eje cigüeñal

Un eje cigüeñal es un eje motriz que incorpora uno o más codos, cada codo recibe accionamiento mecánico directo de un cilindro de motor correspondiente. A diferencia de un eje convencional, que es recto o simplemente curvo, el eje cigüeñal contiene curvas o muñequillas deliberadas que se alinean con los puntos de encendido de las bielas, transfiriendo la potencia directamente de las bielas al propio eje. Esta arquitectura era característica de las primeras locomotoras de vapor y algunos vehículos tempranos con motor de combustión interna, donde las ruedas motrices se montaban en el propio eje en lugar de conectarse a través de engranajes.

Las secciones acodadas, o manivelas, son análogas a las de un cigüeñal, pero cumplen una función diferente. En una locomotora de vapor, por ejemplo, un eje cigüeñal podría tener dos muñequillas posicionadas a 90 grados de distancia para recibir las bielas de dos cilindros fuera del bastidor. Las manivelas convierten el movimiento alternativo de los pistones en movimiento de rotación de las ruedas. El eje debe soportar no solo el par transmitido, sino también las tensiones de flexión impuestas por las fuerzas desequilibradas que actúan en las manivelas durante cada carrera de potencia, lo que hace que la selección del material y el espesor de la pared sean críticos.

Construcción y variantes

Los ejes cigüeñales se forjaban típicamente de acero dulce o acero aleado, con las manivelas integradas en el cuerpo del eje en lugar de atornilladas. El diámetro de las secciones del muñón principal (donde se montan las ruedas) variaba con la carga y la velocidad de la aplicación, oscilando entre 100 mm y 300 mm o más en motores ferroviarios pesados. La carrera de la manivela, la distancia de desplazamiento entre el eje principal y el muñón del pasador donde se conecta la biela, determinaba la carrera del cilindro e influía directamente en la cilindrada del motor y las características de par. Una carrera típica podría medir entre 200 mm y 500 mm dependiendo del tamaño del motor.

Esta configuración ha quedado obsoleta en las aplicaciones modernas. Los vehículos de carretera cambiaron a motores accionados por cigüeñal con engranajes externos a las ruedas; las locomotoras ferroviarias adoptaron ejes convencionales con bielas de acoplamiento y muñequillas separadas. La principal limitación era la complejidad mecánica y las altas tensiones concentradas en el material del eje cigüeñal, especialmente en las zonas de concentración de tensiones en la transición entre el muñón principal y la sección acodada. Estas áreas eran propensas a la fatiga por agrietamiento bajo la carga cíclica de la operación normal.

El término refleja el linaje histórico del componente. Fue nombrado por su semejanza estructural con el cigüeñal de un motor, pero adaptado como un eje portante. Los archivos industriales conservan ejemplos de locomotoras y máquinas de tracción de finales del siglo XIX y principios del XX, donde el eje cigüeñal representaba el vínculo mecánico directo entre el motor y las ruedas. Los estudiantes de ingeniería modernos encuentran los ejes cigüeñales principalmente en estudios históricos y trabajos de restauración de locomotoras de vapor antiguas y equipos agrícolas tempranos.