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FUNDAMENTOS DEL EQUILIBRADO

1theoretische grundlagen auswuchten haimer | © HAIMER

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.

1. causa de desequilibrio

  • Diseño asimétrico del rotor (por ejemplo, ranura de sujeción en portaherramientas según DIN 69871 o tornillo de sujeción en portaherramientas Weldon).
  • Distribución asimétrica de la masa debido a errores de concentricidad causados por tolerancias de fabricación, por ejemplo, concentricidad del diámetro exterior de la herramienta con respecto al cono.
  • Errores de alineación durante el montaje de un rotor formado por varios componentes, por ejemplo, husillo de fresado y portaherramientas, portaherramientas y herramienta.
  • Errores de concentricidad en los rodamientos de un rotor, por ejemplo, el rodamiento del husillo.

2. ¿Qué es el desequilibrio?

2.1 desequilibrio estático

2 theoretische grundlagen auwswuchten haimer  | © HAIMER

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.

MU = 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.
FF = fuerza centrífuga.
Valor del desequilibrio estático: U = MU • r = M • e
Unidad de desequilibrio: [U] = g • mm = kg • μm

2.2 MOMENTO DE DESEQUILIBRIO

3 theoretische grundlagen auswuchten haimer  | © HAIMER

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.

MU1, MU2 = 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).
FF1, FF2 = Fuerzas centrífugas.
MU1 = MU2.
FF1 = FF2.

2.3 desequilibrio dinámico

Combinación del deseqilibrio estático y dinámico.

  • Este es el caso normal de los rotores industriales.

3. ¿QUÉ ES EL EQUILIBRADO?

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.

3.1 equilibrado en un plano (estático)

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.

3.2 equilibrado en dos planos (dinámico)

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).

 

 

4. MEDICIÓN DEL DESEQUILIBRIO

medida principal

  • 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.

5. EQUILIBRADO DE CALIDAD G

6 theoretische grundlagem auswuchten haimer  | © HAIMER
The permissible residual unbalance can be seen in the diagram x axis: rotation speed y axis: residual unbalance in relation to the rotor weight

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.

Uper = (G•M)/n • 9549.
Uper = 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.

Ejemplo

  • Se sujeta una fresa en un portapinzas.
  • El peso total es 0.8 kg.
  • La fresa debe utilizarse a una velocidad de servicio de n = 15,000 rpm.
  • El fabricante del husillo exige un grado de calidad de equilibrado de G = 2.5.
  • Desequilibrio residual admisible Uper = 1.3 gmm.

6. PRECISIÓN ALCANZABLE

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.

Uper = M • eper
eper = Uper/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.

EL DESEQUILIBRIO TOTAL DE UN HUSILLO DE FRESADO SE VE AFECTADO POR MUCHOS FACTORES:

  • Desequilibrio del propio husillo.
  • Desequilibrio debido a errores de concentricidad en el husillo (el eje de simetría no es el eje de rotación).
  • Errores de concentricidad en los accesorios del husillo (abertura para el refrigerante, dispositivo de sujeción).
  • Deformación lateral del sistema de sujeción al apretar (muelles, barra de tracción).
  • Error de concentricidad e inclinación del portaherramientas en el husillo.
  • Desequilibrio del propio portaherramientas.
  • Error de concentricidad del tirante (desplazamiento).
  • Error de concentricidad de la herramienta.
  • Desequilibrio de los accesorios del portaherramientas (por ejemplo, tuerca de apriete).

Conclusión:

Un desequilibrio residual admisible inferior a 1 gmm no es realista en la práctica.

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