EQUILIBRADO DE PIEZAS DE AUTOMOCION

        Cuando necesitamos equilibrar una transmisión, debemos tener en cuenta varios conceptos que si se olvidan pueden dar al traste con el trabajo realizado. No tratamos, en esta ocasión, de grandes conceptos teóricos sobre el equilibrado sino de pequeños conceptos de trabajo en taller que harán que nuestro trabajo de equilibrado de transmisiones sea correcto y que al final, el automóvil del cliente no vibre. Para ello debemos fijar nuestra atención en la figura 29 y tener presente lo siguiente:

        Generalmente la equilibradora presenta un "plato" donde podemos sujetar las transmisiones a equilibrar, pero como todas las transmisiones no coinciden con los agujeros del "plato" necesitamos bridas intermedias de acoplamiento.

        Las bridas intermedias se sujetan al "plato" de la máquina de forma que queden bien centradas y luego se equilibran ya que de lo contrario la transmisión no quedaría bien equilibrada a pesar de que el indicador de desequilibrio marque en la zona de equilibrado. Esto se debe a que la transmisión estará equilibrada en la máquina y si ésta no se sacara nunca no vibraría pero si sacamos la transmisión, equilibrada con un utillaje descentrado y luego la colocamos en la brida del coche o camión, que suponemos bien centrada, resultará que la transmisión estará desequilibrada y el automóvil vibrará.

       Otro problema muy importante, el peor, en el equilibrado de transmisiones es la holgura en el centrado entre brida y cruceta y la holgura en los dados de la cruceta. La holgura en dados supone que si la cruceta "va dura" se equilibra en ésta posición y luego, cuando recibe un golpe esporádico, el dado se desplaza y todo el peso de la transmisión se descentra con respecto a la posición anterior y por tanto el equilibrado realizado no ha servido de nada siendo imposible dejar la transmisión equilibrada definitivamente.

        También es un problema la holgura del "barrón" o tramo estriado de las transmisiones. Este problema se detecta cuando equilibramos la transmisión, por ejemplo, de 50 a 10 y luego nos es imposible bajar estos 10 que quedan, pues cada medida que realizamos, la máquina nos indica un lugar diferente de ángulo y ya no es posible mejorar el equilibrado ya que el problema no es de equilibrado sino de holgura. Cuando equilibramos una transmisión, normalmente colocamos, en el cuerpo de la misma, chapas curvadas soldadas;

esta es la forma mas común de equilibrado pero debemos tener la precaución de que al realizar la soldadura se haga por puntos ya que de lo contrario podemos provocar que la transmisión se deforme debido al calor y cuando realizamos la medida de comprobación las lecturas no sean las que esperábamos ya que la deformación debida al calor desplaza las masas.

        Para el descentramiento la solución depende del tipo de equipo electrónico de la equilibradora, es decir si la electrónica es del tipo computarizado podemos corregir el descentramiento (el efecto del descentramiento) mediante un programa de cálculo incorporado en memoria pero si la electrónica es antigua, el descentramiento solo se puede corregir de forma mecánica, a base de comparador, martillo y llave o bien mediante un proceso medianamente complicado que consiste en tomar una primera medida y equilibrar, luego girar la transmisión media vuelta y tomar una segunda medida, a continuación corregir la indicación colocando la mitad en la transmisión y la otra mitad en la brida intermedia.

Velocidad de equilibrado

        La velocidad de equilibrado de una transmisión puede ser cualquiera que no sea la de resonancia dependiendo del desequilibrio inicial; como lo dicho no aclara gran cosa, diremos que la velocidad de equilibrado segura que podemos utilizar para una transmisión de camión es de 800 r.p.m. a 1500 r.p.m. aunque después la transmisión montada en el camión gire a 2500 r.p.m.; esto es debido a que si equilibramos a una velocidad superior a 1500 r.p.m. y la transmisión tiene un desequilibrio inicial muy grande, ésta flexionará y la indicación será enorme con respecto al desequilibrio real y no podremos equilibrar. No obstante podemos elegir otra velocidad de

equilibrado aumentando ésta poco a poco y saliendo del punto de resonancia que notaremos cuando la indicación sube mucho "de golpe". En caso que la transmisión tienda a flexionar podemos realizar una compensación inicial colocando un peso en medio (en la figura P1) para compensar la flexión y luego equilibrar en dos planos normalmente. Una vez equilibrada la transmisión, podemos comprobarla a una velocidad mas alta sin mayores problemas.

