¿El motor de su vehículo funciona de forma óptima? El cigüeñal, una pieza vital del motor, desempeña un papel importante. Una avería en el cigüeñal puede provocar que el vehículo no pueda funcionar. El cigüeñal se encarga de que la energía recuperada de la combustión se transforme de forma eficaz en potencia mecánica. Si funciona mal, ¡el motor puede averiarse!
¿Qué es el cigüeñal? El cigüeñal es una parte central de los motores alternativos de los automóviles. Convierte el movimiento ascendente y descendente de los pistones en movimiento rotatorio para impulsar las ruedas. Además, ayuda a soportar una tensión y una presión considerables y a operar el automóvil de manera efectiva.
El cigüeñal se conecta a otros componentes del motor y transmite potencia. En las próximas secciones, exploraremos sus tipos, componentes, proceso de fabricación y su papel fundamental en el rendimiento del vehículo.
¿Qué es el cigüeñal?
Nombre de la imagen: Cigüeñal
El cigüeñal es un componente giratorio conectado a un mecanismo de manivela para recibir su movimiento. Transforma el movimiento recíproco recto del pistón en uno rotatorio para apoyar el funcionamiento del motor. Esta parte crucial del sistema de potencia del motor desempeña un papel vital en el movimiento del vehículo.
Ubicado dentro del bloque del motor, el cigüeñal utiliza bielas. Estas bielas convierten el movimiento oscilatorio lineal del pistón en movimiento rotatorio. La fuerza rotatoria del cigüeñal impulsa el volante, que a su vez impulsa las ruedas del vehículo para lograr un movimiento suave. (Lean más sobre Precisión Proceso de torneado y cómo se logran resultados de alta precisión en la fabricación.)
¿Cómo funciona el cigüeñal en el motor de su automóvil?
Nombre de la imagen: Animación del funcionamiento del cigüeñal
¿Qué hacen los cigüeñales en tu motor? El cigüeñal de un motor es importante para transformar la fuerza. Está formado por varias piezas y elementos a través de los cuales se mueve la parte delantera del vehículo hacia delante. Los muñones y las bielas, las bielas y los amortiguadores de vibraciones reducen el empuje del cigüeñal y mantienen el cigüeñal en buenas condiciones. A continuación, analizaremos el funcionamiento del cigüeñal en un motor de 4 tiempos.
Movimiento hacia abajo del pistón
Inicialmente, el pistón desciende desde el punto muerto superior (PMS) hasta el punto muerto inferior (PII). Esto ocurre cuando una presión hacia adentro en la cámara de combustión ha forzado al pistón hacia abajo.
Cuando el pistón se mueve, se vincula con el cigüeñal a través de la biela y, de esta manera, transfiere su movimiento. Notarás que este movimiento lineal se transfiere directamente al cigüeñal, que comienza a girar.
Transformación de movimiento
A continuación, el cigüeñal asume el control. Transforma el movimiento de vaivén del pistón en un movimiento circular o rotatorio del cigüeñal. Esta transformación es clave para el funcionamiento del motor. Una vez que el cigüeñal gira, transmite este movimiento rotatorio al árbol de levas, lo que permite que funcione el ciclo del motor.
Fase de compresión
A medida que el cigüeñal gira, se conecta al árbol de levas y abre la válvula de admisión. Esto permite que la mezcla de aire y combustible ingrese a la cámara de combustión. Si la cámara está llena, el pistón comienza a moverse hacia arriba desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior, comprimiendo así la mezcla.
En esta carrera ascendente, el árbol de levas recuerda el cierre de las válvulas de admisión y de escape del motor. Esta acción completa la fase de compresión y también marca la primera revolución completa del cigüeñal.
Fase de encendido
Después de la compresión, comienza una fase de encendido. El calor producido por la chispa de encendido provoca la explosión de la mezcla de aire y combustible, tras lo cual el pistón se empuja hacia abajo en un movimiento de potencia. A medida que el pistón se mueve, empuja la biela, transfiriendo el movimiento al cigüeñal.
Movimiento del volante
Nombre de la imagen: Volante de inercia con engranajes en el cigüeñal
El cigüeñal se une al volante, en uno de los extremos, a través de un casquillo de unión. Con la ayuda del cigüeñal, la energía se transmite al volante cuando el pistón se mueve. La energía se almacena en un volante y luego se recupera mientras el motor se mantiene estable e invariable. Esto hará que experimentes una transferencia de energía ya que el volante ayuda a estabilizar la velocidad de rotación para permitir que tu vehículo se mueva continuamente.
