Análisis tensional de un cigüeñal de un MCIA mediante elementos finitos

Abstract

El cigüeñal de un MCIA (motor de combustión interna alternativo) es el elemento de la máquina que más solicitaciones recibe dado que es la pieza encargada de transformar el movimiento lineal de los pistones en un movimiento de rotación que acabará siendo transmitido a las ruedas por medio del sistema de transmisión. Por lo tanto, recibe la energía procedente de la explosión originada en las cámaras de combustión una vez el pistón ha alcanzado el punto muerto superior. Estas fuerzas son de una gran magnitud, dependiendo siempre del torque del motor, sin embargo, lo más sorprendente es la cantidad de fuertes explosiones que puede llegar a recibir en tan sólo un segundo. Por ende, es un elemento que debe ser capaz de soportar un número tan alto de ciclos considerado como infinito, siempre y cuando, como queda patente en este estudio, no existan problemas de lubricación u otros factores que afecten notablemente al límite de endurancia, y por lo tanto se produzca una falla por fatiga. Para realizar este trabajo se hará uso del software Autodesk Inventor 2017, se modelará el cigüeñal para posteriormente discretizarlo y realizar un análisis estático mediante elementos finitos con objeto de conocer los puntos críticos más solicitados tensionalmente. El método de elementos finitos es una herramienta de cálculo potentísima que permite al ingeniero resolver infinidad de problemas. Sin embargo, es un método que no nos brinda con la solución “exacta” a un problema dado, sino que, de hecho, posibilita obtener una solución aproximada que, con el juicio ingenieril, puede ser más que asaz para la resolución de un problema práctico. Los resultados más relevantes los obtendremos en el cálculo a fatiga en el que debemos hallar el límite de endurancia para el cual consideramos que por debajo de ese valor la pieza posee vida infinita. Sin embargo, para ello, nos encontraremos con el problema de obtener los diferentes coeficientes que reduzcan el límite de fatiga de la forma más aproximada a la situación real, concretamente el coeficiente efecto entalla supondrá una compleja incógnita a resolver.