En un motor de pistón , un vástago de pistón une un pistón a la cruceta y por tanto a la biela que acciona el cigüeñal o (en el caso de las locomotoras de vapor ) las ruedas motrices.
Los motores de combustión interna , y en particular todos los motores de automóvil actuales , no suelen tener vástagos de pistón. En su lugar, utilizan pistones troncales , donde el pistón y la cruceta se combinan y, por lo tanto, no necesitan una varilla entre ellos. El término vástago de pistón se ha utilizado como sinónimo de "biela" en el contexto de estos motores. [ cita necesaria ]
Los motores con cruceta tienen vástagos de pistón. Estos incluyen la mayoría de las locomotoras de vapor y algunos grandes motores diésel marinos .
Los primeros motores de haz de simple efecto , como el de Newcomen , tenían un único golpe de potencia que actuaba hacia abajo. En lugar de un vástago de pistón, utilizaron una cadena de hierro. Esto podría transmitir una fuerza de tracción, pero no una fuerza de compresión que empuja hacia arriba. El pistón estaba sellado en el cilindro alrededor de su borde pero la parte superior del cilindro estaba abierta. Más tarde, se utilizó un vástago de pistón rudimentario, simplemente para eliminar el coste de una larga cadena forjada.
El desarrollo de Watt de la máquina de vapor introdujo un cilindro superior cerrado. Esto ahora requería un prensaestopas para sellar alrededor del vástago del pistón y para que el vástago del pistón se mecanizara de manera suave y cilíndrica con precisión. Los motores todavía eran de simple efecto en ese momento y la varilla todavía actuaba solo en tensión.
Desarrollos posteriores, también de Watt, produjeron un cilindro de doble efecto . El vástago del pistón ahora tenía que transmitir una fuerza alternativamente empujando y tirando. El uso general de la máquina de vapor de un cilindro cerrado, casi siempre de doble efecto, la hacía dependiente del prensaestopas y, por tanto, del vástago del pistón.
Los vástagos del pistón suelen estar unidos a la cruceta y al pistón mediante una ranura transversal y una chaveta o chaveta cónica. Al conducir esta llave hacia un lado, se aprieta el accesorio. El uso de una llave transversal permite un desmontaje relativamente fácil para el mantenimiento. Algunos pistones más pequeños están retenidos por un vástago roscado y una tuerca grande, aunque la cruceta casi siempre usa una llave.
Como la longitud precisa del vástago del pistón es importante para sincronizar el engranaje de válvulas del motor, el accesorio aprieta el pistón en un escalón o ubicación fijo en el vástago del pistón y la longitud (y la sincronización de la válvula) no es ajustable. Esta longitud requiere la precisión de la varilla fabricada pero, a diferencia de la varilla que acciona las válvulas, no es necesario que un instalador la ajuste con mayor precisión durante el montaje del motor.
Los primeros ingenieros de vapor estaban convencidos de que los cilindros horizontales sufrirían un desgaste excesivo debido al peso del pistón que se apoyaba en el orificio del cilindro. Los cilindros verticales siguieron siendo los favoritos durante algunos años. Cuando se adoptaron los cilindros horizontales, una medida utilizada para soportar el peso del pistón era tener un segundo vástago extendido en el otro lado del pistón. Éste salía a través de un segundo prensaestopas y, en casos excepcionales ( fig. ), estaba sostenido por una segunda cruceta.
Encerrar toda la varilla de cola en una carcasa sellada evitó la necesidad de un prensaestopas y cualquier fuga de vapor. Sin embargo, esto también suponía el riesgo de que se acumulara agua condensada en la carcasa, lo que provocaría bloqueo hidráulico y daños mecánicos.
Los motores troncales eran máquinas de vapor compactas, desarrolladas para la propulsión de barcos. Redujeron su longitud total colocando la cruceta junto al pistón en forma de tronco tubular hueco. Por tanto, ya no era necesario ningún vástago de pistón. En el interior de este baúl se montaban la biela y su bulón . Los motores troncales tenían pistones de diámetro extremadamente grande, por lo que la antigua cuestión de soportar el peso del pistón y evitar el desgaste de los cilindros volvió a ser una preocupación. Los motores troncal utilizaban un segundo tronco como varilla de cola para soportar sus grandes pistones.
Algunas máquinas de vapor tardías, en su mayoría máquinas de vapor de alta velocidad , también eran de simple efecto. Estos también utilizaban pistones de tronco, pero en una nueva forma. Estos motores eran verticales y utilizaban un diseño de pistón simple, sin tronco separado pero usando los lados de un pistón alargado como superficie de apoyo de la cruceta.
Este diseño de pistón troncal se volvería casi universal para los motores de combustión interna.
Casi todas las locomotoras de vapor han utilizado un diseño similar de cilindro, con una cruceta montada adyacente al cilindro y un vástago de pistón corto entre ellos.
En algunos casos también se utilizaron varillas de cola. Eran raros en el Reino Unido, pero relativamente comunes en Europa, al menos en el caso de las locomotoras grandes.
Los motores de combustión interna (pistón) funcionan a velocidades más altas que las máquinas de vapor. Se benefician así de una masa oscilante reducida y de una unión más corta y rígida entre el pistón y la biela. Los motores de doble efecto también son muy raros, aunque utilizaban vástagos de pistón. Por lo tanto, pronto se adoptó el pistón troncal liviano de la máquina de vapor de alta velocidad y permanece en servicio hoy. Sus principales cambios han estado en sus anillos de sellado y la adopción de aleaciones de aluminio para aligerar los pistones.
Algunos motores diésel grandes de baja velocidad, especialmente los de barcos, utilizan crucetas y vástagos de pistón. Los motores diésel de velocidad media y alta funcionan a velocidades más rápidas y, por lo tanto, utilizan pistones troncales más livianos.