¿Qué es y cómo funciona un cigüeñal?

El cigüeñal es básicamente la columna vertebral del motor de combustión interna.

El cigüeñal es responsable de mantener el motor funcionando sin problemas y de convertir el movimiento lineal en movimiento de rotación.

Los cigüeñales deben tener una alta resistencia a la fatiga y al desgaste para garantizar una larga vida útil.

El cigüeñal experimenta altos niveles de carga cíclica.

Un valor alto del coeficiente de expansión térmica puede ser un problema al elegir materiales para cigüeñales y árboles de levas.

El hierro dúctil, el acero forjado y el titanio se utilizan comúnmente como materiales para la fabricación de ejes como en el Prosche GT3 RS.

Se están desarrollando cigüeñales hechos de compuestos de aluminio reforzados con SiC y grafito (Elmarakbi, 2014).

Los compuestos de aluminio cumplen con todos los requisitos, excepto que inevitablemente fallarán cuando se expongan a cargas cíclicas.

Definición:

Los cigüeñales son uno de los componentes más importantes de los motores de combustión interna y están sujetos a cargas dinámicas muy elevadas cuando se utiliza el motor.

La elección de materiales y métodos de fabricación depende del tipo de motor, la geometría y el diseño del cigüeñal.

Es necesario utilizar materiales de alta resistencia para garantizar una larga vida útil.

Los cigüeñales de acero generalmente se fabrican mediante forja o estampación o fundición si el material es hierro fundido.

Modelos:

En motores de velocidad baja y media, los cigüeñales suelen estar hechos de aceros al carbono de baja aleación como:

1034, 1035, 1038 (Reino Unido: 060A35, 080A32, 080A35, 080A5, 080 M36, 1449-40CS, 40HS, C35; Rusia: 35);

1040 y 1042 (Reino Unido: 060A40, 080A40, 080 M40, C40, C40E, CS40; Rusia: 40);

1050, 1055 (Reino Unido: 060A52, 070 M55, 080 M50, C50E, C55; Rusia: 50);

1037 (Reino Unido: Gr. A;

Alemania: GS20Mn5; Rusia: 35Г); 1039, 1041, 1043 (Reino Unido: 150 M36; Rusia: 40 :);

1045, 1046 (Reino Unido: 080 M46, C45, C45E;

Rusia: 45Г); 1053 (Reino Unido: 080 M50, C50E; Rusia: 50Г) y también aceros 5135, 5140, 5140H, 5140RH (Reino Unido: 37Cr4, 41Cr4, 530A36, 530A40, 530H36, 530H40, 530 M40; Rusia: 40X); 3135, 3140H (Reino Unido: 640 M40; Rusia: 40XH);

1144, 1345, 1345H (Alemania: 46Mn27; Rusia: 45Г2); 4340 aleaciones de acero (Reino Unido: 817A37, 818 M40; Rusia: 40X2H2MA).

El tratamiento térmico del acero después del temple y revenido a baja temperatura proporciona la estructura martensítica del material.

Aceros tales como aleaciones de cromo-vanadio, cromo-molibdeno, níquel-cromo y níquel-cromo-molibdeno 4130, 4130H (Reino Unido: 25CrMo4; Rusia: 30XMA);

4340 (Reino Unido: 817A37, 818 M40; Rusia: 40X2H2MA); 25H2N4WA (Polonia) o 25X2H4MA (Rusia), 38XH3MA (Rusia) o SNC28 (Japón) se utilizan para fabricar cigüeñales para motores diésel de alta velocidad y potencia para diversas aplicaciones.

Los cigüeñales para motores marinos, estacionarios, locomotoras y tractores suelen estar hechos de hierro fundido modificado, como el 60-40-18 (Reino Unido: EN-GJS-420-12; Rusia: BЧ40) con una estructura de acero, grafito globular.

También se pueden utilizar aceros al carbono y aceros aleados para este propósito.

Uso:

Los cigüeñales de hierro fundido son menos costosos y requieren menos tiempo de fabricación que el acero forjado.

El metal puede resultar más económico en el proceso de fundición cuando el diseño del cigüeñal es más complejo.

La resistencia al desgaste de los cojinetes principal y de biela aumenta debido a la presencia de grafito en el hierro fundido.

La fiabilidad del cigüeñal también se mejora debido a la alta resistencia cíclica del hierro fundido.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la resistencia mecánica de los cigüeñales de hierro fundido es menor que la de las piezas forjadas de acero y es más difícil determinar los defectos internos del hierro fundido.

Cuando se utilizan cojinetes Babbitt o aleaciones duras, como bronce al plomo, para fabricar cojinetes, se utiliza un tratamiento térmico para lograr los altos niveles de dureza necesarios para aumentar la resistencia al desgaste en los muñones.

Funciones:

El cigüeñal convierte el movimiento recíproco en movimiento de rotación.

Contiene contrapesos para suavizar las revoluciones del motor.

Hay dos tipos de cigüeñal, el tipo monolítico, que se usa para motores de varios cilindros, y el tipo ensamblado que consta de partes separadas, que se usa principalmente para motocicletas.

El tipo de cigüeñal determina el tipo de bielas utilizadas.

Señales que indican que algo anda mal:

Vibración torsional del cigüeñal. Los cigüeñales del motor están sujetos a torsión y vibración a ciertas velocidades debido a pulsos de potencia.

A una velocidad de rotación media constante del cigüeñal, se superpondrán pares fluctuantes adicionales que acelerarán y desacelerarán el cigüeñal, en particular en el lado de la polea delantera y, en menor medida, en el lado del volante trasero.

Si el extremo del volante del cigüeñal pudiera girar hacia adelante y hacia atrás mientras gira a ciertas velocidades críticas, los movimientos angulares oscilantes absorberían el juego entre los dientes de los engranajes del tren motriz.

En consecuencia, los dientes de los engranajes impulsores se moverían entre los perfiles de los dientes impulsores (lado de presión) y no impulsores de los engranajes impulsados.

Esto provocará golpes repetidos en los dientes de los engranajes, desgaste y ruidos de traqueteo en los engranajes.

Consejo para mantener bien el cigüeñal de tu vehículo:

Para superar los efectos de las vibraciones de torsión del cigüeñal, normalmente se incorpora un dispositivo de amortiguación de torsión en el conjunto de cubo de placa conducida.