        Cuando se trata de equilibrado en serie de muchas transmisiones iguales, se elige la velocidad mas próxima posible a la real, haciendo primero varios lanzamientos de comprobación, teniendo en cuenta evitar siempre la velocidad de resonancia de la máquina equilibradora; Generalmente este tipo de equilibrados se realiza con una equilibradora del tipo isotrópica, de medición horizontal y vertical, y oscilante ya que, al contrario de las máquinas rígidas, la frecuencia de resonancia es muy baja y esto permite el equilibrado de las transmisiones a altas revoluciones.

Tolerancia de equilibrado de las transmisiones

        Si nos atenemos a la norma VDI 2060 podemos comprobar que las transmisiones debemos    equilibrarlas ateniendonos al grado de equilibrado Q6.3 ó Q16 dependiendo de la utilización de la transmisión y de la velocidad máxima que ésta alcanzará en funcionamiento real.

        El grado Q 16 se utiliza para transmisiones muy pesadas y que trabajan en una gama de revoluciones muy baja; las transmisiones de turismos y en general las de camión se equilibran con un grado de calidad Q 6.3.

        Como se explicó anteriormente en este capítulo, al hablar de la hogura y del descentramiento,debemos tener en cuenta, a la hora de calcular la tolerancia de equilibrado de una transmisión, el grado de calidad de ajuste de su mecánica ya que en la práctica las transmisiones tienen holgura en el recorrido lineal de los cuatro muñones de la cruceta que entran en los rodamientos de agujas de los dados. este posible recorrido provoca un desplazamiento de las masas, al hacer girar la transmisión en la equilibradora, cada vez en distinta dirección y magnitud.

Acoplamientos especiales para transmisiones

        En la figura 34 podemos ver un sistema de acoplamiento para las transmisiones que se centran mediante una superficie estriada; este tipo de centrado tiene la ventaja, entre otras, de que si está mecanizado correctamente, el centrado es perfecto con respecto a la brida de acoplamiento ya que como brida se suele utilizar un acoplamiento original mecanizado por el lado opuesto de forma que podamos sujetarla al cabezal del montante de la máquina equilibradora.

        Es aquí donde se presentan los problemas ya que la brida de acoplamiento no solo debe estar centrada comprobando en el punto B con el comparador, sino que además debemos asegurarnos que la superficie estriada, de contacto, esté perfectamente plana, debiendo ser comprobada igualmente con el comparador en el punto A y ésta comprobación del punto A, debido al estriado, es una prueba de paciencia y de una complicación tal que al final acaba no realizándose.

        Si por casualidad la brida queda centrada como vemos en la figura 34, usted podrá equilibrar la transmisión correctamente y ésta no vibrará. Usted podrá hacer la comprobación girando la transmisión 180 grados, después de equilibrarla, y tomando una nueva medida; si la indicación no varía o varía poco, sin duda la brida estará correctamente centrada y la transmisión estará correctamente equilibrada.

        Pero normalmente la brida no queda centrada y es mas fácil que cuando la colocamos quede como se indica, de forma exagerada, en la figura 35 y la desviación sea de mas de 2 centésimas provocando en error que no se puede corregir equilibrando la brida ya que el descentramiento tiene su efecto en la transmisión y cuando la tenga equilibrada, si la saca de la máquina y la vuelve a colocar en otra posición le marcará un desequilibrio muy grande y tendrá que repetir el equilibrado después de corregir el defecto del acoplamiento.

        La solución para las máquinas que tienen equipo de medición antiguo, de indicación por instrumento de aguja, es la misma que se explica en el apartado anterior para el descentramiento. Si su equipo de medición es computarizado (electrónica con pantalla monitor a color de Elettrorava o modelo similar) el problema deja de existir ya que este equipo de medición corrige, mediante calculo, los efectos provocados por el descentramiento y por el desequilibrio de la brida de acoplamiento cualquiera que sea el tipo de transmisión que desee equilibrar y es por ello que si utiliza este tipo de electrónica computarizada las transmisiones siempre saldrán bien equilibradas haciendo una primera medida del desequilibrio, girando la transmisión 180 grados y volviendo a realizar la medida, la computadora mostrará las cantidades y el ángulo y cuando haya terminado podrá sacar la transmisión de la máquina con la seguridad de que ésta estará correctamente equilibrada.

