Ensayos de vibración torsional

Los ensayos de vibración torsional convierten un posible problema —un ruido inexplicable, una grieta por fatiga, una queja inesperada relacionada con el ruido, las vibraciones y la dureza (NVH)— en datos concretos. En esta página se explica en qué consiste un ensayo de vibración torsional, cómo es una configuración típica de ensayo y cómo llevarlo a cabo.

En qué consisten los ensayos de vibración torsional

Una prueba de vibración torsional permite registrar cómo fluctúa la velocidad de rotación de un eje a lo largo de todo su rango de funcionamiento —normalmente durante una prueba de aceleración, en la que la velocidad varía desde el ralentí hasta las revoluciones máximas por minuto (RPM), mientras el sistema de medición registra de forma continua las variaciones de la velocidad de rotación—. Al ampliar cualquier intervalo breve de esa prueba de aceleración, se observa la oscilación subyacente: rápidas fluctuaciones de velocidad superpuestas a la tendencia general de las RPM, generadas por pulsos de par procedentes de la combustión, el engranaje o otras fuentes giratorias.

El objetivo de la prueba es captar este comportamiento con la resolución y la cobertura del rango de velocidades suficientes para identificar:

Qué órdenes torsionales están presentes y cuál es su intensidad
Si algún orden cruza una frecuencia natural estructural (riesgo de resonancia)
Cómo varía la amplitud en función de la velocidad y la carga
Si el comportamiento observado coincide con las predicciones del diseño o la simulación

Configuración típica de la prueba

Un sistema de ensayo de vibraciones torsionales suele combinar:

Un sensor de velocidad (captador magnético, codificador óptico o codificador incremental) montado en el eje —cigüeñal, árbol de levas, eje de turbina o eje de entrada/salida de la caja de cambios, según la aplicación—
Circuitos electrónicos del sensor para acondicionar y depurar la señal bruta
Un dispositivo de medición de alta resolución, que utiliza placas de entrada de velocidad que operan en el rango de los gigahercios para lograr una resolución angular muy precisa, independientemente del número de dientes del sensor
Software de análisis para procesar los datos del dominio angular y convertirlos en órdenes, espectros y diagramas de diagnóstico

Para aplicaciones con requisitos dinámicos adicionales —como el comportamiento del tren de válvulas en motores en marcha—, la misma filosofía de medición se extiende a canales analógicos rápidos (muestreo de varios megahercios) junto con la referencia de velocidad, lo que permite el análisis sincronizado de múltiples componentes de movimiento rápido en una sola prueba.

Qué se obtiene de un ensayo de vibración torsional

Una prueba bien realizada ofrece algo más que una simple cifra: proporciona un conjunto de vistas de diagnóstico que los ingenieros pueden aprovechar directamente:

Diagramas en cascada, que muestran cómo evoluciona la amplitud a lo largo de los órdenes y la velocidad
Diagramas de contorno, que ofrecen una visión general rápida de los órdenes problemáticos
Diagramas de Campbell, que revelan dónde las líneas de orden se cruzan con las frecuencias naturales —la señal clásica de un riesgo de resonancia
Datos cuantificados sobre el asentamiento, el despegue o el comportamiento dinámico para pruebas específicas del tren de válvulas

Estos resultados influyen directamente en las decisiones de diseño: ajustar el equilibrado, añadir o ajustar amortiguadores, revisar la geometría de los engranajes o del tren de válvulas, o simplemente confirmar que un componente es seguro en todo su rango de funcionamiento.

Sectores y aplicaciones que sometemos a ensayo

Motores de automoción y de gran potencia (ensayos del cigüeñal y del sistema de válvulas en motores en marcha y en funcionamiento)

Sistemas de propulsión para carreras y deportes de motor

Motores diésel marinos y fijos, incluidas las aplicaciones relacionadas con la combustión de energías renovables y de hidrógeno

Turbinas de vapor y de gas

Sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos

Cajas de cambios para aerogeneradores

Imagen: Fluctuación de la velocidad de un motor diésel de cuatro cilindros y cuatro tiempos

Espectrograma 3D, representación en cascada
Órdenes de la fluctuación de la velocidad con respecto a la velocidad

Figura: Fluctuación de la velocidad de un motor diésel de cuatro cilindros y cuatro tiempos. Valores individuales, medios y totales

Espectrograma 3D, gráfico de contornos (colores falsos)
Órdenes de la fluctuación de la velocidad con respecto a la velocidad