Carrera de escape
Por último, el pistón se mueve hacia abajo para iniciar otro proceso conocido como carrera de escape. El movimiento del árbol de levas se produce por el movimiento hacia abajo del pistón que abre la válvula de escape. De esta manera, los gases de escape pueden descargarse de la cámara de combustión. El cigüeñal completa la carrera de escape, preparándose para el siguiente ciclo.
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Tipos de cigüeñales: ¿cuál impulsa su motor?
Los cigüeñales se presentan en varios tipos, cada uno diseñado para diferentes aplicaciones y procesos de fabricación. Pueden contener un cigüeñal completamente integrado, un cigüeñal de palanquilla integrado, un cigüeñal fundido y forjado, un cigüeñal de una sola pieza, un cigüeñal de una pieza soldada, etc., o un cigüeñal semi-integrado.
Ahora analicemos estos tipos y arrojemos luz sobre las características más relevantes de cada tipo.
Eje completamente construido
Un cigüeñal no ensamblado está hecho de componentes separados. El muñón del cigüeñal, los muñones principales y el eje del cigüeñal se envían por separado para su ensamblaje. Una vez que las piezas están mecanizadas y los muñones y el muñón del cigüeñal se han perforado en el eje del cigüeñal, se ensamblan. El ajuste por contracción garantiza que cada tuerca y perno esté en el lugar correcto. Este tipo suele tener un diámetro más estrecho que otros.
Eje soldado
Nombre de la imagen: Cigüeñal soldado con TIG
Los cigüeñales soldados se fabrican uniendo los dos muñones principales por un lado, el muñón del cigüeñal y el alma del cigüeñal por el otro. Posteriormente, los componentes del conjunto se sueldan entre sí mediante arco sumergido para aumentar la integridad estructural del bastidor. Las almas del cigüeñal son comparativamente delgadas y los muñones no suelen estar sometidos a tensión.
Cigüeñal forjado
Nombre de la imagen: Cigüeñal de acero forjado
Los cigüeñales forjados son componentes de material resistente, lo que los hace muy adecuados para motores sometidos a altas tensiones, como los modelos de automóviles de 16 válvulas. Los cigüeñales fabricados a partir de una matriz son muy precisos, tienen una gran estabilidad dimensional y pueden soportar el tratamiento térmico. Están hechos para soportar cargas elevadas y pueden ser útiles en automóviles de alto rendimiento.
Cigüeñal sólido de una sola pieza
Nombre de la imagen: Cigüeñal cilíndrico simple
Los cigüeñales de una sola pieza se fabrican mediante técnicas de forjado o fundición debido a su robustez. Estos cigüeñales son comunes tanto en motores de alta velocidad como de baja velocidad.
Los cigüeñales son bielas rígidas regulares con cojinetes normalmente colocados sobre los cilindros. Dichos ejes están diseñados para soportar la carga y las tensiones producidas durante el funcionamiento del motor.
Sin embargo, tenga en cuenta que las vibraciones torsionales y axiales pueden provocar tensiones, especialmente en los cojinetes principales.
Cigüeñal de palanquilla
Nombre de la imagen: Cigüeñal de palanquilla
Los cigüeñales de palanquilla están hechos de acero y, a veces, de otros materiales, como molibdeno, aluminio, cromo y níquel. Estos cigüeñales ofrecen la ventaja principal de requerir menos tiempo de mecanizado y, al mismo tiempo, necesitan poco equilibrio. Debido a su material y método de construcción, los cigüeñales de palanquilla son los artículos más confiables y duraderos del mercado.
Cigüeñal fundido
Nombre de la imagen: Cigüeñal de hierro fundido
Los cigüeñales de fundición suelen estar hechos de hierro mediante un proceso de fundición. Suelen utilizarse en automóviles con motor de gasolina y diésel. Los cigüeñales de fundición son más baratos y se mecanizan con facilidad, factores que los hacen preferidos por la mayoría de los fabricantes. Su estructura de grano de metal uniforme les permite soportar cargas desde varias direcciones.
Eje semiconstruido
El cigüeñal semiconstruido está forjado y ajustado por contracción, con las nervaduras del cigüeñal unidas a los cojinetes principales. En aplicaciones en las que se espera flexión o alto esfuerzo cortante, estos ejes se pueden ver en los motores.
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Componentes comunes del cigüeñal
Nombre de la imagen: Componentes básicos del cigüeñal
Un cigüeñal se compone de varios componentes. La falta de estos componentes significa que un cigüeñal es simplemente una viga de hierro. Los cigüeñales constan de muñones principales, contrapesos, brida de montaje del volante y arandelas de empuje, muñequillas, nervaduras del cigüeñal, conducto para el aceite y sellos. Ahora analicemos los componentes del cuerpo con algo más de detalle.
