Definición: Es una parte integrante de la máquina que guía, soporta o limita movimientos rotativos y/o alternativos.
Clasificación: Se clasifican en dos clases: Cojinetes de superficie deslizante y Cojinetes de rodamiento, a su vez los cojinetes de superficie deslizante se dividen en: de movimientos rotativos y oscilantes.
En este trabajo, estudiaremos únicamente de los cojinetes de superficie deslizante involucrados en los motores de combustión interna.
COJINETE DEL MOTOR
Los cojinetes de un motor, van colocados entre la biela y el codo del cigüeñal, entre las chumaceras y los descansos o puntos de apoyo del cigüeñal (bancadas) y en los asientos del eje de levas.
COJINETES:
de cigüeñal
de bielas
de eje de levas
Un cojinete es una pieza que se interpone entre una pieza giratoria y una pieza estacionaria del motor sometidas a fricción; a la vez que es un soporte de esta pieza giratoria, y por tanto debe resistir cargas muy altas, particularmente las grandes cargas de choque por las explosiones dentro de cada cilindro del motor.
Aun cuando un cojinete por si solo puede reducir la fricción, su funcionamiento es intercalando una película de aceite entre la parte móvil y las superficies en rozamiento (lubricación hidrodinámica). Por esta razón existe una luz entre la parte giratoria y el cojinete, la cual es equivalente a 0.0015 a 0,002 de pulgada para motor de gasolina, y entre 0,002 y 0,003 de pulgada para motor Diesel.
Esta luz que se permite entre cojinete y el cigüeñal se comprueba con ayuda de un hilo plástico y una escala graduada, llamada PLASTIC GAUGE, entre otros métodos.
La luz para el aceite debe estar siempre dentro de los limites especificados. Si la luz es INSUFICIENTE, pasara MENOS ACEITE por los muñones del cigüeñal, produciéndose recalentamiento, y a veces hasta se funde el material blanco del cojinete.
Si la luz es MUY GRANDE, tampoco lubricara correctamente al cojinete, e inclusive el exceso salpicara sobre las paredes de los cilindros y pasara a quemarse en la cámara de combustión.
Los cojinetes se construyen de aleaciones de material blando y con bajo coeficiente de fricción, tales como: estaño, plomo, bronce, cadmio, plata, etc. , en proporciones muy variables, dependiendo del trabajo y de la potencia de los motores. Esta aleación se deposita sobre una base o casquillo de acero, y luego se le da el acabado de la superficie deslizante con suma precisión.
Los cojinetes deben soportar también los impactos que produce la combustión, el efecto corrosivo del agua, el calor que se genera por el rozamiento, y el desgaste causado por las partículas de suciedad que ingresan al motor a través del carburador o del sistema de ventilación del cárter.
CARACTERÍSTICAS DE UN COJINETE:
Debe tener RESISTENCIA A LA FATIGA para soportar las cargas intermitentes que se producen durante el funcionamiento del motor.
INCRUSTABILIDAD, ES LA FACULTAD DEL MATERIAL del cojinete para absorber partículas abrasivos extraños que en otras circunstancias podrían arañar al eje cigüeñal o de levas.
RESISTENCIA A LA CORROSION es la característica que rechaza la corrosión química, como la que causan los ácidos que aparecen como subproductos de la combustión.
RESISTENCIA TERMICA, indica hasta que punto el MATERIAL, DEL COJINETE PUEDE SOPORTAR SU CARGA A TEMPERATURAS de funcionamiento del motor, sin que pierda su fuerza o sufra fractura por impacto.
MATERIAL DE COJINETE
La superficie de cojinete es la parte de un cojinete liso que lleva a cabo la función de antifricción básica, y por lo tanto tiene una importancia vital. De todos los materiales que se emplean con esta finalidad, el que mas usa metal BABBIT. Una aleación blanda compuesta de 83% de plomo, 15% de antimonio, 1% de estaño y 1% de arsénico (clevite).
