EQUILIBRADO DINÁMICO.

El proceso de equilibrado dinámico en un servo motor, un electromandrino o un spindle, en definitiva, en motores de altas revoluciones, es una técnica utilizada para reducir las vibraciones y mejorar la precisión y estabilidad del sistema. Se trate de un ajuste fino que realizaremos después de haber equilibrado el rotor de forma aislada.

El proceso de equilibrado de un eje es el que realizamos para eliminar o corregir las fuerzas o momentos de inercia indeseados que se genera en mecanismos que giran.

Un servo motor es un dispositivo electromecánico que utiliza la retroalimentación de posición para controlar con precisión la posición, velocidad y aceleración de un mecanismo. El equilibrado dinámico, aunque se puede realizar en cualquier servomotor, se vuelve especialmente relevante en aplicaciones donde se requiere un control preciso y una operación suave. Este proceso es especialmente importante cuando nos referimos a mandrinos y spindles. En GDM disponemos de una sala perfectamente acondicionada para realizar estos ensayos con todas las garantías, ya os hemos hablado de ella en otros artículos.

Equilibrado estático-dinámico.

Empecemos este artículo centrando el concepto de equilibrado estático. Podemos considerar el equilibrado estático como una propiedad de las piezas mecánicas. Cuando se produce el desequilibrio debemos calcular la magnitud y la localización de este. En piezas cuyas dimensiones axiales sean pequeñas como es el caso de engranajes, levas, ruedas y poleas podemos llegar a considerar que la masa de las piezas se concentra en un plano.

En un rotor, suponiendo que se coloquen dos masas iguales en los extremos opuestos, dichas masas ejercerán una fuerza que tenderá a mover el rotor en el caso de presentar un desequilibrio estático.

Hay que tener en cuenta que, aunque un rotor esté equilibrado estáticamente, puede presentar un desequilibrio dinámico, que se producirá solamente cuando el rotor esté girando.

En movimiento las fuerzas de inercia debidas a las masas darán lugar a un par de fuerzas que podrían provocar el desequilibrio dinámico. Por lo tanto, podemos concluir que un equilibrado estático no es suficiente para garantizar el equilibrado dinámico de un rotor.

Para conseguir el equilibrado dinámico deberemos actuar en dos planos. En los rotores las fuerzas centrífugas que aparecen debidas al desequilibrio crean un par de fuerzas. El objetivo del equilibrado es medir ese par de fuerzas para crear otro de la misma magnitud y de sentido contrario. Para ello, como veremos a lo largo del artículo, añadiremos o eliminaremos masa en dos planos cualesquiera llamados planos de corrección. Los rotores necesitan tanto del equilibrado estático como del dinámico. Para ello necesitamos conocer con precisión tanto la cantidad de masa como la posición de esta en los dos planos de corrección.

Gracias al equilibrado dinámico se consigue dar solución óptima a los desequilibrios y vibraciones, es decir a las perturbaciones de origen mecánico.

Por qué el calificativo “dinámico”.

Como os hemos dicho, el primer paso será el equilibrado del rotor, para posteriormente pasar a un equilibrado más fino con el motor en movimiento real. El término “dinámico” en el contexto del equilibrado dinámico de un servomotor se refiere a la naturaleza en movimiento y la interacción de fuerzas durante el funcionamiento del motor. En sistemas mecánicos como servomotores, existen componentes rotativos (como ejes, rotores, discos) que giran a altas velocidades para generar movimiento. Estos componentes pueden tener pequeñas desviaciones en su distribución de peso, lo que a su vez puede causar desequilibrios cuando el sistema está en funcionamiento.

El equilibrado dinámico lo podemos considerar como un segundo paso. Se centra en abordar estos desequilibrios durante la operación real del motor, considerando las fuerzas centrífugas y las aceleraciones que ocurren cuando las partes rotativas giran a alta velocidad. Al utilizar el término “dinámico” en el equilibrado, se enfatiza la necesidad de abordar las condiciones reales de operación y las fuerzas en juego durante el funcionamiento del motor.

