Cigonyal

Esquema de funcionament d'un cigonyal (peça roja), pistones (grises) en els seus cilindres (blaus), i volant (negre).

Un cigonyal és un eix acodado en contrapeso present en certes màquinas que, aplicant el principi del mecanisme de biela-manivela, transforma el moviment rectilíneo alternatiu en circular uniforme i viceversa.

En els motors d'automòvils l'extrem de la biela oposta al bulón del pistón (cap de biela) conecta en la muñequilla i és la part que s'unix al cigonyal, la qual junt en la força eixercida pel pistón sobre l'atre extrem (peu de biela) genera el parell motor instantàneu. El cigonyal va subjecte en els respals, sent l'eix que unix els respals l'eix del motor.

Normalment es fabriquen d'aleacions capaces de soportar els esforços als que es veuen somesos i poden tindre perforació i conductes per al pas de lubrificant. No obstant, estes aleacions no poden superar una durea a 40 Rockwell «C» (40 RHC), degut a que quant més dura és l'aleació més fràgil es fa la peça, i es podria aplegar a trencar per les grans forces a les que està somesa.

Hi ha diferents tipos de cigonyals; els cal tenen un respal cada dos muñequillas i els hi ha en un respal entre cada muñequilla.

Per eixemple, per al motor d'automòvil més usual, el de quatre cilindres en llínea, els hi ha de tres respals (hui ya en desús), i de cinc respals, el més comú actualment.

En atres disposicions com motors en V o ben horisontals oposts (boxer) pot variar esta regla, depenent del número de cilindres que tinga el motor. El cigonyal és també l'eix del motor en el funcionament del pistón i gradualment s'usa aixina en els automòvils en motor de combustió interna actuals.

Història

Espanya

Els íberos o celtíberos varen inventar les primeres manivelas, s'usaven per a rotar rodes de molí entre el 600-500 a. C.des d'a on el seu us va estendre al món posteriorment.Estos molins constituïxen un mecanisme de manivela.

China Han

Les primeres manivelas manuals en China varen aparéixer durant la dinastia Han (202 a. C.-220 d. C.). Eren utilisades per al devanado de seda, hilado de cànem, per al ventilador d'erejat agrícola, en el quatre canvis potenciat per aigua, para manches metalúrgics potenciats hidráulicamente, i en molinetes de pou. El ventilador d'erejat rotatori va incrementar, grandemente, l'eficiència de separació del gra dels clafolls i tallos.

No obstant, en China, sembla que mai es va prendre, totalment en conte, el potencial de la manivela de convertir moviment circular en moviment reciproco i la manivela, usualment, va estar absent de tals màquines fins a al voltant de el XX.

Imperi Romà

Una manivela, en la forma d'una manija montada excéntricamente en el molí de mà rotatori, va aparéixer en la celtibera Espanya de el V i finalment es va escampar a través de l'Imperi Romà. Una manivela de ferro romana datada a el II va ser desenterrada en Augusta Raurica, Suïssa. El molí romà operat per manivela esta datat al final de el II.

Evidències de la manivela combinada en una biela varen aparéixer en la Serrería de Hierápolis, datades a el III, també es troben en aserraderos en la Síria romana i Éfeso, datades a el VI. El frontón de la Serrería de Hierápolis mostra una roda hidràulica, alimentada per un canal d'aigua, potenciant via un tren d'engranages dos serres braceras que tallen blocs per mig d'algun tipo de bielas i manivelas. Els mecanismes de biela-manivela dels atres dos aserraderos atestats arqueológicamente treballaven sense un tren d'engranages. En Alemània, les serres de marbre potenciades hidráulicamente varen ser mencionades pel poeta de finals de el IV, Ausonio; prop del mateix temps, estos tipos de aserraderos, també, semblen ser indicats per Gregorio de Nisa de Anatolia.

Europa medieval

Una afiladora rotatòria operada per una manivela manual es mostra en el manuscrit carolingio "Utrecht Psalter", el dibuix a ploma d'al voltant del 830 va de tornada a un original antic. Les manivelas utilisades per a girar rodes, també, es mostren o descriuen en varis treballs datats als sigles X a el XIII.

