Equilibrado



Las motos se diferencian de otros tipos de vehiculos —como por ejemplo los automoviles— en que, por razones obvias de limitacion de peso y espacio, tienen que adoptar en ocasiones soluciones de compromiso a la hora de resolver problemas como el equilibrado. Es mencionado que un motor esta equilibrado si, durante el regimen estacionario —que es aquel que se caracteriza porque el regimen se mantiene constante en el tiempo, es decir, se circula al mismo regimen durante un tiempo prolongado— transmite unas fuerzas a sus soportes de valor y direccion fijos.
El caso contrario, se traducira en la generacion de ruidos y vibraciones.
En los autos se suele usarse amortiguadores llamados silent-blocks en los apoyos del grupo propulsor, de forma que al conductor reciba el menor numero posible de perturbaciones mecanicas. Estos consisten en sencillos bloques de caucho que reemplazan a los antiguos anclajes rigidos, dando un excelente resultado. La solucion mencionada es escasamente usada en las motocicletas, y cada vez menos dadas las funciones estructurales que el motor ha de prestar en gran numero de ellas. Asi al no ser facil el ocultarlas, los constructores estan obligados a emplear numerosos refinamientos mecanicos con objeto de bajar en lo posible las molestas vibraciones que la mayor parte de los motores producen.
Dichas vibraciones son causantes del debilitamiento de las uniones atornilladas, de sobrecargas en determinadas piezas que aumentan su desgaste y de otros fenomenos indeseables, incluyendo la incomodidad de la conduccion producida por las continuas sacudidas.

Equilibrado de un motor

Teniendo en cuenta que para analizar con rigor los numerosos aspectos involucrados en esta materia se necesitan solidos conocimientos de fisica, se tratara una aproximacion al problema sin incurrir en complicaciones excesivas ni tampoco en simplificaciones sin sentido.

Las acciones, fuerzas y momentos o pares que aparecen durante el funcionamiento de un motor alternativo en regimen constante pueden clasificarse en externos e internos. Entre los llamados externos se hallan el peso de el motor, las fuerzas de reaccion de los gases de escape y de los liquidos en movimiento y el par resistente del medio exterior al giro del cigüeñal.

Las acciones internas seran las fuerzas de inercia de las masas con movimiento alternativo como el piston y parte de la biela, las centrifugas de las masas con movimiento rotativo como el cigüeñal y la parte de la biela unida a el, y el propio par motor, que aparece en la figura.

Tanto las acciones externas como las internas pueden estar equilibradas o no. Muchas de estas que hemos nombrado tienen escasa influencia por diversas causas, por lo que los constructores se esmeran en eliminar los desequilibrios mas importantes. Como consecuencia el origen de la falta de equilibrio de un motor se reduce a las fuerzas de inercia de las masas en movimiento alternativo que varian periodicamente en magnitud y sentido. Por poner un ejemplo en este sentido, si se estudia el movimiento del piston, puede comparse que cuando esta llegando al PMS, se debe generar una fuerza que frene su carrera ascendente.

Esta fuerza se establece en el apoyo del cigüeñal, que tiende a ascender durante el proceso de frenada. De igual forma en la carrera descendente el apoyo tiende a bajar, estableciendose una secuencia de oscilaciones verticales.
La otra gran causa de las vibraciones son las fuerzas centrifugas, debidas a las masas con movimiento giratorio que cambian en todo momento de direccion.

Como otro ejemplo la muñequilla del cigüeñal que es la zona donde se unen este y la biela esta girando en todo momento. Por esta razon se establece una fuerza centrifuga que tiende a desplazarla hacia el exterior, y que debe ser compensada de nuevo por el apoyo de la manivela, que entonces tendera a realizar un movimiento circular Finalmente, el par motor, cuya magnitud es variable con el tiempo, tendera a hacer girar el apoyo del cigüeñal sobre si mismo, como oposicion al cambio del regimen establecido.

La composicion de los 3 movimientos oscilantes, da lugar a vibraciones bastante complejas y dificiles de evitar en una amplia gama de revoluciones.

En la practica, se tomara como equilibrado un motor que garantize un grado tolerable de desequilibrio. Eso se logra seleccionando el numero de cilindros, una disposicion de los mismos y de las muñequillas del cigüeñal apropiadas, asi como usando contrapesos e incluso arboles completos para tal fin.
Para que todo funcione segun lo previsto, las piezas de el motor deben fabricarse en conformidad con unas ciertas tolerancias en sus masas y en sus dimensiones.

Es decir, que se deben asegurar masas iguales en los grupos de pistones pertenecientes a un mismo motor, iguales masas e identica disposicion de los centros de gravedad de las bielas, y el equilibrado estatico y dinamico del cigüeñal.

El equilibrado de las fuerzas de inercia de las masas giratorias del mecanismo bielamanivela, se consigue colocando masas giratorias en las manivelas, de tal forma que se cumplan las 2 condiciones siguientes: primera, que el centro de gravedad del sistema reducido formado por el cigüeñal y la masa giratoria de la biela se encuentre en el eje de rotacion; segunda, que la suma de los momentos de las fuerzas centrifugas de inercia de las masas giratorias respecto de cualquier punto del eje del cigüeñal sea nula.
El cumplimiento de la primera condicion se obtiene añadiendo masas en las posiciones diametralmente opuestas llamadas contrapesos o guitarras, por la forma caracteristica que adopta el cigüeñal, y se comprueba montando el cigüeñal sobre prismas, de modo que, una vez apoyado sobre ellos, no gire, de modo parecido al equilibrado de una rueda. La consecuencia de esta operacion es que la resultante o suma de todas las fuerzas de inercia que provocan esfuerzos centrifugos es nula. Hay varios tipos de contrapesos como se aprecia en la figura, dependiendo de caracteristicas como el tipo de motor, de engrase, etc.

El cumplimiento de la segunda, cumpliendose la primera, se asegura mediante el equilibrado dinamico, el cual se comprueba haciendo girar el cigüeñal en maquinas equilibradoras. La suma de las 2 condiciones se puede resumir en lograr que este gire en tomo a lo que es llamada su eje principal de inercia, es decir, que el eje de inercia coincida con el de giro.

En la figura aparece un cigüeñal de una sola manivela, la suma de las fuerzas centrifugas desarrolladas por los 2 contrapesos F/2 en cada una tendra que ser igual y de direccion contraria a la fuerza centrifuga sin ellos F.

En el de 2 codos, el momento creado por las fuerzas centrifugas de 2 contrapesos Fv debe equilibrar el momento creado por las fuerzas centrifugas que aparecen durante la rotacion de 2 manivelas, que sera la fuerza de inercia Fr, multiplicada por la distancia entre las muñequillas a.

Por lo tanto Fr x a debe ser igual a Fv x b. Los cigüeñales simetricos de codos multiples de los motores multicilindricos generalmente son equilibrados en conjunto sin poner contrapesos.

Aunque, frecuentemente se dotan de ellos, con la finalidad de disminuir los momentos que flexionan el cigüeñal, y descargar los cojinetes principales.

Los contrapesos aseguran tambien una distribucion mas uniforme de la presion alrededor del muñon de bancada, como puede apreciarse en la figura.

En los cigüeñales asimetricos de manivelas multiples, el equilibrado dinamico resulta posible solo colocando contrapesos.


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