Que funcion cumple el cigueñal de un motor
La combustión del combustible dispara el pistón directamente hacia abajo del cilindro, el trabajo del cigüeñal es convertir este movimiento lineal en rotación, básicamente girando y empujando el pistón hacia arriba del cilindro.
La terminología de un cigüeñal es bastante especializada, por lo que comenzaremos nombrando algunas partes. Un diario es la parte de un eje que gira dentro de un rodamiento. Como se puede ver arriba, hay dos tipos de muñones en un cigüeñal: los muñones del cojinete principal forman el eje de rotación del cigüeñal y los muñones de la biela están asegurados a los extremos de las bielas, que van hasta los pistones. .
Para mayor confusión, los muñones de biela se abrevian como muñones de varilla y también comúnmente llamados pasadores de manivela o muñones de extremo grande . Las revistas de varillas están conectadas a las revistas principales mediante redes .
La distancia entre el centro del muñón principal y el centro del pasador del cigüeñal se llama radio del cigüeñal , también llamado tiro del cigüeñal . Esta medida determina el rango de recorrido del pistón a medida que gira el cigüeñal; esta distancia de arriba a abajo se conoce como carrera . La carrera del pistón será el doble del radio de la manivela.
El extremo trasero del cigüeñal se extiende fuera del cárter y termina con una brida de volante . Esta brida mecanizada con precisión está atornillada al volante , cuya pesada masa ayuda a suavizar la pulsación de los pistones que se disparan en diferentes momentos. A través del volante, la rotación se abre paso, a través de la transmisión y el mando final, hacia las ruedas. En una automática, el cigüeñal está atornillado a la corona , que transporta el convertidor de par, pasando la transmisión a la transmisión automática. Esta es básicamente la salida del motor, y la potencia se lleva a donde se necesita: hélices para barcos y aviones, bobinas de inducción para generadores y ruedas de carretera en un vehículo.
El extremo delantero del cigüeñal, a veces llamado nariz, es un eje que se extiende más allá del cárter. Este eje estará bloqueado a un engranaje dentado que impulsa el tren de válvulas a través de una correa o cadena de distribución [o en aplicaciones altamente técnicas, juegos de engranajes] y una polea que proporciona energía a través de una correa de transmisión a accesorios como el alternador y la bomba de agua. .
Partes del cigüeñal
Revistas principales
Los muñones del cojinete principal , o simplemente los muñones principales, se sujetan al bloque del motor y es alrededor de estos muñones donde gira el motor. Todos los muñones del cigüeñal se mecanizarán perfectamente lisos y redondos, y con frecuencia se endurecerán. Los muñones principales se aseguran en soportes, en los que se asentará un inserto de cojinete reemplazable . El cojinete es más blando que el muñón y se puede reemplazar a medida que se desgasta y está diseñado para absorber pequeñas cantidades de contaminantes, si los hay, para evitar dañar el cigüeñal. Una tapa del cojinete principal se atornilla entonces sobre la revista y aprieta para una especificación de par exacto.
[Diagrama del muñón principal con cojinetes y agujeros]
Los muñones corren sobre una película de aceite que se introduce en el espacio entre el muñón y el rodamiento a través de un orificio en el asiento del cigüeñal y un orificio correspondiente en el inserto del rodamiento. Con la presión de aceite y el suministro de aceite correctos, el muñón y el cojinete no deben hacer contacto.
Revistas de biela
Los muñones de las bielas están desplazados del eje de rotación y están unidos a los extremos grandes de las bielas de los pistones. De manera confusa, también se les llama comúnmente pasadores de manivela o muñones de cojinetes de biela . Una alimentación de aceite presurizado viene a través de un pasaje de aceite en ángulo perforado desde el muñón principal.
Algunas bielas tienen un conducto de aceite perforado a través de ellas para permitir que el aceite se rocíe sobre la pared del cilindro. Cuando este es el caso, los cojinetes de la biela tendrán una ranura para permitir la alimentación de aceite en la biela.
Lubricación del cigüeñal
El contacto de metal con metal es el enemigo de un motor eficiente, por lo tanto, los muñones principales y los muñones de las varillas se desplazan sobre una película de aceite que se asienta sobre la superficie del cojinete.
Suministrar aceite al cojinete del muñón principal es fácil: las galerías de aceite desde el bloque del motor conducen a cada asiento del cigüeñal, y un orificio correspondiente en el casquillo del cojinete permite que este aceite llegue al muñón.
