FUNDAMENTOS DEL EQUILIBRADO

En los cuerpos giratorios, el desequilibrio es un fenómeno omnipresente. Un ejemplo típico son las herramientas giratorias de las máquinas herramienta.

Como el desequilibrio crea una fuerza centrífuga, ésta aumenta linealmente con el desequilibrio y con el número de vueltas. Cuanto más rápido gira el rotor, más notable es el desequilibrio. Pero, ¿cómo se produce el desequilibrio, cómo puede medirse y cómo puede eliminarse mediante el equilibrado?

En la página siguiente hemos reunido los fundamentos teóricos del equilibrado, la base del equilibrado de herramientas.

El centro de gravedad de un rotor se encuentra fuera del eje de rotación.

• Esto también puede medirse en rotores estacionarios, por ejemplo, mediante balanzas de desequilibrio para muelas abrasivas.
• Al girar, esto provoca fuerzas centrífugas perpendiculares al eje de rotación.
• Puede eliminarse equilibrando en un plano. Puede elegirse cualquier plano de equilibrado. Normalmente, después del equilibrado estático puede seguir habiendo desequilibrio dinámico.

M_U = masa de desequilibrio (en g).
r = distancia de la masa de desequilibrio desde los ejes de rotación (en mm).
M = masa de rotor (en kg).
e = distancia del centro de gravedad al eje de rotación (en μm)
S = centro de gravedad.
F_F = fuerza centrífuga.
Valor del desequilibrio estático: U = M_U • r = M • e
Unidad de desequilibrio: [U] = g • mm = kg • μm

El centro de gravedad se sitúa a lo largo del eje de rotación:

• Esto sólo puede medirse en rotores giratorios.
• Provoca un momento de inclinación durante la rotación.
• Las fuerzas centrífugas de ambas masas de desequilibrio se contrarrestan mutuamente (no hay fuerzas laterales).
• Sólo puede eliminarse equilibrando en 2 planos.

M_U1, M_U2 = masa desequilibradas (en g).
S = centro de gravedad.
r = distancia del centro de gravedad al eje de rotación (en μm).
M = masa del rotor (en kg).
F_F1, F_F2 = Fuerzas centrífugas.
M_U1 = M_U2.
F_F1 = F_F2.

Combinación del deseqilibrio estático y dinámico.

• Este es el caso normal de los rotores industriales.

El equilibrado se utiliza para compensar la distribución asimétrica de la masa en un rotor.
Esto es posible por:

• Aplicar masa, por ejemplo, un peso sujeto para equilibrar los neumáticos de un coche.
• Eliminar masa, por ejemplo, perforando un agujero.
• Ajustar la masa, por ejemplo, añadiendo anillos de equilibrado, tornillos.

Compensación de la parte estática de un desequilibrio:

• El centro de gravedad de un rotor se aproxima al eje de rotación (excentricidad e=0).
• El desequilibrio de pareja del desequilibrio dinámico permanece inalterado.

Compensación completa del desequilibrio (estático y diámico).

• En principio, se puede elegir cualquier plano de equilibrado (lo mejor es que estén lo más separados posible).

• El portaherramientas se inserta en el husillo de equilibrado y se hace girar.
• Los sensores de fuerza miden las fuerzas centrífugas.
• Las fuerzas centrífugas se miden en dos planos diferentes en el soporte del husillo de equilibrado. Se produce una señal sinusoidal a medida que la dirección en la que actúan las fuerzas centrífugas gira con el husillo. Deben determinarse tanto la magnitud de la señal como su ángulo con respecto al husillo.
• Las señales de fuerza se utilizan para calcular los equilibrios en relación con los planos de equilibrado. Si cambia la posición de los planos de equilibrado, también cambiarán los desequilibrios calculados.
• La compensación del desequilibrio se calcula a partir de los valores de desequilibrio.

La norma DIN ISO 1940-1 (antes denominado VDI 2060) define los principios de medición del desequilibrio y del equilibrado. La precisión del equilibrado se expresa como grado de calidad de equilibrado G (anteriormente: Q).

El grado de calidad de equilibrado sólo es válido para una velocidad de rotación determinada del rotor.

El desequilibrio residual admisible se calcula a partir del grado de calidad de equilibrado, la velocidad de giro y el peso del rotor.

U_per = (G•M)/n • 9549.
U_per = Desequilibrio residual admisible del rotor en gmm.
G = grado de calidad de equilibrado.
M = peso del rotor en kg.
n = velocidad de giro del rotor en rpm.
9549 = una constante que se produce.

En el ejemplo anterior hay un desequilibrio residual admisible de 1,3 gmm. Para ilustrar
este valor es útil convertir el desequilibrio en excentricidad.

En el ejemplo anterior hay un desequilibrio residual admisible de 1,3 gmm. Para ilustrar
este valor es útil convertir el desequilibrio en excentricidad.

U_per = M • e_per
e_per = U_per/M =1.3 gmm/800g = 0.0016 mm = 1.6 μm

Por tanto, el centro de gravedad del portaherramientas puede desplazarse máx. 1,6 μm con respecto al eje de
rotación. Durante el equilibrado se supone que el eje de rotación es el eje del cono o HSK.
Sin embargo, en la fresadora la herramienta gira alrededor del eje del husillo.

Incluso nuevos husillos TIR de hasta 5 μm (equivalente a una excentricidad de e = 2,5 μm).

Otro ejemplo:
Calidad de equilibrado G = 1
Velocidad de rotación n = 40.000 rpm
Peso de la herramienta M = 0,8 kg
Uper = 0,2 gmm
eper = 0,3 μm

Esta excentricidad admisible no puede alcanzarse en la práctica.
Incluso los husillos buenos tienen una repetibilidad de 1-2 μm cuando se cambia la herramienta.
Pequeñas cantidades de suciedad empeoran notablemente el resultado.