        El procedimiento para equilibrar los frenos eléctricos de camión comienza durante el proceso de fabricación; en primer lugar se equilibran los volantes o discos por separado y a continuación se monta el conjunto tal como vemos en la figura 36.

        El conjunto queda preparado para funcionar pero debido a las posibles tolerancias de todas las piezas que forman el conjunto es posible que la suma de errores provoque un desequilibrio no admisible y por tanto probablemente será necesario equilibrar el conjunto montado como acabado final.

        Para equilibrar los volantes en dos planos, es decir equilibrado dinámico, se utiliza una máquina generalmente horizontal (R100, R300, etc. de elettrorava) y el equilibrado se realiza en la parte exterior mediante fresado y en el perímetro mecanizado mediante taladros tal como vemos en la figura 36. En general el desequilibrio inicial de estos discos es muy grande dependiendo de la calidad de la fundición y de que el plano exterior no siempre se mecaniza; es por ello que se deben utilizar máquinas equilibradoras generalmente robustas pues además el diámetro de los discos es muy grande en relación a su anchura y su masa.

      ¿Debemos equilibrar el disco en un solo plano (estático) o en dos planos (dinámico) ?. Debemos partir de la base de que un rotor equilibrado estáticamente puede tener un par de fuerzas provocado por el desequilibrio dinámico sin embargo un rotor equilibrado dinámicamente también estará estáticamente equilibrado. Una mayor calidad del equipo ralentizador requiere un equilibrado en dos planos, dinámico, figura 37A, por cada disco e incluso, después de montado, un equilibrado de conjunto para compensar tolerancias de montaje acaba de completar un equilibrado cuasi perfecto. Esto supone un coste muy superior y por tanto el encarecimiento del producto. Sin embargo podemos equilibrar, los discos de un freno eléctrico, estáticamente por separado, figura 37B, y después de montados volver a equilibrar el conjunto en dos planos o dinámicamente y así todo el conjunto estará correctamente equilibrado; no obstante si repasamos el capítulo 3 donde explica que un rotor lo forman infinidad de discos en toda su longitud y cada uno con su propio desequilibrio, podremos entender que un disco equilibrado en dos planos siempre es mejor. Es muy importante la calidad del utillaje o eje ya que si éste tiene holgura o no está correctamente centrado o bien la superficie de tope no está plana y perpendicular al eje el resultado del equilibrado no será correcto. Cuando equilibramos un disco de freno lo sacamos del eje pero si luego lo volvemos a colocar en el mismo eje y comprobamos de nuevo el equilibrado podemos ver que éste ha variado; si ésta variación en pequeña significa que el eje es correcto pero si la variación es grande significa que el eje provoca un descentramiento sobre el rotor; el desequilibrio medido corresponde al conjunto eje-rotor y una vez equilibrado el rotor se separa del eje, así que si el problema estaba en el eje , éste ha sido trasladado al rotor que por separado quedará desequilibrado.

        En el capítulo 7 se explica, con total claridad, el efecto del descentramiento en el equilibrado de rotores así como el efecto que provoca la holgura entre el rotor y el eje utilizado para el lanzamiento en la máquina equilibradora; ver también el capítulo 8 sobre transmisiones. Para el equilibrado de discos de freno podemos utilizar cualquiera de los dos sistemas de máquina equilibradora, tanto oscilante como rígida. En el caso de utilizar máquina oscilante conviene que la electrónica de medición sea computarizada ya que ello permite un ajuste de máquina para cada modelo de rotor y este ajuste queda grabado de forma que solo necesita realizarlo una vez para cada modelo de disco.

        En el caso de utilizar una máquina rígida la electrónica debe permitir la introducción de las cotas del disco para que la indicación de la medida sea concorde con los distintos modelos. En cualquier caso, cualquiera que sea el tipo de máquina, es imprescindible que la electrónica disponga de corrección de descentramiento y de desequilibrio de utillaje, ejemplo: Supongamos que el utillale o eje que se utiliza para equilibrar un disco de freno eléctrico tiene un descentramiento o una holgura de de 2 centésimas (0,02 mm.),el disco pesa 50 Kg. y el radio de compensación o lugar de equilibrado es de 300 mm. El error de desequilibrio provocado por el descentramiento será:

Desequilibrio en el radio de compensación.- 1000 g.. : 300 mm. = 3,333 g.