Figura: Fluctuación de la velocidad de un motor diésel de cuatro cilindros y cuatro tiempos. 2d: Pedidos individuales, valor medio y valor total

Órdenes de primer orden en 2D a partir del espectrograma en 3D

Imagen: órdenes individuales en 2D, valor medio y suma

Curvas de locus para los órdenes 2 y 6

Ángulo de rotación de la imagen y error de transmisión de las cajas de cambios con una resolución del orden de submicrómetros

1x ángulo de torsión, 2x ángulo de oscilación
en un variador de fase del árbol de levas

Imagen: Desplazamiento angular de un motor de tres cilindros y cuatro tiempos; ángulo de cambio y vibración del VCT

1x ángulo de torsión y2x velocidad
en un solo regulador de fase del árbol de levas

Imagen del desplazamiento angular de un motor de tres cilindros y cuatro tiempos con sistema VCT, a velocidad de reposo, de marcha y de aceleración

Ángulode torsión estático ydinámico

en un variador de fase del árbol de levas

Desplazamiento angular de la imagen: motor de tres cilindros y cuatro tiempos con sistema VCT, en modo de cambio, estático y dinámico.

Ángulo de torsión estático y dinámico
en un variador de fase del árbol de levas

Imagen: Ángulo de vibración a partir de las fluctuaciones de velocidad medidas

Curvas de envolvente del ángulo de oscilación
a baja carga y a plena carga

Ángulo de vibración de la imagen a partir de las fluctuaciones de velocidad medidas en el rango temporal y espectral

Espectro de orden 3D delángulo de oscilación
con carga baja y a plena carga

Imagen: Ángulo de vibración a partir de las fluctuaciones de velocidad medidas en el rango temporal y espectral. Descomposición en ciclos de trabajo

Visualización en 3D de la descomposiciónen ciclos de trabajo
con carga baja y a plena carga, en todos los órdenes

Figura: Ángulo de vibración. Desglose en ciclos de trabajo

Órdenes simples en 2D = imágenes seccionales del espectro en 3D

Imagen: Ensayo de laminado en un solo flanco. Análisis del pedido

Error de transmisión de un par de engranajes 57:60
con descomposición fraccionaria (onda larga y onda corta)

Imagen: Ensayo de rodadura en un solo flanco. Espectros de orden y análisis del ruido transmitido por la estructura en engranajes multietapa.

Rotación media del engranaje de 57mm
con zona dañada (golpeador)

Evaluación de imágenes del análisis de órdenes. La base de tiempo común a todos los canales permite una evaluación multicanal fiable de los canales de velocidad, así como la referencia de las variables analógicas medidas a un canal de velocidad.

Rotación media del engranaje de 60mm
con descomposición proporcional y valores característicos según la norma DIN

Espectro de orden de larotación promediada
del engranaje de 60 mm (1.º orden = error de concentricidad

Gráfico interactivo de medición de la elevación de la válvula (zoom, rotación, puntero de medición, diagramas seccionales)

Velocidad de Vernier calculada a partir de la carrera de la válvula, derivada normalizada de
en función del ángulo de rotación

Figura: Espectros de orden de la elevación de válvula. El control de las válvulas se analiza a partir de las variables analógicas medidas —elevación y velocidad de la válvula— en función de la posición del árbol de levas.

Recorrido de la válvula medido en función de la velocidad,
Desglose en ciclos de trabajo

Módulo de software de imagen para la evaluación automatizada de parámetros dinámicos

Recorrido de la válvula en el circuito base; los valores negativos se deben a una desviación de la válvul
a en el pico de presión de combustión.

Imagen de evaluación del tren de válvulas

Recorrido máximo de la válvula (valor y posición angular)
y velocidad de contacto por encima de la velocidad

¿Por qué realizar pruebas con ROTEC?

El enfoque de «fuente única» de ROTEC abarca toda la cadena de medición —sensores, acondicionamiento de señales, adquisición de datos de alta resolución y software de análisis y posprocesamiento—, respaldado por décadas de experiencia en ingeniería en aplicaciones de competición, carretera y vehículos pesados. Esa combinación es la que convierte los datos brutos de velocidad en un diagnóstico fiable, y no solo en un gráfico.

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#Preguntas frecuentes

Preguntas frecuentes

¿Tienes alguna pregunta? Estamos aquí para ayudarte.

¿En qué consiste la solución de ROTEC para el análisis de la rotación y qué significa RAS?

