Balanceo de ejes de transmisión: Guía completa

Imagine que está conduciendo un camión y de repente siente una vibración fuerte u oye un golpe seco al acelerar o cambiar de marcha. Esto es más que una simple molestia: podría ser señal de un eje de transmisión desbalanceado. Para ingenieros y técnicos, estas vibraciones y ruidos indican pérdida de eficiencia, desgaste acelerado de los componentes y posibles paradas costosas si no se abordan.

¿Está trabajando en un vehículo? Consulte el balanceo del eje de transmisión en el vehículo sin desmontaje.

Balanceo del eje de transmisión en el vehículo: un trabajo real, paso a paso

Las fotografías a continuación provienen de un trabajo de balanceo real realizado con el vehículo sobre un elevador. El eje de transmisión nunca se retiró: los sensores se fijan al propio vehículo, el eje se hace girar mediante el motor a través del tren motriz, y el peso de corrección se coloca desde abajo. Esto mantiene el eje en sus propios rodamientos y en sus propios ángulos de trabajo, de modo que el resultado refleja cómo funciona realmente el conjunto — algo que una máquina balanceadora de banco no puede reproducir por completo.

Figura 24. Sensor de vibración montado en el alojamiento de la transmisión final, lo más cerca posible del rodamiento de apoyo del eje de transmisión.

Figura 25. Tacómetro láser apuntado a una tira de cinta reflectante sobre el eje — proporciona tanto la velocidad de rotación como el ángulo de fase del desbalance.

Figura 26. Peso de corrección fijado al tubo del eje con una abrazadera de manguera de acero inoxidable, en el ángulo y con la masa calculados por el software.

El procedimiento completo — colocación de sensores, corridas de prueba seguras, peso de prueba y verificaciones de vibración residual — se describe en balanceo del eje de transmisión en el vehículo sin desmontaje.

En esta guía completa, ofrecemos soluciones prácticas para los problemas de balanceo del eje de transmisión. Aprenderá qué es un eje de transmisión y por qué necesita balanceo, reconocerá las fallas comunes que causan vibración o ruido y seguirá un proceso claro paso a paso para el balanceo dinámico del eje de transmisión. Al aplicar estas mejores prácticas, puede ahorrar dinero en reparaciones, reducir el tiempo de solución de problemas y garantizar que su maquinaria o vehículo funcione de manera confiable con vibración mínima.

Tabla de contenido

• 1. Tipos de ejes cardan
• 2. Averías del eje cardan
• 3. Balanceo del eje de transmisión
• 4. Máquinas modernas de balanceo para ejes de transmisión
• 5. Preparación para el Balanceo de Ejes de Transmisión
• 6. Cómo equilibrar un eje de transmisión: procedimiento paso a paso
• 7. Clases de Precisión de Balanceo Recomendadas para Rotores Rígidos

1. Tipos de ejes cardan

Un eje cardan (eje de transmisión) es un mecanismo que transmite torque entre ejes que se intersectan en el centro de la junta universal y pueden moverse relativamente entre sí en un ángulo. En un vehículo, el eje cardan transmite torque desde la caja de cambios (o caja de transferencia) hacia los ejes motrices en el caso de una configuración clásica o de tracción total. Para vehículos de tracción total, la junta universal generalmente conecta el eje conducido de la caja de cambios con el eje motriz de la caja de transferencia, y los ejes conducidos de la caja de transferencia con los ejes motrices de las transmisiones principales de los ejes motrices.

Las unidades montadas en el chasis (como la caja de cambios y la caja de transferencia) pueden moverse entre sí debido a la deformación de sus soportes y del propio chasis. Mientras tanto, los ejes motrices están unidos al chasis a través de la suspensión y pueden moverse en relación con el chasis y las unidades montadas en él debido a la deformación de los elementos elásticos de la suspensión. Este movimiento puede cambiar no solo los ángulos de los ejes de transmisión que conectan las unidades, sino también la distancia entre ellas.

La transmisión de junta universal tiene una desventaja importante: la rotación no uniforme de los ejes. Si un eje gira uniformemente, el otro no lo hace, y esta no uniformidad aumenta con el ángulo entre los ejes. Esta limitación impide el uso de una transmisión de junta universal en muchas aplicaciones, como en la transmisión de vehículos de tracción delantera, donde el problema principal es transmitir el par a las ruedas que giran. Esta desventaja puede compensarse parcialmente usando dos juntas universales en un solo eje, ajustadas a ángulos de junta iguales (γ1 = γ2) con las horquillas en ambos extremos del eje intermedio en el mismo plano (en fase). Las horquillas desfasadas 90° entre sí no cancelan la fluctuación, sino que se suman. Sin embargo, en aplicaciones que requieren rotación uniforme, normalmente se usan juntas de velocidad constante (juntas CV) en su lugar. Las juntas CV son un diseño más avanzado pero también más complejo que cumple el mismo propósito.

Los ejes cardan pueden constar de una o más juntas universales conectadas por ejes cardan y soportes intermedios.

Figura 1. Diagrama de un eje cardan: 1, 4, 6 — ejes cardan; 2, 5 — juntas universales; 3 — conexión compensadora; u1, u2 — ángulos entre ejes

En general, un accionamiento de junta universal consta de juntas universales 2 y 5, ejes de transmisión 1, 4 y 6, y una conexión compensadora 3. A veces, el eje de transmisión se instala en un soporte intermedio unido al travesaño del chasis del vehículo. Las juntas universales aseguran la transmisión de torque entre ejes cuyos ejes se intersectan en un ángulo. Las juntas universales se dividen en tipos de velocidad no uniforme y de velocidad constante. Las juntas de velocidad no uniforme se clasifican además en tipos elásticos y rígidos. Las juntas de velocidad constante pueden ser de tipo esférico con ranuras divisorias, de tipo esférico con palanca divisoria y de tipo leva. Por lo general, se instalan en el accionamiento de las ruedas directrices controladas, donde el ángulo entre los ejes puede alcanzar los 45°, y el centro de la junta universal debe coincidir con el punto de intersección de los ejes de rotación de la rueda y su eje de giro.

