Actualización del equilibrio del cigüeñal

May 31, 2023

A medida que el rendimiento, la tecnología y, en última instancia, la potencia han seguido aumentando a lo largo de los años, los fabricantes de motores han tenido que evolucionar junto con ellos. Eso significa poder controlar el aumento de potencia para crear potencia habitable y viable.

Obviamente, los pistones todavía suben y bajan y las bielas giran y giran, pero la tecnología involucrada en todo el motor ha permitido que el rendimiento alcance nuevas alturas. Todo ese aumento de potencia tiene que pasar por el cigüeñal, también conocido como el corazón del motor. Si ese chiflado/corazón es infeliz, todos lo son. Ingrese al equilibrio del cigüeñal.

Nos reunimos con Randy Neal de CWT Industries para comprender lo que ha estado viendo en la industria cuando se trata de equilibrar técnicas, tendencias y simplemente ideas correctas e incorrectas. Un buen equilibrio puede ser de gran ayuda, pero uno deficiente puede destruir mucho más que un simple cigüeñal.

¿Por qué ofrecer equilibrio?

Si hay algo que todos nosotros en esta industria hemos llegado a entender es que nunca se puede estar seguro de que otra persona hizo el trabajo correctamente, y eso también se aplica al nivel del fabricante. El trabajo de doble verificación es imprescindible en todos los aspectos de la construcción de motores. Como tal, cuando se trata de cigüeñales y kits de manivela que usted o un cliente puedan comprar, es imperativo asegurarse de que se realizó un trabajo de equilibrio adecuado y no simplemente confiar en que fue porque así lo dice.

"Lo primero que estamos viendo es que el usuario final es ingenuo en cuanto a algunas de las preguntas incidentales que deberían hacerse cuando piden un cigüeñal", dice Randy Neal de CWT. “Si compra un juego de bielas de varios proveedores, el fabricante de bielas desarrollará una biela para un peso bob objetivo conocido. Si alguien va a utilizar pistones y varillas más livianos o pistones y varillas más pesados, a menos que el proveedor del kit de manivela sea realmente capaz de controlar todos los componentes relacionados, casi puedo garantizar que la unidad ni siquiera estará cerca de una tolerancia equilibrada para el solicitud. Desafortunadamente, de repente estamos viendo mucho más de eso”.

El usuario final compra estos kits pensando que todos los demás han hecho su debida diligencia, solo para descubrir que los armaron y tienen una pequeña vibración. No existe una buena vibración cuando se trata de cigüeñales.

"He visto hojas de información que dicen que la unidad está equilibrada dentro de más o menos el 2 % del valor de fábrica", dice Neal. "Si tienes un peso bob de 2000 gramos, más o menos 2% son 40 gramos en cualquier dirección, o un error acumulativo de 80 gramos, eso no está equilibrado".

Algo que Randy espera que las tiendas comiencen a hacer es ofrecer a los clientes un trabajo de equilibrio gratuito en estos kits de manivela, pero sólo si están realmente equilibrados correctamente. De lo contrario, podrá cobrarles por equilibrarlo adecuadamente y el cliente estará encantado de que lo haga de cualquier manera.

“Cuando la gente me pregunta por qué deberían dedicarse al equilibrio para sus aplicaciones, les digo que si el cliente compró un kit de manivela, independientemente de su procedencia (Ebay, Summit, JEGS, etc.), debería acudir al Cliente y pregúntale si te permiten pesar los componentes, ponerle un juego de pesas, girarlo y, si está equilibrado, no te cobraré ni un centavo”, dice. “Ese es un pequeño desafío interesante para plantear al usuario final. Están pensando: 'Vaya, puedo conseguir un trabajo de equilibrio gratuito con esto porque dijeron que ya estaba equilibrado'. La verdad del asunto es que nunca un solo cliente me dijo que pudo encontrar un kit y que estaba equilibrado según el estándar ISO. Ni una sola vez. Es un motivador para el tipo que está pensando en entrar en el negocio del equilibrio. Nuevamente, esa es la ingenuidad del usuario final. Va a perder la apuesta. Él simplemente no lo sabe. Es algo así como Las Vegas”.

Muchas tiendas comercializan un equilibrio dentro de 1 gramo, lo cual es genial. Sin embargo, la especificación de equilibrio ISO no siempre es una tolerancia tan estricta, dependiendo de varios factores.