Esto implica que el proceso de equilibrado considera tanto la distribución de peso estático como las variaciones que pueden ocurrir cuando las partes rotativas están en movimiento. El objetivo es minimizar las vibraciones y fuerzas indeseadas que puedan afectar la precisión, la estabilidad y la vida útil del motor en situaciones reales de uso.

El motor instalado en la máquina.

Aunque consideramos como dinámico al hecho de realizar las mediciones de equilibrado con el motor en funcionamiento, es posible un análisis más exacto con el servomotor instalado en la máquina y en condiciones reales de trabajo. Esto será necesario cuando el equipo interacciona con otros elementos en la máquina que puedan interferir en el equilibrio del equipo.

Es decir, el término “dinámico” en “equilibrado dinámico” hace referencia a la atención que se presta a las condiciones de movimiento y las fuerzas generadas durante el funcionamiento real del servomotor. El objetivo será asegurar un rendimiento suave, preciso y confiable en aplicaciones industriales y de control de movimiento.

En esencia, el proceso de equilibrado dinámico implica identificar y corregir las desviaciones en la distribución del peso en el rotor del servo motor. Esto desde el análisis del rotor de forma individual, hasta el momento de su instalación en máquina. Estas desviaciones pueden generar desequilibrios que, cuando el motor gira a alta velocidad, generan fuerzas centrífugas que causan vibraciones y, en casos extremos, pueden afectar la precisión del sistema y dañar los componentes. En concreto, los elementos más susceptibles de sufrir daños son los rodamientos, en motores de precisión estos elementos tienen vital importancia al tratarse de rodamientos de contacto angular de alta precisión. Y por supuesto, la primera implicación de estas vibraciones afectará al proceso de mecanizado con herramienta o a la exactitud de movimientos en el caso de una máquina de línea.

El proceso de equilibrado.

El proceso de equilibrado dinámico generalmente se lleva a cabo de la siguiente manera:

• Identificación del desequilibrio:

Se detecta la presencia de desequilibrios midiendo las vibraciones mediante métodos de diagnóstico como es el caso de los equipos portátiles de medición de equilibrado dinámico.

• Análisis de la ubicación del peso no equilibrado:

Una vez realizadas las mediciones, se puede determinar con exactitud en qué parte del rotor se encuentra el peso no equilibrado que está causando las vibraciones.

• Aplicación de contrapesos:

Se agregan contrapesos en lugares estratégicos del rotor para contrarrestar el peso no equilibrado. Estos contrapesos se colocan de manera precisa para eliminar las fuerzas centrífugas indeseadas. También es posible la eliminación de materia mediante mecanizado del eje o rotor, con el objeto de conseguir ese equilibrio.

• Verificación:

Después de aplicar los contrapesos, se realiza una nueva medición para verificar si las vibraciones se han reducido. En caso necesario, se pueden hacer ajustes adicionales.

Cuando realizar el equilibrado dinámico.

El equilibrado dinámico se utiliza en situaciones en las que las vibraciones y el desequilibrio pueden tener efectos negativos, en primer lugar sobre los rodamientos, y en consecuencia en el trabajo de la máquina. Ejemplos claros son la industria de la manufactura, la robótica, la industria aeroespacial, la automatización industrial y los sistemas de alta precisión en general.

Ha quedado claro la finalidad del equilibrado, pero vamos enumerar los objetivos de esta prueba que son básicamente cuatro:

• Reducción de vibraciones:

El equilibrado dinámico ayuda a minimizar las vibraciones en el sistema, lo que puede aumentar la vida útil de los componentes y mejorar la calidad del producto final en aplicaciones donde la precisión es crucial.

• Mejora de la precisión:

Al eliminar las fuerzas centrífugas no deseadas, se logra un movimiento más suave y preciso del servo motor, lo que es esencial en aplicaciones como la maquinaria de procesamiento y las máquinas herramienta. Al conseguir una mejora logrando movimientos suaves y precisos alargaremos la vida útil de los rodamientos.