Las juntas universales elásticas transmiten el par entre ejes con ejes que se cruzan en un ángulo de 2...3° debido a la deformación elástica de los elementos de conexión. Una junta rígida de velocidad no uniforme transmite el par de un eje a otro mediante la conexión móvil de partes rígidas. Consiste en dos horquillas — 3 y 5 — en cuyos orificios cilíndricos se instalan sobre rodamientos los extremos A, B, C y D del elemento de conexión — la cruceta 4. Las horquillas están conectadas rígidamente a los ejes 1 y 2. La horquilla 5 puede girar alrededor del eje B–D de la cruceta y, al mismo tiempo, junto con la cruceta, girar alrededor del eje A–C, permitiendo así la transmisión de rotación de un eje a otro con un ángulo variable entre ellos.

Figura 2. Diagrama de una junta universal rígida de velocidad no uniforme

Si el eje 1 gira alrededor de su eje un ángulo α, entonces el eje 2 girará un ángulo β en el mismo período. La relación entre los ángulos de rotación de los ejes 1 y 2 está determinada por la expresión tanα = tanβ * cosγ, donde γ es el ángulo en el que están posicionados los ejes de los árboles. Esta expresión indica que el ángulo β a veces es menor, igual, o mayor que el ángulo α. La igualdad de estos ángulos ocurre cada 90° de rotación del árbol 1. Por lo tanto, con rotación uniforme del árbol 1, la velocidad angular del árbol 2 es no uniforme y varía según una ley sinusoidal. La no uniformidad de la rotación del árbol 2 se vuelve más significativa a medida que aumenta el ángulo γ entre los ejes de los árboles.

Si la rotación no uniforme del eje 2 se transmite a los ejes de las unidades, se producirán cargas pulsantes adicionales en la transmisión, que aumentan con el ángulo γ. Para evitar que la rotación no uniforme del eje 2 se transmita a los ejes de las unidades, se utilizan dos juntas universales en el eje cardan. Se instalan de manera que los ángulos γ1 y γ2 sean iguales; las horquillas de las juntas universales, fijas en el eje 4 que gira de manera no uniforme, deben posicionarse en el mismo plano.

El diseño de las partes principales de los accionamientos de junta universal se muestra en la Figura 3. Una junta universal de velocidad no uniforme consta de dos horquillas (1) conectadas por una cruz (3). Una de las horquillas a veces tiene una brida, mientras que la otra está soldada al tubo del eje de transmisión o tiene un extremo estriado (6) (o manguito) para la conexión al eje de transmisión. Los muñones de la cruz se instalan en los ojos de ambas horquillas sobre rodamientos de agujas (7). Cada rodamiento está alojado en una carcasa (2) y se mantiene en el ojo de la horquilla con una tapa, que se fija a la horquilla con dos pernos bloqueados por lengüetas en la arandela. En algunos casos, los rodamientos se aseguran en las horquillas con anillos elásticos. Para retener la lubricación en el rodamiento y protegerlo del agua y la suciedad, hay un sello de goma de autoapriete. La cavidad interior de la cruz se llena con grasa lubricante a través de una válvula de engrase, que llega a los rodamientos. La cruz suele tener una válvula de seguridad para proteger el sello de daños debido a la presión de la grasa que se bombea en la cruz. La conexión estriada (6) se lubrica utilizando la válvula de engrase (5).

Figura 3. Detalles de una junta universal rígida de velocidad no uniforme

El ángulo máximo entre los ejes de las flechas conectadas por juntas universales rígidas de velocidad no uniforme generalmente no supera los 20°, ya que la eficiencia disminuye significativamente en ángulos mayores. Si el ángulo entre los ejes de las flechas varía dentro de 0...2°, los muñones de la cruceta se deforman por los rodamientos de agujas, provocando que la junta universal falle rápidamente.

En las transmisiones de vehículos oruga de alta velocidad, a menudo se utilizan juntas universales con tipos de acoplamiento de engranajes, que permiten la transmisión de torque entre ejes con ejes que se intersectan en ángulos de hasta 1.5...2°.

Los ejes cardan generalmente se fabrican en forma tubular, utilizando tubos de acero especial sin costuras o soldados. Las horquillas de las juntas universales, los casquillos estriados o las puntas se sueldan a los tubos. Para reducir las cargas transversales que actúan sobre el eje cardan, se realiza un balanceo dinámico con las juntas universales ensambladas. El desbalance se corrige soldando placas de balanceo al eje cardan o, a veces, instalando placas de balanceo debajo de las tapas de los rodamientos de las juntas universales. La posición relativa de las partes de la conexión estriada después del ensamblaje y el balanceo del eje cardan en la fábrica generalmente se marca con etiquetas especiales.

La conexión compensadora de la transmisión de junta universal generalmente se hace en forma de una conexión estriada, que permite el movimiento axial de las partes de la transmisión de junta universal. Consiste en una punta estriada que encaja en el manguito estriado de la transmisión de junta universal. La lubricación se introduce en la conexión estriada a través de un engrasador o se aplica durante el ensamblaje y se reemplaza después de un uso prolongado del vehículo. Normalmente se instalan un sello y una tapa para evitar fugas de grasa y contaminación.

Para ejes cardan largos, generalmente se utilizan soportes intermedios en los ejes cardan. Un soporte intermedio generalmente consta de un soporte atornillado al larguero transversal del chasis del vehículo, en el que se monta un rodamiento de bolas en un anillo elástico de goma. El rodamiento está sellado en ambos lados con tapas y tiene un dispositivo de lubricación. El anillo elástico de goma ayuda a compensar las imprecisiones de ensamblaje y la desalineación del rodamiento que pueden ocurrir debido a las deformaciones del chasis.

Una junta universal con rodamientos de agujas (Figura 4a) consta de horquillas, una cruz, rodamientos de agujas y sellos. Las copas con rodamientos de agujas se ajustan sobre los muñones de la cruz y se sellan con sellos. Las copas se aseguran en las horquillas con anillos elásticos o tapas sujetas con tornillos. Las juntas universales se lubrican a través de una válvula de engrase mediante perforaciones internas en la cruz. Se utiliza una válvula de seguridad para eliminar la presión excesiva de aceite en la junta. Durante la rotación uniforme de la horquilla motriz, la horquilla conducida gira de manera no uniforme: avanza y se retrasa respecto a la horquilla motriz dos veces por revolución. Para eliminar la rotación no uniforme y reducir las cargas inerciales, se utilizan dos juntas universales.