Los cojinetes de cojinetes de varilla requieren la misma lubricación pero giran alrededor del cigüeñal con un desplazamiento. Para llevar el aceite a estos cojinetes, los conductos de aceite corren dentro del cigüeñal, a través del muñón principal, en diagonal a través de la red y hacia afuera a través de los orificios en los muñones de la varilla. Una ranura en el cojinete de la biela principal permite que el aceite sea empujado continuamente por el pasillo hacia los muñones de la biela, asistido por la fuerza centrífuga del cigüeñal giratorio que lo arroja hacia afuera.
Las holguras entre los muñones y los cojinetes son la principal fuente de presión de aceite en el motor. Si las holguras son demasiado altas, el aceite fluye libremente y no se mantiene la presión. Las holguras demasiado bajas causarán una alta presión de aceite y el riesgo de contacto de metal con metal. Por lo tanto, es esencial que se mida el juego entre los cojinetes y los muñones cuando se reconstruye un motor.
Contrapesos
El cigüeñal está sujeto a fuertes fuerzas de rotación, y la masa de la biela y el pistón que se mueven hacia arriba y hacia abajo ejercen una fuerza significativa. Los contrapesos se funden como parte del cigüeñal para equilibrar estas fuerzas. Estos contrapesos permiten un motor de funcionamiento más suave y mayores RPM.
Un cigüeñal se equilibrará en la fábrica. En este proceso, se conecta el volante y se hace girar todo el conjunto en una máquina que mide dónde está desequilibrado. Los agujeros de equilibrio se perforan en los contrapesos para reducir el peso. Si es necesario agregar peso, se perfora un orificio y luego se llena con metal pesado o mallory. Esto se repite hasta que el cigüeñal esté equilibrado.
Arandelas de empuje del cigüeñal
En algún punto a lo largo de su longitud, se instalarán dos o más arandelas de empuje para evitar que el cigüeñal se mueva longitudinalmente. En el cigüeñal ilustrado, hay arandelas de empuje a ambos lados del muñón central. Estas arandelas de empuje se colocan entre las superficies maquinadas en la red y el asiento del cigüeñal, manteniendo un pequeño espacio específico y minimizando la cantidad de movimiento lateral disponible para el cigüeñal. La distancia que el cigüeñal puede moverse de un extremo a otro se denomina juego libre y se especificará un rango aceptable en los manuales de servicio.
Algunos motores tienen estas arandelas de empuje formadas como parte de los cojinetes principales, otros, generalmente tipos más antiguos, usan arandelas separadas.
Sellos de aceite principales
Ambos extremos del cigüeñal se extienden más allá del cárter, por lo que se debe proporcionar algún método para evitar que el aceite escape por estas aberturas. Este es el trabajo de los dos sellos de aceite principales, uno en la parte delantera y otro en la parte trasera.
El sello principal trasero está instalado entre el muñón principal trasero y el volante. Comúnmente es un sello de labios de caucho sintético. El sello se presiona en un hueco entre el bloque del motor y el cárter de aceite. El sello tiene un labio en forma que se mantiene apretado contra el cigüeñal por un resorte llamado resorte de liga.
Un sello de aceite defectuoso es un problema importante porque están adyacentes a los muñones principales que reciben y necesitan un buen suministro de aceite presurizado. Combinado con el giro del cigüeñal, esto conduce a una rápida pérdida de aceite del motor a través de cualquier ruptura de un sello de aceite.
El retén de aceite delantero es similar al trasero, aunque su avería es menos catastrófica y se accede a él con mayor facilidad. El sello de aceite delantero estará detrás de las poleas y el engranaje de distribución.
Un sello de aceite en sí mismo es una pieza barata, pero acceder a él requiere mucho trabajo para quitar la transmisión, el embrague, el volante y posiblemente el cigüeñal. Por lo tanto, se recomienda reemplazar los sellos de aceite cada vez que se desmonte el motor y se pueda acceder a las piezas.
Disposiciones del cigüeñal
El cigüeñal básico que se muestra arriba es de un motor de 4 cilindros en línea. Otros diseños de cigüeñales dependerán de la disposición del motor. Este es un tema que se trata con más detalle en el artículo sobre el diseño del motor. Pero un punto a destacar es que en los motores en forma de V y W, dos bielas pueden compartir un solo muñón de biela. A continuación se muestran algunos diseños típicos del cigüeñal.
