ESCUELA POLITECNICA DEL EJÉRCITO
INGENIERÍA MECATRÓNICA
MECANISMOS
BALANCEO ESTATICO Y DINÁMICO
JUAN ESTEBAN ORDÓÑEZ BONILLA DANIEL ROBERTO VÁSQUEZ
Sangolquí, Lunes 07 de mayo del 2012
PRACTICA DE LABORATORIO # 4 1. TEMA: BALANCEO ESTATICO Y DINÁMICO
2. OBJETIVO: La presente práctica tiene como objetivo introducir al alumno en las ecuaciones de balanceo estático y dinámico
3. MARCO TEORICO 3.1. BALANCEO ESTÁTICO: Existe desbalanceo estático cuando la masa que sobra está en el mismo plano (perpendicular al eje de rotación) que el centro de gravedad del rotor. Esto provoca que el eje principal de inercia del conjunto se desplace paralelamente al eje de rotación. Este desbalanceo se corrige con un contrapeso opuesto al peso sobrante. El desbalanceo estático se aprecia en piezas de diámetro mucho mayor que el largo (discos), como por ejemplo hélices, volantes etc. Pero ocasionalmente en cilindros de diámetro comparable con el largo. Si montamos una pieza muy desbalanceada sobre apoyos que ofrezcan muy poca resistencia a la rotación, el rotor se moverá por acción de la gravedad y quedará con el peso sobrante hacia abajo.
Nuestro sistema consiste en un eje de 170 mm y un set de 4 pesas con diferentes valores de desbalance, el cual deberá ser primero balanceado estáticamente. Como vemos en el gráfico, cuando el eje rota cada pesa contribuirá con su propia fuerza centrífuga de manera que para balancear estáticamente el eje la sumatoria de fuerzas centrifugas deberá ser igual a cero. Puesto que son conocidos los valores mri, las incógnitas que debemos resolver son los ángulos y el mejor modo de resolver esta ecuación vectorial es en forma gráfica para lo cual utilizaremos el programa autoCAD.
3.2. BALANCEO DINÁMICO: Este es el caso más frecuente y general de desbalanceo y provoca que el eje principal de inercia de una pieza desbalanceada no sea paralelo al eje de rotación y no pase por el centro de gravedad de la pieza. En este caso solo se puede balancear colocando dos contrapesos en dos planos perpendiculares al eje de rotación y con posiciones angulares distintas. El balanceo dinámico es obligatorio en ejes cuya dimensión longitudinal es mucho mayor que su diámetro como en nuestro caso. Para balancear dinámicamente un eje la sumatoria de momentos producida por la fuerza centrifuga debe ser igual a cero y su resolución es analítica.
Cuando el cigüeñal se encuentra en movimiento se generan fuerzas centrífugas, las cuales deben tener una sumatoria igual a cero con respecto al eje de rotación, esto se conoce como el equilibrio dinámico del cigüeñal.
El equilibrio se consigue por medio de contrapesos aplicados a las manivelas, este equilibrio sirve además para reducir el efecto de algunas fuerzas debidas a las masas en movimiento alternativo. Los objetivos de equilibrar un cigüeñal son los siguientes:
Reducir las vibraciones del motor causadas por las fuerzas y momentos generados por la presión de los gases en los cilindros y por las piezas en movimiento alternativo y giratorio, como son pistones, bielas y el mismo cigüeñal. Reducir las cargas sobre los casquetes o cojinetes de bancada.
Los contrapesos además de equilibrar el cigüeñal se utilizan como elementos de lubricación por salpique, es decir, que cuando el sistema de carter es normal, como depósito de aceite en la parte inferior del motor, las masas entran al aceite y en su paso salpican las paredes de los cilindros y éstos por medio de los anillos las lubrican uniformemente. También se aclara que el paso de las masas de contrapeso por dentro del aceite es una de las causas de mayor pérdida de potencia en un motor, por esta razón es que cuando se desea una mayor velocidad de volteo en el cigüeñal se rebajan las mismas, con ciertos límites y proporciones.
4. PROCEDIMIENTO
Resolvemos el sistema de balanceo estático por medio del método grafico resuelto en AUTOCAD, el orden de los vectores o mri es fundamental para la resolución grafica, tomamos como dato que los dos primeros ángulos son 0 y 90º respectivamente según sea el orden de los vectores primero y segundo. Planteamos las ecuaciones para el balanceo dinámico, tomando en cuenta las distancias de ubicación de las masas, y considerando que cada masa tiene un grosor de 12.5 mm, por lo que el sistema debe constar de resultados que no cuenten con una diferencia mayor a 12.5 mm.
5. GRÁFICO VECTORES – ÁNGULOS
6. ANALISIS DE RESULTADOS
Orden
Masas (gr)
Ángulos
Distancias (mm)
1º 2º 3º 4º
88 64 74 82
0 90 167.15 258.85
50 160 133.743 31.592
Cumple con la condición de diferencia mínima de 12.5 mm entre masas, el sistema está cerrado, el sistema se encuentra balanceado y genera una mínima vibración sobre el eje.
7. MONTAJE DE MASAS SOBRE EJE DE SIMULACION. Contamos con un eje de 160 mm operables donde se coloca las masas por distancia y cada una o cuenta con 12.5 mm de espesor. Se coloca cada una de las masas a las distancias encontradas, se procede a rotar las masas con los o ángulos que se hallo en los cálculos. Se enciende el motor y se observa si genera o no vibración sobre el sistema, si no lo hace, el sistema o se encuentra bien balanceado. 8. CONCLUSIONES Los objetivos de equilibrar un cigüeñal es: - Reducir las vibraciones del motor causadas por las fuerzas y momentos generados por el desgaste uniforme de masas que forman parte del eje y por las piezas en movimiento alternativo y giratorio como el mismo eje. - Logramos encontrar ubicaciones y ángulos del sistema mediante resolución grafica de Auto CAD. - Las fuerzas por distancia que generan las masas en un movimiento cíclico giratorio es contrarrestado con la ubicación de las mismas a diversas distancia y con determinados angulos de inclinación. 9. BIBLIOGRAFÍA. Guía laboratorio. http://www.webdefiat.com.ar/forum/index.php?topic=6556.0
