Faits sur les roulements de moteur

Il y a beaucoup d'informations sur les roulements de moteur, alors j'ai pensé que j'essaierais de remettre les pendules à l'heure sur quelques éléments liés à ce petit, mais important, composant du moteur. De toute évidence, plusieurs facteurs affectent les performances des roulements dans un moteur, et les experts conviennent que la première étape consiste à savoir quelle sera l'utilisation finale du moteur. Les roulements de course sont différents de ceux recommandés pour une utilisation dans la rue, et il y a beaucoup à considérer. En fin de compte, seule la combinaison de tous les facteurs donnera la réponse à la question des roulements.

Rigidité des composants

Plusieurs fois, j'ai entendu la discussion sur la configuration d'un moteur "lâche" ou "serré", se référant au jeu des roulements, et "lâche" souvent représenté comme un avantage parce que le moteur tourne "plus facilement". Mais, l'essentiel est de savoir combien de flex de manivelle allez-vous avoir? "Si vous obtenez beaucoup de déviation, la mise en place d'un moteur plus lâche est bénéfique", déclare Ron Sledge, responsable des performances et technique de King Bearings. "Si vous avez une manivelle qui veut se plier, vous ne pouvez pas régler le jeu serré car la manivelle entrera dans le roulement. Votre vilebrequin est probablement la chose la plus cruciale pour causer de l'usure à cause de la déviation. S'il se plie, les tourillons du vilebrequin seront désalignés et si les jeux sont vraiment serrés, vous êtes plus susceptible de toucher un roulement. "

Le principal objectif de la rigidité dans cet aspect est le vilebrequin et les facteurs qui peuvent l'affecter. Dans ces situations, votre facteur limitant devient le vilebrequin. Lorsque le vilebrequin est soumis à de fortes contraintes, il fait fléchir le vilebrequin. Lorsqu'il fléchit, votre jeu d'huile est plus petit que ce que vous avez réglé. est dans un mouvement orbital, vous n'avez donc pas de contact avec le journal."

Jeu d'huile vs viscosité

Un lien étroit avec la catégorie précédente, la clairance de l'huile et la viscosité vont de pair. "Vous devez faire correspondre la clairance de l'huile à la viscosité de l'huile", explique Sledge. "Si la viscosité n'est pas suffisante, l'huile peut trop s'écouler à travers les roulements là où vous ne maintenez pas un film d'huile solide. Le maintien d'un bon film d'huile solide entre le roulement et le vilebrequin est la clé pour ne pas avoir de problème. Si je vais exécuter un dégagement de 0,005", je dois exécuter un poids de 50 ou 60. Si je vais utiliser un .002 "ou .0015", ce que sont certaines autorisations OE de nos jours, alors vous devez exécuter un 20w ou moins. L'huile doit être suffisamment fine pour s'intercaler, mais suffisamment épaisse pour maintenir le film d'huile."

Quelle est l'importance de tout cela? Robert Taylor d'ACL le dit sans ambages en disant : « L'épaisseur du film d'huile est la différence entre avoir un vilebrequin et ne pas avoir de vilebrequin. S'ils ne correspondent pas au jeu et à la viscosité, voulez-vous prendre ce risque ?

Excentricité des roulements, pression d'huile et coin d'huile

La géométrie des roulements est un aspect fascinant de tout cela, car le diamètre intérieur d'un roulement de moteur est conçu avec une certaine excentricité, qui agit pour créer un coin d'huile et maintenir le film d'huile sur la surface du roulement. "Le roulement est une pompe à huile mécanique", explique Begle. "L'excentricité conçue dans un roulement est relative à la pression hydrodynamique développée. Le diamètre extérieur du roulement est parfaitement rond", explique Begle. "À l'intérieur, à la position 12:00, où vous mesurez le dégagement d'huile, se trouve l'endroit le plus étroit. À environ 45-60 degrés [de la verticale, l'épaisseur de la paroi du roulement] est plus mince. À la toute fin où les roulements se rencontrent, c'est ce qu'on appelle le soulagement de l'alésage. C'est le plus mince pour protéger de toute déformation lors de l'assemblage ou pendant le fonctionnement. "