Revistas Principales
Nombre de la imagen: Cojinetes de biela y de cigüeñal
Los muñones principales son los puntos cruciales donde el cigüeñal se une al bloque del motor. Estos muñones están provistos de un cojinete que sostiene el cigüeñal y permite la rotación del bloque del motor a su alrededor.
Normalmente, en los muñones principales hay dos cojinetes: cojinetes de rodillos o de muñones y, como mínimo, cojinetes lisos. El tipo de cojinete depende del par requerido por el motor y del tipo de diseño.
Contrapesos
Nombre de la imagen: Contrapesos de cigüeñales
Los contrapesos se encuentran en el eje del cigüeñal y su función básica es equilibrar todo el sistema cuando gira. Además, ayudan a amortiguar todo el sistema cuando el cigüeñal gira sobre su eje. Sin ellos, la velocidad del motor podría disminuir debido a reacciones desequilibradas. Los contrapesos eliminan estas fuerzas y, por lo tanto, el cigüeñal alcanza mayores RPM y permite que el motor funcione sin problemas.
Brida de montaje del volante
Nombre de la imagen: Brida del cigüeñal
La brida de montaje del volante es la parte donde se unen el volante y el cigüeñal. Durante la fabricación, esta parte del cigüeñal suele ser más grande que la otra para instalar el volante. El volante es responsable de mantener el impulso y reducir los impactos del motor. Mientras que la brida se utiliza para mantener las cosas firmemente en su lugar.
Pasadores de manivela
Nombre de la imagen: Pasadores del cigüeñal
Los muñones del cigüeñal se utilizan principalmente para conectar la biela al cigüeñal. Este componente se conoce a menudo como muñón de biela o muñón de cojinete de biela; está provisto de una superficie cilíndrica para transmitir la fuerza de rotación; ejercida por el extremo más grande de la biela.
Web de manivela
El eje del cigüeñal es una pequeña proyección entre los muñones del cojinete principal y el cigüeñal propiamente dicho, que forma parte del cojinete principal sobre el que reposa el cigüeñal. Este componente ayuda a centrar las fuerzas a través del cigüeñal y a mantener la mayoría de los conjuntos correctamente alineados y equilibrados. Es fundamental para aumentar la rigidez general y la firmeza del cigüeñal.
Arandelas de empuje
Nombre de la imagen: Arandelas de empuje
Las arandelas de empuje evitan que el cigüeñal se mueva verticalmente, además de su movimiento giratorio. Estas arandelas pueden ubicarse en posiciones definidas a lo largo del cigüeñal. Se utilizan para mantener el cigüeñal en posición estableciendo los límites correctos entre el eje y el eje del cigüeñal.
En los modelos de motores más antiguos, las arandelas de empuje eran piezas separadas, pero en los modelos más nuevos, se combinan con los cojinetes principales.
Sellos de aceite del cigüeñal
Nombre de la imagen: Sellos de aceite del cigüeñal
Los sellos de aceite sirven principalmente para evitar que el aceite se filtre fuera del cigüeñal donde sobresale del cárter.
Hay dos sellos de aceite principales: uno en la parte delantera y otro en la trasera. El sello de aceite delantero está ubicado detrás de la polea y el engranaje de distribución, por lo que se puede reemplazar sin esfuerzo. El sello de aceite trasero se encuentra entre los muñones principales traseros y el volante. Este sello está hecho de caucho y viene con un borde moldeado y un resorte tipo torzal para mantenerlo firmemente en su lugar.
Si bien el sello trasero es más barato que el sello de aceite delantero, es difícil reemplazarlo y requiere desmontar las cajas del embrague, la transmisión y el volante.
Factores que afectan el costo de reemplazo del cigüeñal
El cigüeñal no es una pieza fácil de reemplazar. Hay varios factores que pueden afectar el costo total del cigüeñal, incluidos el tipo de automóvil que usted conduce, los costos de mano de obra y el estado de su motor. Veamos los factores comunes que afectan el costo de los cigüeñales.
Costo de producción
Los costes de mano de obra suponen una buena parte de los costes de sustitución del cigüeñal de un coche. Cuando hay que sustituir un cigüeñal, el mecánico tiene que sacar el motor del coche y levantarlo. No es un trabajo rápido, lleva mucho tiempo y, por ejemplo, cuando el mecánico ha sustituido el cigüeñal, tiene que volver a montar todas las piezas.
Por lo tanto, se necesitan desde varias horas hasta algunos días para reemplazar o reparar un cigüeñal, según la complejidad involucrada. Cuando un trabajo lleva más tiempo en completarse, significa que la cantidad de dinero cobrada en mano de obra también será mayor. Por lo tanto, tenga en cuenta que el trabajo requerido para reemplazar su cigüeñal se sumará al costo total.
