El cigüeñal se lleva en una posición paralela al eje longitudinal del cárter y generalmente se apoya en un cojinete principal entre cada tiro. Los cojinetes principales del cigüeñal deben estar soportados rígidamente en el cárter. Esto generalmente se logra por medio de redes transversales en el cárter, una para cada cojinete principal.
Las redes forman una parte integral de la estructura y, además de soportar los cojinetes principales, aumentan la resistencia de toda la caja. El cárter está dividido en dos secciones en un plano longitudinal. Esta división puede estar en el plano del cigüeñal de modo que la mitad del cojinete principal (ya veces los cojinetes del árbol de levas) estén en una sección de la caja y la otra mitad en la sección opuesta.
El cigüeñal es la columna vertebral del motor alternativo. Está sujeto a la mayoría de las fuerzas desarrolladas por el motor. Su objetivo principal es transformar el movimiento alternativo del pistón y la biela en un movimiento giratorio para la rotación de la hélice.
El cigüeñal, como su nombre lo indica, es un eje compuesto por una o más manivelas ubicadas en puntos específicos a lo largo de su longitud. Las manivelas, o tiros, se forman forjando compensaciones en un eje antes de mecanizarlo.
Dado que los cigüeñales deben ser muy fuertes, generalmente se forjan con una aleación muy fuerte, como el acero al cromo, níquel y molibdeno.
Un cigüeñal puede ser de una sola pieza o de varias piezas. La figura muestra dos tipos representativos de cigüeñales sólidos utilizados en motores de aviones. La construcción de cuatro tiros se puede utilizar en motores de cuatro cilindros horizontales opuestos o en línea de cuatro cilindros.
El eje de seis tiros se utiliza en motores en línea de seis cilindros, motores tipo V de 12 cilindros y motores opuestos de seis cilindros.
Los cigüeñales de los motores radiales pueden ser del tipo de un solo tiro, de dos tiros o de cuatro tiros, dependiendo de si el motor es del tipo de una fila, de dos filas o de cuatro filas.
En la figura se muestra un cigüeñal de motor radial de un solo tiro. No importa cuántos tiros pueda tener, cada cigüeñal tiene tres partes principales: un muñón, una muñequilla y una mejilla de la manivela. Los contrapesos y los amortiguadores, aunque no son una parte real de un cigüeñal, generalmente se adjuntan a él para reducir la vibración del motor.
El muñón está soportado por un cojinete principal y gira en él. Sirve como el centro de rotación del cigüeñal. Tiene una superficie endurecida para reducir el desgaste. La muñequilla es la sección a la que se une la biela. Está descentrado de los diarios principales y a menudo se le llama lanzamiento. Dos mejillas de manivela y una manivela hacen un lanzamiento.
Cuando se aplica una fuerza a la muñequilla en cualquier dirección que no sea paralela o perpendicular ay a través de la línea central del cigüeñal, hace que el cigüeñal gire. La superficie exterior se endurece mediante nitruración para aumentar su resistencia al desgaste y proporcionar la superficie de apoyo requerida.
La muñequilla suele ser hueca. Esto reduce el peso total del cigüeñal y proporciona un pasaje para la transferencia de aceite lubricante. En los primeros motores, la muñequilla hueca también sirvió como cámara para recolectar lodo, depósitos de carbón y otros materiales extraños.
La fuerza centrífuga arrojó estas sustancias al exterior de la cámara y evitó que llegaran a la superficie de apoyo de la biela. Debido al uso de aceites dispersantes sin cenizas, los motores más nuevos ya no usan cámaras de lodos. En algunos motores, se perfora un pasaje en la mejilla del cigüeñal para permitir que el aceite del cigüeñal hueco se rocíe en las paredes del cilindro.
La mejilla de la manivela conecta la muñequilla con el diario principal. En algunos diseños, la mejilla se extiende más allá del muñón y lleva un contrapeso para equilibrar el cigüeñal. La mejilla de la manivela debe ser de construcción robusta para obtener la rigidez requerida entre la muñequilla y el muñón.
La fuerza centrífuga arrojó estas sustancias al exterior de la cámara y evitó que llegaran a la superficie de apoyo de la biela. Debido al uso de aceites dispersantes sin cenizas, los motores más nuevos ya no usan cámaras de lodos.
En algunos motores, se perfora un pasaje en la mejilla del cigüeñal para permitir que el aceite del cigüeñal hueco se rocíe en las paredes del cilindro.
La mejilla de la manivela conecta la muñequilla con el diario principal. En algunos diseños, la mejilla se extiende más allá del muñón y lleva un contrapeso para equilibrar el cigüeñal. La mejilla de la manivela debe ser de construcción robusta para obtener la rigidez requerida entre la muñequilla y el muñón.
