Piezas del árbol de levas Perkins: el perfil de los lóbulos y el tipo de seguidor deben coincidir
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Un árbol de levas puede deslizarse correctamente dentro de los alojamientos originales y su engranaje puede engranar correctamente con el engranaje del cigüeñal, y aun así ser el árbol de levas equivocado.
La identificación del árbol de levas tiene dos dimensiones independientes. Desde el punto de vista físico, el eje debe estar correctamente soportado, lubricado y posicionado. Desde el punto de vista cinemático, debe trabajar con los seguidores y el sistema de distribución para producir la relación de fase prevista.
Un error en cualquiera de estas dos dimensiones puede provocar ruido en el tren de válvulas, desgaste prematuro o una distribución incorrecta. En motores donde el accionamiento del sistema de combustible comparte parte de la misma cadena de movimiento, el error también puede afectar al accionamiento o a las relaciones de sincronización del sistema de combustible.
Una misma serie de motores puede utilizar más de una versión formal de árbol de levas
Un modelo de motor identifica una plataforma general, pero no determina una versión exacta de árbol de levas.
Una misma serie de motores puede utilizar varias versiones formales de servicio con perfiles de leva, elementos de accionamiento o detalles de posicionamiento diferentes. Estas diferencias pueden estar relacionadas con la configuración del motor, el diseño del sistema de combustible, la etapa de producción o la aplicación. Sin el Build List y los datos formales de las piezas, no deben atribuirse automáticamente a una potencia nominal o un nivel de emisiones específicos.
Algunos árboles de levas hacen algo más que controlar las válvulas de admisión y escape. Dependiendo del diseño del motor, una excéntrica puede accionar una Lift Pump mecánica de tipo diafragma, mientras que los sistemas de bomba unitaria o bomba-inyector pueden utilizar lóbulos específicos del árbol de levas como parte del accionamiento del sistema de combustible.
Una bomba de inyección central es diferente. Normalmente se acciona desde el cigüeñal mediante un tren de engranajes de distribución, una cadena o un sistema de correa dentada que también puede accionar el árbol de levas. No es correcto describir todas las bombas de inyección centrales como accionadas directamente por un lóbulo de leva.
La relación real de accionamiento debe confirmarse mediante el diseño del motor.
Dos árboles de levas pueden tener una longitud total, un número de apoyos y una apariencia exterior similares, pero utilizar perfiles de leva diferentes. La semejanza visual no es un método fiable de identificación. Para una identificación precisa se necesitan el Engine Serial Number completo, el Build List y las marcas formales de la pieza antigua.
El árbol de levas define la entrada de movimiento, pero todo el tren de válvulas determina el movimiento real de la válvula
La diferencia de altura entre la punta de la leva y el círculo base proporciona información útil sobre la alzada, pero no describe el perfil completo del lóbulo.
Dos lóbulos pueden tener una altura máxima similar y, aun así, utilizar rampas de apertura, radios de punta o duraciones diferentes. Por lo tanto, el movimiento resultante de la válvula puede ser distinto.
La alzada de la leva tampoco siempre es igual a la alzada final de la válvula. En sistemas que utilizan taqués, varillas de empuje y balancines, el movimiento final está influido por la geometría del balancín, la holgura de válvulas y el estado de todos los componentes de la cadena de movimiento.
Por lo tanto, el movimiento real de la válvula lo produce el conjunto completo del tren de válvulas.
Medir únicamente el punto más alto del lóbulo de leva, sin comprobar el círculo base, el perfil completo, el estado del seguidor y la holgura de válvulas, no demuestra que se haya restablecido el movimiento original de la válvula.
Casquillos del árbol de levas: deben confirmarse conjuntamente la posición de alimentación de aceite y la holgura después de la instalación
El árbol de levas gira sobre sus apoyos dentro del bloque motor o en casquillos instalados.
En diseños que utilizan casquillos del árbol de levas alimentados a presión, el orificio o la ranura de aceite del casquillo debe formar la conexión correcta con la galería de aceite del bloque motor. Diferentes posiciones de casquillo pueden utilizar distintos números de pieza, patrones de orificios de aceite o diseños de ranura. Un mismo casquillo también puede requerir una orientación diferente después de la instalación según su posición.