"La especificación de equilibrio ISO exige la cantidad de masa o el peso acumulado del pistón, la varilla, la manivela, el equilibrador armónico, la placa flexible, el convertidor de par, etc., cualquiera que sea el peso bruto", afirma. “También quiere saber cuántas rpm máximas se aplicarán: 6.000, 7.000, 8.000, 10.000. Cada rango de rpm tiene su propia aplicación individual. Muchas veces equilibrar dentro de 1 gramo es casi una forma de entretenimiento.

“En otras palabras, en una manivela de hueso, es posible que solo necesites estar dentro de los 5 gramos. La razón es que no gira a muchas revoluciones y es un conjunto bastante liviano. Cada una de las tolerancias de equilibrio son en realidad una especificación de aplicación. Ya sea una carrera, una calle de alto rendimiento, el auto de la abuela, lo que sea, todos tienen diferentes tolerancias de aplicación. Todo lo que esté por debajo del estándar que genera el formato ISO es una forma de entretenimiento. No hay ningún beneficio neto.

“Cuando los muchachos me dicen que se están equilibrando dentro de 1 gramo, no estoy en contra de eso. Simplemente creo que, en algunos casos, tiene muy poco valor. Para lograr esa tolerancia, a veces simplemente estás perdiendo el tiempo. Alguien me regañará por eso, pero los números no mienten”.

Si bien este puede ser el caso para ciertas aplicaciones de bajas revoluciones, difiere cuando se empieza a hablar de altas revoluciones y motores de alto rendimiento. Mantener esas tolerancias más estrictas se vuelve más importante.

“Hace un par de décadas, los fabricantes de equipos originales como General Motors, Ford y Chrysler tenían un estándar de equilibrio genérico al que llamaban 2 oz. pulgada”, explica Neal. “Dependiendo del peso de la masa, podría estar entre 10 y 15 gramos. Los fabricantes de equipos originales estaban equilibrando todo según ese estándar. La razón fue que esos motores nunca fueron diseñados para funcionar a altas revoluciones. A medida que los motores aumentaron las revoluciones, tuvieron que retroceder esas tolerancias.

“Ahora hemos llegado al punto en el que el auto de la abuela, debido a las condiciones pobres y la aplicación del motor, está equilibrado con tolerancias más estrictas. Los fabricantes de equipos originales pasaron de 2 oz por pulgada a 0,16. Ese es un cambio bastante radical. Pesaban alrededor de 15 gramos. Ahora pesan menos de 2 gramos y, en algunos casos, menos de 1 gramo, dependiendo de qué tan liviano sea el ensamblaje. Eso es sólo para el auto de la abuela. No fue tanto por el rendimiento. Estaban generando más caballos de fuerza, pero es porque los motores se han vuelto más livianos. Se necesita menos energía para mover objetos más ligeros”.

En los viejos tiempos, podías tener una cantidad “excesiva” de desequilibrio y no se transfería a lo que llamamos la sensación de estar sentado. Ahora, con las piezas fundidas más livianas, la delgadez, la relación entre encendido electrónico y combustible, necesita toda la ayuda posible para minimizar un disparo falso en la electrónica, por lo que las tolerancias son más estrictas.

Equilibrio insuficiente o excesivo

Si bien se debe respetar la norma ISO, también existe la noción de que el equilibrio excesivo o insuficiente de una manivela tiene ciertas ventajas. Si superas o no el 50% estándar es una teoría personal y los chicos han encontrado diferentes razones para hacerlo.

En un desequilibrio, imagina que la masa alternativa es más pesada de lo que realmente pesa. Cualquier valor superior al 50 % se considera un exceso, y Neal dice que ha visto hasta un 56 %. Jon Kaase ha dicho que utiliza un ligero aumento porcentual superior al 50% para motores de pulgadas cúbicas realmente grandes, y los muchachos de la Copa NASCAR lo sobreequilibran al 51%-52%.

Por otro lado, cualquier valor inferior al 50% constituye un desequilibrio. Reher-Morrison, que fabrica motores de montaña, salió y dijo que tienen un bajo equilibrio, y Pat Musi Racing Engines, que fabrica motores de más de 900 pulgadas cúbicas, también hace lo mismo.