En la transmisión a las ruedas motrices delanteras, se instalan juntas universales de velocidad constante. La transmisión de junta de velocidad constante de los vehículos GAZ-66 y ZIL-131 consta de horquillas 2, 5 (Figura 4b), cuatro bolas 7 y una bola central 8. La horquilla motriz 2 es integral con el eje interior del eje, mientras que la horquilla conducida está forjada junto con el eje exterior del eje, en cuyo extremo se fija el cubo de la rueda. El momento motriz desde la horquilla 2 a la horquilla 5 se transmite a través de las bolas 7, que se mueven a lo largo de ranuras circulares en las horquillas. La bola central 8 sirve para centrar las horquillas y se mantiene en su lugar por los pernos 3, 4. La frecuencia de rotación de las horquillas 2, 5 es la misma debido a la simetría del mecanismo respecto a las horquillas. El cambio en la longitud del eje se asegura mediante las conexiones estriadas libres de las horquillas con el eje.

Figura 4. Juntas Universales: a — junta universal: 1 — tapa; 2 — copa; 3 — rodamiento de agujas; 4 — sello; 5, 9 — horquillas; 6 — válvula de seguridad; 7 — cruzeta; 8 — racor de engrase; 10 — tornillo; b — junta universal de velocidad constante: 1 — eje interior del eje de la rueda; 2 — horquilla motriz; 3, 4 — pernos; 5 — horquilla conducida; 6 — eje exterior del eje de la rueda; 7 — bolas; 8 — bola central

2. Averías del eje cardan

Las averías del eje cardan generalmente se manifiestan como golpes secos en las juntas universales que ocurren cuando el vehículo está en movimiento, especialmente durante los cambios entre marchas y los aumentos repentinos de la velocidad del cigüeñal del motor (por ejemplo, al pasar de la frenada del motor a la aceleración). Un signo de avería de la junta universal puede ser su calentamiento a una temperatura alta (más de 100°C). Esto ocurre debido al desgaste significativo de los bujes y muñones de la junta universal, rodamientos de agujas, cruces y conexiones estriadas, lo que resulta en la desalineación de la junta universal y cargas axiales de impacto significativas en los rodamientos de agujas. El daño a los sellos de corcho de la cruz de la junta universal conduce a un desgaste rápido del muñón y su rodamiento.

Durante el mantenimiento, el eje cardan se verifica girando bruscamente el eje cardan a mano en ambas direcciones. El grado de rotación libre del eje determina el desgaste de las juntas universales y las conexiones estriadas. Cada 8-10 mil kilómetros, se verifica el estado de las conexiones atornilladas de las bridas del eje conducido de la caja de cambios y el eje motriz de la transmisión principal con las bridas de las juntas universales extremas y el fijado del soporte intermedio del eje cardan. También se verifica el estado de las cubiertas de goma en las conexiones estriadas y los sellos de corcho de la cruz de la junta universal. Todos los pernos de fijación deben apretarse completamente (par de apriete 8-10 kgf·m).

Los rodamientos de agujas de las juntas universales se lubrican con aceite líquido usado para unidades de transmisión; las conexiones estriadas en la mayoría de los vehículos se lubrican con grasas (US-1, US-2, 1-13, etc.); el uso de grasa para lubricar los rodamientos de agujas está estrictamente prohibido. En algunos vehículos, las conexiones estriadas se lubrican con aceite de transmisión. El rodamiento de soporte intermedio, montado en un manguito de caucho, prácticamente no requiere lubricación, ya que se lubrica durante el ensamblaje en fábrica. El rodamiento de soporte del vehículo ZIL-130 se lubrica con grasa a través de un engrasador a presión durante el mantenimiento regular (cada 1100-1700 km).

Figura 5. Transmisión de junta universal: 1 — brida para fijar el eje de transmisión; 2 — cruzeta de junta universal; 3 — horquilla de junta universal; 4 — horquilla deslizante; 5 — tubo del eje de transmisión; 6 — rodamiento de rodillos de agujas con extremo cerrado

El eje cardan consta de dos juntas universales con rodamientos de agujas, conectadas por un eje hueco, y una horquilla deslizante con estrías de evolvente. Para asegurar una protección confiable contra la suciedad y proporcionar una buena lubricación de la conexión estriada, la horquilla deslizante (6), conectada al eje secundario (2) de la caja de cambios, se coloca en una extensión (1) unida a la carcasa de la caja de cambios. Además, esta ubicación de la conexión estriada (fuera de la zona entre las juntas) aumenta significativamente la rigidez del eje cardan y reduce la probabilidad de vibraciones del eje cuando la conexión estriada deslizante se desgasta.

El eje de transmisión está hecho de un tubo de pared delgada soldado eléctricamente (8), en el cual se ajustan a presión dos horquillas idénticas (9) en cada extremo y luego se sueldan por soldadura por arco. Los alojamientos de rodamientos de agujas (18) de la cruz (25) se ajustan a presión en los ojos de las horquillas (9) y se aseguran con anillos elásticos de retención (20). Cada rodamiento de junta universal contiene 22 agujas (21). Las tapas estampadas (24) se ajustan a presión sobre los muñones sobresalientes de las cruces, en las cuales se instalan anillos de corcho (23). Los rodamientos se lubrican utilizando una válvula de engrase angular (17) atornillada en un agujero roscado en el centro de la cruz, conectada a canales pasantes en los muñones de la cruz. En el lado opuesto de la cruz de la junta universal, una válvula de seguridad (16) se encuentra en su centro, diseñada para liberar el exceso de grasa al llenar la cruz y los rodamientos, y para evitar la acumulación de presión dentro de la cruz durante el funcionamiento (la válvula se activa a una presión de aproximadamente 3.5 kg/cm²). La necesidad de incluir una válvula de seguridad se debe al hecho de que un aumento excesivo de presión dentro de la cruz puede provocar daños (extrusión) de los sellos de corcho.

