Orden de Vibración de la Flecha Cardán

Las vibraciones también puede determinarse como de “primer orden”, “segundo orden” y así sucesivamente. El “orden” de la vibración es simplemente la cantidad de “golpes” que produce por revolución. Imagínese una llanta con una bola en la banda de rodamiento. Cada vez que la llanta gira, se puede sentir la “protuberancia” cuando esa bola golpea la superficie del camino. Esa es una vibración de primer orden. Si en una llanta hay dos bolas ubicadas en dos lugares diferentes, entonces se pueden sentir dos golpes por cada revolución de esa llanta. Esa es una vibración de segundo orden. Tres burbujas resultarían en una vibración de tercer orden, y así sucesivamente.

Es importante recordar que si se realiza una medición y un cálculo donde estos no se ajustan exactamente a ningún componente en el primer orden, será necesario comenzar a observar las vibraciones en el segundo orden y así sucesivamente.

Los motores tienen un orden preestablecido a sus vibraciones. Ese orden es igual a la mitad del número de cilindros que tiene un motor. Esto se debe a que por cada revolución de un motor, la mitad de sus cilindros se enciende, produciendo un “golpe” por cada encendido. Un motor de cuatro cilindros tiene una vibración de segundo orden; un motor de seis cilindros tendrá una vibración de tercer orden, y así sucesivamente.

Clasificando la Vibración

Durante la prueba de manejo, la vibración debe clasificarse en relación con la velocidad del vehículo o la velocidad del motor.

Para determinar si una vibración está relacionada con la velocidad del vehículo o del motor, lo más fácil es dejar la transmisión en neutral y dejar que el vehículo ruede hasta que la vibración sea más notable. Si la vibración continúa, entonces la vibración puede estar relacionada con la velocidad del vehículo. Del mismo modo, si la vibración disminuye, la vibración está relacionada con la velocidad del motor.

Es muy importante saber si la vibración está relacionada con la velocidad del vehículo o del motor para determinar en qué componente (s) se debe sospechar.

Herramientas de Medición de la Vibración

Cuando se trata de herramientas de medición de vibraciones, ciertamente se obtiene lo que se paga.

Las herramientas de elección son los analizadores de vibración electrónicos (que son los que verá en este artículo). Las versiones más simples proporcionan Hz, rpm (Hz por 60) y amplitud. La más sofisticada de las herramientas llega incluso a nombrar los componentes sospechosos. Cuando use las versiones más simples de un analizador de vibraciones, también es aconsejable usar un software especial de análisis de vibraciones en su PC que realice los cálculos por usted y apunte directamente a las partes sospechosas.

Con cualquier herramienta de medición de vibraciones, siempre realice sus mediciones bajo las condiciones en que la vibración es más notable. Luego, siempre anote la velocidad del vehículo y las rpm del motor que corresponden con el momento exacto en que se registra la frecuencia de vibración. Además, para obtener los mejores resultados, realice las mediciones en lugares del vehículo donde la vibración se pueda sentir mejor, como rieles de los asientos, la columna de la dirección y la base del piso. Tomar medidas directamente de la fuente de la vibración puede dar como resultado lecturas inexactas.

Cálculo de Frecuencias Naturales y Pruebas del Mundo Real

Un analizador de vibraciones proporciona una frecuencia y amplitud del componente que está vibrando. Todo tiene una frecuencia preestablecida que emite cuando vibra. La frecuencia medida es una huella digital del componente que está causando el problema.

Empecemos con las llantas. Para calcular la frecuencia de una llanta desde cero, primero calcule el diámetro de la llanta. Esto se puede hacer con una tabla de tamaños. Por ejemplo, una llanta 255/70R16 mostraría un diámetro total de 30”.

Para encontrar las rpm de la llanta, debe calcular la circunferencia (trate de usar un calculador de tamaño de las llantas en internet o use π x diámetro). Esto le dará una circunferencia de 94.4”. Luego divida las 63,360 (pulgadas en una milla) entre 94.4”. Las revoluciones por milla son 692. Ahora podemos determinar la frecuencia, o revoluciones por segundo, dividiendo entre 60 para obtener una respuesta de 11.5 Hertz. Al usar esta fórmula, le proporcionará una lectura en Hertz para la llanta que vibra a aproximadamente 60 mph.