"Los chicos de Reher-Morrison me dijeron que tenían un desequilibrio del 47%", dice Neal. “Esto me molestó, así que volé a la tienda para ver la manivela y estaban funcionando al 47% porque no tenían suficiente espacio para poner más Mallory. Les dije, están haciendo esto porque simplemente no puedo llegar allí [al 50%].

“Los chicos de la tienda de Pat Musi también tenían un subbalance del 47%. Me dijeron que era la única manera de hacer funcionar el motor. Pregunté qué tipo de holgura de rodamiento tenían y, en algunos casos, era de 0,007” o 0,008”. Eso es mucho. Pero los motores de Pat no permanecen apagados por mucho tiempo antes de que los envíes de regreso para que los renueven.

“Me gusta mirar los rodamientos y la razón es que si ese rodamiento no es feliz, nada es feliz. La aplicación de carreras de resistencia es una cosa, pero en las carreras de resistencia o en las carreras de carretera, es cuando los rodamientos realmente cuentan la historia. El problema con los rodamientos que no están contentos es que no tienen forma de recuperarse una vez que se lesionan.

“A medida que se abre el juego en un rodamiento, a su vez se le permite escapar de la carga. La bomba de aceite tiene que trabajar mucho más, y eso es resistencia parásita. Debido a que los motores de montaña generan una cantidad tan enorme de potencia y tienen un ciclo de trabajo tan corto, no creo que comprendan completamente que la durabilidad del rodamiento siempre estará en duda”.

Según la experiencia de Randy, ha tenido personas con un ligero desequilibrio sin ver signos de falla inmanente del rodamiento. Del mismo modo, si ocurre lo contrario con un desequilibrio, será mejor que esté preparado para renovar el motor con frecuencia debido al desgaste de los cojinetes.

"Aparte de un buen trabajo de equilibrio, es necesario tener la geometría correcta, los espacios libres correctos, los recubrimientos correctos y los materiales correctos", dice Neal. “Si estás al 50%, estás bien. Cualquier otra cosa es un ajuste incondicional. Las personas que tienen un equilibrio excesivo o insuficiente pueden decirte que ganan carreras, pero eso no es un punto de referencia. Sin embargo, es una creencia y, a veces, los fabricantes de motores tienen creencias bastante singulares. Cuando realmente empiezas a estudiarlo y observas el rumbo, todo lo dice.

“La falla número uno suele ser la falta de petróleo, seguida de los desechos extraños. Si lees un rodamiento y ves que el borde mismo tiene marcas testigo de contacto, te está indicando que hay flexión. El equilibrio no solucionará eso. El problema es la deflexión, lo que significa que la carga ha excedido la capacidad de la manivela para mantener la geometría”.

Los equilibradores armónicos se han convertido en un componente importante para mejorar el rendimiento del cigüeñal y, en última instancia, crear armonía acumulativa dentro del motor.

Quitar/añadir peso

En un esfuerzo por equilibrar un cigüeñal, a menudo es necesario agregar o quitar peso a un lado o al otro para eliminar cualquier posibilidad de que se produzcan vibraciones en el motor. Una cosa que Randy dice que ha estado viendo cada vez más cuando elimina peso es un movimiento hacia el equilibrio sin agujeros.

"Cuando normalmente aligeramos la manivela, estamos perforando", señala Neal. “La gente no entiende totalmente lo que está pasando allí. Comenzamos a perforar ese contrapeso para equilibrarlo en primer orden, pero lo que hicimos fue debilitar el contrapeso. Lo que pasa es que empezará a aletear. Entra en lo que se llama histéresis, similar a agitar la mano. Mientras ese contrapeso hace eso, el resto de la manivela comienza a responder a eso. De hecho, todo el motor, desde la tuerca de mariposa hasta el cárter de aceite, responde a eso.

“A 3.000 rpm, ¿a quién le importa el culo de una rata? Pero, a medida que vamos más rápido con más carga y más torque, de repente ese contrapeso tiene una aplicación crítica. En lugar de taladrar la manivela, calculamos la cantidad de masa que tiene que desprenderse y utilizamos un programa de corte con torno para minimizar el peso, pero no daña estructuralmente el contrapeso. Debido a que es uniforme y no tiene una serie de perforaciones, como se crearía al perforarlo, tiene más posibilidades de mantenerse estable”.

Hablando de estabilidad, otra tendencia dentro del equilibrio es la idea de contrapesos atornillados. Según Randy, esta idea proviene del diésel de servicio pesado, pero tiene ventajas en aplicaciones de carreras.