El material BABBIT proporciona:
- El deslizamiento requerido para soportar fricción.
- La blandura que se requiere para que una cantidad razonable de materias extrañas se incrusten por si mismas.
LOS COJINETES QUE MÁS SE USAN SON:
COJINETES BABBIT: Ofrece resistencia a la fatiga, excelente acción superficial y resistencia a la corrosión.
COJINETES DE COBRE Y PLOMO, poseen una resistencia a la fatiga, excelente acción superficial y resistencia a la corrosión.
COJINETE DE ALUMINIO; Esta aleación es de un 6% de estaño, 1% de cobre, 1% de níquel y el resto aluminio,(clevite). También se emplean cojinetes de aluminio y plomo bimetálitos.
TIPOS DE COJINETES:
La gran mayoría de los cojinetes modernos son de tipo casquillo postizo. Es decir que el cojinete hace como pieza independiente y luego se le inserta en su base de la biela o bancada.
El cojinete de inserto puede ser de una pieza (como el usado para el eje de levas) , o partido en dos mitades y que se emplea en las bancadas y en las bielas.
También se emplea un cojinete de empuje con brida este cojinete desempeña 2 funciones, se desempeña como cojinete de soporte , y además tiene dos pestañas para controlar el movimiento longitudinal del eje cigüeñal. Algunos fabricantes emplean 2 arandelas de empuje, independientes del cojinete recto; las cuales pueden ser de una sola pieza o de dos unidades.
El diámetro exterior del casquillo para el tiraje, requiere que el cojinete se coloque en su sitio a presión.
La mayoría de los cojinetes de las bielas se fabrican con un diámetro exterior dimensionado para dar "tiraje" al cojinete. Este termino significa que la distancia a través de los bordes divisorios exteriores es ligeramente mayor que el diámetro de la base. Esto y unas muescas en los bordes del cojinete, o espigas localizadoras, impiden que gire dentro de su alojamiento.
Cada mitad de un cojinete seccional esta hecha de modo que es ligeramente mayor que una mitad exacta esta distancia que podría ser mínimo de 0.001”se denomina tiraje.
Cuando las dos mitades del cojinete se montan y la tapa de las bielas se ajusta, el tiraje establece una presión radial en las mitades del cojinete, que la fuerza y ajusta. Esto asegura que el dorso del cojinete esta en contacto completo y sin holgura con el área superficial de la tapa de biela o bancada.
COMO SE FIJA UN COJINETE:
Los cojinetes de motor deben fijarse de tal modo que no giren o se desplacen lateralmente en su cubierta.
Para este fin se emplea una ranura y una pestaña
Esta pestaña consiste en una prolongación en el frente de separación del cojinete, la cual se aloja en una ranura labrada en la cubierta.
Otras forma es la espiga localizadora
La espiga puede colocarse en la cubierta o en el dorso del cojinete, con el agujero para la espiga en ambas partes, y la espiga se inserta como una pieza a parte
En algunos casos no basta la holgura de 0.002” a 0.004”, debiendo hacer una ranura al cojinete para el paso del aceite a presión que llega en forma permanente para lubricar el giro del eje sobre la superficie del cojinete.
CAUSAS DE FALLAS EN LOS COJINETES
Cuando el motor trabaja en condiciones normales los cojinetes pueden tener un rendimiento aproximado excelente , fuera de estos parámetros, tendrá una gran influencia en el bajo rendimiento del motor.Los principales síntomas de dificultades en un motor son los siguientes:
- El escape despide gran cantidad de humo azul.
- El motor acusa un alto consumo de aceite.
- El motor rinde bajo kilometraje por litro de combustible.
- El motor pierde potencia, esta muy pesado
- La temperatura sube sobre el límite normal.
- Hay escape de gases de los cilindros al cárter de aceite y por el tubo de llenar aceite.
- Se producen golpeteos en el interior del motor.
GOLPETEOS:
Los golpeteos que se producen en el motor pueden deberse a:
- Excesiva luz entre vástagos de válvulas y balancín.
