Fuerzas de desequilibrio debidas a un desplazamiento del CG del objeto giratorio
Si un objeto giratorio es monta sobre soportes, el desplazamiento del CG respecto del eje de rotación, producirá una fuerza sinusoidal en los soportes. Esta fuerza de desequilibrio causará un desgaste prematuro de los soportes, ruido, fricción adicional y puede conducir a errores si el objeto es parte de un sistema de guiado.La fuerza ejercida por el desplazamiento de CG es una función de la velocidad de giro y de la magnitud del momento de desequilibrio:
F = Mrw²
donde
F = fuerza de desequilibrio en libras
M = masa en slugs = W / g
r = desplazamiento del CG en pies
w = velocidad angular en radianes por segundo
Si examinamos la fuerza ejercida sobre un soporte a lo largo de un solo eje, esta varia sinusoidalmente:
F = Mrw² × sin(a)
donde
a = ángulo de rotación relativo al eje
Como un sistema que gira, normalmente emplea dos soportes, la fuerza sobre cada soporte, es proporcional a la fuerza total (si el CG fuese equidistante a ambos soportes, entonces la mitad de la fuerza total, seria aplicadad a cada soporte).
Este análisis asume que el producto de inercia es cero. Este seria el caso si el objeto fuera un volante delgado, o si el objeto estuviera equilibrado dinámicamente y se hubiera añadido un peso en un plano perpendicular al eje de rotación, pasando por el centro de gravedad del objeto. Si el producto de inercia no es cero, las fuerzas sobre los soportes serán diferentes de las descritas en este ejemplo. La siguiente sección describe las fuerzas debidas al desequilibrio por el producto de inercia.
Fuerzas de desequilibrio debidas al POI de un objeto giratorio
Para un desplazamiento del CG, las fuerzas en los soportes no dependen del espacio entre los soportes, per si de la localización axial del CG del rotor. Si el CG del rotor está situado entre los soportes, la fuerza de desequilibrio está en la misma dirección en ambos soportes; pero la magnitud de la fuerza es proporcional a la posición del CG respecto de los soportes y es diferente, en general para cada soporte. Por el contrario, el desequilibrio por producto de inercia, resultará en fuerzas iguales y opuestas en los soportes y la fuerza no es función de la posición del CG. Dado un POI, la magnitud de la fuerza en los soportes se incrementará a medida que el espacio entre los soportes se haga menor.
Un método para calcular la fuerza debida al desequilibrio por producto de inercia, consiste en determinar primero la masa equivalente en los soportes que resultaria en la magnitud del POI. La fuerza en los soportes puede determinarse usando las fórmulas ya dadas para el desplazamiento del CG. Si un cigüeñal con un Pzx de 100 lb in² se monta sobre unos soportes separados 10 in, el producto equivalente de la masa por la distanci a cada soporte es 10 lb in. Si la velocidad de rotación es de 300 rpm, entonces:
300 rpm = 300 / 60 = 5 rev / s = 5 × 2 × 3.1416 = 31.416 rad / s
10 lb in = 10 / (32.174 × 12) = 0.0259 slug ft
F = Mrw² = 0.0259 slug ft × (31.416)² = 25.56 lb de fuerza (pico)