BIELA MANIVELA A

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2 Mecanismo Biela-Manivela 
2.1 Cinemática del mecanismo 
Figura 2.1: Elementos y geometría del mecanismo 1) Pistón, 2) Manivela, 3) Biela 
Sea r el radio de la manivela y l la longitud de la biela. El ángulo de la manivela es θ y 
el ángulo que forma la biela con el eje X es φ. Para cualquier velocidad angular 
constante de la manivela ω, el ángulo de ésta es θ = ωt. 
La Posición instantánea del pistón es x. Se construyen dos triángulos rectángulos rqs y 
lqu. Entonces, por geometría: 
(2.1) 
La ecuación 2.1 es una expresión exacta para la posición del pistón x como función de r, 
l y ωt. Ésta puede derivarse con respecto al tiempo para obtener las expresiones para la 
velocidad y aceleración del pistón: 
(2.2) 
(2.3) 
La relación r/l es la inversa de la relación Biela Manivela (λ). Generalmente Lambda 
toma valores entre 2.5 y 9 según el tipo de motor. 
2.2 Dinámica del mecanismo 
Las fuerzas y torques que actúan sobre los componentes del mecanismo son una 
composición de las fuerzas y torques generadas por las masas y momentos de inercia 
propios de los elementos, y de la fuerza del gas en la cámara de combustión. 
Figura 2.2: Diagramas de cuerpo libre de los elementos del mecanismo y las respectivas fuerzas y momentos actuantes. 
El par de torsión total sobre la manivela es la suma del par generado por el gas, más el 
par que generan las fuerzas de inercia: 
Las fuerzas netas actuantes son: 
Si se analizan detenidamente las fuerzas actuantes sobre el pistón, se observa que las 
relaciones r/l menores propician mayores fuerzas laterales. 
En la Figura 3.1.2 se muestra la fuerza tangencial debida a las gases (Fg ), 
debido a las masas alternativas (Fa ) y la fuerza tangencial total (Ft ). En el mismo 
grafico se ha presentado la escala “f” que es la fuerza tangencial total referida al área del 
pistón. 
Figura 3.1.2: Fuerzas de gases y tangenciales en función de la posición del cigüeñal