- Cojinetes principales o de biela gastados.
- Excesivo juego lateral de bielas.
- Excesivo juego longitudinal de cigüeñal.
- Pernos de pistón gastados.
- Pistones muy gastados.
- Aros de pistón y/o cilindros gastados.
COJINETES GASTADOS:
Los cojinetes gastados presentan los siguientes síntomas:
- Presión de aceite más baja que lo normal.
- Consumo excesivo de aceite.
- Golpeteo del motor.
Si el consumo de aceite del motor es considerable además de los cojinetes, los síntomas pueden deberse también a:
- Aros de pistón gastados o rotos, mal instalados, etc.
- Cilindros con desgaste cónico u ovalados.
- Vástagos de válvulas o guías gastadas.
- Retenes de guías de válvulas defectuosos.
FATIGA Y SOBRE CARGA DEL COJINETE:
La fatiga del cojinete es el deterioro gradual del metal blando del que esta construido, causado por cargas excesivas durante el trabajo del vehículo.
Bajo condiciones de trabajo muy fuertes el deterioro del material se acelera sobre todo por efecto del calor.
SUSTANCIAS EXTRAÑAS EN LA SUPERFICIE DEL COJINETE:
Partículas metálicas y abrasivos en el revestimiento del cojinete generalmente provienen de una limpieza inadecuada del motor durante el trabajo de armado. Esto es muy frecuente después de haber rectificado los cilindros, asentados las válvulas, etc. También es posible que ingresen al motor partículas de polvo y abrasivos del exterior especialmente cuando los filtros de aire son inadecuados o cuando se llega al colmo de trabajar el motor sin filtro de aire. Estas partículas de suciedad llegan al aceite y circulan con el a través de las piezas internas del motor, incrustándose muchas veces en la superficie del cojinete, originando desgaste del eje cigüeñal y desprendimiento del material de revestimiento.
COJINETES MAL ASENTADOS:
Esto puede deberse a:
- Suciedad entre el cojinete y su asiento en la biela o bancada.
- Tapas de biela limadas.
El cojinete debe asentarse perfectamente en toda el área circular para garantizar una luz de aceite uniforme y una perfecta trasmisión de calor.
LAS VÁLVULAS
La entrada en la mezcla de gasolina y aire al interior de los cilindros del motor así como la salida de los gases quemados después de la combustión, hacia el exterior, se controla por medio de 2 ó 4 válvulas.
Las válvulas apoyan sobre sus asientos en la culata y deben estar maquinados con suma precisión para hacer un cierre hermético con las perforaciones o lumbreras de entrada de mezcla y salida de los gases de los cilindros.
El cierre hermético entra la cara de la válvula y su asiento se consigue rectificando a maquina los asientos y las caras de las válvulas a un ángulo de 30º o de 45º de inclinación .luego asentándolas (adaptándolas entre si)suavemente con ayuda de una pasta de esmeril.
Algunos fabricantes recomiendan, por ejemplo, rectificar el asiento de válvula a 45º y la cara de la válvula a 44.5º o el asiento a 46 y la cara de la válvula a 45º esto es con el fin de conseguir un mejor cierre hermético . En todo caso debe regirse a las especificaciones del fabricante.
Casi siempre las válvulas de admisión tienen la cabeza más grande que las válvulas de escape .esto se hace con el fin de compensar la menor presión disponible para el ingreso de la mezcla carburante al cilindro en el tiempo de admisión. Esto no será necesario cuando se emplea turbo cargador.
Las válvulas se construyen de acero aleado con metales capaces de resistir muy altas temperaturas que se genera en la cámara de combustión en el momento de la explosión .entre estos materiales ,tenemos: Cromo, Silicio , Níquel , etc. .Siendo las válvulas de escape construidas siempre de un mejor material para poder resistir la temperatura de los gases que salen permanentemente al exterior, debiendo tener la superficie de la cara (la parte que hace contacto con el asiento) mas ANCHA para permitir mejor transferencia del calor hacia las chaquetas de agua en la culata.