Mais la géométrie est-elle la même pour tous les roulements ? "L'action du vilebrequin créera un film d'huile hydrodynamique", explique Mark Shadbolt, ingénieur produit ACL. "Dans notre série de courses de performance, nous construisons plus d'excentricité que dans un roulement de remplacement général, et l'autre raison de l'excentricité est qu'elle permet une distorsion dans l'ensemble du système. Vous obtenez beaucoup plus de distorsion dans un moteur de course."

Et les experts sont-ils tous d'accord ? Tu paries. "La différence entre un roulement de remplacement et un roulement de performance est le coin", explique Begle. "Un roulement de performance a plus de coin pour essayer de créer une pression de film plus élevée pour essayer de garder le journal éteint."

Pour ajouter plus de pièces à ce puzzle, il existe des roulements excentriques bas et des roulements excentriques hauts, selon l'application et la rigidité du boîtier dans lequel il va. "Par exemple, si la tête de bielle n'est pas assez rigide, à haut régime, le roulement s'allongera", explique Sledge. "Plus d'excentricité sera nécessaire car à mesure que l'alésage prend la forme d'un œuf, le roulement rentre et vous avez besoin de plus d'espace pour maintenir le coin d'huile. Si l'alésage du roulement s'allonge et ferme le jeu, le roulement essuiera l'huile. Une tige plus solide nécessite moins d'excentricité. "

Vous vous demandez peut-être où se situe la pression d'huile dans tout cela ? C'est une petite pièce du puzzle. "Un journal tournant à l'intérieur d'un roulement contenant de l'huile est la pompe à huile du moteur", explique Sledge. "Le travail de la pompe à huile consiste simplement à maintenir l'huile au niveau du tourillon. Au fur et à mesure que la manivelle tourne plus vite, elle utilise plus d'huile. La pompe a juste besoin de maintenir l'huile fournie. L'excentricité et le coin font passer l'huile. Plus de pression que nécessaire va juste saigner et voler la puissance. "

Durée de chargement et fatigue des roulements

La durée de chargement est un facteur important car elle détermine le type de roulement que vous devrez utiliser. "La pire chose qui puisse arriver à un roulement est la fatigue", déclare Sledge. "S'il se fatigue, il va s'autodétruire. Sur les moteurs à durée/charge plus élevée comme les courses marines ou d'endurance, la manivelle mettra tellement de charge dessus qu'elle provoquera des fissures. La fatigue peut être à deux niveaux. Il peut s'agir du matériau de base ou du matériau de revêtement et vous construisez le moteur pour éviter la fatigue.

"Même si un tramway a un moteur qui produit 700 ou 800 chevaux, la charge n'est pas très élevée pendant très longtemps. Si je vais faire une course de dragsters sur ce tramway, la charge est toujours très courte, mais si je vais charger le moteur comme une piste circulaire ou un moteur marin, alors nous avons un chargement pendant de longues périodes, et cette durée élevée est propice à la fatigue. La durée de chargement est la façon dont les roulements sont séparés. "

Construction et défaillance des roulements

"Un roulement de performance typique est un roulement tri-métal avec un support en acier", souligne Begle. "La couche intermédiaire du tri-métal est constituée de cuivre, d'étain et de plomb, mais chez Clevite, elle est fondue ensemble dans un processus de fusion. À ce stade, vous prenez les deux éléments de cuivre et d'étain et faites un alliage de bronze, de sorte que vous créez une structure de grain. D'autres sociétés de roulements utilisent un processus de frittage, donc aucune structure de grain n'est créée."