El sistema de análisis rotacional (RAS) de ROTEC lleva más de 30 años siendo utilizado por usuarios de los sectores de la ingeniería mecánica, la automoción, la generación de energía y el automovilismo para analizar de forma exhaustiva los componentes rotativos.

Gracias a su método de medición único, que utiliza una tarjeta contadora de 12,3 GHz y un enfoque estrictamente basado en el ángulo para la detección y el análisis de la velocidad de rotación, el sistema RAS ofrece a los usuarios una ventaja inigualable.

ROTEC ofrece no solo sensores de velocidad ópticos y magnéticos, incluidos adaptadores de acondicionamiento de señal, sino también el sistema de medición modular RASdelta, así como software especializado y fácil de usar para la medición y el análisis. Esto permite disponer de una solución completa de un único proveedor. Los productos de tecnología de medición de ROTEC están perfectamente sincronizados y ofrecen resultados significativos en muy poco tiempo tras una sencilla configuración de la cadena de medición.

Gracias al enfoque basado en el ángulo para la medición de la velocidad, problemas como las vibraciones de los sensores pueden detectarse tras la primera medición y subsanarse de inmediato. Esto evita de forma eficaz costosas mediciones erróneas.

Nuestro equipo de expertos de ROTEC ENGINEERING, formado por usuarios con amplia experiencia, estará encantado de ayudarle con las tareas más complejas.

¿Existen opciones para personalizar los sistemas de medición y el software?

El sistema ROTEC RASdelta es un sistema de medición modular y versátil que puede configurarse de forma personalizada con 8 o 16 tarjetas de medición para adaptarse a sus necesidades específicas de medición.

Nuestro software RAS le ofrece un completo sistema modular para el análisis de componentes rotativos y sistemas complejos. Se trata de una herramienta eficaz para ingenieros mecánicos y no requiere conocimientos de programación para realizar mediciones o análisis.

Si tiene alguna duda específica sobre metrología, nuestro experimentado equipo de consultoría de ROTEC ENGINEERING estará encantado de ayudarle.

¿Ofrece ROTEC otros servicios además de los sistemas de medición, como, por ejemplo, asesoramiento personalizado o apoyo en proyectos?

ROTEC no solo ofrece sensores de velocidad, acondicionadores de señal, sistemas de medición (DAQ) y software de medición y evaluación, sino también servicios de ingeniería y consultoría.

Nuestros servicios incluyen el diseño de puntos de medición en CAD, el mecanizado de componentes, la instalación y calibración de sensores, la realización de tareas de medición y la evaluación de los resultados de acuerdo con los requisitos de nuestros clientes, incluida la presentación de los resultados. El equipo de ROTEC ENGINEERING también puede llevar a cabo subproyectos como parte del apoyo a proyectos.

¿Existe alguna formación o asistencia técnica para la puesta en marcha y la integración de los sistemas de medición?

Además de nuestra Semana de Formación ROTEC anual, que se imparte tanto en alemán como en inglés, también ofrecemos cursos de formación a medida para los usuarios. Estos cursos están especialmente adaptados a su aplicación concreta del sistema de medición ROTEC e incluyen demostraciones prácticas de mediciones en su propio entorno, además de los fundamentos teóricos y una presentación detallada del software. De este modo, nos aseguramos de que los futuros usuarios estén perfectamente preparados para su aplicación específica.

Además, estaremos encantados de ayudarle en la puesta en marcha de nuevos sistemas de medición para que pueda familiarizarse lo antes posible con los ajustes y las posibilidades del software RAS.

¿Cómo se garantiza la asistencia y existen opciones de autoayuda?

Además de nuestro equipo de ventas y asistencia técnica en Múnich, que atiende al mercado de Europa Central directamente desde aquí, ROTEC también colabora con socios locales en numerosos mercados de todo el mundo. Estos socios prestan apoyo a los usuarios locales en todo lo relacionado con la tecnología de medición de ROTEC, la asistencia de primer nivel y las consultas comerciales, gracias a personal cualificado.

Nuestros clientes de todo el mundo valoran la proximidad de nuestros equipos de ventas y asistencia, ya que esto nos permite garantizar una asistencia eficaz incluso en consultas de última hora.

Además del contacto personal, ROTEC también ofrece una amplia base de datos de conocimientos para la autoayuda. Regístrese en nuestra base de datos de conocimientos para obtener información detallada sobre la medición y el análisis de vibraciones torsionales, errores de transmisión y sistemas de válvulas, entre otros temas.