Si eres un estudiante de ingeniería o un ingeniero, probablemente conozcas las complicadas máquinas que hacen que nuestro mundo funcione.
Pero, ¿alguna vez ha pensado en lo importante que es que estas máquinas tengan ruedas de equilibrio para funcionar sin problemas? Las ruedas de equilibrio son los héroes anónimos de la ingeniería.
Se utilizan en todo, desde relojes hasta motores, y funcionan bien y en silencio para estabilizar el movimiento de los mecanismos y darles la precisión de la que dependemos todos los días.
Entonces, si está listo para aprender más sobre este tema interesante pero que a menudo se pasa por alto, abróchese el cinturón y prepárese para aprender cómo funciona el volante y por qué es tan importante para el éxito de tantos proyectos de ingeniería.
Introducción a las ruedas de equilibrio
Definicion formal:
Una rueda que gobierna o estabiliza el movimiento de un mecanismo.
Un volante es una forma en que los relojes mecánicos y los relojes pequeños llevan la cuenta del tiempo.
Es una rueda con peso que gira de un lado a otro.
Un resorte de torsión en espiral, llamado resorte de equilibrio o espiral, tira de la rueda hacia su centro.
El órgano regulador del reloj está formado por el volante y la espiral.
Cómo funciona una rueda de equilibrio
La rueda de escape envía empujones laterales al volante, lo que lo hace moverse hacia adelante y hacia atrás.
El resorte de equilibrio le da al volante la fuerza que necesita para volver a su lugar.
El tiempo entre cada oscilación o vibración se mantiene según el peso del volante y la flexibilidad del resorte.
Cada tic o latido del volante permite que el tren de engranajes avance una cierta cantidad, lo que mueve las manecillas hacia adelante.
El volante está conectado a engranajes que mueven las manecillas de un reloj o reloj.
El mecanismo de escape
El volante se mueve hacia adelante y hacia atrás y se mantiene en movimiento gracias al mecanismo de escape.
El escape se mueve en tres etapas con cada giro del volante: desbloqueo, transferencia de impulso y bloqueo.
Uno de los dientes de una rueda de escape descansa contra una cara de bloqueo, y otro diente entra en una joya de impulso en un rodillo de equilibrio entre dos cuernos.
La inercia de este rodillo hace que mueva una palanca, que hace que las ruedas de escape giren o no, según estén permitidas o no.
Ruedas de equilibrio modernas
La mayoría de los volantes de los relojes modernos están hechos de Glucydur, que es una aleación de berilio, cobre y hierro.
Los resortes suelen estar hechos de Nivarox u otra aleación con un bajo coeficiente térmico de elasticidad.
Tienen una frecuencia de 4 Hz, lo que significa que se mueven cuatro veces o tiemblan ocho veces por segundo.
La mayoría de las ruedas modernas se equilibran por computadora en las fábricas quemando hoyos precisos en las llantas con láser.
Por qué las ruedas de equilibrio son críticas para el éxito de la ingeniería
¿Todavía es difícil de entender? Déjame cambiar un poco el punto de vista:
¿Quién, de todos modos, necesita volantes? Quiero decir, ¿quién necesita que sus máquinas sean estables y precisas, verdad? No seamos cuidadosos y solo veamos qué sucede cuando eliminamos esas pequeñas piezas molestas que hacen que todo funcione sin problemas.
¿Qué podría salir mal?
Cualquier buen ingeniero o mecánico le dirá que la respuesta es "mucho". El volante no es la parte más emocionante o llamativa de una máquina, pero sin él, todo se vendría abajo.
Así que sumerjámonos en el mundo de los volantes y descubramos por qué son tan importantes para tantos proyectos de ingeniería.
De acuerdo, solo fue una broma hecha para parecer un anuncio de televisión.
Ahora volvamos a la explicación.
Aplicaciones de Ruedas de Equilibrio
Aplicaciones comunes de volantes en dispositivos mecánicos
Las ruedas de equilibrio se han utilizado en dispositivos mecánicos durante cientos de años y todavía se utilizan de muchas maneras en la actualidad.