La necesidad de utilizar una herramienta de instalación específica y la posición angular correcta del orificio de aceite deben obtenerse de la información de servicio del motor concreto. Una posición habitual del orificio de aceite utilizada en otro motor no debe trasladarse a la aplicación Perkins actual.
El proceso de montaje por interferencia también puede modificar el diámetro interior final, la redondez o la alineación del casquillo. El ajuste por interferencia, la acumulación de tolerancias y el material desplazado o levantado durante la instalación pueden modificar la holgura real de funcionamiento.
Por lo tanto, el diámetro interior medido en estado libre antes de la instalación no sustituye a la medición después del montaje. En los motores correspondientes, el diámetro interior del casquillo, la holgura con el apoyo y la alineación deben comprobarse después de la instalación.
Los seguidores de cara plana y los seguidores de rodillo utilizan principios de contacto diferentes
Los seguidores deslizantes de cara plana y los seguidores de rodillo son dos diseños habituales del tren de válvulas, aunque también pueden utilizarse otras disposiciones de transmisión de movimiento.
Sus principios de contacto y guiado son fundamentalmente diferentes y no deben intercambiarse simplemente porque sus dimensiones de instalación parezcan similares.
En muchos sistemas con taqués planos, el lóbulo de leva presenta una ligera conicidad transversal. La cara del seguidor también puede tener una ligera convexidad, mientras que el alojamiento del seguidor puede estar desplazado respecto al centro del lóbulo. En conjunto, estas características favorecen una rotación lenta del seguidor y distribuyen el desgaste por toda la superficie de trabajo.
La conicidad, convexidad y desviación exactas son parámetros de diseño específicos del motor y no deben asignarse a un único valor universal.
Un seguidor de rodillo funciona de forma diferente. El rodillo gira alrededor de su propio eje y sigue el lóbulo mediante contacto rodante. Una guía, pasador antirrotación, chavetero o mecanismo similar limita la rotación del cuerpo del seguidor dentro de su alojamiento para que el eje del rodillo permanezca correctamente alineado con el lóbulo de leva.
La guía no impide que el propio rodillo gire.
Sin una aprobación explícita del fabricante del motor o del tren de válvulas, los sistemas de seguidores de cara plana y de rodillo no deben sustituirse entre sí. Sus perfiles de leva, geometría de contacto y sistemas de guiado utilizan principios de diseño diferentes.
La posibilidad de reutilizar los seguidores también depende de si se instala el árbol de levas original o uno nuevo.
Si el árbol de levas original y sus seguidores planos originales han sido inspeccionados, aceptados para continuar en servicio y aprobados para volver a montarse, cada seguidor debe regresar a la posición del lóbulo con la que funcionaba originalmente.
Cuando se instala un árbol de levas nuevo, los seguidores deslizantes, como los taqués planos, normalmente deben sustituirse de acuerdo con el procedimiento de servicio correspondiente. Devolver un seguidor antiguo a la posición de cilindro que ocupaba anteriormente no es justificación suficiente para utilizarlo con un árbol de levas nuevo, porque su superficie de contacto ya se ha desgastado siguiendo el perfil del lóbulo antiguo.
La posibilidad de reutilizar un seguidor de rodillo debe determinarse según el estado de su rodillo, cojinete y mecanismo de guiado.
Una rotación correcta no demuestra una posición axial correcta
El árbol de levas no solo debe girar; también debe mantenerse dentro de una posición axial definida.
Una placa de empuje, brida, superficie de empuje u otra estructura de posicionamiento controla el juego axial del árbol de levas. Un juego axial excesivo puede permitir que el árbol de levas se desplace hacia delante y hacia atrás durante el funcionamiento, afectando al engrane de los engranajes y a la posición de contacto de los seguidores. Un juego axial insuficiente puede provocar agarrotamiento, generación de calor o desgaste de las superficies de empuje.
Después de confirmar la longitud total del eje y las dimensiones de los apoyos, el proceso de reparación también debe verificar:
- la ubicación de las superficies de referencia axial;
- si el componente de empuje está incluido;
- el estado de las superficies de empuje;
- el juego axial real una vez montado.
Un árbol de levas desnudo y un árbol de levas suministrado con engranaje pueden no incluir los mismos componentes de empuje o posicionamiento. El título de la cotización no define la lista completa de materiales.
