Eje Cigueñal 621f3n

El cigüeñal forma parte del mecanismo bielamanivela, es decir de la serie de órganos que con su movimiento transforman la energía desarrollada por la combustión en energía mecánica. El cigüeñal recoge y transmite al cambio la potencia desarrollada por cada uno de los cilindros. Por consiguiente, es una de las piezas más importantes del motor.

El cigüeñal está sujeto a grandes solicitaciones. En cada carrera,

pistón

y

biela,

deben

se

acelerados

y

desacelerados por el eje cigüeñal. Con ello, aparecen poderosas fuerzas de inercia. Además, sobre el eje cigüeñal actúan grandes fuerzas centrífugas. Ante las fuerzas presentes, el cigüeñal es solicitado a torsión y a flexión; también es solicitado por las oscilaciones de torsión y en los apoyos, además está sometido a desgaste.

LA FORMA ëEL CIGÜEÑAL ëEPENëE ëE: ëE:

˜ ëel número de cilindros. ˜ ëel número de apoyos. ˜ ëe la longitud de la cerrera del pistón. ˜ ëe la disposición de los cilindros. ˜ ëel orden de encendido.

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Los motores ëiesel, por sus elevadas presiones de trabajo, llevan siempre cojinete a continuación de cada codo y lo mismo ocurre con los motores Otto rápidos y muy cargados. Los motores Otto pequeños, no tan cargados y por razón de presión, sólo llevan un cojinete cada dos codos. También el número de contrapesos depende principalmente de los criterios anteriormente mencionados. Las oscilaciones de torsión del eje cigüeñal, deben reducirse a valores no críticos, por medio de amortiguadores de vibraciones (por ejemplo: amortiguadores de goma o de viscosa).

MATERIALES ëE FABRICACIÓN ëE LOS EJES CIGÜEÑALES: El material usado para la construcción de los cigüeñales es generalmente acero aleado de gran resistencia. Entre los aceros normalmente utilizados, destacan: - Acero al Cromo-Níquel - Acero al Cromo-Molibdeno - Acero al Cromo-Níquel-Molibdeno

±elocidad crítica de árboles giratorios: giratorios: Los cigüeñales se diseñan no solamente para que tengan la resistencia necesaria, sino también con el objetivo de evitar la velocidad crítica. La velocidad crítica para un eje, la podemos describir como aquella en la cual las revoluciones por segundo es igual a la frecuencia de vibración natural del eje. Si se alcanza la velocidad crítica, las fuerzas elásticas están completamente neutralizadas, de modo que son incapaces de ofrecer resistencia alguna a una fuerza deformante o flexionante. Cerca de la velocidad crítica, el eje sufre simplemente vibraciones más o menos intensas. Los ejes o árboles giratorios, a velocidades críticas, se vuelven dinámicamente inestables y en ellos se pueden desarrollar grandes vibraciones.

El cigüeñal está sujeto a grandes solicitaciones. solicitaciones. Por ejemplo:

˜ Fuerzas de inercia. ˜ Fuerzas centrífugas. ˜ Fuerzas de Torsión. ˜ Fuerzas de Flexión. ˜ Y solicitado al desgaste. Materiales de fabricación: Acero mejorado. Acero nitrurado. Hierro fundido con grafito esferoidal.

` sna de las partes más importantes de la teoría de las vibraciones es la resolución de problemas de equilibrado. El equilibrado de un motor nunca puede ser absolutamente perfecto y siempre existe cierta proporción de desequilibrado. En la construcción de motores, debido a la gran cantidad de componentes implicados, es muy difícil conseguir una distribución perfecta de las masas. Como resultado de todo ello, se pueden originar fuerzas periódicas perturbadoras que producirán vibraciones. Las fuerzas deformantes aunque pueden ser debidas a alguna causa externa, generalmente se producen por desviaciones casi inevitables de los centros de gravedad de las diversas cargas con respecto al eje.

En éstas condiciones inestables, la menor fuerza, si se le da tiempo suficiente, puede deformar el eje e incluso llegar a romperlo. En la figura se representa un eje bajo momento torsional pulsatorio, aproximándose la frecuencia de dicho momento a una de las frecuencias de vibración natural del árbol. Se presenta la condición de resonancia y se produce una intensa vibración torsional forzada. Los siguientes factores influyen en el valor de la velocidad crítica: - La longitud del eje. - Los diversos diámetros (muñones). - ëistancia entre centros eje-manivela. - Las características de diseño de los puntos de apoyo. - El diseño de los cojinetes del motor. - La magnitud y distribución de las cargas que soporte el eje.

