Análisis y Prevención de Fallas de Cojinetes

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Número de Boletín de Servicio Fecha
5464439 02-NOV.-2015
Boletín de Servicio
Análisis y Prevención de Fallas de Cojinetes
Contenido
Sección 1 - Introducción al Cojinete
Nomenclatura
¿Qué es una Micra?
Construcción
Diseño
Las superficies del Cojinete
Lubricación de Cojinetes
Carga del Cojinete
El Metal y las Propiedades de los Materiales
Sección 2 - Falla del Cojinete y Proceso de Diagnóstico
¿Qué Causa que los Cojinetes Fallen?
Procedimientos de Diagnóstico
Sección 3 - Los Patrones de Daño del Cojinete
Barrido
Pérdida de Capa
Desgaste Profundo
Fatiga de Capa
Fatiga de Revestimiento - Cojinete Trimetálico
Fatiga de Revestimiento - Cojinete Bimetálico
Corrosión
Falta de Lubricación
Arranque En Frío/Inicio Rápido Aferramiento del Cojinete de Bancada
Deficiencias Geométricas
Incorrecta Carga de Fijación del Perno de Biela
Errores de Montaje - Tapas de Cojinetes de Bancada y de Biela
Errores de Montaje - Cojinetes de Bancada y de Biela
Suciedad Entre el Cojinete y la Cavidad
Pérdida de Empuje del Cojinete
Erosión por Cavitación
Daño por Corriente Eléctrica
Daños por Suciedad
Sección 4 - Prevención de Fallas de Cojinetes y Bujes
Limpieza y Preparación - Block de Cilindros
Limpieza y Preparación - Cigüeñal
Limpieza y Preparación - Bielas
Montaje - Cojinetes de Bancada y Cigüeñal
Montaje de las Bielas al Cigüeñal
Introducción
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Este boletín de servicio proporciona información sobre los cojinetes y bujes usados en motores fabricados
por Cummins Inc. El propósito de este boletín de servicio es proveer al usuario de una mejor comprensión
del diseño, construcción y requisitos funcionales del cojinete y buje. Con esta mejor comprensión, el usuario
está mejor equipado para analizar fallas del cojinete y el buje y cómo prevenir su aparición.
Se han hecho avances sustanciales en el diseño y el material de los bujes y cojinete del eje en los últimos
años. Se tiene más trabajo en curso para diseñar e introducir cojinetes con capas con poco o ningún
contenido de plomo para proteger el medio ambiente durante la producción, uso y eliminación de desechos
de los cojinetes y bujes. Sin embargo, la vida útil aceptable del cojinete todavía depende de un montaje
correcto, una lubricación adecuada y de mantenimiento apropiado del aceite y filtro de aceite. Cuando
alguna de estas condiciones no son satisfactorias, las partes pueden resultar dañadas en patrones
distintivos. Si el daño es descubierto en las etapas iniciales puede ser analizado para determinar cuáles de
las condiciones estaban presentes y la más probable como la responsable de la falla.
Más importante, la práctica del análisis de daños al cojinete y buje aumentará la comprensión y valoración
de las condiciones que causan daños a los cojinetes, de manera que los esfuerzos preventivos sean más
lógicos y justificables.
Esta publicación también ofrece pautas y orientaciones sobre un tipo de proceso para investigar un problema
de motor que podría ser la falla de un cojinete o buje.
Nomenclatura
El conocimiento de los nombres y las descripciones de los cojinetes ayudará a analizar y comunicar las
conclusiones.
Figura 1: Nomenclatura de cojinete recto (cojinete superior del cigüeñal).
1. Anchura del cojinete
2. Diámetro exterior del cojinete (expansión libre)
3. Función de localización (espiga, lengüeta, muesca)
4. Cara de juntura
5. Espesor de pared
6. Extremo
7. Barreno de aceite
8. Ranura de aceite.
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Figura 2: Cojinete de empuje del cigüeñal con brida (cojinete superior del cigüeñal).
1. Anchura del cojinete (expansión libre)
2. Diámetro exterior de la brida
3. Barreno de aceite
4. Ranura de aceite
5. Brida (cara de empuje)
6. Ranura de aceite de brida
7. Espesor de brida.
Figura 3: Buje con brida.
1. Brida
2. Juntura plana.
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Figura 4: Buje recto.
1. Cara del extremo
2. Muesca de localización
3. Juntura afianzada.
¿Qué es una Micra?
Figura 5: Comparación de micras.
El tamaño crítico es de 5 a 30 micras. Los contaminantes en esta gama son más grandes que las tolerancias
de funcionamiento de un motor, pero demasiado pequeños para que el filtro de aceite los remueva
completamente. Estos contaminantes son responsables de un estimado de 45% del desgaste en un motor.