Les primeres descripcions de la manivela composta en el villamarquí de carpintero varen aparéixer entre 1420 i 1430 en obres d'art del nort europeu. La ràpida adopció de la manivela composta pot ser traçada en els treballs d'un desconegut ingenier alemà que va escriure sobre l'estat de la tecnologia militar durant la Guerra Husita: primer, la biela, aplicada a manivelas, va reaparéixer; segon, les manivelas dobles compostes, també, varen començar a ser equipades en bielas; i tercer, el volant va ser amprat per a que estes manivelas superaran el punt mort (ing. dead-espot). El concepte va ser millorat per l'ingenier italià i escritor Roberto Valturio en 1463, qui va visualisar un pot en cinc jocs, a on les manivelas paraleles són totes unides per una sola font de potència per una biela, una idea també presa per, el seu compatriota, el pintor italià Francesco vaig donar Giorgio.

Per al començ de el XV, la manivela va aplegar a ser comuna en Europa, com es veu en els treballs de l'ingenier militar Konrad Kyeser (1366 - despuix de 1405). Els dispositius descrits en el "Bellifortis" de Kyeser inclouen molinetes en manivela per a estendre ballestes de lloc. Kyeser, també, equip tornells de Arquímedes, per a alçar aigua, en una manivela manual, una innovació que, subsecuentemente, remplazó la pràctica antiga de treballar la canonada per passos.

Pisanello va pintar una bomba-pistón conduïda per una roda hidràulica i operada per dos manivelas simples i dos bielas.

El XV, també, va vore l'introducció de dispositius de piñón i cremallera en manivela, cridats "cranequins", els quals s'ajustaven a les existències de la ballesta com un mig d'eixercir encara més força mentres s'estén l'arma mísil. En l'indústria textil varen ser introduïdes, els carrets en manivela per a enrollar madeixes de fil.

Cigonyal

Pròxim orient medieval

La manivela no manual va aparéixer en alguns dispositius hidràulics descrits pels germans Banū Mūsā en la seua "Llibre de dispositius ingeniosos" de el IX. Estes manivelas operades automàticament varen aparéixer en varis dispositius, anticipant l'invenció d'Al-Jazari per varis sigles i la seua primera aparició en Europa per sobre cinc sigles. No obstant, la manivela automàtica descrita pels Banū Mūsā, no permetia una rotació total, pero solament es va requerir d'una menuda modificació per a convertir-la en un cigonyal.

En el Sultanato Artúquida, l'ingenier àrap Al-Jazari (1136 - 1206) va descriure un sistema de manivela en biela en una màquina rotatòria en dos de les seues màquines per a alçar aigua. L'autora Sally Ganchy va identificar un cigonyal en el seu mecanisme de bomba de cilindres bessons, incloent abdós mecanismes de manivela i eix.

Europa renaixentiste

El físic italià Guido dona Vigevano (c.1280 - 1349), planejant per a una nova creuada, va fer ilustracions per a un pot de paleta i carruages de guerra que varen ser propulsados per manivelas compostes i rodes dentadas girades manualment, identificats com a primerencs prototips de cigonyal per Lynn Townsend White. El "Luttrell Psalter", datat al voltant de 1340, descriu una pedra de amolar, la qual era rotada per dos manivelas, una a cada extrem del seu eix, el molí de mà en engranage, operat tant en un o dos manivelas, va aparéixer despuix en el XV.

Al voltant de 1480, la primerenca pedra de amolar rotatòria medieval va ser millorada en un mecanisme de pedal i manivela. Les manivelas montades en carros d'espente (ing. push-carts) varen aparéixer, primerament, en un relleu alemà de 1589. Els cigonyals, també, varen ser descrits per Leonardo dona Vinci (1452 - 1519), i un granger i propietari de molí holandés cridat Cornelis Corneliszoon van Uitgeest en 1592. El seu aserradero potenciat per vent utilisava un cigonyal per a convertir un moviment circular del molí de vent en un moviment cap a avant i arrere potenciant la serra. A Corneliszoon li va ser otorgada una palesa pel seu cigonyal en 1597.

