Cigüeñal
Un cigüeñal[1] es un eje acodado con contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela-manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa.
Los íberos o celtíberos inventaron las primeras manivelas, se usaban para rotar ruedas de molino entre el 600-500 a. C.[2][3][4]desde donde su uso extendió al mundo posteriormente.
Una manivela, en la forma de una manija montada excéntricamente en el molino de mano rotatorio, apareció en la celtibera España del siglo V y finalmente se esparció a través del Imperio Romano.
Una manivela de hierro romana fechada al siglo II d. C. fue desenterrada en Augusta Raurica, Suiza.
El molino romano operado por manivela esta fechado al final del siglo II.
Evidencias de la manivela combinada con una biela aparecieron en la Serrería de Hierápolis, fechadas al siglo III, también se encuentran en aserraderos en la Siria romana y Éfeso, fechadas al siglo VI.
Una afiladora rotatoria operada por una manivela manual se muestra en el manuscrito carolingio "Utrecht Psalter", el dibujo a pluma de alrededor del 830 va de regreso a un original antiguo.
Las manivelas utilizadas para girar ruedas, también, se muestran o describen en varios trabajos fechados a los siglos X al XIII.
El concepto fue mejorado por el ingeniero italiano y escritor Roberto Valturio en 1463, quien visualizó un bote con cinco juegos, donde las manivelas paralelas son todas unidas por una sola fuente de potencia por una biela, una idea también tomada por, su compatriota, el pintor italiano Francesco di Giorgio.
En la industria textil fueron introducidas, los carretes con manivela para enrollar madejas de hilo.
Sin embargo, la manivela automática descrita por los Banū Mūsā, no permitía una rotación total, pero solo se requirió de una pequeña modificación para convertirla en un cigüeñal.
El físico italiano Guido da Vigevano (c.1280 - 1349), planeando para una nueva cruzada, hizo ilustraciones para un bote de paletas y carruajes de guerra que fueron propulsados por manivelas compuestas y ruedas dentadas giradas manualmente, identificados como tempranos prototipos de cigüeñal por Lynn Townsend White.
Muchos motores pequeños, tale como aquellos encontrados en ciclomotores o maquinaria de jardín, son de un simple cilindro y utilizan solo un solo pistón, simplificando el diseño del cigüeñal.
El cigüeñal esta conectado al volante (utilizado para suavizar el choque de salida y convertir la energía a torque), el bloque del motor, utilizando cojinetes en los muñones principales, y a los pistones vía su respectiva biela.
Esto, también, incrementa la vibración reciprocarte, sin embargo, limita la capacidad de alta velocidad del motor.
Así, se encuentra el balance propio entre velocidad de "eje carrereando" y longitud, llevando a mejores resultados.
Sin embargo, se puede hacer que el mismo motor provea pulsos de potencia igualmente espaciados al usar un cigüeñal con empujes de manivela individuales para cada cilindro, espaciándose así para que los pistones estén, actualmente, desfasados 120°, como en el motor GM 3800.
La diferencia se puede escuchar pues el cigüeñal plano resulta en que el motor tiene un tono alto más suave que un cigüeñal plano-cruzado (ing. cross-plane)(por ejemplo, IRL IndyCar Series comparado al NASCAR Sprint Cup Series, o un Ferrari 355 comparado a un Chevrolet Corvette).
En algunas configuraciones de motor, el cigüeñal contiene enlaces directos entre las manivela adyacentes, sin el usual cojinete principal intermedio.
Por unidad, estos cigüeñales tienden a ser muy caros debido a: la gran cantidad de material que debe ser removido con tornos y fresadoras, el alto costo de material, y el tratamiento térmico adicionalmente requerido.
Después del maquinado, los agujeros de aceite son biselados para mejorar la lubricación y cada muñón pulido a un acabado suave para una mayor vida de cojinete.
Los cigüeñales re-fabricados son minuciosamente limpiados con especial énfasis en nivelar y cepillar hacia fuera los pasajes de aceite para remover cualquier contaminante.
La re-fabricación de cigüeñal, usualmente, involucra los siguientes pasos: El eje esta sujeto a varias fuerzas, pero, generalmente, necesita ser analizado en dos posiciones.
En tal condición la falla es debido a dobladura y la presión en el cilindro es máxima.
En un arreglo convencional de pistón-manivela en un motor o compresor, un pistón esta conectado a un cigüeñal por una biela.