Condición del motor
Otro factor que influye en el coste de sustitución es el estado general del motor. Cuando falla un cigüeñal, siempre hay otros componentes del motor del vehículo que también sufren. En particular, puede ser necesario sustituir los cojinetes, las bielas, los retenes, el árbol de levas y la transmisión.
Algunos mecánicos sugieren un reemplazo no destructivo del cilindro y también una prueba para detectar si el cigüeñal está agrietado. Estas reparaciones y piezas adicionales pueden aumentar rápidamente el costo total de reemplazo del cigüeñal. Por lo tanto, si su motor no está en buenas condiciones, es probable que reciba una tarifa más alta.
Costo del cigüeñal
El costo del cigüeñal en sí es otro factor importante. Los cigüeñales de repuesto son relativamente raros, por lo que la mayoría de los cigüeñales se restauran con piezas originales, lo que puede resultar costoso. En el caso de los vehículos de lujo o de alto rendimiento, el precio de estas piezas originales suele ser más alto. Al mismo tiempo, en lo que respecta a los automóviles de uso generalizado, es posible comprar piezas de repuesto a un precio comparativamente más económico.
El tipo de cigüeñal también influye en el precio. El hecho de elegir un cigüeñal nuevo, de segunda mano o remanufacturado influirá en el precio total.
¿Cómo se fabrican los cigüeñales?
Existen dos métodos principales para fabricar cigüeñales: fundición y forjado con tornillos. En ambos casos se utilizan distintos metales durante la construcción de cigüeñales resistentes.
La fundición implica fundir metales como el hierro fundido y luego verter el metal fundido en un molde para fabricar las piezas. El proceso evita que el cigüeñal tenga irregularidades en la forma o garantiza el tamaño correcto.
El proceso de forjado de tornillos utiliza tornillos fabricados a partir de acero forjado. Se calienta un bloque de acero hasta que se pone rojo brillante y se lo fuerza a adoptar la forma deseada bajo alta presión. Esta técnica aumenta la solidez del cigüeñal y lo hace resistente a las tensiones de rotación del motor.
Para lograr un mejor rendimiento y resistencia estructural, algunos componentes del cigüeñal, como el muñón principal, están sujetos a tratamiento de superficies procesos que incluyen endurecimiento de superficies.
(Le recomendamos leer nuestra guía detallada sobre el Diferencias clave entre el torneado suizo y el torneado CNC: ¡explore sus características y aplicaciones únicas aquí!)
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Conclusión
Entre todos los componentes de un motor de combustión interna, el cigüeñal es crucial. Sin él, los motores no se moverían como deberían. Los componentes principales del cigüeñal incluyen los sellos de aceite, los muñones principales y los que contribuyen al funcionamiento óptimo del cigüeñal. En este artículo, hemos detallado con precisión ciertos aspectos de los cigüeñales, sus partes, su funcionamiento y los factores que contribuyen a los costos de los cigüeñales. De esta manera, los lectores pueden comprender completamente la importancia y la complejidad de este componente crítico.
FAQ’s
P1. ¿Cómo prolongar la vida útil del cigüeñal?
Para prolongar la vida útil del cigüeñal, realice un mantenimiento regular, utilice aceite de motor de alta calidad, evite sobrecargar el motor y mantenga una lubricación adecuada. Las inspecciones periódicas para detectar desgaste también pueden prevenir fallas prematuras.
P2. ¿Cuál es el cigüeñal más común?
El tipo de cigüeñal más común es el cigüeñal de fundición. Se utiliza ampliamente en motores estándar debido a su precio asequible y su capacidad para soportar las tensiones típicas del motor.
P3. ¿Cuántos tipos de medidas de cigüeñal existen?
Las medidas del cigüeñal generalmente incluyen el tamaño del muñón, la longitud de la carrera y el diámetro del cigüeñal. Estas medidas ayudan a determinar la compatibilidad del cigüeñal con las especificaciones del motor.
P4. ¿Cuál es el tipo de cigüeñal más resistente?
El cigüeñal forjado es el tipo más resistente, ya que está hecho de acero de alta calidad y se moldea bajo una presión extrema, lo que lo hace muy duradero y resistente al estrés y la fatiga.
Q5. ¿Qué tipo de motor funciona sin cigüeñal?
Los motores Wankel, o motores rotativos, no necesitan cigüeñal, sino que utilizan un rotor para convertir la presión en movimiento rotatorio.
P6. ¿Puede un coche funcionar sin cigüeñal?
No, un coche no puede funcionar sin un cigüeñal. El cigüeñal es esencial para convertir el movimiento lineal de los pistones en movimiento rotatorio, que impulsa las ruedas del vehículo.