Un amortiguador armónico es un dispositivo instalado en el extremo libre (accionamiento accesorio) del cigüeñal de un motor de combustión interna para contrarrestar las vibraciones de torsión y resonancia del cigüeñal. Este dispositivo debe ajustarse por interferencia al cigüeñal para que funcione de manera eficaz. Un ajuste de interferencia asegura que el dispositivo se mueva en perfecto paso con el cigüeñal. Es esencial en motores con cigüeñales largos (como motores rectos de 6 , rectos de 8 ) y motores V8 con bielas de plano cruzado, o motores V6 y rectos de trescon orden de disparo desigual. Los armónicos y las vibraciones de torsión pueden reducir en gran medida la vida útil del cigüeñal o causar una falla instantánea si el cigüeñal funciona a través de una resonancia amplificada. Los amortiguadores están diseñados con un peso (masa) y un diámetro específicos, que dependen del material / método de amortiguación utilizado, para reducir el factor Q mecánico o las resonancias húmedas del cigüeñal. Un equilibrador armónico (a veces amortiguador de cigüeñal , amortiguador de torsión o amortiguador de vibraciones) es lo mismo que un amortiguador armónico excepto que el equilibrador incluye un contrapeso para equilibrar externamente el conjunto giratorio. El equilibrador armónico a menudo sirve como polea para las correas de transmisión de accesorios que hacen girar el alternador, la bomba de agua y otros dispositivos accionados por cigüeñal. [1]
Necesitar
La necesidad de un amortiguador dependerá de la antigüedad del diseño del motor, su fabricación, la resistencia de los componentes, la banda de potencia utilizable, el rango de revoluciones y, lo más importante, [ cita requerida ] la calidad del ajuste del motor. La melodía del motor, especialmente en aplicaciones controladas por computadora, puede tener un efecto dramático en la durabilidad, [ cita requerida ] la agresividad de la melodía pone al motor en riesgo de detonación que puede ser catastrófica para todos los componentes del ensamblaje giratorio. Los modernos DOHC (aproximadamente 1988+), SOHC plano 4, plano 6, plano 8 y plano V8 no necesitan este dispositivo. Con o sin la presencia de un amortiguador, un cigüeñal actuará como un resorte de torsión hasta cierto punto. Los impulsos aplicados al cigüeñal por las bielas "enrollarán" este resorte, que responderá (como un sistema resorte-masa ) desenrollando y rebobinando en la dirección opuesta. Este devanado del cigüeñal generalmente se amortiguará de forma natural. Sin embargo, a ciertas velocidades de rotación del cigüeñal, dicho devanado puede superponerse con la frecuencia de resonancia natural del cigüeñal, aumentando así la amplitud de la frecuencia y posiblemente provocando daños en el cigüeñal.
Movimiento torsional del cigüeñal y armónicos.
Cada vez que se dispara un cilindro, la fuerza de la combustión se transmite al muñón del vástago del cigüeñal. El muñón de la barra se desvía en un movimiento de torsión hasta cierto punto bajo esta fuerza. Las vibraciones armónicas resultan del movimiento de torsión impartido en el cigüeñal. Estos armónicos son una función de muchos factores, incluidas las frecuencias creadas por la combustión real y las frecuencias naturales que producen los metales bajo las tensiones de la combustión y la flexión. En algunos motores, el movimiento de torsión del cigüeñal a ciertas velocidades puede sincronizarse con las vibraciones armónicas, provocando una resonancia . En algunos casos, la resonancia puede estresar el cigüeñal hasta el punto de agrietarse o fallar por completo.
Contrarrestar el movimiento de la manivela torsional y la vibración armónica
El equilibrador de armónicos ayuda a minimizar los armónicos y la resonancia del cigüeñal de torsión. El amortiguador está compuesto por dos elementos: una masa de inercia y un elemento disipador de energía. Muy a menudo hecho de caucho, este elemento puede estar compuesto por un elastómero sintético, un embrague, un resorte o un fluido. La masa contrarresta los movimientos torsionales de la manivela y, junto con el elemento disipador de energía, absorbe las vibraciones armónicas.
Construcción
Un amortiguador OEM consta de una masa exterior unida / vulcanizada a un cubo interior. Un amortiguador de rendimiento del mercado de accesorios consiste en una masa que está unida / montada a una carcasa (acero, aluminio, titanio, etc.) según los diferentes tipos de amortiguador y donde la masa se controla de manera diferente. Los tres primeros utilizan tecnología más antigua; Primero está el amortiguador de tipo líquido que rodea la masa sumergida en la carcasa que luego se une o suelda. En segundo lugar está el tipo de junta tórica que rodea la masa con una serie de juntas tóricas mientras se asienta en su alojamiento. En tercer lugar está el tipo de fricción que tiene embragues y un resorte que actúa sobre la masa dentro de la carcasa exterior. El cuarto es el tipo más nuevo en el que la masa se asienta y se adjunta un anillo de elastómero que luego se une a la carcasa exterior. El cigüeñal y el amortiguador juntos se convierten (en su respuesta torsional) nuevamente en un sistema resorte-masa-amortiguador que solo puede ocurrir cuando los dos encajan por interferencia.