Figura 6. Ensamblaje del Eje de Transmisión: 1 — extensión de la caja de cambios; 2 — eje secundario de la caja de cambios; 3 y 5 — deflectores de suciedad; 4 — sellos de goma; 6 — horquilla deslizante; 7 — placa de balanceo; 8 — tubo del eje de transmisión; 9 — horquilla; 10 — horquilla de brida; 11 — perno; 12 — brida del engranaje de accionamiento del eje trasero; 13 — arandela de resorte; 14 — tuerca; 15 — eje trasero; 16 — válvula de seguridad; 17 — racor de engrase angular; 18 — rodamiento de agujas; 19 — ojo de la horquilla; 20 — anillo de retención de resorte; 21 — aguja; 22 — arandela con extremo toroidal; 23 — anillo de corcho; 24 — tapa estampada; 25 — cruzeta

El eje de transmisión, ensamblado con ambas juntas universales, se balancea dinámicamente con cuidado en ambos extremos soldando placas de balanceo (7) al tubo. Por lo tanto, al desarmar el eje, todas sus partes deben marcarse cuidadosamente para que puedan volver a ensamblarse en sus posiciones originales. No seguir esta instrucción altera el balanceo del eje, causando vibraciones que pueden dañar la transmisión y la carrocería del vehículo. Si algunas partes individuales se desgastan, especialmente si el tubo se dobla debido a un impacto y resulta imposible balancear dinámicamente el eje después del ensamblaje, se debe reemplazar todo el eje.

Posibles averías del eje cardan, sus causas y soluciones

Causa de la avería	Solución
Vibración del eje cardan
1. Flexión del eje debido a un obstáculo	1. Enderezar y balancear dinámicamente el eje ensamblado o reemplazar el eje ensamblado
2. Desgaste de rodamientos y cruces	2. Reemplazar rodamientos y cruces y balancear dinámicamente el eje ensamblado
3. Desgaste de bujes de extensión y horquilla deslizante	3. Reemplazar la extensión y la horquilla deslizante y balancear dinámicamente el eje ensamblado
Golpes al arrancar y en inercia
1. Desgaste de los dientes de la brida deslizante o del eje secundario de la caja de cambios	1. Reemplazar las piezas desgastadas. Al reemplazar la brida deslizante, realizar el balanceo dinámico del eje ensamblado
2. Pernos flojos que aseguran la brida de la horquilla a la brida del engranaje de accionamiento del eje trasero	2. Apretar los pernos
Salpicadura de aceite desde los sellos de la junta universal
Desgaste de los anillos de corcho en los sellos de la junta universal	Reemplazar los anillos de corcho, manteniendo la posición relativa de todas las partes del eje de transmisión durante el reensamblaje. Si hay desgaste en las cruces y los rodamientos, reemplazar los rodamientos y las cruces y realizar el balanceo dinámico del eje ensamblado

3. Balanceo del eje de transmisión

Después de reparar y ensamblar el eje de transmisión, se realiza su balanceo dinámico en una máquina. En la Figura 7 se muestra un diseño de máquina de balanceo. La máquina consta de una placa (18), un bastidor de péndulo (8) montado sobre cuatro varillas elásticas verticales (3), lo que asegura su oscilación en el plano horizontal. Un soporte y un cabezal delantero (9), asegurados en un soporte (4), están montados en los tubos longitudinales del bastidor de péndulo (8). El cabezal trasero (6) está sobre un carro móvil (5), lo que permite el balanceo dinámico de ejes de transmisión de diferentes longitudes. Los husillos de los cabezales están montados sobre rodamientos de bolas de precisión. El husillo del cabezal delantero (9) es accionado por un motor eléctrico instalado en la base de la máquina, a través de una transmisión por correa trapezoidal y un eje intermedio, en el cual está montado un nonio (10) (disco graduado). Además, en la placa de la máquina (18) se instalan dos soportes (15) con pasadores de bloqueo retráctiles (17), que aseguran la fijación de los extremos delantero y trasero del bastidor de péndulo dependiendo del balanceo del extremo delantero o trasero del eje de transmisión.

Figura 7. Máquina de balanceo dinámico para ejes de transmisión

1 — abrazadera; 2 — amortiguadores; 3 — varilla elástica; 4 — soporte; 5 — carro móvil; 6 — cabezal trasero; 7 — barra transversal; 8 — bastidor de péndulo; 9 — cabezal delantero motriz; 10 — disco de nonio; 11 — milivoltímetro; 12 — nonio del eje del conmutador-rectificador; 13 — sensor magnetoelectrico; 14 — soporte fijo; 15 — soporte fijador; 16 — soporte; 17 — fijador; 18 — placa de soporte

Los soportes fijos (14) están montados en la parte trasera de la placa de la máquina, y sobre ellos se instalan sensores magnetoelectricos (13), con varillas conectadas a los extremos del bastidor de péndulo. Para evitar las vibraciones de resonancia del bastidor, se instalan amortiguadores (2) llenos de aceite debajo de los soportes (4).

Durante el balanceo dinámico, el conjunto del eje de transmisión con la horquilla deslizante se instala y asegura en la máquina. Un extremo del eje de transmisión se conecta mediante una brida-horquilla a la brida del cabezal motriz delantero, y el otro extremo mediante el cuello de soporte de la horquilla deslizante al manguito estriado del cabezal trasero. Luego se verifica la facilidad de rotación del eje de transmisión, y un extremo del bastidor de péndulo de la máquina se fija utilizando el fijador. Después de iniciar la máquina, el brazo del rectificador se gira en sentido antihorario, llevando la aguja del milivoltímetro a su lectura máxima. La lectura del milivoltímetro corresponde a la magnitud del desbalance. La escala del milivoltímetro está graduada en gramos-centímetros o gramos de contrapeso. Continuando girando el brazo del rectificador en sentido antihorario, la lectura del milivoltímetro se lleva a cero, y la máquina se detiene. Basándose en la lectura del brazo del rectificador, se determina el desplazamiento angular (ángulo de desplazamiento del desbalance), y girando manualmente el eje de transmisión, este valor se establece en el brazo del eje intermedio. El lugar de soldadura de la placa de balanceo estará en la parte superior del eje de transmisión, y la parte ponderada en la parte inferior en el plano de corrección. Luego se fija la placa de balanceo y se ata con alambre fino a una distancia de 10 mm de la soldadura, se inicia la máquina y se verifica el balanceo del extremo del eje de transmisión con la placa. El desbalance no debe ser superior a 70 g·cm (700 g·mm). Luego, liberando un extremo y asegurando el otro extremo del bastidor de péndulo con el soporte del fijador, se realiza el balanceo dinámico del otro extremo del eje de transmisión según la secuencia tecnológica descrita anteriormente.

