La guía definitiva del cigüeñal

 

¿Sabes cómo un vehículo transforma el movimiento de vaivén en movimiento rotativo? Bueno, ese es el papel de un cigüeñal.

En esta guía, aprenderás todo acerca de este accesorio esencial de transmisión de potencia en motores automotrices. Ya sea que desees aprender sobre el principio de funcionamiento, partes, características o funciones, encontrarás toda la información aquí mismo.

Tipos de Cigüeñales

Permíteme decirte que existen diferentes tipos de motores. Los cigüeñales encuentran sus aplicaciones en diferentes áreas. Por esta razón, no hay una única versión de ellos.

Ahora hablemos de estos tipos en detalle:

 

Componentes del Cigüeñal

Pieza Única

Está hecha a partir de un solo bloque sólido de material. Son adecuados para su uso en motores de alta y media velocidad. Además, son resistentes y pueden soportar el desalineamiento de rodamientos o vibraciones axiales.

Forjado

El forjado implica la aplicación de fuerzas a los metales para dar forma a la unidad final. Esto significa que la soldadura no es necesaria. Son adecuados para motores de velocidad media como generadores. Además, puedes endurecer los cigüeñales forjados a través de la inducción.

Semifabricado

Aquí, no ensamblarás todas las piezas de una sola vez. Algunos componentes se fabrican juntos como una unidad. Por ejemplo, puedes forjar, dar forma y construir completamente los cojinetes principales y el brazo del cigüeñal.

Son populares para la fabricación de motores diésel marinos.

Soldado

Como su nombre indica, conectarás diferentes componentes del cigüeñal a través de procesos de soldadura. Estas unidades son fuertes pero caras, lo que las hace menos preferidas.

Fundido

Estos sistemas son más económicos de fabricar que otras versiones de cigüeñales. Esto los hace populares en motores que usan diésel o gasolina.

Para hacerlos, usarás hierro fundido que es maleable. Además, puedes mejorar su longevidad sometiéndolos a tratamiento térmico. Esto a su vez minimiza el desgaste y aumenta la resistencia a la tracción.

Compuesto

Este sistema consta de varias piezas que se fabrican por separado. Por ejemplo, puedes mecanizar por separado los vástagos y muñequillas. Después, los calentarás, para luego ajustarlos artificialmente mediante contracción.

Al enfriarse, formarán un ajuste ajustado entre sí.

Billet

Para hacer este cigüeñal, usarás una aleación de acero del tipo 4340. Esto incluye molibdeno, níquel, aluminio y cromo.

Requieren poco tiempo para ser mecanizados y pueden transmitir la máxima potencia disponible a las cargas. Además, operan bien con un equilibrado mínimo.

Materiales Adecuados Para Fabricar Cigüeñales

Estas unidades necesitan ser fuertes debido a las fuerzas que soportan. Algunos materiales principales adecuados para su construcción incluyen los siguientes:

  • Acero al carbono
  • Aleación de acero
  • Níquel cromo

Dentro del acero al carbono, puedes añadir otros componentes como:

  • Manganeso
  • Silicio
  • Cromo
  • Cobalto
  • Molibdeno
  • Vanadio

Proceso de Fabricación de un Cigüeñal

Como ya sabes, existen varios tipos de cigüeñales. Esto significa que el proceso de fabricación variará de una versión a otra. A continuación, explicaremos los pasos comunes:

Paso 1

El primer paso implica la fundición o forjado del cigüeñal. Cuando optas por el forjado, calientas el metal y luego le das forma.

La fundición implica el uso de un molde que dará forma al metal fundido. Una vez que se enfría, toma la forma del molde.

Nota lateral: Los motores de alto rendimiento pueden preferir el forjado como método de fabricación. Los motores que requieren alto rendimiento optan por cigüeñales macizos. Estos son caros de fabricar.

Paso 2

Después de forjar o fundir el cigüeñal, suavizarás las áreas para los cojinetes y muñones. Después, perforarás pasajes de aceite.

Además, al fabricar motores de producción, es posible que decidas dejar el acabado rugoso de la fundición en las bielas. Sin embargo, se mecanizarán partes de los motores de alto rendimiento. Esto ayuda a minimizar la resistencia del aceite.

