construcción de ejes y cigueñales

7/25/2019 Construcción de Ejes y Cigueñales

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Construcción de ejes y cigüeñales

Para que las maquinarias lleven a cabo su trabajo adecuadamente poseen piezas que

realizan movimientos que van desde oscilaciones de tipos continuas a esfuerzos

ascendentes o descendentes, al igual que soportar componentes en rotación, para

transmitir potencia, movimiento por rotación y movimiento axial. Estas piezas deben

poseer gran resistencia tanto a las variaciones térmicas como a las de movimiento. Entre

estas piezas podemos mencionar los ejes y el cigüeal, cuyas principales funciones son

soportar componentes en rotación o transmitir potencias en movimiento.

El cigüeal es un !rbol acodado de un motor sobre el cual act"an los émbolos mediante

sus respectivas bielas.

#n eje es un elemento no giratorio que se utiliza para soportar ruedas rotatorias, poleas

y elementos parecidos. #n eje no giratorio puede disearse con facilidad y analizarse

como una viga estática.En el diseo, por lo general, se localizan las !reas cr$ticas, se dimensionan para cumplir

los requisitos de resistencia y después se dimensiona el resto del eje para satisfacer las

necesidades de los elementos soportados por éste.

En los ejes por lo general, el acero estirado en fr$o se usa para di!metros menores de %

pulgadas. El di!metro nominal de la barra puede dejarse sin maquinar en !reas que no

requieren el ajuste de los componentes. El acero laminado en caliente debe maquinarse

por completo. En el caso de ejes grandes que requieren la remoción de muc&o material,

los esfuerzos residuales pueden tender a causar alabeo. 'i la concentricidad es

importante, puede ser necesario maquinar las rugosidades, después tratar térmicamente

para remover los esfuerzos residuales e incrementar la resistencia, luego maquinar parael terminado y llegar a las dimensiones finales.

(uando se debe seleccionar el material, la cantidad que se producir! es un factor

sobresaliente. Para pequeas producciones, el torneado es el proceso de formado m!s

com"n. #n punto de vista económico puede requerir la eliminación de una cantidad

m$nima de material. )a alta producción puede permitir un método de conformado

conservador de volumen *formado en caliente o en fr$o, fundición+ y un m$nimo de

material en el eje puede convertirse en una meta de diseo. 'e puede especificar el

&ierro fundido si la cantidad de producción es alta, y los engranes deber!n fundirse de

manera integral con el eje.

)as propiedades del eje dependen localmente de su &istoria trabajo en fr$o, formado en

fr$o, laminado de los rasgos del filete, tratamiento térmico, incluyendo el medio detemple, agitación y régimen de templado.

)a configuración general de un eje para acomodar los elementos que lo conforman, por

ejemplo, engranes, cojinetes y poleas, debe especificarse en los primeros pasos del

proceso de diseo para poder realizar un an!lisis de fuerzas de cuerpo libre y para

obtener diagramas de momento cortante.

)os ejes deben mantenerse cortos para minimizar los momentos flexionantes y las

deflexiones. Es deseable cierto espacio axial entre los componentes para permitir el

flujo de lubricante y proporcionar espacio de acceso para su desensamble con un

jalador.

)os componentes deben localizarse de manera exacta sobre el eje para alinearse con los

otros, y debe tenerse la precaución de sostenerlos en posición. El medio principal paraubicarlos es posicionarlos contra un &ombro del eje.



)os tornillos de fijación se basan en la compresión para desarrollar la fuerza de

sujeción.

)as cuñas y los pasadores se utilizan sobre ejes para fijar elementos rotatorios, como

engranes, poleas o ruedas. )as cuas se emplean para permitir la transmisión del par de

torsión del eje al elemento que soporta. )os pasadores se usan para posicionar

axialmente y para transferir el par de torsión o empuje, o ambos.(on frecuencia se emplea un anillo de retención, en lugar de un &ombro de eje o un

manguito, para posicionar axialmente un componente sobre un eje o en un agujero de

alojamiento.

El cigüeñal es una robusta pieza fundida o forjada de acero aleado y sometida a

tratamiento térmico. -ebe ser suficientemente fuerte para resistir el empuje &acia abajo

de los pistones durante el tiempo de explosión sin sufrir una deformación excesiva por

torsión. dem!s, el cigüeal debe estar cuidadosamente equilibrado para eliminar la

vibración resultante del peso de las bielas acodadas o descentradas. Para conseguir el

equilibrio los cigüeales tienen contrapesos opuestos a los codos. )os cigüeales tienen

perforados pasos de aceite a través de los cuales fluye este desde los cojinetes

principales o de bancada, a los cojinetes de biela. En los motores grandes de cilindros enl$nea, el cigüeal puede estar constituido por dos piezas forjadas, dotadas de platos de

unión en los extremos por los que se atornillan entre si. En los motores excesivamente

largos, en los que el cigüeal resulta demasiado largo para que pueda obtenerse de una

sola pieza, se forjan individualmente las muequillas y los apoyos cada uno con un

brazo de manivela/ a continuación estos se brocan a un di!metro ligeramente inferior

que los anteriores y las piezas se montan en caliente sucesivamente. lgunos motores

modernos emplean cigüeal de fundición especial que contiene cromo, n$quel y

molibdeno.

