Conceptos básicos sobre el cigüeñal del motor y los cojinetes de levas

No debería ser ningún secreto para cualquiera que lea esto que los cojinetes se utilizan para el árbol de levas junto con los muñones de la barra y el eje del cigüeñal en una aplicación automotriz. Si bien algunas aplicaciones de carrera utilizan un rodamiento de rodillos para el árbol de levas (una disposición costosa y algo complicada), los rodamientos de alto rendimiento más comunes son los trabajos de inserción bimetálica o trimetálica. los cojinetes principales y varilla aspectos son asuntos de dos piezas, mientras que los cojinetes de leva suelen tener un diseño de una sola pieza.

En funcionamiento, el aceite se bombea entre la superficie del cojinete y una manivela giratoria o un muñón de leva. Como resultado, la parte superior del inserto del rodamiento suele ser lisa y plana. Los rodamientos están diseñados con un respaldo rígido de metal o aluminio. Esto proporciona la base para el rodamiento y mantiene la forma y el ajuste a presión del inserto en condiciones a veces severas. Con un cojinete trimetálico, se recubre una capa de cobre conductor de calor sobre el respaldo de metal. Luego viene una barrera de níquel seguida de una capa suave. En el caso de un rodamiento bimetálico, el respaldo tiene una capa de unión de aluminio aplicada seguida de un recubrimiento de rodamiento blando.

De acuerdo a Cojinetes de motor King, “La segunda capa de un rodamiento bimetálico es el revestimiento. Es relativamente grueso. El grosor es de aproximadamente 0,012 “. El gran espesor del revestimiento es una característica muy importante de los cojinetes bimetálicos. Permite mayores desalineaciones y otras irregularidades geométricas. También proporciona una buena capacidad de incrustación para partículas extrañas grandes y pequeñas.

“Normalmente, el revestimiento está hecho de una aleación de aluminio que contiene entre un 6 y un 20% de estaño. El estaño sirve como lubricante sólido y proporciona propiedades antifricción (compatibilidad, conformabilidad, capacidad de empotramiento).

“Otro aditivo es del 2 al 4% de silicio disperso en el aluminio en forma de partículas finas. El silicio duro refuerza la aleación y también sirve como abrasivo, puliendo la superficie del muñón. La presencia de silicio es particularmente importante para motores con cigüeñales de hierro fundido.

“La aleación puede reforzarse adicionalmente con cobre, níquel y otros elementos.

“Las dos capas principales (acero y revestimiento) se unen entre sí mediante una capa de unión de aluminio puro”.

King Bearings destaca las propiedades y ventajas de un rodamiento bimetálico:

• Buena resistencia a la fatiga debido a la microestructura fina y al efecto de endurecimiento del silicio y el cobre
• Muy buena resistencia a las convulsiones particularmente con cigüeñales de hierro fundido. Esto se debe a las partículas de silicio. Pulen continuamente la superficie del cigüeñal y evitan el agarrotamiento.
• Buena integrabilidad. El revestimiento es grueso, por lo que es capaz de absorber partículas de suciedad grandes y pequeñas que circulan con aceite.
• Buena adaptabilidad. A diferencia de los rodamientos trimetálicos con superposiciones delgadas, los materiales bimetálicos pueden soportar mayores desalineaciones
• Buena resistanc desgastee debido a la aleación de aluminio relativamente dura, que es más dura que las superposiciones blandas de los cojinetes trimetálicos.

Muy bien, pero ¿qué pasa con los detalles de los rodamientos trimetálicos? Aquí está la historia interna de la gente de King Bearings:

“Además del respaldo de acero de soporte, la estructura tiene una capa intermedia compuesta por una aleación de cobre que contiene de 20 a 25% de plomo como lubricante sólido y de 2 a 5% de estaño como aditivo reforzante.

“La tercera capa es la superposición basada en plomo (o Babbitt) aplicada sobre la capa intermedia. La aleación a base de plomo contiene aproximadamente un 10% de estaño, lo que mejora su resistencia a la corrosión y un pequeño porcentaje de cobre que aumenta la resistencia del recubrimiento. El grosor de la superposición es solo de 0,0005 ″ a 0,0008 ″. El bajo espesor de superposición de los rodamientos trimetálicos limita sus propiedades antifricción, como la resistencia al agarrotamiento, la adaptabilidad y la capacidad de empotramiento. Cuando se quita la capa delgada (incluso parcialmente), las propiedades antifricción disminuyen drásticamente. ¿Por qué no aumentar el grosor de la superposición? Desafortunadamente, la capacidad de carga de una capa blanda depende en gran medida de su espesor. Cuanto más delgada sea la superposición, mayor será su capacidad de carga. El espesor de la capa es un compromiso entre la resistencia y las propiedades antifricción.