Paso 3

Aquí, te asegurarás de que los muñones sean más duros que los cojinetes. Esto se hace para asegurarse de que el desgaste no ocurra en los cigüeñales, sino en los cojinetes.

Utilizar el proceso de tratamiento térmico es una forma de endurecer estas áreas.

Componentes de los Cigüeñales

Un cigüeñal no es un componente solitario. Muchas piezas se unen para formar un sistema completamente funcional. Aquí están las partes que encontrarás en esta unidad:

Partes del cigüeñal

Partes del Cigüeñal – Foto cortesía: The Engineers Post

Pasaje de Aceite

Estos son agujeros que proporcionan lubricación al sistema, minimizando así la tasa de desgaste. Se sitúan en la biela del cigüeñal y liberan aceite cuando el sistema está en funcionamiento.

Arandelas de Empuje

Estos componentes se sitúan entre el soporte del cigüeñal y la biela. Mantienen el espacio entre dos partes adyacentes del cigüeñal.

Retenes de Aceite

Cumplen la función de contener el aceite en los lugares adecuados, previniendo cualquier fuga. Se utilizan dos tipos de retenes de aceite:

Retén de Aceite en el Lado Delantero

Este reten se sitúa detrás de los engranajes y poleas de sincronización. Cuando falla, se puede rastrear y reparar fácilmente.

Retén de Aceite en el Lado Trasero

Este se sitúa entre volantes y muñones principales. Un resorte de fuelle mantiene este reten en su lugar entre los cigüeñales. Cuando falla, generalmente es difícil de alcanzar y reparar.

Equilibrado/Peso del Cigüeñal

Se sitúan en la biela del cigüeñal y ayudan a mejorar la estabilidad de la unidad. Esto significa que el sistema puede funcionar suavemente incluso a rpm más altas.

Brazo/Biela del Cigüeñal

Este brazo sirve como conexión entre los cigüeñales y los cojinetes de muñón.

Muñones

También conocidos como bulones del cigüeñal. Su objetivo es unir los cigüeñales a las bielas de conexión. Juegan el papel principal de entregar fuerza rotativa al lado más grande de la biela de conexión de manera eficiente.

Montaje del Brida

Las bridas conectan los cigüeñales y los volantes.

Muñones Principales

Estas partes se colocan linealmente en el cigüeñal. Utilizarás este componente para unir este eje giratorio al bloque del motor.

Mecanismo de Trabajo de un Cigüeñal

Estos sistemas tienen varias componentes que funcionan juntas para transferir energía. Aquí tienes un desglose de cómo opera:

  • El cigüeñal tiene una serie de pasadores desplazados o “muñones” espaciados alrededor de su circunferencia. Estos muñones están desplazados desde el centro del cigüeñal.
  • A medida que el motor funciona, los pistones suben y bajan en sus cilindros. Por lo tanto, empujan y tiran de las bielas de conexión.
  • Las bielas de conexión están unidas a los muñones del cigüeñal. A medida que los pistones suben y bajan, las bielas de conexión empujan y tiran de los muñones en un movimiento rotativo.
  • Debido a que los muñones están desplazados desde el centro del cigüeñal, el empuje y la tracción de las bielas de conexión hacen que el cigüeñal gire en un movimiento circular.
  • Los cigüeñales giratorios transfieren el momento de los pistones a las unidades de transmisión. Esto a su vez impulsa las ruedas del vehículo o alimenta otros equipos.

Lubricación de Cigüeñales

El cigüeñal tiene varias componentes móviles. Esto significa que debe funcionar de manera eficiente para que la energía se transfiera sin ninguna pérdida. Además, su funcionamiento suave minimiza los daños en el motor.

Por esta razón, la lubricación del cigüeñal es vital. A medida que las piezas metálicas suben y bajan, el aceite de lubricación permite que el proceso sea lo más suave posible.

Razones del Fallo de los Cigüeñales

El diseño de un cigüeñal es para que funcione eficientemente durante mucho tiempo. Sin embargo, existen momentos en que algunos casos extremos pueden hacer que funcione por debajo del estándar o falle.

Aquí hay algunos problemas que pueden hacer que esta unidad falle:

Fallo Inducido por Vibración

Los muñones y bulones del cigüeñal pueden fracturarse cuando el motor experimenta mucha vibración torsional.