Tout comme une manivelle forgée a une structure de grain qui la rend solide par opposition à un moulage, les roulements de moteur de performance Clevite sont fabriqués de la même manière. Une plus grande résistance est créée en combinant les éléments dans un alliage de bronze, de cuivre et d'étain, avec la superposition sur le dessus. Vous ne voyez pas le centre, seulement le dos et la superposition.

"La superposition est un processus de placage électrolytique de cuivre, d'étain et de plomb", explique Begle. "Il est contrôlé pour créer une certaine épaisseur."

Au niveau le plus profond, qu'est-ce qui cause la défaillance d'un roulement ? "Lorsque vous n'avez pas un jeu d'huile approprié et que le tourillon entre en contact avec le roulement, cela crée une température de friction sur le revêtement", explique Begle. "Le point de fusion de l'étain est de 449 degrés F, donc lorsque vous obtenez une température de frottement, vous commencez à faire fondre le placage d'étain dans le revêtement et vous commencez à détruire le roulement. Le frottement concerne strictement le revêtement, et le substrat a la capacité de charge. "

Intégrabilité

L'incorporation fait référence à la réaction d'un roulement aux contaminants dans l'huile. Une bonne incorporation signifie que le matériau de roulement a la capacité de piéger les particules étrangères et de les couler sous la surface. "La propreté est la clé", dit Taylor. "Vous voulez que des débris s'incrustent dans le roulement. L'alternative est que cela raye le tourillon du vilebrequin. Il y aura toujours des débris. Voulez-vous changer les roulements ou changer le vilebrequin?"

Le sujet de l'intégrabilité mène au sujet du compromis. "En fin de compte, les matériaux de roulement sont des compromis", déclare Sledge. "Vous renoncez à une chose pour en obtenir une autre. Pour un conducteur quotidien, vous voulez qu'un moteur dure longtemps et vous voulez un roulement qui a une bonne capacité d'intégration."

Les roulements en aluminium, typiques des roulements de remplacement généraux, ont une bonne capacité d'intégration qui leur permet de gérer une plus grande quantité de débris, mais il y a un sacrifice avec la dureté et la capacité de charge. "Tout bon matériau de roulement est un compromis entre la résistance et l'encastrement", déclare Shadbolt. "Tous les roulements ont un certain niveau d'intégration intégré, mais les roulements de la série de course en ont moins. Faites attention à la propreté."

Conformité/déformation des roulements

La conformabilité ou la déformation fait référence à la capacité d'un roulement à s'adapter à tout désalignement géométrique de son logement ou tourillon. Une mauvaise conformabilité peut entraîner une réduction de l'épaisseur du film d'huile, entraînant une usure des roulements. "Si le roulement n'est pas déformable, il ne va pas épouser la forme du logement, et le roulement doit se déplacer avec le logement", souligne Shadbolt.

Revêtements

De nos jours, de nombreux roulements de performance sont dotés d'un revêtement en option, qui peut souvent être considéré comme l'achat d'une assurance. "Le revêtement est une couche non métallique", explique Sledge. "Sans le revêtement, vous obtenez un contact métal sur métal. Vous pouvez obtenir un contact métal sur métal lors des démarrages ou si vous avez un problème de pression d'huile. Le roulement revêtu survivra plus longtemps car la couche de polymère glissera sur le vilebrequin plus facilement que le métal. Deux métaux veulent s'agripper."

Selon Shadbolt d'ACL, l'avantage d'un roulement revêtu est sa lubrification et il protège le roulement dans des situations extrêmes.

Le dernier mot

Les experts conviennent tous que la propreté est le facteur le plus important lors de l'installation, et son absence est le problème le plus courant qui conduit à la défaillance des roulements. Mais la mesure est tout aussi essentielle. Taylor souligne qu'une erreur courante consiste à supposer qu'un nouveau vilebrequin a la taille qu'il est censé avoir. "Supposer est une grosse erreur", dit-il. "Ne présumez rien. Toujours mesurer, mesurer, mesurer."BE