Mecanico

Scientia et Technica Año XII, No 31, Agosto de 2006 UTP. ISSN 0122-1701

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COMPARACIÓN Y ESTUDIO DE LA FRACTURA DEL CIGÜEÑAL DE UN MOTOR DE CUATRO CILINDROS EN LINEA
RESUMEN En este trabajo se analizó la causa de la falla del cigüeñal de un motor de combustión interna. Se hicieron pruebas de dureza, estudio metalográfico y análisis químico del material. Se encontró una dureza de núcleodel cigüeñal muy baja, debido a un inadecuado tratamiento térmico. La baja resistencia del cigüeñal disminuyó su resistencia a fatiga, permitiendo la propagación de la fractura en forma de marcas de playa debido a los esfuerzos fluctuantes en un punto de concentración. PALABRAS CLAVES: Cigüeñal, falla por fatiga, esfuerzos fluctuantes. ABSTRACT In this paper the cause of the failure of an enginecrankshaft was analyzed. Hardness test, metallographic and chemical analysis of the material was made. A very low core hardness of the crankshaft was found, due to an inadequate heat treatment. The drop resistance of the crankshaft diminished its fatigue resistance, allowing the propagation of the fracture in form of beach marks due to the fluctuating stress on a concentration site. KEY WORDS:Crankshaft, fatigue failure, fluctuating stresses. JAIRO ANTONIO VALDÉS Ingeniero Mecánico, M.Sc. Estudiante del Doctorado en Ingeniería Mecánica y Aeroespacial West Virginia University (USA). Profesor Asistente Universidad del Valle Escuela de Ingeniería Mecánica javaldes@univalle.edu.co jairoantoniovaldesortiz@yahoo.com JOHN JAIRO CORONADO Ingeniero Mecánico, M.Sc. Estudiante de Doctorado enIngeniería Mecánica, Universidad de São Paulo, Brasil. Profesor Asociado Universidad del Valle Escuela de Ingeniería Mecánica johncoro@univalle.edu.co johnjairocoronado@yahoo.com JOSÉ ISIDRO GARCÍA Ingeniero Mecánico, M.Sc. Estudiante de Doctorado en Ingeniería Mecánica, Universidad de São Paulo, Brasil. Profesor Asociado Universidad del Valle Escuela de Ingeniería Mecánica josgarme@univalle.edu.cocilindros. En los motores en V, generalmente el número de manivelas es la mitad del de cilindros. Se han investigado varias causas de fallas en los cigüeñales. Changli et al. (2005) encontraron que la falla del cigüeñal analizado se debió a los esfuerzos cortantes, causados por una fricción inusual entre la superficie del eje y el casquillo, por reparación y ensamble inadecuados. En la figura 1 se muestrala fuerza de fricción entre el eje y el casquillo, y esfuerzos cortantes en el eje.

1.

INTRODUCCIÓN

Los motores de combustión interna, (motores a explosión), son los más usuales en los automóviles y sirven para producir fuerza. Están divididos en cuatro partes principales, que son: carter inferior, carter superior, bloque y culata. En el carter inferior se encuentra el depósito deaceite; en el superior están el cigüeñal y el eje de levas, que son los ejes principales del motor, también se encuentra la bomba de aceite. En el bloque están los cilindros dentro de los cuales trabajan los pistones con sus respectivos anillos de compresión y de lubricación. En la culata se encuentran las válvulas, el tren de balancines y los tubos múltiples. El cigüeñal es el eje principal del motor,con codos en forma de manivela, que reciben el movimiento ascendente y descendente del conjunto biela-pistón, para convertir este movimiento en uno giratorio que será transmitido finalmente a las ruedas. Cada manivela está formada por dos brazos llamados brazos de manivela y por la muñequilla de manivela o muñón de biela, que gira sobre el cojinete de la cabeza de biela. Las muñequillas del eje derotación del cigüeñal se denominan muñones de bancada. En los motores con los cilindros en línea el número de manivelas regularmente el mismo que el de
Fecha de Recepción: 31 Enero de 2006 Fecha de Aceptación: 07 Junio de 2006

Figura 1. Representación esquemática de la fuerza de fricción y esfuerzos cortantes [1].

En otro estudio Silva (2003) encontró que la causa de la falla de los dos...