Asignaturas:
- Introducción
- Movimientos del pistón primario y secundario.
- velocidad del pistón
- aceleración del pistón
- Descripción completa del recorrido, velocidad y aceleración del pistón.
Introducción:
El movimiento hacia arriba y hacia abajo (traslación) del pistón se convierte en un movimiento giratorio mediante el mecanismo de biela y manivela. El pistón sube y baja en línea recta. A esto se le llama movimiento primario del pistón. Sin embargo, la biela no sólo se mueve hacia arriba y hacia abajo, sino también hacia los lados. Debido al movimiento lateral de la biela, el pistón recorrerá una distancia ligeramente mayor. Además del aumento de la distancia, el pistón también ha alcanzado en este punto su máxima velocidad de movimiento. Esta distancia adicional se llama movimiento del pistón secundario.
La figura muestra el movimiento del pistón. El pistón azul superior indica dónde está el PMS (punto muerto superior). El pistón azul en el centro a la derecha indica la distancia del movimiento del pistón primario (es decir, en la que la biela no se ha inclinado). El pistón inferior de color rojo indica la distancia extra creada por la rotación del cigüeñal y la inclinación de la biela; este es el movimiento del pistón secundario.
Cuando el cigüeñal se gira 90 grados, la velocidad de movimiento del pistón es máxima. El movimiento del pistón secundario asegura una mayor distancia recorrida. Sumando la distancia del movimiento secundario a la del movimiento primario, se puede determinar la distancia total recorrida por el pistón.
La relación entre la longitud del muñón del cigüeñal y la longitud de la biela determina la magnitud del movimiento secundario. El movimiento del pistón secundario también influye en la velocidad y la aceleración del pistón.
Movimientos del pistón primario y secundario:
El movimiento del pistón primario y secundario se muestran en gráficos en esta sección como la distancia recorrida. La suma del movimiento del pistón primario y secundario es el movimiento total del pistón. La estructura del recorrido total del pistón se explica a continuación.
Movimiento del pistón primario:
La fuerza en la dirección PMS a PMS y la fuerza de ODP a PMS juntas causan una vibración que ocurre una vez por revolución del cigüeñal. Por eso a esta fuerza también se le llama fuerza primaria. La fuerza primaria realiza un movimiento primario.
- El movimiento del pistón primario es 0 a 0° de rotación del cigüeñal y también 180 a 0°;
- Si nos fijamos exclusivamente en el movimiento del pistón primario, con una rotación del cigüeñal de 90° el pistón se encuentra en la mitad de la carrera (también en la mitad del cilindro), es decir, en 90 mm.
Movimiento del pistón secundario:
El movimiento lateral de la biela proporciona el movimiento del pistón secundario. Cuanto mayor sea la relación entre la longitud del muñón del cigüeñal y la longitud de la biela, mayor será la fuerza secundaria y, por tanto, el movimiento secundario.
- En el PMS el movimiento secundario es 0;
- Con una rotación del cigüeñal de 90°, el movimiento secundario es máximo;
- Al movimiento primario le sumamos la distancia que recorre el pistón durante el movimiento secundario. Este es el camino real que ha recorrido el pistón.
Movimiento real del pistón:
El movimiento real del pistón está formado por la suma del movimiento del pistón primario y secundario. Esto puede leerse como “total” en el gráfico.
- El pistón ya ha recorrido la mitad de su carrera en el cilindro antes de que el cigüeñal haya girado 90 grados. En la gráfica vemos que el pistón ha recorrido 110 mm a 90 grados. Eso es el 61% del accidente cerebrovascular total;
- La longitud del muñón del cigüeñal y, por tanto, la relación cigüeñal-biela (a menudo denominada lambda), determina el recorrido secundario y, por tanto, total del pistón.
El movimiento del pistón secundario amplifica las vibraciones del motor. En un motor con cuatro o menos cilindros, donde las fuerzas secundarias son relativamente grandes, ejes de equilibrio aplicado para limitar las vibraciones del motor.
Velocidad del pistón:
Durante el proceso de trabajo, el pistón invierte su dirección de movimiento en ODP y TDC. En ODP y TDC la velocidad del pistón es cero. Esto se debe a que el pistón cambia de dirección en estos puntos. A medida que el pistón se mueve del PMS al ODP, la velocidad del pistón aumenta. La velocidad del pistón primario alcanza su valor máximo alrededor de los 90 grados de rotación del cigüeñal. Este es el resultado de la aceleración positiva del pistón durante el movimiento descendente. Sin embargo, a medida que aumenta el ángulo de la biela, entra en juego la velocidad del pistón secundario. La velocidad del pistón secundario está relacionada con la inclinación de la biela y provoca una contribución adicional a la velocidad total del pistón. Esta velocidad del pistón secundario hace que la velocidad total del pistón alcance su valor máximo antes de lo que lo haría la velocidad del pistón primario por sí sola. Esto suele ocurrir antes del ángulo de 90 grados del cigüeñal. En el gráfico siguiente vemos que la velocidad total del pistón ya es máxima, aproximadamente el 75%.
Aceleración del pistón:
La velocidad del pistón se analizó en el párrafo anterior. El gráfico muestra que la velocidad del pistón en el PMS y el ODP es 0, y la velocidad aumenta y disminuye durante el movimiento hacia abajo y hacia arriba. Con la aceleración del pistón observamos la aceleración y desaceleración del pistón en el cilindro.
Cuando el ángulo del cigüeñal es de 0 grados, el pistón está en la parte superior de su carrera, listo para comenzar su movimiento hacia abajo. La aceleración del pistón es máxima en este punto. Esto se debe al cambio brusco en la dirección de movimiento del pistón, desde detenerse en el punto más alto hasta iniciar el movimiento descendente. Mientras se avanza hacia el PMS, la aceleración disminuye. La aceleración del pistón primario es 0 a 90 grados de rotación del cigüeñal. En el párrafo anterior podemos ver que la velocidad del pistón vuelve a disminuir a los 90 grados. Entre 90 y 180 grados del cigüeñal el pistón frena hasta llegar al PMS. En el gráfico vemos la frenada como una aceleración negativa.
La aceleración del pistón secundario se crea nuevamente mediante la inclinación de la biela. En un motor con biela fuera del eje, la biela ya está en un ángulo pequeño cuando el pistón está en el PMS. Como resultado de la aceleración del pistón secundario, la aceleración total del pistón aumenta en los primeros grados del cigüeñal.
Descripción general del recorrido, la velocidad y la aceleración del pistón:
Los párrafos anteriores discutieron los movimientos y velocidades primarios, secundarios y totales para cada gráfico. En este resumen vemos los totales en un gráfico.
- A medida que el pistón se mueve hacia abajo, el peso del pistón aumenta (de 0 a 180°);
- El pistón ha invertido su dirección de movimiento entre la carrera anterior y la carrera actual. Debido al cambio brusco de dirección del movimiento, la aceleración del pistón es máxima a partir de 0 grado del cigüeñal;
- La velocidad del pistón aumenta gradualmente, alcanzando un máximo antes de que el cigüeñal haya girado 90°;
- A 180°, tanto la velocidad como la aceleración del pistón son 0;
- Mientras se mueve hasta el PMS, los gráficos de aceleración y velocidad del pistón se invierten.
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