Cigüeñal V6
Un cigüeñal V6 es algo especializado porque requiere que los muñones de las varillas se dividan para mantener un intervalo de encendido uniforme. Esto requiere que los muñones de las varillas se dividan o se extiendan en lo que se conoce como diseño de pasador o muñón dividido .
Fallas
El cigüeñal, al ser muy resistente, es un componente confiable y las fallas del cigüeñal son raras a menos que el motor esté sujeto a condiciones extremas.
Revistas gastadas
Sin suficiente presión de aceite, los muñones del cigüeñal entrarán en contacto con las superficies de los cojinetes aumentando gradualmente la holgura y empeorando la presión de aceite. Llevado al extremo, esto puede provocar la destrucción de los cojinetes y causar graves daños al motor. Cuando las revistas se desgasten por debajo de sus límites de servicio, o ya no sean perfectamente redondas, deberán rectificarse como se describe a continuación.
Fatiga
Las fuerzas constantes en el cigüeñal pueden provocar fracturas por fatiga, que generalmente se encuentran en el filete donde los muñones se unen al alma. Un radio suave de este filete es fundamental para evitar puntos débiles que provoquen grietas por fatiga. Se puede inspeccionar un cigüeñal en busca de grietas usando magnafluxing .
Modificaciones y actualizaciones
Rectificado del cigüeñal
Las revistas se desgastan con el tiempo. Pueden desarrollar una superficie rugosa, deformarse o afilarse. En estos casos, su superficie se puede restaurar en un proceso llamado rectificado del cigüeñal. Cuando se rectifica un cigüeñal, sus muñones se reducirán en diámetro y, por lo tanto, será necesario instalar cojinetes más gruesos y de gran tamaño.
Cigüeñales Stroker
La capacidad del cilindro se puede aumentar moviendo los pistones en una carrera más larga. La carrera de un motor está determinada por el radio del cigüeñal, que es la distancia entre los muñones de las varillas y los muñones principales. Un cigüeñal con un radio de manivela más grande producirá una carrera más larga y una mayor capacidad del cilindro, esto se conoce como cigüeñal de carrera. Se necesitarán bielas más cortas cuando se instale una manivela Stroker. De lo contrario, los pistones podrían desplazarse demasiado alto en el cilindro, provocando una compresión inaceptablemente mayor o impactando en el techo del cilindro.
Los cigüeñales Stroker para motores modificados con frecuencia se venden en un juego con bielas y pistones más cortos. Un kit de stroker para el motor Mazda MX5 Miata 1.8L puede convertirlo en un motor 2L a un costo de alrededor de $ 5,500.
Rectificado offset
Una alternativa a la instalación de un cigüeñal Stroker es rectificar los muñones de la varilla a un tamaño más pequeño, en un desplazamiento, alejando así el centro del muñón de la línea central del cigüeñal. Esto se ilustra arriba.
Se puede ver que al mover el centro del muñón de la varilla, el radio de la manivela se ha incrementado, lo que lleva a una carrera más larga. Se trata de un mecanizado especializado y el aumento de carrera que se pueda conseguir dependerá del grosor de los muñones.
Cómo se hace un cigüeñal
La mayoría de los motores de producción utilizan un cigüeñal de hierro fundido que se fabrica vertiendo hierro fundido en un molde. Los cigüeñales forjados se utilizan en algunos motores de alto rendimiento. Un cigüeñal forjado se fabrica calentando un bloque de acero hasta que esté al rojo vivo y luego usando una presión extremadamente alta para darle forma.
Una vez que se ha forjado o fundido un cigüeñal, sus muñones y superficies de apoyo se mecanizan perfectamente lisas. Se perforan conductos de aceite o conductos de aceite. Los motores de producción generalmente dejarán las bandas con su acabado original de fundición en bruto, pero los motores de alto rendimiento mecanizarán cada parte del cigüeñal para reducir el arrastre de aceite.
Los muñones deben ser más duros que sus cojinetes para garantizar que se produzca cualquier desgaste en los cojinetes reemplazables y no en el cigüeñal, que debe durar toda la vida útil del motor. El proceso de fabricación incluirá el endurecimiento de estas áreas mediante nitruración o tratamiento térmico.
Los cigüeñales personalizados y de rendimiento extremadamente alto se mecanizan a partir de un bloque de material sólido, produciendo un cigüeñal de palanquilla. Producir un cigüeñal único mediante este proceso costaría un mínimo de alrededor de $ 3,000, por lo que está reservado para carreras de competencia y situaciones de restauración.
