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May 26, 2023

Por qué importa el tamaño y la fuerza con las varillas de empuje

Los motores de varilla de empuje son la opción preferida de muchos en el rendimiento y las carreras.

Los motores de varilla de empuje son la opción preferida de muchos en el mundo del rendimiento y las carreras debido a su diseño simple y capacidad de potencia de gama baja. Los motores OHV ofrecen muchas ventajas debido a su tamaño más pequeño y desplazamientos más grandes en comparación con sus contrapartes OHC. Gran parte de la ventaja se reduce a un componente: la varilla de empuje. Si bien es relativamente simple en el exterior, hay más en una varilla de empuje de lo que parece. Pueden ser un eslabón débil en su tren de válvulas si no los configura correctamente o elige el material y el tamaño correctos para su construcción.

Cuando comienza a modificar los motores OHV de su forma original, es decir, baja velocidad, carga ligera y rpm en el rango de 6000 a 6500, la dinámica cambia. La instalación de una cámara caliente con más elevación y duración significa que también tendrá que actualizar las varillas de empuje y los resortes de las válvulas para manejar las velocidades y cargas más altas del motor. Pero, ¿cuánta actualización necesitas?

"Por lo general, cada vez que las presiones de los resortes superan las del stock, el fabricante del motor debe considerar actualizar las varillas de empuje", dice Roger Borer de Engine Parts Group. "En aplicaciones más antiguas donde se agregan placas guía, las varillas de empuje deben actualizarse a un material endurecido, incluso con las presiones de los resortes del equipo original. Todas las varillas de empuje Engine Pro están endurecidas y utilizan un diseño de una pieza".

Una de las fallas más comunes de las varillas de empuje, según Brier Dieckman, gerente de calidad de Elgin Industries, es la falta de lubricación y el aumento de la presión de los resortes. "Es útil pensar en las varillas de empuje como 'fusibles' dentro del tren de válvulas. Las causas más comunes de falla son la sobrecarga, que resulta en una pieza doblada, y la falta de lubricación, lo que acelera el desgaste final".

Dieckman se hace eco de Borer sobre cuándo debe actualizar a una varilla de empuje más fuerte: "Debe considerar actualizar cada vez que aumente las cargas que se ejercerán sobre la varilla de empuje. Entonces, si está aumentando RPM o cambiando la sincronización, piense en actualizar a una varilla de empuje más fuerte".

Con altas presiones de resorte, las varillas de empuje pueden desviarse y alterar la sincronización de las válvulas, según Steve Rhodey, gerente de marca de Trend Performance. "La deformación es uno de los mayores problemas que conducen a fatiga y armónicos, que se debe principalmente a que no se utiliza el espesor de pared del diámetro adecuado para la aplicación. Cuando se trata del tren de válvulas, muchos fabricantes de motores tienen en mente el peso. Es esa gran palabra que todos temen, y deben darse cuenta de que en ese lado del punto de apoyo, tiene mucho más sentido tener un tren de válvulas más grande y más estable. Es indicativo de que un tren de válvulas más fuerte aumenta la potencia".

Muchas fallas de las varillas de empuje se pueden atribuir a una falta de coincidencia con una presión de resorte alta o un exceso de rpm, según Borer. Además, la geometría incorrecta del tren de válvulas, la lubricación deficiente y el rodaje insuficiente son factores que provocan una falla. "Controlar el contacto metal con metal es tan importante con la interfaz de varilla de empuje/balancín como lo es con la interfaz de leva/levantador. Es importante usar lubricantes de montaje de alto rendimiento (con zinc)".

Borer dice que sus varillas de empuje premium vienen con una pared de 0,094" y acero al carbono 1010 endurecido. "El diseño de una sola pieza utiliza extremos redondeados para eliminar la punta esférica soldada. Están endurecidos a 58 Rockwell C, lo cual es una buena mejora con respecto a las varillas de empuje OEM. También son adecuados para aplicaciones de rendimiento suave donde la presión del resorte abierto es inferior a 400 psi."