Las marcas de distribución son solo una parte de la relación de sincronización
Los chaveteros del árbol de levas, los pasadores de posicionamiento, el desplazamiento del engranaje y la relación formal entre el árbol de levas y el engranaje determinan la fase real del árbol de levas respecto al cigüeñal.
Una versión incorrecta de árbol de levas o engranaje puede montarse mecánicamente e incluso parecer alinearse correctamente con las marcas visibles de distribución, mientras produce una sincronización de válvulas diferente del diseño original.
Cuando el mismo tren de engranajes de distribución también acciona una bomba de inyección central, la sincronización de la bomba debe confirmarse por separado de la sincronización del árbol de levas.
El procedimiento correspondiente puede exigir verificar la posición de bloqueo de la bomba de inyección, la indexación del engranaje de la bomba, el punto muerto superior de compresión del cilindro número uno y el juego entre engranajes o el método de instalación especificado.
La alineación correcta de las marcas de distribución del árbol de levas no demuestra automáticamente que la sincronización de la inyección también sea correcta.
El ruido del tren de válvulas y la baja presión de aceite siguen rutas de diagnóstico diferentes
El ruido del tren de válvulas, una holgura de válvulas anormal o cambios en el rendimiento del motor pueden deberse al lóbulo de leva, al seguidor, a la varilla de empuje, al balancín, al muelle de válvula o, en motores accionados por cadena o correa dentada, al estado de los componentes tensores y de guiado.
El sonido por sí solo no demuestra que el propio árbol de levas haya fallado.
La baja presión de aceite pertenece a un diagnóstico independiente del sistema de lubricación. No debe explicarse mediante fatiga de los muelles de válvula ni problemas del tensor del sistema de distribución.
Una holgura excesiva entre los apoyos del árbol de levas y los casquillos puede constituir una vía de fuga interna de aceite, pero una lectura de presión baja no identifica el árbol de levas como el componente averiado.
Durante el desmontaje, las áreas de inspección útiles incluyen:
- si los orificios de aceite de los casquillos o las galerías del bloque motor están obstruidos;
- si el lubricante contiene partículas abrasivas o residuos de mecanizado;
- si se utilizó el lubricante de montaje requerido;
- si el posicionamiento axial o el engrane de los engranajes genera una resistencia anormal.
La ubicación de los daños puede ayudar a identificar dónde empezaron a perderse el control de la lubricación, el contacto o el posicionamiento. No debe conducir automáticamente a la conclusión de que solo sea necesario sustituir el árbol de levas.
Comparación de árboles de levas nuevos, remanufacturados y rectificados
El rectificado de un árbol de levas puede restaurar o modificar un perfil de leva mecanizando los flancos del lóbulo y el círculo base.
Algunos procesos reducen el diámetro del círculo base. Esto puede afectar a la holgura de válvulas, la posición del seguidor o la geometría de las varillas de empuje y los balancines. Por lo tanto, rectificar un árbol de levas no consiste simplemente en producir un lóbulo con aspecto nuevo.
Otros métodos formales de reparación pueden añadir material al lóbulo antes de volver a mecanizarlo y restaurar el estado superficial requerido. No todos los árboles de levas rectificados siguen el mismo proceso.
Los lóbulos del árbol de levas normalmente utilizan una capa de trabajo endurecida o tratada superficialmente, pero el rectificado no destruye automáticamente esa capa en todos los casos.
Las preguntas correctas son:
- qué material utiliza el árbol de levas;
- cuánto material se eliminó o restauró;
- la dureza superficial final;
- si se completó un proceso de endurecimiento superficial o tratamiento térmico compatible con el material del árbol de levas, el método de fabricación original y la especificación de reparación.
Para motores industriales y grupos electrógenos destinados a funcionar con la calibración original, el comprador debe confirmar que un árbol de levas remanufacturado o rectificado restaura o mantiene el perfil de los lóbulos, la relación del círculo base, las dimensiones de los apoyos y la dureza superficial exigidas por la especificación de servicio original.
Un rectificado orientado al rendimiento que no haya sido verificado no debe considerarse un árbol de levas de sustitución estándar.
Alinee el alcance de la cotización antes de comparar precios
Una cotización de “camshaft” puede cubrir únicamente un eje desnudo, sin casquillos, seguidores ni engranaje de distribución. Otra cotización puede cubrir un paquete de reparación más amplio.