Los ejes de transmisión tienen algunas características de balanceo. Para la mayoría de las piezas, la base para el balanceo dinámico son los cuellos de apoyo (por ejemplo, rotores de motores eléctricos, turbinas, husillos, cigüeñales, etc.), pero para los ejes de transmisión, son las bridas. Durante el ensamblaje, existen holguras inevitables en diferentes conexiones que conducen al desbalance. Si no se puede lograr el desbalance mínimo durante el balanceo, el eje se rechaza. La precisión del balanceo se ve influenciada por los siguientes factores:

• Holgura en la conexión entre la banda de asentamiento de la brida del eje de transmisión y el orificio interior de la brida de sujeción de los cabezales de soporte izquierdo y derecho;
• Excentricidad de giro radial y axial de las superficies base de la brida;
• Juegos en las conexiones de bisagra y estriadas. La presencia de grasa lubricante en la cavidad de la conexión estriada puede provocar un desbalance «flotante». Si esto impide lograr la precisión de balanceo requerida, el eje de transmisión se balancea sin grasa.

Algunos desbalances pueden ser completamente incorrejibles. Si se observa un aumento de la fricción en las juntas universales del eje de transmisión, aumenta la influencia mutua de los planos de corrección. Esto conduce a una disminución del rendimiento y la precisión del balanceo.

De acuerdo con OST 37.001.053-74, se establecen las siguientes normas de desbalance: los ejes de transmisión con dos juntas (de dos soportes) se balancean dinámicamente, y con tres (de tres soportes) – ensamblados con el soporte intermedio; las bridas (horquillas) de los ejes de transmisión y acoplamientos que pesan más de 5 kg se balancean estáticamente antes de ensamblar el eje o el acoplamiento; las normas de desbalance residual para ejes de transmisión en cada extremo o en el soporte intermedio de ejes de transmisión de tres juntas se evalúan por desbalance específico;

La norma máxima permisible de desbalance residual específico en cada extremo del eje o en el soporte intermedio, así como para ejes de transmisión de tres juntas en cualquier posición en el soporte de balanceo, no debe exceder: para transmisiones de automóviles de pasajeros y camiones de pequeña carga (hasta 1 t) y autobuses muy pequeños – 6 g-cm/kg, para el resto – 10 g-cm/kg. La norma máxima permisible de desbalance residual del eje de transmisión o eje de transmisión de tres juntas debe asegurarse en el soporte de balanceo a una frecuencia de rotación correspondiente a sus frecuencias en la transmisión a la velocidad máxima del vehículo.

Nota: OST 37.001.053-74 es una norma soviética de la industria automotriz de 1974 y se cita aquí como referencia histórica. En términos modernos, 6 g·cm/kg a 3,000 rpm corresponde aproximadamente a G 19 y 10 g·cm/kg a aproximadamente G 31 — el requisito de la OST se ubica entre G 16 y G 40, consistente con los grados de la ISO 21940-11 (antes ISO 1940-1) para ejes de transmisión. Especifique el trabajo nuevo en grados ISO 21940-11.

Para ejes de transmisión y ejes de transmisión de tres juntas de camiones con una capacidad de carga de 4 t y más, autobuses pequeños y grandes, se permite una reducción de la frecuencia de rotación en el soporte de balanceo al 70% de la frecuencia de rotación de los ejes de la transmisión a la velocidad máxima del vehículo. De acuerdo con OST 37.001.053-74, la frecuencia de rotación de balanceo de los ejes de transmisión debe ser igual a:

n_b = (0.7 ... 1.0) n_r,

donde n_b – frecuencia de rotación de balanceo (debe corresponder a los datos técnicos principales del soporte, n=3000 min^-1); n_r – frecuencia de rotación de trabajo máxima, min^-1.

En la práctica, debido a la holgura en las juntas y las conexiones dentadas, el eje de transmisión no puede balancearse a la frecuencia de rotación recomendada. En este caso, se elige otra frecuencia de rotación, a la cual se balancea.

4. Máquinas modernas de balanceo para ejes de transmisión

Figura 8. Máquina de balanceo para ejes de transmisión de hasta 2 metros de largo, con un peso de hasta 500 kg

El modelo tiene 2 soportes y permite el balanceo en 2 planos de corrección.

Figura 9. Máquina de balanceo para ejes de transmisión de hasta 4200 mm de largo, con un peso de hasta 400 kg

El modelo tiene 4 soportes y permite el balanceo en 4 planos de corrección simultáneamente.

Figura 10. Máquina de balanceo horizontal de rodamiento rígido para el balanceo dinámico de ejes de transmisión

1 – Elemento de balanceo (eje cardán); 2 – Base de la máquina; 3 – Soportes de la máquina; 4 – Transmisión de la máquina; Los elementos estructurales de los soportes de la máquina se muestran en la Figura 11.

Figura 11. Elementos de los soportes de la máquina para el balanceo dinámico de ejes de transmisión

1 — Soporte izquierdo no ajustable; 2 — Soporte intermedio ajustable (2 uds.); 3 — Soporte derecho fijo no ajustable; 4 — Manija de bloqueo del bastidor del soporte; 5 — Plataforma móvil del soporte; 6 — Tuerca de ajuste vertical del soporte; 7 — Manijas de bloqueo de posición vertical; 8 — Soporte de sujeción del soporte; 9 — Abrazadera móvil del rodamiento intermedio; 10 — Manija de bloqueo de la abrazadera; 11 — Bloqueo del soporte de sujeción; 12 — Husillo motriz (conductor) para la instalación de la pieza; 13 — Husillo conducido

5. Preparación para el Balanceo de Ejes de Transmisión

A continuación, se considerará la configuración de los soportes de la máquina y la instalación de la pieza a balancear (eje de transmisión de cuatro soportes) en los soportes de la máquina.

Figura 12. Instalación de bridas de transición en los husillos de la máquina de balanceo

Figura 13. Instalación del eje de transmisión en los soportes de la máquina de balanceo

Figura 14. Nivelación horizontal del eje de transmisión en los soportes de la máquina de balanceo utilizando un nivel de burbuja

Figura 15. Fijación de los soportes intermedios de la máquina de balanceo para evitar el desplazamiento vertical del eje de transmisión

Girar la pieza manualmente una vuelta completa. Asegurarse de que gire libremente y sin atascarse en los soportes. Después de esto, se configura la parte mecánica de la máquina, y la instalación de la pieza está completa.