“Entre la capa intermedia y la superposición hay una fina capa de níquel. El níquel actúa como una barrera que evita la difusión de estaño desde la superposición hacia la capa intermedia. El espesor de la barrera de níquel es de 0,000040 ″ a 0,000080 ″. ”

Estas son las propiedades y ventajas de un rodamiento trimetálico (de la gente de King Engine Bearings):

• Muy buena resistencia a la fatiga debido a la fuerte capa intermedia y al efecto de endurecimiento del cobre en la capa relativamente delgada
• Excelente resistencia a las convulsiones proporcionada por la superposición basada en clientes potenciales. La resistencia a las convulsiones disminuye drásticamente cuando se quita la superposición en contacto directo de metal con metal
• Excelente capacidad de inserción de pequeñas partículas de suciedad
• Excelente adaptabilidad para pequeñas desalineaciones

“Un material trimetálico funciona muy bien mientras exista la superposición. Sin embargo, la superposición es delgada y se puede quitar fácilmente de la superficie. Incluso la exposición parcial de la capa intermedia provocará una disminución drástica de las propiedades del rodamiento.

“Como resultado, los rodamientos trimetálicos son más sensibles a las desalineaciones y distorsiones que los rodamientos bimetálicos”.

King Bearing tiene diferentes tipos de rodamientos para diferentes aplicaciones. Summit Racing ofrece todo tipo de ellos. Entonces, ¿cuáles son las grandes diferencias?

Primero echemos un vistazo a los rodamientos bimetálicos King y la serie respectiva (la serie se enumera en el catálogo en línea de Summit Racing y también se encuentra en el número de pieza):

• AM es el material bimetálico más suave. Contiene 20% de estaño, 1% de cobre y no silicio. Los rodamientos AM se utilizan en automóviles de pasajeros con motores de gasolina de carga baja y media.
• SI es un material que contiene silicio para motores de gasolina de carga media, particularmente motores que utilizan cigüeñales de hierro fundido nodular.
• HP, que tiene material con contenido de silicio para motores de alto rendimiento de carga media con manivelas de hierro fundido nodular y también para motores de corta duración de alta carga.

A continuación, veamos los rodamientos trimetálicos de King Engine Bearings:

• CP es el material trimetálico más blando para turismos con motores de gasolina de carga media.
• Los rodamientos SX tienen una mayor capacidad de carga debido a la aleación intermedia más fuerte y al recubrimiento Babbitt más duro y delgado. La capa de SX contiene un 5% de cobre en lugar del 3% de contenido de la serie CP y su espesor se reduce de 0,0007 ″ a 0,0005 ″. Las aplicaciones de los rodamientos SX son automóviles de pasajeros con motores de carga media a alta.
• Los rodamientos XP se desarrollaron para motores de alto rendimiento y cargas elevadas. Los rodamientos XP son fácilmente reconocibles debido a su característico color oscuro intenso que proviene del tratamiento de endurecimiento de superficies patentado por King. La superficie endurecida proporciona un aumento significativo (alrededor del 17%) de la capacidad de carga en comparación con un rodamiento convencional.

Algunos rodamientos (King y otros) están disponibles con un recubrimiento de polímero. Normalmente, estos recubrimientos se basan en un polímero junto con aditivos en forma de pequeñas partículas de lubricantes sólidos (por ejemplo, disulfuro de molibdeno, grafito, PTFE). Los recubrimientos poliméricos aplicados sobre un cojinete trimetálico convencional de alto rendimiento son bastante populares.

El propósito principal de estas aplicaciones de recubrimientos es brindar protección adicional contra el desgaste que puede ser causado por la ausencia de una película de aceite. Un buen ejemplo es un comienzo en frío. Básicamente, los recubrimientos prolongan la vida útil de los rodamientos cuando funcionan con una película de aceite muy delgada o insignificante.

Según King Engine Bearings, su patentado “pMaxKote es un recubrimiento de polímero nanocompuesto aplicado en fábrica. Mejora la resistencia al desgaste y protege los rodamientos durante períodos de lubricación marginal. pMaxKote contiene partículas de nanocompuestos cerámicos y lubricante sólido. Funciona como una cuarta capa sobre la estructura de soporte trimetálica pMaxBlack sin cambiar las dimensiones originales del espesor de la pared “.

Para su información, los rodamientos King recubiertos no se suman al grosor total del rodamiento. En la línea de rodamientos King Engine que vende Summit Racing, los rodamientos pMaxKote se pueden identificar por la “C” que se encuentra en el número de pieza. También se muestran como “rodamientos revestidos” en el catálogo de Summit Racing.

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Como puede ver, hay más en los cojinetes del motor de lo que parece a primera vista. En las siguientes fotos, profundizaremos en los cojinetes y le daremos una mejor visión de algunas de las características adicionales. Algunos son bastante sorprendentes. Échales un vistazo: