Los ejes de equilibrio se utilizan en los motores de pistón para reducir la vibración anulando las fuerzas dinámicas desequilibradas. Los ejes de equilibrio tienen pesos excéntricos y giran en direcciones opuestas entre sí, lo que genera una fuerza vertical neta.
El eje de equilibrio fue inventado y patentado por el ingeniero británico Frederick W. Lanchester en 1907. [1] [2] Se utiliza con mayor frecuencia en motores de cuatro cilindros en línea y V6 utilizados en automóviles y motocicletas.
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El principio de funcionamiento de un sistema de eje de equilibrio es que dos ejes que llevan pesos excéntricos idénticos giran en direcciones opuestas al doble de la velocidad del motor. La sincronización de los ejes es tal que las fuerzas centrífugas producidas por los pesos cancelan las fuerzas verticales de segundo orden (al doble de las RPM del motor ) producidas por el motor. [3] Las fuerzas horizontales producidas por los ejes de equilibrio son iguales y opuestas, y por lo tanto se cancelan entre sí.
Los ejes de equilibrio no reducen las vibraciones que experimenta el cigüeñal . [4]
Numerosos motores de motocicletas, en particular los motores bicilíndricos en paralelo , han empleado sistemas de eje de equilibrio; por ejemplo, los motores Yamaha TRX850 y Yamaha TDM850 tienen un cigüeñal de 270° con un eje de equilibrio. Un enfoque alternativo, como el utilizado por el motor bicilíndrico en paralelo BMW GS , es utilizar una biela "ficticia" que mueve un contrapeso articulado.
Los ejes de equilibrio se utilizan a menudo en motores de cuatro cilindros en línea para reducir la vibración de segundo orden (una fuerza vertical que oscila al doble de las RPM del motor ) que es inherente al diseño de un motor de cuatro cilindros en línea típico. Esta vibración se genera porque el movimiento de las bielas en un motor de cuatro cilindros en línea de encendido uniforme no es simétrico a lo largo de la rotación del cigüeñal; por lo tanto, durante un período dado de rotación del cigüeñal, los pistones descendentes y ascendentes no siempre se oponen completamente en su aceleración, lo que da lugar a una fuerza vertical neta dos veces en cada revolución (que aumenta cuadráticamente con las RPM). [5]
La cantidad de vibración también aumenta con el desplazamiento del motor, lo que hace que los ejes de equilibrio se utilicen a menudo en motores de cuatro cilindros en línea con desplazamientos de 2,2 L (134 pulgadas cúbicas) o más. Tanto una carrera como un diámetro mayores provocan una mayor vibración secundaria; una carrera mayor aumenta la diferencia en aceleración y un diámetro mayor aumenta la masa de los pistones.
El diseño Lanchester de los sistemas de eje de equilibrio se perfeccionó con el Mitsubishi Astron 80 , un motor de cuatro cilindros en línea introducido en 1975. Este motor fue el primero en ubicar un eje de equilibrio más alto que el otro, para contrarrestar el par rodante de segundo orden (es decir, alrededor del eje del cigüeñal) debido al torque ejercido por la inercia causada por aumentos y disminuciones en la velocidad del motor. [6] [7]
En un motor bóxer de cuatro cilindros , las fuerzas se compensan porque los pistones se mueven en direcciones opuestas, por lo que no se necesitan ejes de equilibrio en los motores bóxer de cuatro cilindros.
Los ejes de equilibrio también se utilizan en motores de cinco cilindros en línea, como el GM Vortec 3700 .
En un motor de seis cilindros en línea y en un motor de seis cilindros horizontales , las fuerzas de balanceo se equilibran naturalmente, por lo tanto, no se requieren ejes de equilibrio.
Los motores V6 son inherentemente desequilibrados, independientemente del ángulo en V. Cualquier motor en línea con un número impar de cilindros tiene un desequilibrio primario , que provoca un movimiento de balanceo de extremo a extremo. Como cada bancada de cilindros en un V6 tiene tres cilindros, cada bancada de cilindros experimenta este movimiento. [8] Se utilizan ejes de equilibrio en varios motores V6 para reducir este movimiento de balanceo.
Algunos ejemplos son el motor Mercedes-Benz OM629 y el Volvo B8444S . [9]