"Vamos a empezar a ver una tendencia cada vez mayor a tener contrapesos de tungsteno atornillados, y ya lo estamos viendo en las carreras", afirma. "Esto tiene dos ventajas: una es que minimiza la circunferencia, lo que ayuda al motor a acelerar y desacelerar más rápido, pero en segundo lugar, debido a que es una aleación diferente, la frecuencia es diferente a la del acero base de la manivela, por lo que agrega una amortiguación". calidad. Esto sólo se ve en la gama alta de las carreras en este momento.

“Incluso las pesas de acero atornilladas son una tendencia y ahora estamos trabajando con un par de fabricantes de bielas. He estado predicando esto durante más de una década, pero ahora todos están empezando a ver que tal vez haya algo en esto. Nos gustaría ver la evolución de las pesas atornilladas”.

Al igual que agregar pesas atornilladas a la manivela, equilibrar un cigüeñal a menudo implica agregar barras de tungsteno, conocidas como mallory, para alcanzar las tolerancias adecuadas. Sin embargo, esta es una práctica que a menudo se realiza incorrectamente y, cuando se realiza incorrectamente, puede tener efectos adversos graves.

“Por lo general, perforamos la manivela desde un sentido radial hacia adentro”, señala Neal. “Algunas personas perforaron en esa dirección y luego colocaron mallory/tungsteno en ese agujero, y luego soldaron encima para que permanezca allí. Ese es un proceso increíblemente suicida. La soldadura es una actividad inapropiada porque la densidad del tungsteno es más del doble que la del acero. Ésa es la ventaja de la densidad para corregir la masa, pero los dos metales son ajenos entre sí. En otras palabras, hay diferentes tasas de expansión y contracción.

“Los muchachos soldaron estas piezas porque quedaban holgadas. Se supone que debe tener un ajuste mínimo a presión y eso depende del diámetro. Para una conversación genérica, diremos que se trata de un ajuste a presión de aproximadamente 0,002”. Perforarán y escariarán para, digamos, un diámetro de 1”, pero el tungsteno debería ser algo así como 1,002”. Bueno, eso le da un ajuste de interferencia de 0,002”, pero debido a que muchos de los taladros livianos de las máquinas equilibradoras que existen tienen tan mala integridad, el orificio ya es más grande que 1,002”.

“Los muchachos deslizan metal allí y luego colocan una soldadura en un lado, a veces en ambos lados, para que permanezca allí. Bueno, si los muchachos simplemente se sentaran allí después de ejecutar esa soldadura y la estudiaran, encontrarían una pequeña grieta justo entre la soldadura, el material base y el tungsteno. Esto es causado por el diferencial de expansión y contracción del material. Estoy muy en contra de eso. Muchos muchachos lo han hecho durante años, y mucha gente ha tenido “éxito” sin que desaparezca, pero creo que eso se debe sólo a que van mucho a la iglesia. Es una mala práctica y debería detenerse”.

Tampoco hace falta decir que nunca se debe perforar un contrapeso en el borde exterior para presionar un trozo de tungsteno. La clave para agregar metal es asegurarse de tener el ajuste a presión adecuado horizontalmente en el contrapeso.

"La geometría es la reina", dice Neal. “La falta de coincidencia del material no es el problema cuando se presiona. El ajuste de interferencia entre el tungsteno/mallory y el contrapeso (fundido o acero) es realmente bastante adecuado para capturar y sostener ese metal si se coloca de lado o a través del costado del contrapeso."

Otra cosa que no querrás hacer es colocar esos trozos de metal demasiado juntos o demasiado cerca del arco radial del contrapeso. Si hace eso, es posible que viva durante X número de ejecuciones, pero eventualmente se rendirá a la fuerza de carga centrífuga y saldrá de la manivela. Eso sucede por no tener suficiente material de soporte tanto radialmente como entre cada taco.

"Existen muchísimas ventajas al utilizar tungsteno para cumplir adecuadamente los criterios para la masa de peso giratoria, pero sólo hay un procedimiento correcto", admite Neal. “Se trata de asegurarse de tener el ajuste a presión correcto y luego suficiente material para mantenerlo allí. Cuando se trata de equilibrio, los muchachos deben tener sentido común y respetar la seguridad”.EB