Algunas de las formas más comunes en que se utilizan los volantes en las máquinas son:
- Relojes y relojes: Como ya hemos dicho, los volantes se utilizan a menudo para llevar el tiempo en relojes mecánicos y relojes pequeños.
En estos dispositivos, la velocidad a la que funciona el reloj está controlada por el volante.
Esto asegura que el reloj mantenga la hora exacta.
- Cronómetros: Los cronómetros son relojes especializados que se utilizan para medir el tiempo con precisión en diferentes condiciones.
A menudo se utilizan en la navegación y el vuelo, y deben ser muy precisos.
El volante es una parte importante de un cronómetro porque ayuda a mantener el mecanismo de cronometraje en equilibrio.
- Aplicaciones industriales: las ruedas de equilibrio se utilizan en varias aplicaciones industriales, como cerraduras de tiempo de bóveda de banco y espoletas de tiempo para municiones.
En estas situaciones, el volante se utiliza para controlar el tiempo y asegurarse de que las cosas sucedan en el momento adecuado.
Equilibrado de ruedas
El balanceo de ruedas, por otro lado, es el proceso de balancear el peso de un conjunto de llanta y rueda para asegurarse de que se mueva uniformemente a altas velocidades.
Es una parte muy importante para mantener el viaje seguro y cómodo.
La mayoría de las veces, una rueda y un neumático montados se colocan en un equilibrador de ruedas, que centra la rueda y la hace girar para determinar dónde deben ir los pesos.
Las balanceadoras de ruedas modernas utilizan tecnología informática avanzada para medir las fuerzas laterales y axiales.
Esto permite colocar los pesos sobre las ruedas con mayor precisión.
Los balanceadores de ruedas computarizados también pueden decir cuánto peso está desequilibrado y dónde se debe colocar el peso para que el neumático esté lo más parejo posible.
Evolución de las ruedas de equilibrio
Los volantes han cambiado mucho con el tiempo para mejorar la calidad de conducción a altas velocidades y solucionar los problemas causados por el diseño de los neumáticos y el uso del vehículo.
En la década de 1980, la corrección estática en las balanceadoras de ruedas de la línea de montaje y en los talleres cambió a una combinación de corrección estática y de pareja (equilibrio dinámico).
Pero a medida que las llantas se hicieron más pesadas y más grandes, los pesos de corrección dobles se alejaron de las pestañas de las llantas y se hicieron más angostos.
Esto causó problemas.
Las balanceadoras de ruedas industriales han hecho posible automatizar el proceso de balanceo de ruedas en grandes cantidades para adaptarse a las aplicaciones OEM.
Con un peso de clip, los pesos a menudo se colocan dentro de la rueda en lugar de en los bordes de la llanta, lo que cambia la forma en que se calcula el peso.
Conseguir el equilibrio justo se ha vuelto mucho más importante para hacer frente a estos problemas.
Tendencias actuales en el diseño de ruedas y neumáticos
A medida que la tecnología y la logística han mejorado, se ha vuelto más fácil y rápido para las empresas fabricar y mover mercancías.
Debido a esto, los diseños y materiales de las llantas continúan cambiando, lo que hace que las llantas se manejen, agarren, funcionen mejor bajo la lluvia y usen menos gasolina.
Debido al auge de los autos eléctricos, los diseñadores de llantas y llantas están tratando de resolver problemas como un par más alto, más desgaste, resistencia a la rodadura, peso y operación silenciosa (EV).
Todavía se necesitan ruedas de equilibrio para garantizar que los neumáticos se muevan uniformemente a altas velocidades, lo cual es importante tanto para la seguridad como para la comodidad durante la conducción.
Diseño y rendimiento de las ruedas de equilibrio
La forma en que se fabrica un volante es muy importante para su buen funcionamiento.
Al hacer un volante, los relojeros tienen que elegir entre una serie de compensaciones diferentes entre frecuencia e inercia.
