Manivela

Una manivela es un brazo unido en ángulo recto a un eje giratorio mediante el cual se imparte o recibe movimiento circular del eje. Cuando se combina con una biela, se puede usar para convertir el movimiento circular en movimiento alternativo, o viceversa. El brazo puede ser una porción doblada del eje, o un brazo o disco separado unido a él. Unido al extremo de la manivela por un pivote hay una varilla, generalmente llamada biela (biela).

El término a menudo se refiere a una manivela accionada por humanos que se usa para girar manualmente un eje, como en un juego de bielas de bicicleta o un taladro de broca y abrazadera. En este caso, el brazo o la pierna de una persona sirve como biela, aplicando una fuerza recíproca a la manivela. Por lo general, hay una barra perpendicular al otro extremo del brazo, a menudo con un mango giratorio o un pedal adjunto.

Ejemplos

Los ejemplos familiares incluyen:

Manivelas accionadas a mano

• Rueda giratoria
• Sacapuntas mecánico
• Carrete de pesca y otros carretes para cables, alambres, cuerdas, etc.
• Empuñadura de arranque para coches antiguos
• Ventana de coche de accionamiento manual
• La abrazadera de carpintero es una manivela compuesta.
• El juego de bielas que impulsa una bicicleta de mano a través de sus manijas.
• Cabrestantes manuales

Bielas de pie

• El juego de bielas que conduce una bicicleta a través de los pedales.
• máquina de coser a pedal

Motores

Casi todos los motores alternativos utilizan manivelas (con bielas) para transformar el movimiento de vaivén de los pistones en movimiento giratorio. Las manivelas están incorporadas en un cigüeñal.

Historia

China

Se pensó que la evidencia de la manivela verdadera más antigua se encontró en un modelo de tumba de barro vidriado de la era Han de un ventilador agrícola que data de no más tarde del año 200 d.C., pero desde entonces se desenterraron una serie de modelos de cerámica similares con ventiladores aventadores operados con manivela, uno de ellos data de la dinastía Han Occidental (202 a. C. - 9 d. C.). El historiador Lynn White afirmó que la manivela china "no recibió el impulso de cambiar el movimiento alternativo al circular en otros dispositivos", citando una referencia a una manivela y biela china que data de 1462.Sin embargo, publicaciones posteriores revelan que los chinos no solo usaban la manivela, sino también la manivela y la biela para hacer funcionar los molinillos desde la dinastía Han occidental (202 a. C. - 9 d. C.) también. Eventualmente, las bielas de manivela y conexión se usaron en la conversión interna o el movimiento giratorio y alternativo para otras aplicaciones, como el tamizado de harina, las ruedas giratorias de pedal, los fuelles de horno accionados por agua y las máquinas de bobinado de seda.

Mundo occidental

Antigüedad clásica

El mango del molino de mano giratorio que apareció en la España celtibérica del siglo V a. C. y finalmente llegó a Grecia en el siglo I a. Un cigüeñal de hierro romano de propósito aún desconocido que data del siglo II dC fue excavado en Augusta Raurica, Suiza. La pieza de 82,5 cm de largo lleva en un extremo un mango de bronce de 15 cm de largo, perdiéndose el otro mango.

Una ca. Se excavó una manivela de hierro verdadero de 40 cm de largo, junto con un par de piedras de molino rotas de 50-65 cm de diámetro y diversos artículos de hierro, en Aschheim, cerca de Munich. El molino romano accionado por manivela data de finales del siglo II d.C. Sin embargo, se ha descartado una reconstrucción moderna citada a menudo de una bomba de cadena de cangilones impulsada por volantes de manivela de los barcos Nemi como "fantasía arqueológica".

La evidencia más antigua de la manivela combinada con una biela en una máquina aparece en el aserradero romano de Hierápolis en Asia Menor del siglo III d.C. y dos aserraderos de piedra romanos en Gerasa, Siria romana y Éfeso, Asia Menor (ambos del siglo VI d.C.). En el frontón del molino de Hierápolis, se muestra una rueda hidráulica alimentada por una pista de molino que acciona mediante un tren de engranajes dos sierras de bastidor que cortan bloques rectangulares a modo de una especie de bielas y, por necesidad mecánica, manivelas. La inscripción que lo acompaña está en griego.

Los mecanismos de manivela y biela de los otros dos aserraderos documentados arqueológicamente funcionaban sin tren de engranajes. En la literatura antigua, hay una referencia al funcionamiento de las sierras de mármol impulsadas por agua cerca de Trier, ahora Alemania, por el poeta Ausonio de finales del siglo IV; casi al mismo tiempo, estos tipos de molinos también parecen estar indicados por el santo cristiano Gregorio de Nyssa de Anatolia, lo que demuestra un uso diversificado de la energía hidráulica en muchas partes del Imperio Romano. Los tres hallazgos hacen retroceder la fecha de la invención del manivela y biela por un milenio completo:

Con el sistema de cigüeñal y biela, todos los elementos para construir una máquina de vapor (inventada en 1712): el eolipile de Hero (que genera energía de vapor), el cilindro y el pistón (en bombas de fuerza de metal), válvulas de retención (en bombas de agua), engranajes (en molinos de agua y relojes)— eran conocidos en la época romana.

Edades medias

En el manuscrito carolingio Utrecht Psalter se muestra una piedra de afilar giratoria, la representación más antigua de la misma, que funciona con una manivela; el dibujo a pluma de alrededor de 830 se remonta a un original antiguo tardío. Un tratado musical atribuido al abad Odón de Cluny (ca. 878-942) describe un instrumento de cuerda con trastes que hacía sonar una rueda de resina que giraba con una manivela; el dispositivo aparece más tarde en dos manuscritos iluminados del siglo XII. También hay dos imágenes de Fortuna girando la rueda del destino de este siglo y el siguiente.

El uso de manivelas en los taladros de trepanación se describió en la edición de 1887 del Dictionnaire des Antiquités Grecques et Romaines en crédito del cirujano musulmán español Abu al-Qasim al-Zahrawi; sin embargo, la existencia de dicho dispositivo no puede ser confirmada por las iluminaciones originales y, por lo tanto, debe descartarse. El monje benedictino Theophilus Presbyter (c. 1070-1125) describió las manivelas "utilizadas para tornear núcleos de fundición".

El médico italiano Guido da Vigevano (c. 1280-1349), al planear una nueva cruzada, hizo ilustraciones para un bote de remos y carruajes de guerra que eran propulsados ​​por manivelas compuestas y ruedas dentadas giradas manualmente (centro de la imagen). El Salterio de Luttrell, que data de alrededor de 1340, describe una piedra de moler que giraba mediante dos manivelas, una en cada extremo de su eje; el molino manual de engranajes, operado con una o dos manivelas, apareció más tarde en el siglo XV;

En ocasiones, las grúas medievales funcionaban con manivelas, aunque más a menudo con molinetes.

Renacimiento

La manivela se hizo común en Europa a principios del siglo XV, y a menudo se ve en las obras de personas como el ingeniero militar alemán Konrad Kyeser. Los dispositivos representados en los Bellifortis de Kyeser incluyen molinetes acodados (en lugar de ruedas de radios) para cruzar ballestas de asedio, cadenas acodadas de cubos para levantar agua y manivelas instaladas en una rueda de campanas. Kyeser también equipó los tornillos de Arquímedes para subir el agua con una manivela, una innovación que posteriormente reemplazó la antigua práctica de trabajar la tubería pisando. La evidencia más antigua de la instalación de un elevador de pozo con manivelas se encuentra en una miniatura de c. 1425 en el Hausbuch alemán de la Fundación Mendel.

Las primeras representaciones de la manivela compuesta en la abrazadera del carpintero aparecen entre 1420 y 1430 en varias obras de arte del norte de Europa. La rápida adopción de la manivela compuesta se puede rastrear en los trabajos del Anónimo de las guerras husitas, un ingeniero alemán desconocido que escribe sobre el estado de la tecnología militar de su época: primero, reapareció la biela, aplicada a las manivelas, en segundo lugar, las bielas de doble compuesto también comenzaron a equiparse con bielas y en tercer lugar, se empleó el volante de inercia para estas bielas para superar el 'punto muerto'.

Uno de los dibujos del Anónimo de las guerras husitas muestra un barco con un par de ruedas de paletas en cada extremo giradas por hombres que operan manivelas compuestas (ver arriba). El concepto fue muy mejorado por el ingeniero y escritor italiano Roberto Valturio en 1463, quien ideó un barco con cinco conjuntos, donde las manivelas paralelas están todas unidas a una sola fuente de energía por una biela, una idea también retomada por su compatriota. Francesco di Giorgio.