El filtro de aceite correcto removerá la mayoría de partículas contaminantes de 30 micrones y mayores que
están suspendidos en el aceite del motor1 . Dependiendo de los medios del filtro, el filtro también remueve1
aproximadamente la mitad de las partículas de 10 micrones y alrededor del 15 por ciento de las partículas
que son de 5 micrones. Algunas cosas para recordar acerca del análisis del aceite:
El análisis de aceite busca metales de desgaste en solución.
Los laboratorios de análisis de aceite filtran las partículas superiores a 3 a 8 micrones.
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La partícula tiene que ser al menos de 10 micrones para ser visible sin aumento.
Si el filtro de aceite está lleno de trozos y el análisis muestra un historial sin problema, luego el daño
del cojinete es probablemente progresivo.
El Análisis de TBN (Número Básico Total), TAN (Número de Acidez Total) y viscosidad deben incluirse
para identificar períodos excesivamente largos de cambio de aceite.
No se olvide de preguntar sobre el tipo de aceite utilizado/añadido entre los cambios y la fecha del
último cambio de aceite. ¿Alguien olvidó añadir aceite y luego arrancar el motor?
Para obtener los mejores resultados de análisis de aceite, es importante disponer de un historial
completo de los análisis realizados sobre un número de serie del motor específico y hacer un análisis
del nuevo aceite utilizado por el cliente.
Nota(s):
1. Boletín de Servicio Cummins® Número 3810340 Recomendaciones de Aceite para Motor Cummins® y
Análisis del Aceite.
Construcción
Figura 6: Construcción básica del cojinete trimetálico
Artículo Descripción Espesor Aproximado en Micras (µm)
1. Capa 15
2 Barrera de Níquel 2
3 Revestimiento 300 a 500*
4 Respaldo Como se requiera para respaldo.
* Dependiendo de si el cojinete está estándar o de sobremedida.
Los cojinetes y bujes utilizados en los productos de Cummins® son trimetálicos o bimetálicos detodos
construcción básica. Diferentes tipos de cojinetes son utilizados en distintos modelos de motor y en algunos
casos en el mismo modelo de motor. Cummins Inc. sigue explorando nuevos cojinetes y materiales en el
esfuerzo por eliminar el plomo de los cojinetes, manteniendo una alta confiabilidad y durabilidad. Los tipos
de cojinetes y materiales están sujetos a cambio sin previo aviso. Además, los proveedores de cojinetes y
bujes puede variar con la ubicación de la planta de fabricación de Cummins Inc. y del proveedor.
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Figura 7: Construcción básica del cojinete bimetálico.
Artículo Descripción Espesor Aproximado en Micras (µm)
1. Revestimientode Aleación de Aluminio 15
2 Capa Adherente 2
3 Respaldo Como se requiera para retención.
* Depende de si es cojinete estándar o sobredimensionado.
La construcción del cojinete y buje generalmente comienza con una tira de acero, llamado el respaldo. Un
material de revestimiento suave se aplica con un adherente uniforme, que requiere un delicado control de
velocidades de alimentación y temperaturas. La tira es cortada en blanco y formada en la forma deseada. Es
agregada una lengüeta de localización o muesca, una línea de separación de corta altura, se perforan o
punzan orificios del aceite y se cortan las ranuras de aceite. Se agrega la capa al cojinete tipo trimetálico
después de que todas las características son completadas. Algunos cojinetes entonces reciben un
enchapado en base a estaño de protección contra la corrosión para apariencia y transporte y
almacenamiento.
Figura 8: Sección transversal típica de cojinete trimetálico.
Artículo Descripción
Espesor
Aproximado
en Micras
(µm)
Función
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1.
Enchapado de
Estaño
1.5
Protección contra la corrosión durante el transporte y
almacenamiento
2
Capa
(la mayoría de
plomo con
algunas de
estaño y
cobre)
15
Conformabilidad, incrustabilidad, resistencia a la corrosión, y
reducción a la fricción. La capa se agrega al tipo de cojinete
trimetálico para protección para partículas adicionales y por
lubricación marginal.
3
Barrera de
Níquel
(dique de
níquel)
2
Evita el movimiento de material entre la capa 4 y la capa 3
durante la fabricación del cojinete.
4
Revestimiento
(principalmente
de cobre con
algo de plomo
y estaño)
350*
Igual que la capa 2 pero en menor grado. Añade a ésas funciones
más alguna resistencia a la fatiga. El revestimiento más suave
permite al cojinete adaptarse a una superficie más pequeña y
variaciones geométricas en el cojinete, eje y carcasa. Además,
las partículas perjudiciales puede estar incrustadas en el
revestimiento sin grandes daños.