        Si el descentramiento fuese de 50 centésimas el desequilibrio sería de 8,333 g. Otra cosa a tener en cuenta, para un correcto equilibrado es que, la transmisión de arrastre que une la salida del cabezal de la máquina con el eje, tenga las crucetas en buen estado con un giro suave pero sin holguras ya que ello provocará variaciones, en la indicación del desequilibrio, con oscilaciones.

      Los cigüeñales son rotores que tienen una relación de movimientos muy especiales. En ellos intervienen dos tipos de movimientos como son el rotatorio propio del cigüeñal y el movimiento oscilatorio o de vaivén del émbolo. Para obtener los dos movimientos, antes citados, intervienen varias piezas de acoplamiento como son los pistones y las bielas que combinan ambos movimientos. Teniendo en cuenta el equilibrado, podemos distinguir dos tipos de cigüeñales:

a) El cigüeñal cuyo eje de inercia coincide con el eje de rotación como es el de un automóvil de 4 cilindros (figura 39); en este caso el equilibrado se realiza como un rotor normal, teniendo en cuenta que el peso se extraerá en forma de componentes de acuerdo con la distribución angular de los pistones ya que solo se puede extraer peso de las "guitarras" dispuestas para ello en contra de los pistones.

b) El cigüeñal cuyo eje de rotación no coincide con el eje de inercia como es el de una motocicleta o el de un compresor; en este caso se colocará, en la gualdera, eje de giro de la biela, un peso determinado que sustituirá los efectos dinámicos del conjunto biela y pistón.

        Si nos fijamos en la figura 40, podremos ver que existen dos movimientos en el funcionamiento de un conjunto pistón-biela-cigüeñal. Existe un movimiento de primer orden que es el recorrido del pistón desde el PMS hasta el PMI y retorno al PMS; sin embargo en el eje del cilindro se genera un movimiento de segundo orden, frecuencia doble (Figura 41). Debido a esto, el equilibrado debe realizarse en forma de compromiso obteniendo la mejor relación posible entre las masas rotatorias y las oscilantes. Observemos de nuevo la figura 40, por un lado tenemos las masas de biela y cigüeñal y por otro lado tenemos las masas oscilantes. Si equilibramos las masas de la biela y cigüeñal colocando masas opuestas tendremos que la compensación será correcta en los puntos 90E y 270E pero en 0E y 180E habremos empeorado enormemente el resultado, es por eso que las masas que tienen un movimiento de primer orden serán compensadas colocando la mitad del peso en el cigüeñal.

        En la figura 42 podemos ver el esquema de la compensación de las masas en el conjunto pistón + biela + cigüeñal.

        Por un lado tenemos la masa de la biela M1 que distribuimos entre el pistón M11 y el cigüeñal M111.

        Por otro lado utilizaremos M3 para compensar la masa del cigüeñal compuesta por la suma de M2 y M111.

        En tercer lugar debemos compensar con M33 la masa del pistón compuesta por M0 y M11 en su mitad.

        Así que la compensación del mecanismo en su conjunto con un peso colocado en la gualdera del cigüeñal es:

        Las bielas deben estar controladas referente a la distribución de su masa para que el funcionamiento del conjunto funcione en la mejor condición posible. El procedimiento es muy sencillo ya que se utiliza una balanza utillada para colocar las bielas en dos posiciones tal como podemos ver en las figuras. En la una posición podremos ver en la indicación de la balanza, el peso de la parte dotada de movimiento de rotación y en la otra posición podemos ver la indicación del peso de la parte con movimiento alterno. El resultado de la suma de las dos mediciones debe ser el peso total de la biela, que estará distribuido en 3/4 para la primera posición y 1/4 para la segunda posición.

        En el caso de los cigüeñales de motores de un solo pistón, no siempre se procede al equilibrado real sino que se comprueba montado completo con pistón y biela en la equilibradora mediante un utillaje que permite ver la magnitud de oscilación en sentido horizontal y en sentido vertical de forma que podamos ver la relación entre una y otra posición.

TURBOCOMPRESORES

        Los turbo compresores son dispositivos que pueden girar a velocidades muy altas ya que su función es la de inyectar aire a presión aprovechando los gases de escape de los motores de explosión.

