tolerantes de la superposición. El ajuste de los espesores relativos de las capas y su metalurgia permite un grado de optimización, de modo que para aplicaciones de carga moderada, se puede proporcionar una buena resistencia junto con excelentes propiedades antiagarrotamiento que brindan una solución resistente para reconstrucciones estándar, particularmente donde los estándares OE de la ingeniería y la limpieza no se pueden garantizar.

Para aplicaciones de rendimiento, una capa de revestimiento de muy alta resistencia puede combinarse con una capa resistente para soportar cargas extremas con la interacción entre el eje y el rodamiento.

Los bimetales son revestimientos de aleación a base de aluminio y estaño de resistencia media, que tienen capacidades generales, de modo que no se requiere superposición. Sin embargo, equilibrar las propiedades de resistencia y antiagarrotamiento en una sola aleación es invariablemente un compromiso. Los bimetales que son fuertes tienden a tener propiedades anticonvulsivas significativamente reducidas y viceversa. Esto los hace adecuados para aplicaciones en las que las condiciones de funcionamiento son moderadas y predecibles. Además, estos materiales también tienen una excelente durabilidad. Estas razones los hacen fuertemente favorecidos por los OEM.

Obviamente, los trimetales son la opción para cualquier cosa relacionada con el rendimiento debido a sus mayores capacidades anticonvulsivas. Dicho esto, hay una amplia gama de opciones diferentes para que los constructores elijan cuando se trata de seleccionar los rodamientos apropiados. Muchos de ellos han agregado recubrimientos, una tendencia que solo ha crecido en los últimos años.

En aplicaciones de rendimiento extremo, es básicamente imposible controlar las holguras para que haya una separación completa del cojinete y el cigüeñal. Alta carga y altas velocidades significan un contacto de alta energía, lo que a su vez provoca pérdida de potencia y sobrecalentamiento. Hoy en día, los rodamientos están tan bien diseñados que el contacto de baja fricción es sostenible, pero los recubrimientos pueden reducir aún más los niveles de fricción y la pérdida de potencia.

ACL fabrica sus cojinetes trimetálicos con un revestimiento Calico de 0,00025"-0,00030" que proporciona lubricación seca intermitente. Los recubrimientos CT-1 reducen la fricción y el arrastre y aumentan la capacidad de carga. En condiciones normales, los revestimientos de los cojinetes de rendimiento soportan alrededor de 12 000 psi. Los cojinetes revestidos CT-1 aumentan esta capacidad de carga a 180 000 psi. Los recubrimientos también comienzan a usarse en cojinetes bimetálicos que se encuentran en los motores de parada/arranque del equipo original.

"King está desarrollando un cojinete sin plomo (PL) con recubrimiento bimetálico para reemplazar muchos de los cojinetes trimetálicos (CP) que contienen plomo", dice Ron Sledge de King Engine Bearings. "Esto es en respuesta a muchos motores OE nuevos que están saliendo con cojinetes bimetálicos revestidos que se usan en motores de parada/arranque. Los diferentes tipos de revestimientos brindan propiedades antifricción a la superficie del cojinete, evitando daños en el cojinete durante la posible pérdida de presión del aceite.

King también es una de las pocas empresas que ofrece rodamientos trimetálicos sin plomo, un lanzamiento reciente de ellos.

"Los cojinetes del motor tienen que mantenerse al día con las cargas más altas que vienen con el desarrollo de la culata y los grandes turbos", dice Sledge. "King ha lanzado recientemente un nuevo rodamiento trimetálico con recubrimiento de matriz de plata disponible en variaciones sin recubrimiento (SV) y recubierto (GPC). Estos materiales tienen la ventaja de un 30 % más de resistencia a la fatiga sobre los rodamientos trimetálicos principales de King (XP, XPC) Las aplicaciones incluirán rendimiento diesel, autos veloces y motores OE de alta potencia".

Si bien es probable que los cojinetes de motor sin plomo (y otros componentes metálicos sin plomo) ganen más tracción pronto debido a las reglamentaciones y leyes ambientales, el plomo tiene muchas propiedades deseables cuando se trata de material para cojinetes. Uno de ellos es que el plomo es "lipófilo" (tiene afinidad por algunos tipos de aceites), lo que reduce la tensión superficial y hace que la superficie de contacto sea más "humectable".

Esto hace que el plomo sea una buena adición en las configuraciones de cojinetes trimetálicos de alto rendimiento. Cuando el plomo por sí solo no es suficiente, los motores de mayor rendimiento suelen tener cojinetes de plomo e indio. Un cojinete trimetálico normal se compone de una capa de cobre, estaño, plomo, un sustrato de bronce (cobre/plomo), un respaldo de acero y una delgada barrera de níquel para evitar que el estaño migre químicamente al sustrato. Cuando el indio entra en juego, tanto la resistencia como la vida útil del rodamiento se ven afectadas.

"Nuestros rodamientos H son un sustrato de cobre/estaño/plomo y son entre un 20 y un 30 % más resistentes", dice Dan Begle de MAHLE. "La H es una superficie más dura y está diseñada para recorrer muchas millas en la calle mientras se mantiene rígida, por lo que son buenas para alguien que podría competir en carreras de paréntesis y no pierde el control hasta el final de la temporada.

"Nuestros cojinetes en V son algo que podría ver que usa un corredor de la NHRA donde la longevidad del cojinete no es tan importante, ya que están quitando el cárter de aceite con frecuencia para inspeccionar los cojinetes. Estos cojinetes están hechos de plomo-indio y son considerablemente más suaves y más flexible para permitir el movimiento de la superposición. Cuando hay mucha flexión de manivela, ese movimiento es muy útil mientras mantiene su forma".

En última instancia, es importante que los fabricantes de motores consulten con un fabricante de rodamientos antes de lanzarse a por los rodamientos del motor. Si bien pueden parecer una de las partes más simples de un motor de rendimiento, tomarse el tiempo para investigar la mejor aplicación posible asegura un motor más saludable y menos posibilidades de fallas.EB