Equilibrado de ejes
Se llama equilibrado de ejes al proceso que se realiza para eliminar o corregir fuerzas o momentos de inercia indeseados en mecanismos que giran.
A veces, es necesario eliminar o corregir fuerzas o momentos de inercia indeseados, y a esta técnica se le llama equilibrado de máquinas.
Estas vibraciones, pese a no ser siempre peligrosas, si se aplican repetidamente sobre los cojinetes, provocan cargas que pueden causar la rotura de los mismos, es decir, el fallo de la máquina por fatiga.
Esto se hace de forma sencilla quitando o añadiendo material en los puntos calculados (ya que se puede determinar con precisión la magnitud y ubicación de los desequilibrios).
En este documento trataremos de explicar cómo se determina y se diseña el equilibrio estático y dinámico en los elementos que van a rotar, en concreto, vamos a analizar el equilibrado de los ejes.
Para ver si un disco está en equilibrio estático, se pueden hacer unos sencillos experimentos: Se suponen un disco y un eje, apoyado este último en unos rieles rígidos, de manera que el eje pueda rodar sin ningún tipo de rozamiento.
Como no se conoce la magnitud del desequilibrio las correcciones deberán hacerse tanteando.
Al añadir esta masa de prueba m (conocida), el disco girará un ángulo φ y luego se detendrá otra vez.
(término situado en el denominador) fuera cero, x sólo dependería de
(ecuación 6) Para casi todos los sistemas mecánicos, si no se ha introducido amortiguamiento intencionadamente, su valor
Al arrancar el sistema la amplitud de la vibración es muy pequeña y a la vez que aumenta la velocidad del eje, aumenta también la amplitud, haciéndose infinita en la velocidad crítica.
, en cuyo caso el disco girará en torno a su centro de gravedad (que coincidirá con la línea del eje).
Luego podremos concluir después de haber visto todo esto que cuando un sistema que rota está estáticamente desequilibrado, producirá vibraciones y reacciones giratorias indeseadas en los cojinetes.
Una máquina de equilibrado estático sirve para ver, como su propio nombre indica, si una pieza está equilibrada estáticamente o no, y en caso de no estarlo, calcular la magnitud y la localización del desequilibrio, es decir, sirve para medir el desequilibrio.
Estas máquinas sirven sólo para calcular desequilibrios de piezas cuyas dimensiones axiales sean muy pequeñas, como por ejemplo: engranes, levas, poleas, ruedas, ventiladores, volantes, impulsores... A veces, se puede considerar que la masa de las piezas está concentrada en un solo plano, luego a estas máquinas se les suele llamar máquinas de equilibrado en un solo plano.
Si se evita hacer girar a la pieza se ahorra tiempo, luego el método más utilizado en estos casos sería el de aplicar una fuerza de gravedad.
Luego la dirección de la inclinación nos dará la ubicación del desequilibrio y el ángulo la magnitud.
En la figura vemos un rotor donde suponemos que se colocan 2 masas iguales en los extremos opuestos.
Las masas ejercen una fuerza de forma que el rotor se mantiene equilibrado estáticamente.
Estas fuerzas son proporcionales a la masa, a la excentricidad de cada una de estas masas (R) y a la velocidad angular al cuadrado (ω²): Fcen,i = mi Ri ω² Los momentos que aparecerán en la segunda ecuación son los generados por las fuerzas de inercia.
Como hemos visto anteriormente, cuando la masa se encuentra en un solo plano de rotación, ruedas, discos, etc.; basta con el equilibrado estático.
El objetivo del equilibrado es medir ese par y realizar otro de la misma magnitud pero sentido contrario.
Elegimos los planos de corrección que se harán coincidir con los pivotes.
Para saber cual es ese punto deslizamos un reloj comparador sobre la barra nodal y vemos cuando el movimiento es cero.
Este método se usará para lograr que un eje al girar lo haga con suavidad, sin vibraciones debidas a los desequilibrios.
- Control de ubicación: La posición angular de los pesos compensadores con respecto al desequilibrio, dada por α, nos permitirá hallar la dirección en la que actúa la descompensación, es decir, el desfase angular del desequilibrio.
Si utilizamos letras en negrita para representar números complejos: R = ( R , θ ) Tras localizar los desequilibrios en los dos planos de referencia ( MI = (MI , φI) y MD = (MD, φD) ) mediremos las amplitudes y los desfases de las perturbaciones que generan en los cojinetes A y B con un equipo comercial de equilibrado “in situ” que designaremos mediante la letra X=(X, q).
Para ello se utiliza el método de las tres carreras (tres ensayos diferenciados): Primer ensayo: se miden las perturbaciones XA=(XA, θA) y XB=(XB, θB) en los cojinetes A y B debidas a los desequilibrios originales MI = (MI , θA) y MD = (MD, θB).
Si definimos unas nuevas magnitudes también complejas (A y B) que denominaremos rigideces complejas y que reflejen la contribución de las masas de ensayo a las fuerzas creadas en los cojinetes:
Haciendo lo mismo para la segunda masa de ensayo (tercera carrera), podemos despejar las cuatro rigideces complejas y sustituyendo en las siguientes ecuaciones obtendremos la magnitud y la posición de los desequilibrios (recordar que son variables complejas):