6. Cómo equilibrar un eje de transmisión: procedimiento paso a paso

¿Qué kit necesito? Una máquina de dos soportes que corrige en dos planos (Figura 8) necesita el Balanset-1A de dos canales. Una máquina de cuatro soportes que corrige en cuatro planos simultáneamente (Figura 9, y el procedimiento a continuación) necesita el Balanset-4A de cuatro canales. El flujo de trabajo de medición y cálculo es idéntico; solo difiere el número de canales. El procedimiento a continuación se describe para una configuración de cuatro planos, mientras que las capturas de pantalla del software muestran el mismo flujo de trabajo en el Balanset-1A de dos planos — en el Balanset-4A las mismas pantallas simplemente agregan los planos 3 y 4.

El proceso de balanceo del eje de transmisión en la máquina balanceadora se considerará usando el sistema de medición Balanset-4A como ejemplo. El Balanset-4A es un kit de balanceo portátil diseñado para el balanceo en uno, dos, tres y cuatro planos de corrección de rotores, ya sea girando en sus propios rodamientos o montados en una máquina balanceadora. El dispositivo incluye hasta cuatro sensores de vibración, un sensor de ángulo de fase, una unidad de medición de cuatro canales, y una computadora portátil.

El proceso completo de balanceo, incluyendo la medición, el procesamiento y la visualización de la información sobre la magnitud y ubicación de los pesos correctivos, se realiza automáticamente y no requiere que el usuario tenga habilidades y conocimientos adicionales más allá de las instrucciones proporcionadas. Los resultados de todas las operaciones de balanceo se guardan en el Archivo de Balanceo y pueden imprimirse como reportes si es necesario. Además del balanceo, el Balanset-4A también puede usarse como un vibro-tacómetro regular, permitiendo la medición en cuatro canales del valor RMS de la vibración total, el RMS del componente rotacional de la vibración, y el control de la frecuencia de rotación del rotor.

Además, el dispositivo permite visualizar gráficas de la función temporal y el espectro de vibración por velocidad de vibración, lo cual puede ser útil para evaluar la condición técnica de la máquina balanceada.

Figura 16. Vista Externa del Dispositivo Balanset-4A para su Uso como Sistema de Medición y Cómputo de la Máquina Balanceadora de Ejes de Transmisión

Figura 17. Ejemplo de Uso del Dispositivo Balanset-4A como Sistema de Medición y Cómputo de la Máquina Balanceadora de Ejes de Transmisión

Figura 18. Ventana principal del software Balanset: F1 - About, F5 - Vibration Meter, F7 - Balancing, F8 - Charts, F6 - Reports

El dispositivo Balanset-4A se suministra con sensores de vibración. Los sensores están basados en acelerómetro; el software integra su señal y muestra la velocidad de vibración en mm/s RMS.

Figura 19. Instalación de los sensores de vibración Balanset-4A en los soportes de la máquina balanceadora

La dirección del eje de sensibilidad de los sensores debe coincidir con la dirección del desplazamiento de vibración del soporte, en este caso – horizontal. Para información adicional sobre la instalación de sensores, vea BALANCEO DE ROTORES EN CONDICIONES DE OPERACIÓN.

1. Instale los sensores de vibración 1, 2, 3, 4 en los soportes de la máquina de balanceo.
2. Conecte los sensores de vibración a los conectores X1, X2, X3, X4.
3. Instale el sensor de ángulo de fase (tacómetro láser) 5 de manera que el espacio nominal entre la superficie radial (o frontal) del rotor balanceado y la carcasa del sensor esté en el rango de 10 a 300 mm.
4. Fije una marca de cinta reflectante con un ancho de al menos 10-15 mm en la superficie del rotor.
5. Conecte el sensor de ángulo de fase al conector X5.
6. Conecte la unidad de medición al puerto USB de la computadora.
7. Al usar alimentación de red, conecte la computadora a la fuente de alimentación.
8. Conecte la fuente de alimentación a una red de 220 V, 50 Hz.
9. Encienda la computadora e inicie el software Balanset.
10. Abra el espacio de trabajo de balanceo con el botón “F7 - Balancing” y establezca el número requerido de planos de corrección en el campo “Plane count”, de modo que la vibración se mida simultáneamente mediante los sensores de vibración conectados a las entradas de la unidad de medición.
11. En la pantalla de la computadora aparece un diagrama mnemónico que ilustra la conexión de los sensores y la unidad de medición, como se muestra en la Figura 18.

Antes de realizar el balanceo, se recomienda tomar mediciones en el modo vibrómetro (botón F5).

Figura 20. Modo Vibration Meter (F5): vibración total V1s, V2s y componentes rotacionales V1o, V2o con fases F1, F2, mostradas como velocidad de vibración en mm/s RMS

Si la magnitud total de la vibración V1s (V2s) coincide aproximadamente con la magnitud del componente rotacional V1o (V2o), puede asumirse que la contribución principal a la vibración del mecanismo se debe al desbalance del rotor. Si la magnitud total de la vibración V1s (V2s) excede significativamente el componente rotacional V1o (V2o), se recomienda inspeccionar el mecanismo: verificar el estado de los rodamientos, asegurar el montaje seguro en la cimentación, verificar que el rotor no entre en contacto con partes estacionarias durante la rotación, y considerar la influencia de las vibraciones de otros mecanismos, etc.

Estudiar las gráficas de la función en el tiempo y los espectros de vibración en el modo de gráficas (“F8 - Charts”, la pestaña “F5-Spectrum (Hz)”) puede ser útil aquí.

Figura 21. Gráficas de la función temporal de vibración y espectro

La gráfica muestra en qué frecuencias los niveles de vibración son más altos. Si estas frecuencias difieren de la frecuencia de rotación del rotor del mecanismo balanceado, es necesario identificar las fuentes de estos componentes de vibración y tomar medidas para eliminarlos antes del balanceo.

Lectura del espectro de un eje de transmisión: 1x es desbalance, 2x puede ser la junta misma. Un pico dominante en la frecuencia rotacional (1x) apunta a desbalance — esto es lo que el balanceo elimina. Un pico dominante al doble de la frecuencia rotacional (2x), especialmente junto con vibración axial fuerte, apunta a los ángulos de la junta, cruces o estrías desgastadas, o desalineación: una junta universal (cardán) que trabaja con un ángulo γ hace que la horquilla conducida se adelante y se atrase dos veces por revolución, por lo que produce una componente 2x incluso cuando el eje está perfectamente balanceado. El balanceo no la eliminará — iguale los ángulos de las juntas (γ1 = γ2) y revise las juntas primero. En el modo de gráficos ("F8 - Charts") la pestaña "F5-Spectrum (Hz)" muestra el espectro y la pestaña "F3-1x vibration" la componente rotacional; a 3000 min^-1 1x = 50 Hz y 2x = 100 Hz.