Es &abitual dar a los cigüeales forjados un tratamiento térmico para aliviar las

tensiones internas originadas por el proceso de forja y para aumentar la resistencia del

material. Para dotar a apoyos y muequillas de una superficie dura y de gran resistencia

al desgaste, sin afectar a la tenacidad del material del interior, suele &acerse uso del

temple por inducción, proceso de tipo electromagnético que sirve para calentar muy

r!pidamente el material del exterior. dem!s las superficies de apoyo y muequillas

reciben un acabado superfino para reducir al m$nimo la rugosidad.

Tipos de cigüeñales

Cigüeñales para cuatro cilindros en línea: todas las cigüeas quedan situadas en un

solo plano, y las dos de los extremos se encuentran a 012 grados de las dos centrales.

Estos cigüeales pueden girar sobre tres apoyos de bancada.Cigüeñales para seis cilindros en línea: en este caso las manivelas se encuentran

situadas en tres planos separados 032 grados entre si, en cada uno de los cuales se sit"an

dos. )os cigüeales de los motores de seis cilindros en l$nea pueden tener tres, cuatro o

siete apoyos de bancadas.

Cigüeñales para seis cilindros en V: los cilindros se agrupan en dos filas de tres

cilindros cada una y que forman un !ngulo de 42 grados entre si. El cigüeal tiene solo

tres manivelas separadas 032 grados, de forma que las bielas correspondientes a cada

dos cilindros contiguos de distinta fila se conectan a la misma muequilla. s$, las

bielas de los cilindros 0 y 3 se conectan a la muequilla delantera, las de los cilindros %

y 5 se conectan a la central y las de los cilindros 6 y 7 a la trasera. Estos cigüeales

poseen cuatro apoyos de bancada.



Cigüeñales para ocho cilindros en V: estos tipos de cigüeales poseen solo cuatro

muequillas y las bielas se conectan de dos en dos a la misma muequilla como en el

caso anterior. El n"mero de apoyos de bancada puede ser tres o cinco.

8anto ejes como cigüeales presentan una serie de fallas debido al trabajo que realizan,

de la cuales se puede decir que el modo m!s frecuente de las mismas es por desgaste y

por fatiga. En un eje el desgaste puede ser abrasivo, debido a la contaminación dellubricante por arena, polvo y otros desec&os o part$culas que se desprenden en el

proceso de desgaste, también el desgaste puede ser ad&esivo, esto ocurre cuando &ay un

contacto metal9metal causado por la generación de calor por fricción.

En los casquetes de muones de un cigüeal el desgaste ad&esivo que ocurre por

contacto metal9metal puede generar una temperatura superficial tan alta que en

ocasiones se funden las capas de Pb9'n, l e incluso el acero, de manera que estos se

ad&ieren al cigüeal. En lo referente al desgaste abrasivo en un cigüeal, las part$culas

extraas o irregularidades superficiales entran en contacto a través de la pel$cula del

lubricante. #n indicio de desgaste abrasivo en un cigüeal son las ralladuras

superficiales en uno o varios muones principales, mientras que el desgaste ad&esivo

produce desgarramientos superficiales y manc&as azul9negras como resultado del calorde fricción.

)a falla por fatiga en los ejes por lo general se inicia por un punto de concentración de

esfuerzo el cual puede ser de diseo o introducido en la fabricación, mantenimiento u

operación. Por lo general el esfuerzo de fatiga que causa la falla se produce en

momentos de flexión o torsión. #n esfuerzo de flexión causado por un des alineamiento

en cooperación con un elevado esfuerzo puede iniciar una grieta por fatiga en el eje.

En los cigüeales casi todas las fracturas son por fatiga, que se producen por carga de

flexión en los acordonamientos brazo9muón. #n des alineamiento aumenta la carga de

flexión en los muones, lo cual puede ser el resultado de un rectificado inapropiado,

distorsiones térmicas o de una inapropiada instalación.

)o ideal es que tanto cigüeales como ejes tengan una vida "til larga, es decir, la

estipulada al momento de su fabricación, ya que son piezas importantes en las

maquinarias, para lo cual es indispensable un buen mantenimiento debido a que ambas

piezas est!n sometidas a grandes esfuerzos. Por lo cual es importante verificar que no

sean sometidas a esfuerzos mayores a los estipulados al momento de su fabricación o al

material con el cual fueron &ec&os.

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Disbett

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