        Debido a su alta velocidad de funcionamiento es imprescindible que su equilibrado sea de precisión para evitar las vibraciones y como consecuencia un mal funcionamiento del mismo.

        Para conseguir un equilibrado de alta calidad debemos disponer de una equilibradora capaz de detectar el desequilibrio, en magnitud y ángulo, sin necesidad de lanzar el turbo a la velocidad de funcionamiento, es decir, con una velocidad en máquina no superior a 3000 r.p.m. es suficiente para conseguir un perfecto equilibrado. Debemos tener en cuenta que si un rotor tiene un desequilibrio de 1 gramo de desequilibrio en el radio de equilibrado, este gramo seguirá siendo un gramo a cualquier velocidad; lo que sí varia con la velocidad es la fuerza que realiza pero no su masa.

        Es por eso que lo importante es disponer de una máquina, diseñada y fabricada especialmente para el equilibrado de turbos, de precisión con filtrado digital e integración de señal que consiga separar perfectamente las señales del desequilibrio de los disturbios ajenos al mismo (MAQUINA MODELO ST-10 de la marca Elettrorava). Debemos tener presente que si deseamos equilibrar conjuntos turbo montados, no se debe utilizar una máquina de lámpara estroboscópica. Las máquinas de lámpara estroboscópica son de sincronismo fijo, es decir que cuando ha sincronizado la frecuencia de giro del rotor en la equilibradora, esta se deja fija; cuando la turbina se hace girar con correa este sistema funciona correctamente, pero en el caso de conjunto montado el giro se realiza con aire a presión, además se inyecta aceite a una temperatura semejante a la de funcionamiento real y es por eso que la velocidad de giro del conjunto tiene continuas variaciones; debido a esto, el sincronismo fijo es muy impreciso y por tanto es necesario un sincronismo automático seguidor de frecuencia que solo se consigue con una célula fotoeléctrica como es el caso de la ST-10 de Elettrorava.

        En la figura Nº45 podemos ver las piezas giratorias de un turbo y que son las que se deben equilibrar. El equilibrado se puede realizar por partes o bien en conjunto montado.

        Para equilibrar en piezas sueltas, realizaremos primero el equilibrado del eje-turbina que forman una pieza única; para ello colocaremos la turbina sobre los rodillos de rodadura y lo haremos girar con la cinta de arrastre de la equilibradora procediendo al equilibrado según las instrucciones de la equilibradora. Una vez equilibrada la turbina, procederemos a montar el compresor bien apretado con la tuerca autoblocante y procederemos al equilibrado del mismo.

        Para equilibrar conjuntos montados, debemos montar el conjunto turbina-compresor en su soporte de giro, colocaremos el conjunto en la plataforma de medición de la máquina equilibradora y conectaremos el conducto de aceite a presión en la boca de entrada del cuerpo del turbo, teniendo en cuenta que debe existir salida para una correcta circulación del aceite.

        El conjunto se sujetará a un utillaje en forma de T por la zona donde se sujeta la salida de aceite para poder emplazarlo en la plataforma de la máquina equilibradora y a continuación se situa la fotocélula enfrente de la marca reflectora. Después de asegurar la presión de aceite, haremos girar el rotor mediante aire a presión dirigido a la turbina; el accionamiento se realiza con aire para evitar al máximo las posibles influencias de un accionamiento por contacto.

        Para realizar el equilibrado, en origen se extrae material de las caras interiores de la turbina y del compresor, mediante fresa o broca hasta realizar el equilibrado correctamente; a continuación se monta el conjunto y se reequilibra finalmente sacando material de la tuerca que sujeta el compresor y del extremo exterior del eje del compresor.

        Alta velocidad.- Tal como se indicó anteriormente, no es necesario que el rotor gire a velocidades muy elevadas para un correcto equilibrado, no obstante se puede colocar un turbo a velocidades de régimen para comprobar el comportamiento de los materiales en temas como elasticidad, resonancia, etc; estas comprobaciones se realizan con gran caudal de aire con utillajes que simula exactamente el montaje en el motor al que van destinados; en estas máquinas el equilibrado se realiza sobre la tuerca del compresor ya que antes hemos equilibrado la turbina en una máquina de arrastre por cinta.