También es importante prestar atención a la estabilidad de las lecturas en modo vibrómetro: la amplitud y la fase de la vibración no deben cambiar más del 10-15% durante la medición. De lo contrario, el mecanismo podría estar operando cerca de una región de resonancia. En este caso, se debe ajustar la velocidad del rotor.

Al realizar el balanceo en cuatro planos de un rotor nuevo, se requieren cinco arranques de calibración y al menos una carrera de ajuste (Run T) de la máquina balanceada. La medición de la vibración durante el primer arranque de la máquina sin peso de prueba se realiza como Run 0 en el espacio de trabajo de balanceo. Los arranques posteriores se realizan con un peso de prueba, instalado secuencialmente en el eje de transmisión en cada plano de corrección (en la zona de cada soporte de la máquina de balanceo).

Antes de cada carrera posterior, se deben realizar los siguientes pasos:

• Detenga la rotación del rotor de la máquina balanceada.
• Retire el peso de prueba instalado anteriormente.
• Instale el peso de prueba en el siguiente plano.

Figura 22. Espacio de trabajo de balanceo (“F7 - Balancing”) durante una corrida de medición: Run 0 - Initial, las corridas con masa de prueba Run 1 y Run 2, y la corrida de ajuste fino Run T

Después de completar cada medición, los resultados de la frecuencia de rotación del rotor (N_ob), así como los valores RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) y las fases (F₁, F₂, F₃, F₄) de la vibración a la frecuencia rotacional del rotor balanceado se guardan en los campos correspondientes de la ventana del programa. Después de la quinta carrera (Weight in Plane 4), aparecen los resultados del balanceo con el gráfico polar (ver Figura 23), que muestra los valores calculados de las masas (M₁, M₂, M₃, M₄) y los ángulos de instalación (f₁, f₂, f₃, f₄) de los pesos correctivos que deben instalarse en el rotor en cuatro planos para compensar su desbalance.

Figura 23. Gráfico polar del resultado del balanceo: masas y ángulos de corrección calculados para cada plano, medidos desde la posición del peso de prueba en la dirección de rotación

¡Atención! Después de completar el proceso de medición durante la quinta carrera de la máquina balanceada, es necesario detener la rotación del rotor y retirar el peso de prueba instalado anteriormente. Solo después de esto puede proceder con la instalación (o retirada) de los pesos de corrección en el rotor.

La posición angular para agregar (o retirar) el peso de corrección en el rotor en el sistema de coordenadas polares se mide desde la ubicación de la instalación del peso de prueba. La dirección de medición del ángulo coincide con la dirección de rotación del rotor. En el caso de balanceo por álabes, el álabe del rotor balanceado considerado condicionalmente como el 1er álabe coincide con la ubicación de la instalación del peso de prueba. La dirección de numeración de los álabes indicada en la pantalla del computadora sigue la dirección de rotación del rotor.

En esta versión del programa, se asume por defecto que el peso correctivo se agregará al rotor. Esto se indica mediante la marca establecida en el campo "Add mass". Si es necesario corregir el desbalance retirando peso (por ejemplo, taladrando), coloque la marca en el campo "Remove mass" con el mouse, después de lo cual la posición angular del peso correctivo cambiará automáticamente 180 grados.

Después de instalar los pesos correctivos en el rotor balanceado, realice la ejecución de ajuste (Run T) para verificar la eficacia de la operación de balanceo. Después de completar la ejecución de ajuste, los resultados de la frecuencia de rotación del rotor (N_ob) y los valores RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) y fases (F₁, F₂, F₃, F₄) de la vibración a la frecuencia rotacional del rotor balanceado se guardan. Simultáneamente, los resultados del balanceo (ver Figura 23) se actualizan, mostrando los parámetros calculados de los pesos correctivos adicionales que deben instalarse (o retirarse) en el rotor para compensar su desbalance residual. Además, este espacio de trabajo muestra los valores del desbalance residual logrado después del balanceo. Si los valores de vibración residual y/o desbalance residual del rotor balanceado cumplen los requisitos de tolerancia especificados en la documentación técnica, el proceso de balanceo puede darse por concluido. De lo contrario, el proceso de balanceo puede continuarse. Este método permite corregir posibles errores mediante aproximaciones sucesivas que pueden ocurrir al instalar (retirar) el peso correctivo en el rotor balanceado.

Si el proceso de balanceo continúa, se deben instalar (o retirar) pesos correctivos adicionales en el rotor balanceado de acuerdo con los parámetros calculados mostrados en los resultados del balanceo.

Los coeficientes de balanceo del rotor (coeficientes de influencia dinámicos) calculados a partir de los resultados de las cinco corridas de calibración se guardan en la memoria de la computadora y pueden reutilizarse con la función “Load Coefficients” al balancear rotores del mismo tipo.

7. Clases de Precisión de Balanceo Recomendadas para Rotores Rígidos

Los grados siguientes son los grados de calidad de balanceo G de la norma ISO 1940-1, sustituida sin cambio de valores por ISO 21940-11:2016. El grado se define como G =_per·Ω, donde_per es el desbalance residual específico permisible (g·mm/kg = µm) y Ω = 2πn/60 es la velocidad angular de servicio (rad/s). El desbalance residual permisible resulta como U_per = 9549·G·M/n [g·mm], repartido entre los planos de corrección. Vea nuestro ISO 1940-1 entrada de glosario.

El grado por defecto para el eje de transmisión de un vehículo de carretera es G 40; G 16 aplica cuando el plano o la especificación del OEM exige requisitos especiales. Tenga en cuenta que el desbalance residual y la vibración son criterios de aceptación separados: la vibración de la máquina ensamblada se evalúa según la ISO 20816 (antes ISO 10816) — vea nuestro ISO 10816-1 entrada de glosario.

La tabla de grado G se aplica únicamente a rotores rígidos — rotores cuya velocidad de servicio se mantiene por debajo de aproximadamente 0.5…0.7 de la primera velocidad crítica de flexión. Los ejes de transmisión largos (2 m o más, y cualquier eje con un soporte intermedio) pueden acercarse a ese límite: verifique la primera velocidad crítica del eje tanto contra la velocidad de servicio como contra la velocidad de balanceo. Si el eje es flexible a esa velocidad, use un procedimiento modal / multivelocidad (ISO 21940-12) — una corrección de rotor rígido en dos planos no será válida.