Cuando la presión del resorte y las rpm aumentan, Borer recomienda utilizar un material de cromo molibdeno 4130 de mayor resistencia, disponible en diseños de 5/16" y 3/8" de diámetro. "La tubería sin soldadura de pared de 0,083" está tratada con nitruro de carbono según Rockwell 60-62 "C". Y los extremos de este diseño de una pieza están mecanizados en un radio de 0,156 grados".

A medida que la potencia se estanca o disminuye debido a la "separación del tren de válvulas", el mayor culpable suele ser la desviación de la varilla de empuje. En las pruebas realizadas por un destacado fabricante de levas, afirman haber encontrado 12 hp en un SBC con una leva de 204/214 @ .050 (levantamiento de válvula de .420/.443) simplemente pasando de una varilla de empuje de pared de .065˝ a una varilla de empuje de pared de .080˝, y los resortes pesaban solo 110 lbs. en el asiento y 245 lbs. abierto.

Algunos fabricantes de varillas de empuje utilizan una pared de 0,094" con carbono 1010 de rendimiento moderado, pero optan por una pared aún más delgada de 0,083" para aplicaciones de cromo molibdeno 4130 de rendimiento. Puede que se rasque la cabeza por qué, pero Borer dice que dado que el 4130 es un material más fuerte, a menudo se usa donde es esencial una mayor resistencia y un peso más bajo. Puede prevenir de manera más efectiva la deformación con un diámetro de pared más delgado debido a la resistencia inherente del material.

A medida que aumentan las presiones de los resortes y las rpm, entra en juego la necesidad de varillas de empuje más rígidas. Los fabricantes de varillas de empuje ofrecen varios espesores de pared diseñados para manejar una variedad de aplicaciones de rendimiento. "Una vez que el cliente supera la capacidad de las varillas de empuje de pared gruesa, es hora de aumentar el diámetro de la varilla de empuje", agrega Borer.

Dieckman de Elgin dice que se use el diámetro de varilla de empuje más grande posible que aún proporcione el espacio libre necesario. "La aplicación generalmente dictará qué tamaño se ajustará. El principio rector es que cuanto más pesada sea la pared, menos movimiento o flexión experimentará con la pieza. Esto también significa que tendrá una tasa de resorte más constante en todas las condiciones de operación. "

Si bien las varillas de empuje más gruesas y de mayor diámetro agregan peso al tren de válvulas, nuestros expertos dicen que el peso en el lado de la varilla de empuje tiene muchas menos consecuencias negativas que el peso en el lado de la válvula de los balancines.

La relación de elevación del balancín multiplica la fuerza del resorte a medida que empuja hacia atrás contra el balancín cuando la válvula se cierra. El movimiento y la distancia recorrida en el lado de la válvula del balancín también es más importante que en el lado del elevador y la varilla de empuje. Es mejor reducir el peso en el lado de la válvula del balancín con resortes más livianos y retenedores livianos que preocuparse por agregar peso en el lado de la varilla de empuje con varillas de empuje más gruesas y pesadas.

A medida que aumentan las rpm, también aumenta la necesidad de resortes de válvula más rígidos, varillas de empuje más rígidas y componentes del tren de válvulas más livianos (válvulas, retenedores y balancines). Las varillas de empuje bajo carga a alta velocidad del motor se tambalean y flexionan. Eso no es bueno para la estabilidad del tren de válvulas, la sincronización de válvulas o la potencia constante. Aumentar el diámetro y el grosor de la pared de las varillas de empuje las hace más fuertes, rígidas y estables.

Según Rhodey, gran parte del trabajo preliminar se ha realizado con respecto a la selección debido a su programa Spintron. Trend tiene un historial de verificación de sus varillas de empuje utilizando Spintronics desde sus primeros días. "Todavía hacemos pruebas continuas de Spintronic aquí hasta el día de hoy con nuevas plataformas de estilo como el motor LS. Debido a los grandes motores LS de pulgadas cúbicas que tienen un tren de válvulas ajustable, muchas compañías como Jesel han presentado excelentes configuraciones de balancines ajustables que tienen varillas de empuje muy largas desde las grandes culatas que tienen mucho espacio. No es nada poner una varilla de empuje de media pulgada o 9/16" en estas cosas. Con la ayuda del Spintron, tenemos muchos paquetes ya configurados para eliminar la conjetura.

