Los ejes de equilibrio se utilizan en los motores de pistón para reducir la vibración al cancelar las fuerzas dinámicas desequilibradas. Los ejes de contrapeso tienen pesos excéntricos y giran en dirección opuesta entre sí, lo que genera una fuerza vertical neta.
El eje de equilibrio fue inventado y patentado por el ingeniero británico Frederick W. Lanchester en 1907. [1] [2] Se usa más comúnmente en motores de cuatro en línea y V6 usados en automóviles y motocicletas.
Descripción general
El principio de funcionamiento de un sistema de eje de equilibrio es que dos ejes con pesos excéntricos idénticos giran en direcciones opuestas al doble de la velocidad del motor. La puesta en fase de los ejes es tal que las fuerzas centrífugas producidas por los pesos cancelan las fuerzas verticales de segundo orden (al doble de las RPM del motor) producidas por el motor. [3] Las fuerzas horizontales producidas por los ejes de equilibrio son iguales y opuestas, por lo que se cancelan entre sí.
Los ejes de equilibrio no reducen las vibraciones que experimenta el cigüeñal . [4]
Aplicaciones
Motores de dos cilindros
Numerosos motores de motocicletas, especialmente los motores bicilíndricos rectos , han empleado sistemas de eje de equilibrio, por ejemplo, los motores Yamaha TRX850 y Yamaha TDM850 tienen un cigüeñal de 270 ° con un eje de equilibrio. Un enfoque alternativo, como el que utiliza el bicilíndrico en paralelo BMW GS , es utilizar una biela "ficticia" que mueve un contrapeso con bisagras.
Motores de cuatro cilindros
Los ejes de equilibrio se utilizan a menudo en motores de cuatro en línea para reducir la vibración de segundo orden (una fuerza vertical que oscila al doble de las RPM del motor ) que es inherente al diseño de un motor típico de cuatro en línea. Esta vibración se genera porque el movimiento de las bielas en un motor de cuatro cilindros en línea de encendido uniforme no es simétrico en toda la rotación del cigüeñal; así, durante un período dado de rotación del cigüeñal, los pistones descendente y ascendente no siempre se oponen completamente en su aceleración, dando lugar a una fuerza vertical neta dos veces en cada revolución (que aumenta cuadráticamente con las RPM). [5]
La cantidad de vibración también aumenta con el desplazamiento del motor, lo que hace que los ejes de equilibrio se usen a menudo en motores de cuatro cilindros en línea con cilindradas de 2,2 L (134 pulgadas cúbicas) o más. Tanto una carrera como un diámetro mayor aumentan la vibración secundaria; una carrera más grande aumenta la diferencia de aceleración y un diámetro más grande aumenta la masa de los pistones.
El diseño de Lanchester de los sistemas de eje de equilibrio se refinó con el Mitsubishi Astron 80 , un motor de automóvil de cuatro en línea introducido en 1975. Este motor fue el primero en ubicar un eje de equilibrio más alto que el otro, para contrarrestar el par rodante de segundo orden (es decir, aproximadamente eje del cigüeñal) debido al par ejercido por la inercia provocada por los aumentos y disminuciones del régimen del motor. [6] [7]
En un motor de cuatro cilindros , las fuerzas son anuladas por los pistones que se mueven en direcciones opuestas. Por lo tanto, los ejes de equilibrio no son necesarios en los motores de cuatro cilindros.
Motores de cinco cilindros
El eje de equilibrio también se utiliza en motores de cinco cilindros en línea , como el GM Vortec 3700 .
Motores de seis cilindros
En un motor de seis cilindros en línea y un motor de seis cilindros en línea , las fuerzas de balanceo se equilibran naturalmente, por lo que no se requieren ejes de equilibrio.
Los motores V6 están intrínsecamente desequilibrados, independientemente del ángulo en V. Cualquier motor en línea con un número impar de cilindros tiene un desequilibrio primario , lo que provoca un movimiento de balanceo de extremo a extremo. Como cada banco de cilindros en un V6 tiene tres cilindros, cada banco de cilindros experimenta este movimiento. [8] Los ejes de equilibrio se utilizan en varios motores V6 para reducir este movimiento de balanceo.
Ver también
Referencias
- ^ "Frederick William Lanchester, 1868-1946" . Avisos necrológicos de miembros de la Royal Society . La Royal Society. 5 (16): 761. 1948. doi : 10.1098 / rsbm.1948.0010 . ISSN 1479-571X .
- ^ Frederick William Lanchester (31 de octubre de 1912). "US1163832A - Medios de equilibrio para motores alternativos" . Patentes de Google . Consultado el 3 de abril de 2021 .
- ^ "Equilibrio del motor y los ejes de equilibrio" . www.zzperformance.com . Consultado el 20 de agosto de 2019 .
- ^ "Sopesando los beneficios del balanceo de motores" . www.babcox.com . Archivado desde el original el 24 de febrero de 2009 . Consultado el 12 de diciembre de 2004 .
- ^ "Sacudidas de las fuerzas de los motores gemelos" , Vittore Cossalter, Dinamoto.it
- ^ Carney, Dan (10 de junio de 2014). "Antes eran fabricantes de automóviles" . Reino Unido: BBC . Consultado el 1 de noviembre de 2018 .
- ^ Nadel, Brian (junio de 1989). "Acto de equilibrio". Ciencia popular . pag. 52.
- ^ "La física de: ángulos de banco de cilindros del motor" . www.caranddriver.com . 14 de enero de 2011 . Consultado el 22 de agosto de 2019 .