• Prevención de daños:

Las vibraciones y los desequilibrios pueden causar desgaste prematuro de los componentes mecánicos y electrónicos, lo que puede llevar a costosos tiempos de inactividad y reparaciones. El equilibrado dinámico ayuda a prevenir estos problemas. Especialmente importante es la influencia negativa de las vibraciones sobre los rodamientos en equipos de alta precisión. Los rodamientos requieren de especiales cuidado de mantenimiento y un correcto equilibrado es la base de ello.

• Cumplimiento de requisitos de calidad:

En muchas aplicaciones industriales y de manufactura, los estándares de calidad exigen niveles mínimos de vibración y precisión. El equilibrado dinámico ayuda a cumplir con estos requisitos.

Sistemas de medición y equilibrado.

Vamos a hacer un punto y aparte para hablar de los diferentes sistemas y herramientas de realización del equilibrado. Antes de hacer frente al equilibrado dinámico deberíamos realizar el equilibrado del rotor. Este sería realmente el primer paso. En motores que no llevan elementos añadidos sobre el rotor este proceso sería suficiente. Por contra, en servomotores y especialmente en mandrinos y spindles después de haber equilibrado el rotor deberemos hacer frente a un equilibrado dinámico, como un proceso más fino.

En el mercado existen diferentes tipos de herramientas y sistemas para poder realizar el proceso de equilibrado de forma profesional y fiable. Como ya os hemos comentado en nuestra sala de reparación de spindles y mandrinos disponemos de todos los sistemas necesarios para afrontar estos procesos con todas las garantías. Las herramientas más importantes en los procesos de equilibrado son:

• Analizadores de Vibraciones:

Estos dispositivos detectan y cuantifican las vibraciones en un servomotor. Pueden proporcionar datos sobre la amplitud y frecuencia de las vibraciones, lo que es esencial para identificar desequilibrios.

• Software de Análisis de Vibraciones:

Se utiliza para procesar y analizar los datos recopilados por los analizadores de vibraciones. Pueden proporcionar gráficos y tendencias que ayudan a determinar la naturaleza del desequilibrio. Estos software llegan a identificar los puntos exactos donde actuar para corregir el desequilibrio. La forma de hacerlo es mediante añadido o eliminación de materia. Es decir, añadiendo contrapesos ajustables o removibles que permitan el equilibrio de masas. También se puede recurrir a la eliminación de materia mediante taladros, con el objeto de conseguir el mismo efecto.

• Balancing Machines (Máquinas de Equilibrado):

Estas máquinas son específicamente diseñadas para el equilibrado de motores y otros componentes rotativos. Pueden ser máquinas horizontales o verticales y están equipadas con sensores y software para realizar mediciones precisas.

• Sistemas de Alineación de Ejes:

Aseguran que el eje del motor esté perfectamente alineado, lo cual es esencial para evitar vibraciones innecesarias y desgaste prematuro.

• Instrumentación de Prueba y Medición:

Incluye una variedad de sensores, transductores y dispositivos de medición que se utilizan para recopilar datos durante el proceso de equilibrado.

Algunos sistemas y máquinas CNC incorporan sensores con la capacidad de informar sobre el desequilibrado del equipo. Estos dispositivos pueden llegar a detectar desequilibrios en la herramienta, en el caso de motores de mecanizado, llegando a parar el equipo una vez identificada la anomalía. Estos sistemas están permanentemente recopilando datos sobre el giro para identificar el desequilibrio.

 

El proceso de equilibrado dinámico en un servo motor es esencial para garantizar un funcionamiento suave, preciso y confiable en aplicaciones donde la vibración y el desequilibrio pueden tener un impacto negativo en la calidad y el rendimiento del sistema. Si crees que necesitas nuestra ayuda para el equilibrado de tus spindles o mandrinos puedes preguntarnos desde ESTE FORMULARIO.