DIFERENCIAS ENTRE VALVULAS
1-cuando las válvulas son de diferente tamaño, las que tienen la cabeza más grande son las de admisión.
2-cuando están marcadas con letras, las de admisión llevan “IN”, y las de escape “EX”.
3-durante su trabajo en el motor, las de que se abren al bajar el pistón son de admisión y. y las que se abren al subir el pistón son las de escape.
4-cuando el motor ya esta funcionando las válvulas adquiere un color diferente. Las de admisión adquieren un color grisáceo oscuro .las de escape un color ladrillo.
DILATACION: todas las partes expuestas al calor de la combustión se dilatan (aumenta de tamaño) durante el funcionamiento del motor .por este motivo debe preverse (dejarse) una luz (espacio especificado) entre el extremo del vástago de la válvula y el balancín .esta luz se especifica generalmente mayor (mas grande) para las válvulas de escape.
Cuando se deja una luz muy pequeña la válvula SE ABRE ANTES DE TIEMPO y cierra MUY TARDE; y al no poder disponer del tiempo suficiente para poder transferir el calor a las chaquetas de agua, estas se recalientan y se queman en poco tiempo.
En cambio, si se deja una luz MUY GRANDE la válvula se demora en abrir y cierra antes de tiempo; originando un deficiente llenado de mezcla a los cilindros, y en consecuencia, una menor potencia del motor.
ASIENTOS DE VALVULAS :los asientos de las válvulas pueden estar fundidos en la misma culata, o ser postizos..
Los asientos, al igual que las válvulas ,también se pueden rectificar con piedras especiales , a un ángulo de 30y de 45 grados , de acuerdo lo especificado para cada caso.
Cuando la válvula asienta sobre su asiento debe existir un contacto entre ambos de aproximadamente igual a la mitad del ancho del asiento, y este contacto debe ser en su parte central.
ELEMENTOS QUE ACOMPAÑAN A UNA VALVULA
LA GUIA: para que la válvula haga un cierre hermético con su asiento y no TENGA LA POSIBILIDAD DE INCLINARSE hacia ningún lado durante su recorrido de apertura y cierre, debe moverse dentro de un tubo de hierro, llamado guía.
Algunos motores llevan las guías colocadas a presión en la culata de tal forma que si se han gastado sobre el limite permisible , se pueden cambiar .
En otros motores las guías vienen fundidas en la misma culata ,y se les denomina guías integrales estas ofrecen una mejor transferencia de calor hacia las camisas de agua.
Cuando las guías son integrales (fijas en la culata )y han sufrido desgaste irregular ,pueden ser rectificadas (escariadas)a la medida inmediata superior y luego se emplean válvulas supermedida, es decir que tienen el vástago de mayor diámetro que la estándar.
Posibles fallas en las válvulas
VASTAGOS DE VALVULA GASTADOS: El desgaste del vástago de una válvula puede producirse por un resorte que ha perdido su tensión o ha sufrido una torcedura.
También puede deberse a un mal contacto con el balancín (por mala rectificación de este) al haberse torcido o tener desgaste en su eje.
VALVULAS CON LA CABEZA ACOPADA: Si la válvula se calienta excesivamente, la cabeza de esta válvula puede deformarse y tomar la forma de una copa. Debido a esta deformación, la válvula no asienta en la superficie de su asiento, dificultando considerablemente la temperatura, produciéndose pre encendido y terminando con la quemadura de la válvula.
VALVULA QUEMADA: debido a que los motores trabajan cada vez a mas altas velocidades y a temperaturas considerablemente mayores, alcanzando las válvulas temperaturas superiores a los 1,500grados Fahrenheit, estas pueden quemarse
El proceso de quemado de una válvula es progresivo , empieza generalmente con el desprendimiento de una lamina de carbón de la cabeza de la válvula carbonizada, formándose un canal a través del cual los gases calientes de la combustión podrían pasar , lo cual hace subir la temperatura de la válvula , originando que se queme.