Europa moderna

Des de el XVI en avant, les evidències de manivelas i bielas integrades en dissenys de màquines varen aplegar a ser abundants en els tractats tecnològics del periodo: el "The Diverse and Artifactitious Machines" de 1588 de Agostino Ramellí descriu díhuit eixemples, un número que es va incrementar en el "Theatrum Machinarum Novum" de Georg Andreas Böckler a 45 màquines diferents. Les manivelas varen ser, primerament, comunes en algunes màquines en el començ de el XX, per eixemple casi totes les fotografies abans dels 1930s varen ser potenciades per motors de rellongeria enrollados en manivelas. Els motors de pistón reciprocarte utilisen manivelas per a convertir el moviment llineal de pistón en moviment rotacional. Els motors de combustió interna d'automòvils del començ de el XX eren, usualment, encesos en manivelas de mà, abans que els motors d'encés aplegaren a l'us general. En 1918, el manual de propietari de Reu descriu com donar-li en la manivela de mà a l'automòvil:

Pas	Instrucció
Primer	Assegure's que la palanca de canvi de marcha este en la posició neutral.
Segon	El pedal de embrague esta desbloquejat i el embrague esta conectat. El pedal de fre és espentat cap a avant tan profunt com siga possible, ajustant els frens en la roda atrassera.
Tercer	Veja que la palanca de control de purna, la qual és la palanca curta ubicada en la part superior del volant de direcció en el costat dret, este cap a arrere tant com siga possible, cap al conductor, i la palanca major, damunt de la columna de direcció controlant el carburador, és espentada cap a avant prop d'una polzada de la seua posició retardada.
Quarto	Gire l'interruptor d'encés al punt marcat "B" o "M"
Quint	Ajust el control del carburador en la columna de direcció al punt marcat "START". Assegure's que hi haja gasolina en el carburador. Prove para açò pressionant cap a avall en la clavilla menuda que es proyecta des del front l'unitat tanc del carburador s'inunda. Si falla en inundar-se, mostra que el combustible no s'està entregant apropiadament al carburador, i no es pot esperar que el motor encenga. Veja les instruccions en la pàgina 56 para omplit del tanc de buit.
Sext	Quan és certer que el carburador té un suministrament de combustible, subjecte la manija de la manivela d'encés, espente en la punta per a conectar el trinquet en la clavilla d'eix de manivela i gire sobre el motor per a donar-li un halón ràpit cap a dalt. Mai espente cap a avall, ya que si ho fa per qualsevol raó, el motor colpejarà cap a arrere i podria posar en perill l'operador.

Motors de combustió interna

Els motors grans són, usualment, multi-cilindres per a reduir les pulsacions d'encés de carreres individuals, en més d'un pistón unit a un cigonyal complex. Molts motors menuts, tals com aquells trobats en ciclomotors o maquinària de jardí, són d'un simple cilindre i utilisen solament un sol pistón, simplificant el disseny del cigonyal.

Un cigonyal esta somés a enormes esforços, potencialment equivalents a vàries tonellades de força. El cigonyal esta conectat al volant (utilisat per a suavisar el choc d'eixida i convertir l'energia a torque), el bloc del motor, utilisant cojinetes en els muñones principals, i als pistones via la seua respectiva biela. Un motor pert dalt del 75% de la seua energia generada en la forma de fricció, soroll i vibració en el cigonyal i àrea de pistón. Les pèrdues restants ocorren en el tren de vàlvules (cadena de atiempado, bandes, poleas, eix de levas, lòbuls, vàlvules, sagells, etc.) calor i bufat.

Cojinetes

El cigonyal té un eix llineal en el qual trencada, típicament, en varis muñones de cojinete corrent en cojinetes remplazables (els cojinetes principals) subjectes al bloc del motor. Ya que el cigonyal sofrix un gran tracte de càrregues laterals de cada cilindre en un motor multi-cilindre, es deu soportar per varis de tals cojinetes, no solament un a cada extrem. Est era un factor en l'increment del motor V8, en els seus cigonyals curts, en preferència al motor 8 en llínea. Els cigonyals grans de l'últim sofrien d'una cantitat inesperada de flexión quan els ingeniers de disseny varen començar a utilisar altes raons de compressió i altes velocitats rotacionales. Per esta raó, els motors d'alt eixercite, a sovint, té més cojinetes principals que els seus cosins de baix eixercite.

