Balanceo (equilibrado)

Tipos de balanceo y tolerancias

Existe la idea errónea de que los problemas de balanceo en un motor se pueden solucionar balanceando el inducido con una especificación más ajustada. A menos que también se consideren otras fuentes de desequilibrio, esto solo aumenta el costo de balancear la armadura, ralentiza la producción y, en algunos casos, termina con ensamblajes desequilibrados ruidosos. Lo que se debe hacer es ocuparse de los problemas reales y no esperar que la máquina equilibradora de inducidos haga milagros.

Las razones para balancear un motor eléctrico son: hacer que funcione de manera suave y silenciosa y asegurar la longevidad de los cojinetes del motor. Para que esto suceda, los componentes giratorios del motor deben estar balanceados. ¿Qué tan bien debe estar balanceada la armadura?

Es importante darse cuenta de que balancear la armadura del motor es solo un paso en el proceso de balanceo. Es igualmente importante considerar el balanceo de cada componente giratorio adjunto al inducido y cómo está unido cada uno de ellos. Un componente perfectamente balanceado que esté montado descentrado creará un desequilibrio.

Por ejemplo, los ventiladores de las aspiradoras a menudo están hechos con un orificio de gran tamaño. Un ventilador balanceado puede moverse hacia un lado y esto provoca un desequilibrio. El ventilador también se puede mantener en su lugar con una arandela de ajuste a presión desequilibrada que se usa como retenedor o con una tuerca que puede estar desequilibrada o tener roscas descentradas. Es posible que el eje del motor se haya agotado, lo que significa que incluso si el ventilador, la arandela y la tuerca estuvieran todos en equilibrio, el agotamiento generaría un desequilibrio.

A menudo se pone demasiado énfasis en hacer una tolerancia de desequilibrio “ajustada” para la armadura del motor, ignorando otras consideraciones de diseño.

Balanceo estático

En términos generales, si la mayor parte de la masa de un rotor se concentra en un disco de 5 a 10 veces más grande de diámetro que de espesor, el balanceo estático será suficiente. Los rotores que tienen su masa distribuida a lo largo de su eje deben balancearse dinámicamente. En el área gris entre los extremos, cada caso debe examinarse individualmente.

Si un inducido tiene una pila particularmente corta, de modo que los planos de corrección están muy juntos, tiene sentido hacer solo un balanceado de “plano único” (estático). Es poco probable que este tipo de armadura tenga una cantidad significativa de desequilibrio de “dos planos” (par).

La suma de las fuerzas en los planos de apoyo debidas al desequilibrio estático es igual a la fuerza del desequilibrio estático en el plano de corrección. Si el plano de corrección está razonablemente centrado entre los cojinetes, la mitad de la suma aparece en cada cojinete. Si el plano de corrección está más cerca de un rodamiento, aparece una fracción mayor de la fuerza en ese rodamiento. Hacer una corrección de desequilibrio estático en una sola ubicación de “plano de corrección” tendrá un efecto directo sobre el desequilibrio estático medido en los cojinetes de soporte del inducido.

Balanceo dinámico

Un inducido desequilibrado típico suele tener un desequilibrio “dinámico”. El desequilibrio dinámico es una combinación de desequilibrio “estático” y “par”. El desequilibrio dinámico sólo puede corregirse haciendo dos correcciones en el inducido, en dos “planos de corrección”. Esto no tendrá un efecto directo sobre la vibración en los planos de los cojinetes. La fuerza en los cojinetes, debido al desequilibrio del par, se reduce por la relación entre el espacio del plano de corrección y el espacio del cojinete. En otras palabras, si los planos de corrección están muy juntos y los cojinetes de soporte del inducido están más separados, una corrección de desequilibrio en los planos de corrección tendrá un efecto menor sobre el desequilibrio medido en los cojinetes de soporte.

Una forma de evitar esta confusión es establecer tolerancias de balanceo en los planos de apoyo. Otra forma es separar el desequilibrio dinámico en el inducido en desequilibrio estático y desequilibrio de par. Estos dos métodos son equivalentes por lo que se puede utilizar cualquier método.

En la actualidad, con el auge de máquinas equilibradoras basadas en computadora, es simple hacer que la computadora calcule las cantidades de corrección del desequilibrio en los planos de corrección y el desequilibrio en los cojinetes para compararlos con una tolerancia.

El aparente cambio en el desequilibrio de los pares a medida que se mueven los planos se debe a que el desequilibrio de los pares provoca una fuerza de “torsión” que hace que el eje de giro oscile alrededor de un punto del eje que se encuentra en algún lugar entre los dos cojinetes. A medida que los planos se acercan, el “brazo de palanca” del par disminuye y se requiere una cantidad mayor de par para producir el mismo efecto de oscilación.

¿Cómo establecer una tolerancia del balanceo?

La Organización Internacional de Normalización (ISO) ha desarrollado normas para su uso en el establecimiento de una tolerancia de balanceo para diferentes aplicaciones. Para seguir las pautas ISO, es necesario conocer los siguientes tres aspectos sobre la pieza a balancear:

– la clasificación de tipo general
– la velocidad de servicio máxima aproximada de la pieza de trabajo
– el peso (masa) de la pieza de trabajo

Clasificación de tipo: grados “G”

Un motor eléctrico pequeño en una aplicación no sensible a las vibraciones no necesita balancearse al mismo nivel que un motor pequeño de alta velocidad que alimenta un instrumento de precisión. La ISO ha desarrollado un sistema de clasificación “G” para diferentes aplicaciones de productos. Para armaduras, normalmente se utiliza G-1, G-2.5 y G-6.3.