Dieckman dice que la mayoría de las varillas de empuje OEM cuentan con tubos y extremos de acero con bajo contenido de carbono, pero ve que la calidad del material está mejorando para las aplicaciones de rendimiento. "Vemos un cambio a acero de aleación de calidad para cojinetes, como el material 52100 con extremos de acero para herramientas. En la categoría de rendimiento, nuestra mejor tecnología es un diseño de una pieza con tubos y extremos sin costura de cromo-molibdeno 4130. La metalurgia para bajas emisiones de carbono El material esencialmente no ha cambiado debido a sus beneficios comprobados. Más nuevo, el acero 52100 necesita un mejor control, múltiples templados y diferentes enfoques de tratamiento térmico".

Nuestros expertos en varillas de empuje dicen que la selección de la punta correcta (es decir, acero para herramientas, estilo de copa, estilo de bola, etc.) depende de la aplicación, sobre todo qué tipo de espacio libre se requiere entre la varilla de empuje y el balancín, especialmente entre completamente abierto y cerrado. Un espacio libre insuficiente, especialmente con altas rpm, provocará la falla de la punta. La atención al radio y diseño de la punta también es fundamental.

Algunos constructores prefieren usar una punta de radio de 0,210 grados en aplicaciones de mayor elevación, donde la interferencia entre el balancín y la varilla de empuje puede ser un problema. Debido a que estas aplicaciones suelen ser de altas revoluciones por minuto, alta elevación y alta presión de resorte, Borer dice que no ofrecen un radio de 0,210 en el material 1010 o la línea de rendimiento de pared de 0,083″. Sin embargo, lo ofrecen en su línea de varillas de empuje Nitro Black de alto rendimiento con paredes que van desde 0,116" (5/16" de diámetro) hasta 0,140" de pared (3/8" de diámetro).

Dieckman dice que el diseño del motor dicta el diseño de la punta. "Sus opciones vienen en el material; puede actualizar a un material de punta que ofrezca una mejor resistencia al desgaste".

Mientras que Rhodey dice que la varilla de empuje de cromo molibdeno 4130 de Trend es muy popular porque responde bien al tratamiento térmico. Es muy fácil de alisar. Tiene una excelente resistencia a cualquier fatiga o agrietamiento o alta temperatura. Él dice que cuando se trata de puntas y materiales de varillas de empuje, desea ver la compatibilidad entre todos los diferentes fabricantes de ajustadores de balancines, teniendo en cuenta cualquier angularidad o alguna geometría extraña.

"Los levantamientos de leva en estos días son simplemente increíbles. Si está utilizando un elevador descentrado y tiene una relación de balancín grande y desagradable, y luego está ejecutando un levantamiento de leva de una pulgada, está pellizcando aceite, usted son su punto de carga", dice, "es por eso que la lubricación es tan crucial".

Una vez que calienta las cosas, Rhodey dice que el ajustador y las superficies de la varilla de empuje reciben un tratamiento térmico diferente de un fabricante a otro. "Por lo tanto, también pueden recocerse a diferentes temperaturas. En muchas aplicaciones extremas, nos gusta ejecutar una punta de acero para herramientas, que es acero para herramientas endurecido H13 y nitrurado. También tenemos nuestra línea de ajustadores, y esos son cada Acero para herramientas con nitruración de carbono H13 también. Sin embargo, hay un poco de una forma patentada en la superficie de contacto. Entonces, hay algo de ciencia entre nuestra varilla de empuje y el ajustador que aparentemente hace que todo sea muy feliz".

Rhodey agrega que la varilla de empuje no es solo un vínculo entre el tren de válvulas y la leva; también es a prueba de fallas. "Hay muchas formas en que una varilla de empuje puede romperse; quiero decir, detonación, afinación, un convertidor de par roto, un exceso de revoluciones en la caja de quemado. Es una locura cuánta carga se puede transferir a esa pequeña pieza de metal. "