En un motor de pistón , un vástago une un pistón a la cruceta y, por lo tanto, a la biela que acciona el cigüeñal o (para locomotoras de vapor ) las ruedas motrices.
Los motores de combustión interna , y en particular todos los motores de automóvil actuales , generalmente no tienen vástagos de pistón. En su lugar, utilizan pistones de tronco , donde el pistón y la cruceta se combinan y, por lo tanto, no necesitan una varilla entre ellos. El término vástago de pistón se ha utilizado como sinónimo de "biela" en el contexto de estos motores. [ cita requerida ]
Los motores con crucetas tienen vástagos de pistón. Estos incluyen la mayoría de las locomotoras de vapor y algunos motores diesel marinos grandes .
Máquinas de vapor
Los primeros motores de haz de acción simple , como el de Newcomen , tenían una carrera de potencia única que actuaba hacia abajo. En lugar de un vástago de pistón, utilizaron una cadena de hierro. Esto podría transmitir una fuerza de tracción, pero no una fuerza de compresión que empuje hacia arriba. El pistón estaba sellado en el cilindro alrededor de su borde, pero la parte superior del cilindro estaba abierta. Se utilizó un vástago de pistón rudimentario, simplemente para reducir el costo de una cadena larga forjada.
El desarrollo de Watt de la máquina de vapor introdujo un cilindro superior cerrado. Esto ahora requería una caja de empaquetadura para sellar alrededor del vástago del pistón y que el vástago del pistón se mecanizara de manera suave y cilíndrica con precisión. Los motores todavía eran de acción simple en este momento y la varilla todavía actuaba en tensión.
Desarrollos posteriores, también de Watt, produjeron un cilindro de doble efecto . El vástago del pistón ahora tenía que transmitir una fuerza de empuje y tracción alternativamente. El uso generalizado de la máquina de vapor de un cilindro cerrado, casi siempre de doble acción, lo hizo dependiente de la caja de empaquetadura y, por lo tanto, del vástago del pistón.
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Los vástagos de pistón generalmente se unen a la cruceta y al pistón mediante una ranura transversal y una chaveta o chaveta cónica. Conducir esta llave hacia los lados aprieta el accesorio. El uso de una llave transversal permite un desmontaje relativamente fácil para el mantenimiento. Algunos pistones más pequeños están retenidos por un vástago de pistón roscado y una tuerca grande, aunque la cruceta casi siempre usa una llave.
Como la longitud precisa del vástago del pistón es importante para sincronizar el engranaje de la válvula del motor, el accesorio aprieta el pistón hacia abajo en un escalón fijo o ubicación en el vástago del pistón y la longitud (y la sincronización de la válvula) no es ajustable. Esta longitud requiere la precisión de la varilla fabricada pero, a diferencia de la varilla que acciona las válvulas, no es necesario que un instalador la ajuste con mayor precisión durante el montaje del motor.
Varillas de cola
Los primeros ingenieros de vapor estaban convencidos de que los cilindros horizontales sufrirían un desgaste excesivo debido al peso del pistón montado en el orificio del cilindro. Los cilindros verticales siguieron siendo los favoritos durante algunos años. Cuando se adoptaron los cilindros horizontales, una medida utilizada para soportar el peso del pistón era tener un vástago extendido o un segundo pistón en el otro lado del pistón. Este emergió a través de una segunda caja de empaquetadura y en casos raros ( ilus. ) Fue sostenido por una segunda cruceta.
Encerrar toda la varilla de cola en una carcasa sellada evitó la necesidad de una caja de empaquetadura y cualquier fuga de vapor. Sin embargo, esto también suponía el riesgo de que se acumulara agua condensada en la carcasa, provocando un bloqueo hidráulico y daños mecánicos.
Motores de maletero
Las máquinas troncales eran máquinas de vapor compactas, desarrolladas para la propulsión de barcos. Redujeron su longitud total colocando la cruceta junto al pistón en forma de tronco tubular hueco. Por tanto, ya no era necesario un vástago de pistón. La biela y su pasador se montaron dentro de este baúl. Los motores de tronco tenían pistones de diámetro extremadamente grande, por lo que la vieja cuestión de soportar el peso del pistón y evitar el desgaste de los cilindros volvió a ser una preocupación. Los motores de tronco usaban un segundo tronco como barra de cola para soportar sus grandes pistones.
Motores de vapor de efecto simple
Algunas máquinas de vapor tardías, en su mayoría máquinas de vapor de alta velocidad , también eran de efecto simple. Estos también usaban pistones de tronco, pero en una nueva forma. Estos motores eran verticales y usaban un diseño de pistón simple, sin tronco separado pero usando los lados de un pistón alargado como superficie de apoyo de la cruceta.
Este diseño de pistón del maletero se volvería casi universal para los motores de combustión interna.
Locomotoras de vapor
Casi todas las locomotoras de vapor han utilizado un diseño similar de cilindro, con una cruceta montada junto al cilindro y un vástago de pistón corto entre ellos.
En algunos casos, también se utilizaron barras de cola. Estos eran raros en el Reino Unido, pero relativamente comunes en Europa, al menos para las locomotoras grandes.
Motores diesel
Los motores de combustión interna (pistón) funcionan a velocidades más altas que los motores de vapor. Por lo tanto, se benefician de una masa de movimiento alternativo reducida y de un varillaje más corto y rígido entre el pistón y la biela. Los motores de doble acción también son muy raros, aunque estos usaban vástagos de pistón. Por lo tanto, pronto se adoptó el pistón del maletero liviano de la máquina de vapor de alta velocidad y permanece en servicio hoy. Sus principales cambios han sido en sus anillos de sellado y la adopción de aleaciones de aluminio para aligerar los pistones.
Algunos motores diésel grandes de baja velocidad, especialmente los de barcos, utilizan crucetas y vástagos de pistón. Los motores diésel de velocidad media y alta funcionan a velocidades más rápidas y, por lo tanto, utilizan pistones de tronco más ligeros.