Para reducir el efecto de las vibraciones torsionales que puedan presentarse durante los ciclos de funcionamiento de los motores, desarrolla absorbedores que acoplados al cigüeñal minimizarán las vibraciones.

Muñón central

Muñón de biela Conductos de lubricación

Contrapesos

sn cojinete se define como el elemento mecánico en el que se apoya y gira un eje mediante su órgano de o. El material del casquete debe ser más blando que el del eje para evitar el deterioro de éste ultimo en caso de una lubricación defectuosa.

COJINETES ëEL CIGÜEÑAL (COJINETES ëE BANCAëA): Los cojinetes tiene la finalidad de servir de apoyo y guía al eje cigüeñal. Se fabrican casi siempre en forma de cojinetes de fricción partidos, igual que los de las bielas.

Los cojinetes de tres capas, están constituidos ordinariamente por un casquillo de apoyo de acero, por una capa de metal para cojinetes (capa soporte o capa de apoyo) de gran capacidad de carga (Ej (Ej:: CuPuSn) CuPuSn) y por una capa de deslizamiento de metal blanco (ej (ej:: PbSn10). Para solicitaciones especiales, se fabrican también cojinetes de cuatro y cinco capas.

sno de los cojinetes del cigüeñal está diseñado como cojinete de guía. Esto evita el desplazamiento axial del cigüeñal que podría sobrevenir por la acción del embrague (El juego axial en el cojinete de guía y el juego radial en los cojinetes de los muñones de apoyo en los casquillos , están especificados por el fabricante.

LsBRICACIÓN:

La lubricación de estos elementos es forzada y se realiza por medio de orificios en los mismos y una guía que mantiene una película de aceite entre el casquete y el cigüeñal. Además de cumplir una función de protección y elementos de recambio los casquetes están sometidos a grandes esfuerzos debidos a la presión de los gases, la fuerza centrífuga producida por la rotación del cigüeñal y las fuerzas de inercia por los movimientos del conjunto de elementos del motor.

Lubricación de cojinetes de motor: Prácticamente todos los cigüeñales disponen de perforaciones a través de sus brazos y muñones para establecer la circulación de aceite. El aceite se suministra a través de uno o más cojinetes principales.

En la figura se representa la sección de la biela y de una parte del eje cigüeñal, mostrando los conductos de lubricación de aceite

Transmisión:: Transmisión La potencia de los motores no es constante a lo largo de un ciclo. Para que la velocidad de rotación del cigüeñal sea uniforme y se puedan salvar los puntos muertos, en el extremo del cigüeñal (lado transmisión) se monta un volante. Con el fin de conseguir el máximo momento de inercia, el volante se construye de manera que disponga de una gran masa con el mayor radio posible. La misión del volante es acumular y liberar energía transitoriamente, acumula energía cinética cuando la velocidad tiende a aumentar sobre su valor de régimen y la cede cuando tiende a disminuir. ëe éste modo, la energía cinética de rotación será máxima para una velocidad de rotación determinada, y se consigue que el motor redondee perfectamente. En su diámetro exterior el volante dispone de una corona dentada que servirá para la puesta en marcha del motor.

En la gráfica se muestran las fuerzas que actúan en el momento de la expansión de los gases, sobre los casquetes de una biela, cada una identificada con un color que también muestra el elemento que la produce. La componente A en amarillo es debida a la fuerza de expansión de los gases y es de valor variable, la componente B en color rojo debida a la fuerza de inercia debida al volteo del cigüeñal es constante y la fuerza C en color azul debida a la inercia de los elementos de movimiento alternativo; producen la resultante en color verde que es la que deben soportar estos elementos.

ã±erificación de calidades superficiales, rugosidades. - Herramientas de medida de precisión. - Controles de concentricidad. - Alineado y Equilibrado. - Mecanizado. - Rectificado y pulido.

]ëesgaste de los muñones centrales y de biela.

] Excentricidad del eje cigüeñal. ]Cambio de cojinetes (tejas) del eje cigüeñal. ]±erificación del juego de los cojinetes (tejas). ]Rectificar el volante de impulsión y cambiar la corona dentada.

˜ Marcar las piezas emparejadas, ejemplo: Tapa de cojinete y base del cojinete.

˜ ±erificar si el cigüeñal tiene excentricidad. ˜ ±erificar los muñones, los casquillos y los taladros base del bloque.

˜ Limpiar los canales de lubricación. ˜ Hay que tener en cuenta los juegos prescritos para los cojinetes.

˜ Los tornillos de los cojinetes deben ser apretados con el par de apriete prescrito (torque).