El grado G-6.3 se utiliza para armaduras eléctricas pequeñas, a menudo producidas en masa, en aplicaciones insensibles a las vibraciones.

El grado G-2.5 se utiliza para pequeños motores eléctricos que necesitan funcionar con mayor suavidad.

El grado G-1 se utiliza para motores eléctricos pequeños con requisitos especiales, que necesitan funcionar aún más suavemente.

Velocidad de operación

El segundo paso es evaluar la velocidad máxima de servicio aproximada de la pieza de trabajo. Para cada nivel “G”, cuanto más rápido gira una pieza, menor debe ser el desplazamiento de vibración permisible. Lo que esto significa es que los inducidos que giran a velocidades más altas deben balancearse para obtener niveles de tolerancia de balanceo más finos.

El tercer paso para establecer una tolerancia de balanceo para una pieza de trabajo es ubicar el punto donde la línea de clasificación apropiada del rotor se cruza con la línea de velocidad máxima de servicio. El “eje y” dará entonces el desplazamiento f, lo que se conoce como “eper”.

Establecimiento de la tolerancia del balanceo

La ISO 1940 recomienda dos métodos de asignación de planos de corrección: métodos aproximados simplificados y métodos generales:

Métodos aproximados simplificados
Si la pieza de trabajo cumple con los siguientes criterios, la sección 7.3.2.1 recomienda asignar ½ de arriba a cada plano: el centro de gravedad de la pieza de trabajo está en el tercio medio del espacio del cojinete; la distancia entre los planos de corrección es mayor que un tercio y menor que la distancia entre cojinetes; los planos de corrección son esencialmente equidistantes del centro de gravedad del rotor.

Si los planos de corrección no son esencialmente equidistantes del centro de gravedad, la sección 7.3.2.2 describe un método para asignar una proporción de arriba a cada plano, permitiendo que el plano más cercano al centro de gravedad tenga una proporción mayor. La relación entre las tolerancias en los planos de corrección no debe exceder de 0,7: 0,3 (no más de 0,8 en el plano más cercano al centro de gravedad, no menos de 0,3 en el plano más alejado del centro de gravedad).

Si la distancia entre los planos de corrección es menor que 1/3 del espacio del rodamiento, se reduce el efecto del desequilibrio de par. En consecuencia, la sección 7.3.2.3 describe un método para asignar tolerancias de desequilibrio estático y de par separados. En este caso, a medida que la distancia entre los planos de corrección disminuye en relación con la distancia entre los planos de apoyo, aumentan las tolerancias de desequilibrio de par. De hecho, si los planos están lo suficientemente cerca, la tolerancia de desequilibrio de par para cada plano puede exceder fácilmente la propia. Por otro lado, a la tolerancia para el plano de desequilibrio estático seleccionado arbitrariamente se le asigna una proporción superior en función de la distancia entre este plano y el rumbo más alejado. A medida que aumenta la distancia entre el plano estático y el rodamiento más lejano con respecto al espacio total del rodamiento, menor es la proporción de superposición asignada a ese plano.

Métodos generales
La sección 7.3.3 de la norma ISO 1940 ofrece dos métodos de asignación de arriba a los planos de corrección. El primer método (7.3.3.1) se aplica a todos los rotores. El segundo método (7.3.3.2) se aplica al caso específico de los rotores donde la distancia entre los planos de corrección es menor que el espacio del cojinete. Ambos métodos requieren cierta toma de decisiones, lo que supone cierto conocimiento de cómo el balanceo afecta la pieza de trabajo en su aplicación de servicio.

La sección 7.3.3.1 implica calcular las tolerancias de desequilibrio determinando (algo arbitrariamente) dos relaciones: “k”, una relación entre el desequilibrio admisible en un plano de referencia y superior, y “R”, una relación entre el desequilibrio admisible en un plano y el del plano superior. Después de factorizar las ubicaciones de los planos, el espaciamiento y la distancia entre cojinetes, el desequilibrio más bajo obtenido de cuatro ecuaciones separadas se asigna a los dos planos utilizando una de las relaciones.

La sección 7.3.3.2 aborda el problema particular de las piezas de trabajo donde los planos de corrección están significativamente más cerca que el espacio del cojinete. Para resolver este problema, la sección 7.3.3.2 hace dos sugerencias: asignar los planos de corrección en la misma proporción en que se asigna la carga dinámica permisible a los rodamientos; medir el desequilibrio en los cojinetes de servicio. Recuerde que a medida que disminuye la distancia entre los planos de corrección, el efecto del desequilibrio de par (desequilibrio 180 grados desfasados ​​en dos planos) en los cojinetes de servicio también disminuye. Sin embargo, la distancia entre planos no cambia el efecto del desequilibrio estático en los cojinetes. En consecuencia, utilizando los métodos en 7.3.3.2, se puede medir el desequilibrio estático con la misma facilidad, acoplar el desequilibrio más fácilmente y evaluar el efecto del desequilibrio en los rodamientos de servicio en proporción a las cargas dinámicas permisibles de los rodamientos.

No es rentable balancear un inducido con una tolerancia extremadamente fina y luego montar componentes adicionales que no se balancearon con un grado similar de precisión, o montar componentes adicionales sin seleccionar los ajustes y espacios libres adecuados para controlar el desequilibrio que será causado porque la pieza adicional no se mantiene concéntrica con la armadura.

Balancear la armadura con una tolerancia más fina de la necesaria no compensará el desequilibrio creado al montar componentes menos precisos en la armadura.

Fuente: https://www.hinesindustries.com/resources/articles/131-establishing-balance-tolerances-for-armatures

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