Tabla 2. Clases de Precisión de Balanceo Recomendadas para Rotores Rígidos.

Tipos de Máquinas (Rotores)	Clase de Precisión de Balanceo	Grado de calidad de balanceo G =per·Ω, mm/s
Cigüeñales motrices (estructuralmente desbalanceados) para motores diésel marinos de gran tamaño y baja velocidad (velocidad del pistón inferior a 9 m/s)	G 4000	4000
Cigüeñales motrices (estructuralmente balanceados) para motores diésel marinos de gran tamaño y baja velocidad (velocidad del pistón inferior a 9 m/s)	G 1600	1600
Cigüeñales motrices (estructuralmente desbalanceados) sobre aisladores de vibración	G 630	630
Cigüeñales motrices (estructuralmente desbalanceados) sobre soportes rígidos	G 250	250
Motores de combustión interna ensamblados para automóviles, camiones y locomotoras	G 100	100
Cigüeñales de accionamiento (estructuralmente balanceados) sobre aisladores de vibración	G 40	40
Ruedas de automóvil, rines, juegos de ruedas, ejes de transmisión (ejes cardán)	G 40	40
Máquinas agrícolas	G 16	16
Cigüeñales de accionamiento (balanceados) sobre soportes rígidos	G 16	16
Trituradoras	G 16	16
Ejes de transmisión (ejes propulsores / ejes cardán) con requisitos especiales	G 16	16
Turbinas de gas aeronáuticas	G 6.3	6.3
Centrífugas (separadores, sedimentadores)	G 6.3	6.3
Motores eléctricos y generadores (con una altura de eje de al menos 80 mm) con una velocidad nominal máxima de rotación de hasta 950 min-1	G 6.3	6.3
Motores eléctricos con una altura de eje de menos de 80 mm	G 6.3	6.3
Ventiladores	G 6.3	6.3
Transmisiones por engranajes	G 6.3	6.3
Máquinas de uso general	G 6.3	6.3
Máquinas de corte de metales	G 6.3	6.3
Máquinas de fabricación de papel	G 6.3	6.3
Bombas	G 6.3	6.3
Turboalimentadores	G 6.3	6.3
Turbinas hidráulicas	G 6.3	6.3
Compresores	G 6.3	6.3
Transmisiones controladas por computadora	G 2.5	2.5
Motores eléctricos y generadores (con una altura de eje de al menos 80 mm) con una velocidad nominal máxima de rotación superior a 950 min-1	G 2.5	2.5
Turbinas de gas y vapor	G 2.5	2.5
Transmisiones de máquinas de corte de metales	G 2.5	2.5
Máquinas textiles	G 2.5	2.5
Transmisiones de equipos de audio y video	G 1	1
Transmisiones de máquinas de rectificado	G 1	1
Mandrilos y transmisiones de equipos de alta precisión	G 0.4	0.4

Preguntas Frecuentes sobre el Balanceo del Eje de Transmisión

¿Qué es el balanceo de ejes de transmisión?

El balanceo del eje de transmisión es el proceso de corregir cualquier desbalance de masa en un eje de transmisión para que gire suavemente sin causar vibraciones. Esto implica medir dónde el eje es más pesado en un lado y luego agregar o retirar pequeñas cantidades de peso (por ejemplo, soldando pesos de balanceo) para contrarrestar ese desbalance. Un eje de transmisión balanceado funciona de manera uniforme, lo que previene la vibración excesiva y el desgaste en los componentes del vehículo.

¿Por qué es importante el balanceo de ejes de transmisión?

Un eje de transmisión desbalanceado puede provocar vibraciones fuertes, especialmente a ciertas velocidades, y puede causar ruidos de golpes durante la aceleración o los cambios de marcha. Con el tiempo, estas vibraciones pueden dañar los rodamientos, las juntas universales y otros componentes del tren motriz. Balancear el eje de transmisión elimina estas vibraciones, asegurando un recorrido más suave, reduciendo la tensión en las partes y previniendo daños costosos o paradas.

¿Cuáles son los síntomas comunes de un eje de transmisión desbalanceado?

Los síntomas típicos de un eje de transmisión desbalanceado o defectuoso incluyen vibración o temblor notable sentido en el piso del vehículo o el asiento, particularmente a medida que aumenta la velocidad. También podría escuchar sonidos de golpes o traqueteo al cambiar de marcha o durante la aceleración y desaceleración. En algunos casos, la junta universal puede sobrecalentarse debido al desbalance. Si observa estas señales, es probable que el eje de transmisión necesite balanceo o reparación.

¿Cómo se balancea un eje de transmisión?

El balanceo del eje de transmisión generalmente se realiza usando una máquina balanceadora especializada. El eje de transmisión se monta y se hace girar a alta velocidad mientras los sensores detectan cualquier desbalance. Un técnico luego coloca pesos pequeños en el eje de transmisión (o retira material) en posiciones específicas con base en las lecturas de la máquina. Este proceso se repite hasta que el eje de transmisión gira sin vibración significativa. Sistemas modernos como el Balanset-4A pueden guiar este proceso y calcular exactamente dónde y cuánto peso agregar para un balanceo preciso.

Conclusión

En conclusión, un balanceo adecuado del eje de transmisión es esencial para la seguridad, el rendimiento y el ahorro de costos. Al detectar y corregir el desbalance, usted previene el desgaste innecesario de las piezas, evita averías dañinas, y mantiene un rendimiento óptimo de la máquina. Los sistemas de balanceo modernos, como nuestros dispositivos Balanset-1A y Balanset-4A, hacen que el proceso sea eficiente, ayudando incluso a talleres pequeños a lograr resultados profesionales.

Si enfrenta vibraciones persistentes en el eje de transmisión o necesita una solución de balanceo confiable, no dude en actuar. Aplique los pasos descritos en esta guía o consulte con nuestros expertos para obtener asistencia. Con el enfoque y el equipo adecuados, puede garantizar que su eje de transmisión funcione de manera suave y confiable durante muchos años. Contáctenos para obtener más información o explorar el mejor equipo de balanceo de ejes de transmisión para sus necesidades.