Una válvula también puede quemarse cuando se ha realizado una incorrecta calibración entre el vástago de la misma y el balancín.
VASTAGOS DE VALVULA GASTADOS: El desgaste del vástago de una válvula puede producirse por un resorte que ha perdido su tensión o ha sufrido una torcedura.
También puede deberse a un mal contacto con el balancín (por mala rectificación de este) al haberse torcido o tener desgaste en su eje.
VALVULAS CON LA CABEZA ACOPADA: Si la válvula se calienta excesivamente, la cabeza de esta válvula puede deformarse y tomar la forma de una copa. Debido a esta deformación, la válvula no asienta en la superficie de su asiento, dificultando considerablemente la temperatura, produciéndose pre encendido y terminando con la quemadura de la válvula.
VALVULA QUEMADA: debido a que los motores trabajan cada vez a mas altas velocidades y a temperaturas considerablemente mayores, alcanzando las válvulas temperaturas superiores a los 1,500grados Fahrenheit, estas pueden quemarse
El proceso de quemado de una válvula es progresivo , empieza generalmente con el desprendimiento de una lamina de carbón de la cabeza de la válvula carbonizada, formándose un canal a través del cual los gases calientes de la combustión podrían pasar , lo cual hace subir la temperatura de la válvula , originando que se queme.
Una válvula también puede quemarse cuando se ha realizado una incorrecta calibración entre el vástago de la misma y el balancín.
Válvula de escape (izquierda) quemada.
Trabajando en válvulas y tapas.
La "luz de válvulas" es el juego libre (huelgo) que debe dejarse entre el vástago de la válvula y el balancín o botador que la acciona, estando el motor frío. Este espacio libre (se trata de décimas de milímetro) se reduce a cero cuando el motor está a su temperatura de régimen, asegurando el correcto funcionamiento y cierre de las válvulas. Si no dejáramos "luz de válvulas", las mismas nunca llegarían a cerrarse cuando el motor está caliente, porque el vástago estaría estirado (dilatado), impidiendo el pleno contacto de los platillos de válvula contra sus asientos; y si las válvulas no sellan bien, el motor rinde muy poco, además de que el breve contacto del platillo contra su asiento sirve también para quitarle calor a la válvula, y si este calor no es debidamente disipado (por escaso tiempo de contacto entre válvula y asiento), las válvulas terminan quemándose.
Y por el contrario, si dejáramos excesiva "luz de válvulas", también disminuiría el rendimiento del motor, ya que parte del movimiento de apertura y cierre sería en falso, restándole tiempo de accionamiento eficaz a la válvula (tanto en su apertura como en su cierre).
Como ves, el diseño de los movimientos de distribución es algo muy delicado, y por eso es muy conveniente asegurar la "luz de válvulas" recomendada por el fabricante. Usualmente llevan mas huelgo las válvulas de escapes, ya que trabajan a mayor temperatura y, por ende, se dilatan mas que las de admisión.
Pero los motores relativamente modernos ya no traen reguladores de luz de válvulas fijos, sino que la correcta luz de válvulas se garantiza mediante unos dispositivos (botadores) hidráulicos que permanentemente ajustan la luz de válvulas, independientemente de la condición térmica del motor, y ésto se logra mediante la misma presión del aceite interior del motor, cuando funciona. Suerte.
ENLACE DE INTERÉS:
TRABAJANDO EN UNA TAPA
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FUENTES:
M.J.D.
LIBROS DE MECANICA AUTOMOTRIZ
Mario A. Lozada Vigo. "Mecánica automotriz motor de explosión – motor diesel.
Tomo I primera parte"
MAQ 305 MOTORES DIESEL CAPITULO 11 Cojinetes y su lubricación.
Manual de Senati,II ciclo."Mecánica automotriz"
Internet: www.automecanico.com