Carrera del pistón

La distància que l'eix de manivela espenta des de l'eix del cigonyal determina la mida de la carrera del pistón, i aixina el desplaçament del motor. Una forma comuna per a incrementar el torque a baixa velocitat d'un motor és incrementar la carrera, algunes voltes coneguda com "eix carrereando" (ing. shaft-stroking). Açò, també, incrementa la vibració reciprocarte, no obstant, llimita la capacitat d'alta velocitat del motor. En compensació, millora l'operació a baixa velocitat del motor, ya que la major carrera d'admissió a través de vàlvula(s) menor(és) resulta en major turbulència i mescla de la càrrega d'admissió. La majoria dels motors de producció d'alta velocitat són classificats com "sobre quadrat" (ing. over square) o de carrera curta, a on la carrera és menor que el diàmetro del cilindre. Aixina, es troba el balanç propi entre velocitat de "eix carrereando" i llongitut, duent a millors resultats.

Configuració de motor

La configuració, que significa el número de pistones i la seua ubicació con relación a cada un atre, du a motors en llínea, V o plans. No obstant, algunes voltes, el mateix bloc bàsic d'un motor pot ser utilisat en cigonyals diferents per a alterar l'orde d'encés. Per eixemple, la configuració de motor V6 de 90° (com en els GM V6s dels 1960, derivats, algunes voltes, de l'us de sis cilindres d'un motor V8 en cigonyals de 3 espentes), produïx un motor en una pulsació pròpia en el fluix de potència per la brecha entre els polsos d'encés, alterna entre pauses curtes i llargues, ya que el bloc de motor de 90° no correspon al espaciamiento de 120° del cigonyal. No obstant, es pot fer que el mateix motor proveïxca polsos de potència igualment espayats en usar un cigonyal en espentes de manivela individuals per a cada cilindre, espayant-se aixina per a que els pistones estiguen, actualment, desfasados 120°, com en el motor GM 3800. Mentres, la majoria dels motors V8 de producció utilisen quatre manivelas d'espente espayats 90°, els motors V8 d'alt eixercite, a sovint, utilisen un cigonyal pla (ing. flat crankshaft) en manivelas d'espente espayades 180°, resultant, essencialment, en dos motors de quatre en llínea corrent en un cigonyal comú. La diferència es pot escoltar puix el cigonyal pla resulta que el motor té un to alt més suau que un cigonyal pla-creuat (ing. cross-plane)(per eixemple, IRL IndyCar Séries comparat a el NASCAR Sprint Cup Séries, o un Ferrari 355 comparat a un Chevrolet Corvette). Este tipo de cigonyal, també, va ser utilisat en els primers tipos de motors V8. Veja l'artícul principal en cigonyals pla-creuats.

Balanç de motor

Per a alguns motors és necessari proveir contra pesos per a la massa reciprocarte de cada pistón i biela, per a millorar el balanç de motor. Usualment, són fosos com a part d'un cigonyal pero, ocasionalment, són peces empernadas.

Braços volants

En algunes configuracions de motor, el cigonyal conté enllaços directes entre les manivela adjacents, sense l'usual cojinete principal intermig. Estos enllaços són cridats braços volants (ing. flying arms). Algunes voltes, s'utilisa este apany en motors V6 i V8, ya que li permet al motor ser dissenyat en ànguls V diferents que d'una atra forma es requerixen per a crear un interval d'encés uniforme, mentres, encara utilisa uns pocs cojinetes principals dels que es requerixen, normalment, en un sol pistón per manivela d'espente. Este apany reduïx el pes i la llongitut del motor a costa d'una menor rigidea del cigonyal.

Motors rotatoris d'aviació

Alguns dels primers motors d'avió eren un disseny de motor rotatori, a on el cigonyal estava fix a l'estructura i en el seu lloc els cilindres rotaban en l'hèliç.

Motors radials

El motor radial és una configuració de tipo de motor de combustió interna reciprocarte en el qual els cilindres apunten cap a fòra des d'un cigonyal central com els radis d'una roda. S'assembla a una etrella estilisada quan es veu des d'en front, i és cridat un motor estrela (ing. star engine; al. Sternmotor; fr. French Moteur en étoile) en alguns idiomes. La configuració radial va ser molt comunament utilisada en motors d'avió abans que les motors de turbina aplegaran a ser predominants.