La llanta que se menciona aquí producirá una vibración de primer orden con una lectura de 11 Hz a 12 Hz si ésta fuera la fuente de vibración a velocidad de carretera. Si hay dos bolas en la llanta, se generará una lectura de vibración de segundo orden entre 22 Hz y 24 Hz.

Ahora que se tiene la frecuencia de las llantas, se puede calcular la vibración de la flecha cardán de la transmisión para un vehículo con tracción trasera. En primer lugar, se debe obtener la relación del eje trasero. Luego multiplique la relación del eje por la frecuencia de primer orden de la llanta. La relación será 1:3.08. Entonces, 3.08 x 11.5 Hz nos da 35.42 Hz. Por lo tanto, a velocidad de carretera, una flecha cardán desbalanceada en este vehículo producirá una lectura entre 35 Hz y 36 Hz a aproximadamente 60 mph. Si la flecha cardán de la transmisión estuviera torcida de manera que generara una vibración de segundo orden, leeríamos entre 70 Hz y 72 Hz. Sin embargo, recuerde que esto es para la flecha cardán de la transmisión con tracción trasera, RWD y no para los semiejes FWD.

Siempre una simple condición de desbalance producirá solo una vibración de primer orden. Para tener una condición de segundo orden o más vibración, algo tiene que estar doblado o girado fuera de centro.

El Mundo Real

Ahora veamos qué sucede cuando la teoría del salón de clases se encuentra con el mundo real. Comencemos de forma simple y sigamos avanzando.

Nuestro primer vehículo es un Ford Taurus 2003. Tiene llantas P215/60/R16. A 60 mph, se puede sentir una vibración. La vibración está relacionada con la velocidad del vehículo. Se siente en el asiento y el volante. El viejo “traserómetro” dice que es un problema común de balanceo de las llantas. El EVA (Evaluación de la Vibración) muestra 12 Hertz y 0.03 G a la velocidad del vehículo de 60 mph (velocidad del vehículo rastreada con un escáner).

La frecuencia calculada de estas llantas, y todo lo que gira a la misma velocidad que las llantas, es de 13 Hertz. Se sospecha de los rotores, llantas, masas y los semiejes. Se encontró que una de las llantas estaba con 5 onzas fuera de balance (ver Foto 1).

El balanceo de las llantas solucionó el problema, pero ¿y si no lo hubiera arreglado? ¿Y si las llantas estuvieran en perfecto balance y no fuera de circunferencia? Entonces al menos sabríamos con seguridad que estamos buscando algo que pueda crear una vibración de primer orden de 12 Hz a 60 mph. También sabríamos con certeza que tiene que ser algo que gira a la misma velocidad que las llantas, ya que esos elementos son los únicos que giran tan lento. Esto ayuda a limitar nuestra búsqueda.

¿Y si mediáramos 36 Hz? ¿Qué podría causar una vibración relacionada con la velocidad del vehículo de 36 Hz que podría ser similar a las llantas? Treinta y seis Hz no coinciden con nada en el primer orden ni aún en el segundo para ese automóvil, pero sí coincide con la junta trípode de un eje CV cuando buscamos en el tercer orden.

El siguiente vehículo es un 2001 Silverado 2×4. Este camión tiene una vibración alrededor de las 40 mph y 1,500 rpm que apenas se nota, pero está ahí. El analizador de vibraciones ha captado una vibración de 36 Hz que es medida en la consola central.La relación diferencial trasera es 1:3.73 y las llantas son 255/70R16. Toda la información se ha detallado anteriormente en este artículo para que pueda calcular la fuente de la vibración. Sin embargo, probemos un programa especial que hace los cálculos por nosotros. Después de introducir las especificaciones del diferencial trasero en el programa y las rpm del motor en las que se produjo la vibración, obtenemos una respuesta a la vibración de primer orden de la flecha de la transmisión. La vibración está considerada como una vibración de primer orden de la flecha cardán. Y que es lo que ahora se sabe; el programa y los cálculos manuales son correctos.

Se agregaron abrazaderas de manguera a la flecha de la transmisión para generar esta vibración (ver la Foto 2).