En la Italia del Renacimiento, la evidencia más antigua de una manivela y biela compuestas se encuentra en los cuadernos de bocetos de Taccola, pero el dispositivo todavía se malinterpreta mecánicamente. Una buena comprensión del movimiento de manivela involucrado demuestra un poco más tarde a Pisanello, quien pintó una bomba de pistón impulsada por una rueda hidráulica y operada por dos manivelas simples y dos bielas.

El siglo XV también vio la introducción de dispositivos de piñón y cremallera acodados, llamados cranequines, que se ajustaban a la culata de la ballesta como un medio para ejercer aún más fuerza mientras se extendía el arma del misil (ver a la derecha). En la industria textil, se introdujeron carretes acodados para enrollar madejas de hilo.

Alrededor de 1480, la muela giratoria de principios de la Edad Media se mejoró con un mecanismo de pedal y manivela. Las manivelas montadas en carritos de mano aparecen por primera vez en un grabado alemán de 1589.

Desde el siglo XVI en adelante, la evidencia de manivelas y bielas integradas en el diseño de la máquina se vuelve abundante en los tratados tecnológicos de la época: solo The Diverse and Artifactitious Machines de Agostino Ramelli de 1588 presenta dieciocho ejemplos, un número que aumenta en el Theatrum Machinarum Novum por Georg Andreas Böckler a 45 máquinas diferentes, un tercio del total.

Oriente Medio

La manivela aparece a mediados del siglo IX en varios de los artefactos hidráulicos descritos por los hermanos Banū Mūsā en su Libro de ingeniosos ingenios. Estos dispositivos, sin embargo, solo hacían rotaciones parciales y no podían transmitir mucha potencia, aunque solo se habría requerido una pequeña modificación para convertirlo en un cigüeñal.

Al-Jazari (1136-1206) describió un sistema de manivela y biela en una máquina giratoria en dos de sus máquinas elevadoras de agua. Su bomba bicilíndrica incorporaba un cigüeñal. Después de que las manivelas de al-Jazari en la tecnología islámica no se pueden rastrear hasta una copia de principios del siglo XV de la Mecánica del antiguo ingeniero griego Héroe de Alejandría.

Siglo 20

Las manivelas eran comunes en algunas máquinas a principios del siglo XX; por ejemplo, casi todos los fonógrafos anteriores a la década de 1930 funcionaban con motores de relojería con manivelas. Los motores de pistones alternativos utilizan manivelas para convertir el movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación. Los motores de combustión interna de los automóviles de principios del siglo XX generalmente se arrancaban con manivelas (conocidas como manijas de arranque en el Reino Unido), antes de que los arrancadores eléctricos se generalizaran. El último modelo de coche que incorporó manivela fue el Citroën 2CV 1948-1990

El manual del propietario del Reo de 1918 describe cómo girar manualmente el automóvil:

• Primero: asegúrese de que la palanca de cambios esté en posición neutral.
• Segundo: el pedal del embrague está desbloqueado y el embrague acoplado. El pedal del freno se empuja hacia adelante tanto como sea posible frenando la rueda trasera.
• Tercero: Verifique que la palanca de control de chispa, que es la palanca corta ubicada en la parte superior del volante en el lado derecho, esté lo más atrás posible hacia el conductor y que la palanca larga, en la parte superior de la columna de dirección que controla el carburador, esté empujado hacia adelante aproximadamente una pulgada desde su posición retardada.
• Cuarto: Gire el interruptor de encendido al punto marcado "B" o "M"
• Quinto: coloque el control del carburador en la columna de dirección en el punto marcado "START". Asegúrese de que haya gasolina en el carburador. Pruébelo presionando el pequeño pasador que sobresale de la parte delantera del recipiente hasta que el carburador se inunde. Si no se inunda, muestra que el combustible no se está entregando correctamente al carburador y no se puede esperar que el motor arranque. Consulte las instrucciones en la página 56 para llenar el tanque de vacío.
• Sexto: Cuando esté seguro de que el carburador tiene suministro de combustible, sujete la manivela de la manivela de arranque, empújela hacia adentro para engranar el trinquete con el pasador del cigüeñal y gire el motor tirando rápidamente hacia arriba. Nunca empuje hacia abajo, porque si por alguna razón el motor retrocediera, pondría en peligro al operador.

Eje de manivela

Un eje de manivela es un cigüeñal que también sirve como eje. Se utiliza en locomotoras de vapor con cilindros interiores.