Frecuencia e Inercia
El funcionamiento del volante depende mucho de la rapidez con la que gire y de su peso.
La precisión del volante mejora a medida que aumenta la frecuencia.
El movimiento de la muñeca tiene menos efecto sobre el volante cuando la frecuencia es más alta.
Pero un volante más grande con más inercia hace que la bicicleta sea más estable.
Al diseñar un volante para obtener el mejor rendimiento, se debe pensar cuidadosamente en esta compensación.
Si el volante es demasiado grande, puede interferir con otras partes, como barriles y resortes, y desperdiciar energía.
Factores a considerar al seleccionar una rueda de equilibrio
Al elegir un volante para un dispositivo mecánico específico, como un reloj, debe pensar en lo siguiente:
- Frecuencia: la frecuencia del volante debe seleccionarse en función de la precisión requerida del dispositivo mecánico.
- Inercia: La inercia del volante debe seleccionarse en función de la estabilidad requerida y la eficiencia energética del dispositivo mecánico.
- Material: El material utilizado para crear el volante debe elegirse cuidadosamente para proporcionar la resistencia, la durabilidad y el peso necesarios.
- Tamaño: el tamaño del volante debe elegirse para proporcionar un rendimiento óptimo y garantizar que no interfiera con otros componentes.
Factores de equilibrio de neumáticos/ruedas
Para un correcto equilibrio al armar neumáticos y ruedas, debe pensar en lo siguiente:
- Capacidad de carga: Se refiere al peso que la rodaja o rueda puede sostener de manera segura cuando rueda.
Al elegir las ruedas adecuadas, es posible que deba elegir entre el precio, la capacidad de carga y la protección del piso.
- Entorno: Esto incluye la carga de impacto, el tipo de suelo y la protección del suelo.
- Material: El material que se muele y su dureza al seleccionar una muela abrasiva para una aplicación específica.
El tamaño y el grado del grano en la muela abrasiva también son importantes.
- Rectificado húmedo o seco: este es un factor que determina si se utilizará refrigerante durante el rectificado.
Si se usa refrigerante, las muelas con aglomerante vitrificado actuarán con mayor suavidad porque la lubricidad del refrigerante ayuda a reducir la fricción y la energía en la zona de rectificado.
- Modos de balanceo: Las balanceadoras de llantas/ruedas modernas incluyen características tales como motores de transmisión directa, múltiples modos de balanceo, guías láser, arranque automático con un ciclo de segundos, depósitos de almacenamiento de peso y balanceo estático automático. Las balanceadoras de llantas/ruedas modernas tienen motores de transmisión directa. , múltiples modos de balanceo, guías láser, arranque automático con un ciclo de segundos, contenedores de almacenamiento de peso y balanceo estático automático.
- Sincronización: Es importante verificar el equilibrio de la llanta/rueda cuando se instalan llantas nuevas en las llantas, cuando se han rotado las llantas y cuando hay signos de vibración o bamboleo mientras se conduce.
- Pesos y métodos de equilibrado de montaje: Se deben elegir pesos y métodos de equilibrado de montaje adecuados en función de su aplicación.
Extracción e instalación de la rueda de equilibrio y la horquilla para palés
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Conclusión
A medida que finalizamos nuestra mirada al volante, está claro que esta pequeña pero poderosa pieza es una parte clave para garantizar que una amplia gama de dispositivos mecánicos funcionen sin problemas.
Pero más allá de sus usos prácticos, la forma en que funciona un volante tiene una especie de poesía, con su delicado equilibrio entre forma y función y el equilibrio perfecto entre tensión y liberación.
Tal vez tanto los ingenieros como las personas que no lo son puedan aprender de esto que aún en medio del caos y la complejidad, puede haber momentos de armonía y belleza.
Entonces, la próxima vez que esté trabajando en un proyecto de ingeniería difícil, tómese un momento para pensar en lo hermoso que es el volante y recuerde que a veces las soluciones más poderosas también son las más simples.
Enlaces y referencias
Merriam Webster:
https://www.merriam-webster.com/dictionary/balance%20wheel
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