5
Respaldo
(acero al bajo
carbono)
Como se
requiera
para
retención.
Proporciona la forma. Alta resistencia a la fatiga. Proporciona el
empuje con la cavidad en el block de cilindros, la biela, engrane,
etc.
6
Enchapado de
Estaño
1.5
Algunos cojinetes tienen enchapado de estaño en el diámetro
interior, pero en el respaldo de acero.no
* Depende de si es cojinete estándar o sobredimensionado.
Figura 9: Sección transversal típica de cojinete bimetálico.
Artículo Descripción
Espesor
Aproximado en
Micras (µm)
Función
1.
Revestimiento
(aleación de
aluminio)
400*
Conformabilidad, incrustabilidad, resistencia a la corrosión, y
reducción a la fricción.
5
Respaldo
(acero al bajo
carbono)
Como se requiera
para retención*.
Proporciona la forma. Alta resistencia a la fatiga. Proporciona
el empuje con la cavidad en el block de cilindros, la biela,
engrane, etc.
* Depende de si es cojinete estándar o sobredimensionado.
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Figura 10: Apariencia de trimetálico (arriba) y bimetálico (abajo).
La Figura 10 muestra un cojinete inferior de bancada trimetálico nuevo (arriba) y bimetálico nuevo (abajo) de
dos motores diferentes. Observe el aspecto gris opaco del enchapado de estaño en el cojinete trimetálico. El
cojinete bimetálico tiene la apariencia de aluminio brillante.
NOTA: La línea visible en el cojinete superior no es un defecto en el cojinete. Es el resultado de un
lavado durante la fabricación y no afecta a la calidad de los cojinetes.
Figura 10A: Cojinete bimetálico con revestimiento de polímero.
La Figura 10A muestra un cojinete con un capa de polímero. La capa contiene un lubricante seco y otros
materiales. El revestimiento de este cojinete es una aleación que es principalmente de cobre. Si cualquier
suciedad penetra la capa de polímero, el cobre será expuesto. Este cojinete cumple con los criterios de un
cojinete "libre de plomo". Algunos motores pueden utilizar un cojinete similar que tiene un revestimiento de
un color diferente.
Diseño
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Figura 11: Lengüeta de localización y orificio de aceite.
Un cojinete proteger y mantener un eje en su lugar. También resistir el castigo brutal (presión ydebe debe
temperatura) pero absorber los contaminantes dañinos. Para que sobreviva el cojinete, sujetarsedebe
firmemente en su lugar y en contacto con la cavidad del cojinete. Una lengüeta de localización, junto con la
expansión libre del cojinete, es el método más común para mantener un cojinete tipo casquillo en su lugar
durante el montaje. La lengüeta debe encajar perfectamente en la ranura en la parte de acoplamiento.
Figura 11A: Lengüeta de localización en algunos cojinetes.
Algunas fabricaciones conjuntas de tapas de biela/bielas separadas por fractura utilizan una lengüeta
adicional para provocar la alineación de la línea de separación del cojinete con la fractura conjunta.
NOTA: La localización de la lengüeta y la ranura no está diseñada ni pensada para evitar la rotación
del cojinete en la cavidad después que la tapa del cojinete de biela o bancada esté instalado. Si el
cojinete(s) han girado en la cavidad, es una indicación de que el eje y el cojinete han hecho contacto
sin una suficiente capa de aceite lubricante, han habido partículas que son más grandes que la
holgura del eje con los cojinetes, o la carga de sujeción entre la tapa y la cavidad se ha reducido.
Los orificios de aceite y las ranuras están presentes en los cojinetes. Si no hay orificios o ranurasno todos
de aceite presentes, la holgura del cojinete en el eje distribuye el aceite a los cojinetes y partes de
acoplamiento. Al sustituir los cojinetes que contienen orificios de aceite, asegúrese de que los orificios de
aceite en los cojinetes de repuesto coinciden tanto en el tamaño y la ubicación de los orificios de aceite en
los cojinetes antiguos y el orificio de aceite en la parte de acoplamiento.
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Figura 12: Cojinete de expansión libre
Los cojinetes de bancada y de biela están fabricados con "expansión libre”. La distancia entre las caras de
partición es ligeramente mayor que el diámetro de la cavidad de la parte. Esta expansión libre asegura la
retención del cojinete durante el armado y trabaja con el cojinete elevado del borde para proporcionar un
ajuste apretado del cojinete contra la cavidad cuando se instala.
Figura 13: Cojinete elevado del borde (altura de empuje).
Cuando un cojinete de bancada o biela está instalado, la línea de separación quedará ligeramente por
encima de la cara de partición de la parte. Esto se denomina elevado del borde.
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