Muñones Desgastados

Esto sucede cuando la presión de aceite es inadecuada. Los muñones y la superficie de los cojinetes se frotan entre sí. El efecto de esto es que la separación se amplía y la presión del aceite disminuye.

Fatiga

Estas son fuerzas que se acumulan constantemente en el cigüeñal que pueden causar la aparición de fracturas. Primariamente sucede en la unión entre el muñón y los muñones. El magnaflux es una forma de inspeccionar tales fallas.

Demasiada Presión en los Cilindros

El bloqueo hidráulico sucede dentro del revestimiento debido a la presión excesiva en el cigüeñal.

Mínima Lubricación

Esto aumentará la fricción y dañará los cojinetes.

Desalineación de Cigüeñales

Las piezas dentro de esta unidad pueden no estar alineadas entre sí, lo que provoca ineficiencias. Algunas razones para esto incluyen:

  • Explosiones o incendios dentro del cárter
  • Un soporte primario dañado
  • Tornillos rotos o sueltos
  • Sillares o bolsillos de cojinete agrietados
  • Corrosión en la unidad

Alineación en cigüeñal

Alineación en Cigüeñal

Comparación entre Cigüeñal y Árbol de Levas

En un motor, encontrarás que estos dos sistemas se coordinan para lograr un objetivo colectivo. Tenemos una tabla de comparación que muestra cómo se comparan:

Cigüeñal Árbol de Levas
Transmite potencia Acciona las válvulas de admisión y escape
Impulsado por los pistones a través de las bielas Impulsado por el cigüeñal a través de sistemas de sincronización
El material principal es aleación de acero La construcción del material es hierro fundido o acero
Se sitúa debajo de los cilindros del motor Se sitúa encima del cilindro del motor
Maneja alto torque Necesita menos torque para operar
Con una carrera de potencia, gira dos veces en un motor de 2 tiempos Con una carrera de potencia, gira una vez
Un motor requiere un cigüeñal Un motor puede funcionar con una o dos unidades
Utilizado en motores de 2 y 4 tiempos Utilizado solo en motores de 4 tiempos
Pesado Liviano

Aplicaciones de Cigüeñales

Los cigüeñales son componentes versátiles de una máquina. Esto significa que encuentra aplicación en varias áreas. Algunas de ellas incluyen:

Máquinas Diesel

Los componentes aquí son grandes y están hechos a través de la forja de acero aleado. Esto significa que pueden soportar usos prolongados y proporcionar potencia de manera eficiente.

Generadores

Estos componentes están disponibles en generadores eléctricos. Cambia el movimiento de los pistones a movimiento rotatorio. Normalmente, el volante girará debido a esta fuerza rotativa. En consecuencia, esto generará energía. Junto con el alternador, el generador producirá energía eléctrica.

Unidades de Combustión

Este sistema puede colocarse dentro de un bloque de motor que quema para producir energía. Ayudará a transferir el movimiento de lineal a rotativo a través del uso de varillas. Esto le permite proporcionar potencia que mueve diferentes cargas.

Transmisión de Árbol de Levas

Los cigüeñales y los árboles de levas trabajan juntos. Las unidades de transmisión como cadenas ayudan a transmitir poder desde los cigüeñales a los árboles de levas.

Motocicletas

El sistema ayuda a las motocicletas a moverse y a reducir las vibraciones en los motores.

Transmisión de Potencia

Un cigüeñal facilita la transmisión de potencia a otras partes de un motor. Algunas de estas partes incluyen compresores, sincronización de válvulas y bombas de aire y agua.

Cigüeñal

Cigüeñal

Conclusión

Ahora está claro lo importante que es un cigüeñal para un motor. Y cómo apoya varias operaciones del motor. También esperamos que esta guía te haya dado un conocimiento profundo sobre el funcionamiento de un cigüeñal.

Más Recursos:

Partes y Función del Cigüeñal – Fuente: The Engineers Post

Cigüeñal – Fuente: Wikipedia

Materiales para Motores Automotrices – Fuente: Science Direct

Estructura y Función del Cigüeñal – Fuente: Motor Service

¿Qué es un Cigüeñal y Cuál es su Función? – Fuente: MTAQ

Scroll to Top