Diseño del motor, materiales y otros factores
Con el tiempo, el desarrollo del motor ha avanzado continuamente en casi todas las áreas desde el material, la operación y la función. Muchos de los avances fueron liderados por los fabricantes japoneses, ya que han hecho de la calidad y la durabilidad la piedra angular de sus programas. Los japoneses avanzaron en la proliferación de cigüeñales forjados con conjuntos rotativos con balance de 0 gramos. Los cigüeñales forjados son mucho más fuertes y son significativamente menos propensos a exhibir un movimiento torsional perjudicial del cigüeñal que también mitiga las frecuencias armónicas. Esta progresión también ha visto la adición de vástagos y pistones forjados inicialmente en motores de inducción forzada y más recientemente en motores de aspiración normal. La adición de estos componentes forjados adicionales aumenta la rigidez del motor, lo que reduce aún más la preocupación por el daño del cigüeñal. Con la llegada del diseño asistido por computadora y el análisis de elementos finitos, los fabricantes ahora pueden encontrar y rediseñar áreas más débiles. Independientemente de algunas de estas mejoras, ciertos motores, como el V8 tradicional, tienen un orden de encendido propenso a armónicos excesivos por naturaleza, lo que requiere el uso de este dispositivo. El V8 plano, utilizado tradicionalmente en motores más exóticos, no sufre de armónicos excesivos y, por lo tanto, puede utilizar un dispositivo sólido sin amortiguación. Los modernos DOHC (aproximadamente 1988+), SOHC Flat 4, Flat 6, Flat 8, Flat Plane V8 no necesitan este dispositivo. A lo largo de los años, muchos de estos motores utilizan una polea de manivela sólida de hierro fundido o aluminio o un amortiguador NVH audible (lo que reduce el ruido del motor que se escucha en el compartimento de los ocupantes). El NVH audible ha sido el factor más importante en las decisiones de los fabricantes de equipos originales en todo el vehículo. Además, las poleas de estos motores están montadas sueltas con un ajuste de ubicación que anula cualquier posibilidad de actuar como amortiguador protector del motor.
Identificación
El amortiguador se instalará en la parte delantera del motor (opuesto al embrague o la transmisión ) justo más allá de la cubierta de la cadena de distribución, los engranajes o la correa, y detrás de la polea motriz accesoria (que puede llevar una o más V, serpentina o correas dentadas.) En los vehículos más antiguos, la polea y el amortiguador eran unidades separadas que estaban atornilladas juntas. En los vehículos de último modelo, los dos se han combinado en una sola unidad. Las marcas de sincronización casi siempre están grabadas con el fin de establecer la sincronización del encendido.
Mantenimiento
Los amortiguadores de equipo original se fabrican predominantemente con caucho como agente de unión entre el buje interior y la masa exterior. El caucho es susceptible a factores operativos y ambientales. El caucho solo tiene una capacidad finita para resistir las temperaturas de funcionamiento más cualquier fluido que pueda llegar al amortiguador. También son susceptibles a las bajas temperaturas que pueden hacer que el caucho se vuelva quebradizo. Cualquier agrietamiento del elastómero (caucho) sería un indicador inmediato de la necesidad de reemplazar la unidad. Los amortiguadores de equipo original deben estar equilibrados, a menos que actúen como un equilibrador externo (Harmonic Balancer), ya que la calidad de los materiales (generalmente hierro fundido o sinterizado) no se prestan a especificaciones de equilibrio aceptable / perfecto directamente desde la fabricación. La mayoría de los amortiguadores del mercado de accesorios son reconstruibles, excluyendo el tipo de fluido. Cuando se utilizan en carreras (arrastre, pista circular, carrera en carretera, etc.), requieren una inspección regular para garantizar su correcto funcionamiento. Cuando se utiliza en vehículos que circulan por la vía pública, el fabricante del amortiguador puede proporcionar intervalos de inspección y servicio basados en los detalles del motor en el que se utiliza el amortiguador.
Efectos de la remoción
Se sabe que algunos entusiastas del rendimiento eliminan el equilibrador armónico, creyendo que su masa reduce el rendimiento del motor. La extracción de este dispositivo de un motor tradicional es muy arriesgada debido a la posibilidad de dañar el cigüeñal. Si el dispositivo tiene un peso sobre él para equilibrar el conjunto giratorio, los efectos se pueden sentir de inmediato y podrían ser catastróficos. [ cita requerida ]
Invención original
Tanto Frederick Henry Royce como Frederick W. Lanchester tienen fuertes reclamos sobre la invención del amortiguador de vibraciones, y las últimas investigaciones muestran que Rolls-Royce usa un amortiguador de vibraciones (fricción) deslizante del cigüeñal en sus modelos 1906 30HP ; sin embargo, Royce no lo había presentado para patente. Lanchester había desarrollado un diseño viscoso teórico de placas múltiples en 1910 (patente 21.139, 12 de septiembre de 1910). Royce desarrolló un amortiguador viscoso en 1912 que luego se desarrolló aún más y se trasladó al motor B60 de la década de 1950. [2]
Ver también
Referencias
- ^ "Car Talk", marzo de 2000 , consultado el 10 de diciembre de 2009 .
- ^ Royce y el amortiguador de vibraciones. Tom C Clarke, 2003, ISBN 1-872922-18-X