Antes de comparar precios, confirme:
- si la cotización corresponde a un único árbol de levas desnudo o a un kit;
- si se incluyen los casquillos del árbol de levas, identificando claramente para cada posición el número de pieza y la forma del orificio o ranura de aceite;
- si el tipo de seguidor corresponde al perfil del lóbulo;
- si se incluyen los componentes de empuje y posicionamiento;
- si se suministra el engranaje de distribución o el piñón de cadena.
Un alcance de suministro poco claro puede dejar piezas adicionales sin incluir incluso cuando la versión del propio árbol de levas sea correcta.
Información necesaria para definir la versión del árbol de levas
Las evidencias útiles incluyen:
- el modelo completo del motor, el Engine Serial Number y el Build List;
- el número formal de pieza del árbol de levas antiguo, marcas de fundición, marcas de forja, números estampados y cualquier otra identificación legible;
- fotografías del árbol de levas completo, de los lóbulos individuales, los apoyos, el extremo del engranaje y las superficies de empuje;
- confirmación del tipo de seguidor;
- fotografías de cualquier estructura relacionada con el accionamiento del sistema de combustible cuando el árbol de levas participe en dicho accionamiento;
- resultados físicos del desmontaje, incluidos desgaste de los apoyos, estado de contacto de los seguidores y alineación de los orificios de aceite de los casquillos del árbol de levas.
Cuando esta información esté incompleta, el proveedor puede proporcionar únicamente una referencia presupuestaria en lugar de una confirmación final de pedido.
El papel de ZEB Power en este tipo de compra no consiste en diagnosticar todo el tren de válvulas a partir de los síntomas. Consiste en organizar la identidad del motor, la versión formal del árbol de levas, el tipo de seguidor y la estructura de posicionamiento axial en un alcance de suministro que pueda compararse con precisión.
Si el perfil de los lóbulos sigue siendo aceptable, si la holgura de los casquillos instalados es correcta y si la fase de distribución cumple la especificación deben seguir determinándose mediante mediciones y la información de servicio aplicable.
Preguntas frecuentes
¿Pueden intercambiarse seguidores de cara plana y seguidores de rodillo?
No simplemente porque sus dimensiones de instalación sean similares. El diseño del perfil de leva, el método de contacto y la lógica de guiado presentan diferencias fundamentales. Una combinación incorrecta puede producir un movimiento anormal de las válvulas, carga sobre los bordes o daños en los componentes.
¿Pueden utilizarse seguidores antiguos con un árbol de levas nuevo?
Al instalar un árbol de levas nuevo, los taqués planos y otros seguidores deslizantes normalmente deben sustituirse según lo especificado por el procedimiento de servicio correspondiente.
Cuando se vuelven a montar el árbol de levas original y los seguidores originales, ambos han superado la inspección y el procedimiento de servicio permite reutilizarlos, cada seguidor debe regresar a su posición de lóbulo original.
La posibilidad de reutilizar seguidores de rodillo depende del estado medido del rodillo, el cojinete y el mecanismo de guiado.
¿Unas marcas correctas de distribución del árbol de levas demuestran que toda la sincronización es correcta?
No necesariamente.
Si el mismo tren de engranajes de distribución también acciona una bomba de inyección central, la posición de bloqueo de la bomba, la indexación del engranaje de la bomba y el punto muerto superior de compresión del cilindro número uno deben confirmarse por separado de acuerdo con el procedimiento de servicio.
¿Una presión de aceite baja demuestra que el árbol de levas está desgastado?
No.
Una presión de aceite baja requiere investigar el estado del aceite, la bomba de aceite, el sistema de aspiración, la válvula de alivio, las holguras de los cojinetes y el sistema de lubricación en general. Una holgura excesiva de los casquillos del árbol de levas puede ser una vía de fuga interna, pero la lectura de presión por sí sola no puede demostrar un fallo del árbol de levas.
¿Puede utilizarse un árbol de levas rectificado en un motor industrial?
Requiere una evaluación cuidadosa.
Confirme que el rectificado restaura o mantiene el perfil de los lóbulos, la relación del círculo base, las dimensiones de los apoyos y la dureza superficial exigidas por la especificación de servicio original, y que cualquier tratamiento superficial o térmico compatible necesario haya sido documentado.
No todos los árboles de levas rectificados se producen siguiendo el mismo proceso.