La fuerza centrífuga arrojó estas sustancias al exterior de la cámara y evitó que llegaran a la superficie de apoyo de la biela. Debido al uso de aceites dispersantes sin cenizas, los motores más nuevos ya no usan cámaras de lodos.
En algunos motores, se perfora un pasaje en la mejilla del cigüeñal para permitir que el aceite del cigüeñal hueco se rocíe en las paredes del cilindro.
La mejilla de la manivela conecta la muñequilla con el diario principal. En algunos diseños, la mejilla se extiende más allá del muñón y lleva un contrapeso para equilibrar el cigüeñal.
La mejilla de la manivela debe ser de construcción robusta para obtener la rigidez requerida entre la muñequilla y el muñón. Se perfora un pasaje en la mejilla del cigüeñal para permitir que el aceite del cigüeñal hueco se rocíe en las paredes del cilindro. La mejilla de la manivela conecta la muñequilla con el diario principal.
En algunos diseños, la mejilla se extiende más allá del muñón y lleva un contrapeso para equilibrar el cigüeñal. La mejilla de la manivela debe ser de construcción robusta para obtener la rigidez requerida entre la muñequilla y el muñón.
se perfora un pasaje en la mejilla del cigüeñal para permitir que el aceite del cigüeñal hueco se rocíe en las paredes del cilindro. La mejilla de la manivela conecta la muñequilla con el diario principal.
En algunos diseños, la mejilla se extiende más allá del muñón y lleva un contrapeso para equilibrar el cigüeñal. La mejilla de la manivela debe ser de construcción robusta para obtener la rigidez requerida entre la muñequilla y el muñón.
En todos los casos, el tipo de cigüeñal y el número de muñequillas deben corresponder con la disposición de los cilindros del motor. La posición de las manivelas en el cigüeñal con relación a las otras manivelas del mismo eje se expresa en grados.
El cigüeñal más simple es el de un solo tiro o de 360°. Este tipo se utiliza en un motor radial de una hilera. Se puede construir en una o dos piezas.
Se proporcionan dos cojinetes principales (uno en cada extremo) cuando se utiliza este tipo de cigüeñal. El cigüeñal de doble tiro o de 180° se usa en motores radiales de doble fila. En el motor de tipo radial, se proporciona un tiro para cada fila de cilindros.
Equilibrio del cigüeñal - Crankshaft Balance
La vibración excesiva en un motor no solo provoca la falla por fatiga de las estructuras metálicas, sino que también hace que las partes móviles se desgasten rápidamente. En algunos casos, la vibración excesiva es causada por un cigüeñal que no está balanceado.
Los cigüeñales están equilibrados para el equilibrio estático y el equilibrio dinámico. Un cigüeñal está equilibrado estáticamente cuando el peso de todo el conjunto de muñequillas, manivelas y contrapesos está equilibrado alrededor del eje de rotación.
Cuando se verifica el equilibrio estático, se coloca en dos filos de cuchillo. Si el eje tiende a girar hacia cualquier posición durante la prueba, está fuera de equilibrio estático.
Amortiguadores dinámicos - Dynamic Dampers
Un cigüeñal está equilibrado dinámicamente cuando todas las fuerzas creadas por la rotación del cigüeñal y los impulsos de potencia están equilibrados dentro de sí mismos, de modo que se produce poca o ninguna vibración cuando el motor está funcionando.
Para reducir al mínimo la vibración durante el funcionamiento del motor, se incorporan amortiguadores dinámicos en el cigüeñal.
Un amortiguador dinámico es simplemente un péndulo que se sujeta al cigüeñal para que pueda moverse libremente en un pequeño arco. Está incorporado en el conjunto del contrapeso. Algunos cigüeñales incorporan dos o más de estos conjuntos, cada uno de los cuales está unido a una mejilla diferente del cigüeñal.
La distancia que recorre el péndulo y, por tanto, su frecuencia de vibración corresponde a la frecuencia de los impulsos de potencia del motor. Cuando ocurre la frecuencia de vibración del cigüeñal, el péndulo oscila fuera de tiempo con la vibración del cigüeñal,
La construcción del amortiguador dinámico utilizado en un motor consta de un contrapeso móvil de acero ranurado unido a la mejilla del cigüeñal.
Dos pasadores de acero en forma de carrete se extienden hacia la ranura y pasan a través de orificios de gran tamaño en el contrapeso y la manivela.
La diferencia de diámetro entre los pasadores y los agujeros proporciona un efecto de péndulo. En la figura se muestra una analogía del funcionamiento de un amortiguador dinámico.