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.

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. Procedimiento de Balanceo de Ejes de Transmisión
• 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.

The universal joint drive has a significant disadvantage: the non-uniform rotation of the shafts. If one shaft rotates uniformly, the other does not, and this non-uniformity increases with the angle between the shafts. This limitation prevents the use of a universal joint drive in many applications, such as in the transmission of front-wheel-drive vehicles, where the main issue is transmitting torque to the turning wheels. This disadvantage can be partially compensated by using two universal joints on one shaft, set to equal joint angles (γ1 = γ2) with the yokes at both ends of the intermediate shaft in the same plane (in phase). Yokes phased 90° apart do not cancel the fluctuation — they add to it. However, in applications requiring uniform rotation, constant velocity joints (CV joints) are typically used instead. CV joints are a more advanced but also more complex design serving the same purpose.

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.

Elastic universal joints transmit torque between shafts with intersecting axes at an angle of 2...3° due to the elastic deformation of the connecting elements. A rigid non-uniform velocity joint transmits torque from one shaft to another through the movable connection of rigid parts. It consists of two yokes – 3 and 5, into the cylindrical holes of which the ends A, B, C, and D of the connecting element – the cross 4, are installed on bearings. The yokes are rigidly connected to shafts 1 and 2. Yoke 5 can rotate around axis B–D of the cross and at the same time, along with the cross, rotate around axis A–C, thereby enabling the transmission of rotation from one shaft to another with a changing angle between them.

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

If shaft 1 rotates around its axis by an angle α, then shaft 2 will rotate by an angle β over the same period. The relationship between the rotation angles of shafts 1 and 2 is determined by the expression tanα = tanβ * cosγ, where γ is the angle at which the axes of the shafts are positioned. This expression indicates that the angle β is sometimes less than, equal to, or greater than angle α. Equality of these angles occurs every 90° of rotation of shaft 1. Therefore, with uniform rotation of shaft 1, the angular velocity of shaft 2 is non-uniform and varies according to a sinusoidal law. The non-uniformity of shaft 2's rotation becomes more significant as the angle γ between the shaft axes increases.

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

The maximum angle between the axes of shafts connected by rigid non-uniform velocity universal joints usually does not exceed 20°, as efficiency significantly decreases at larger angles. If the angle between the shaft axes varies within 0...2°, the trunnions of the cross are deformed by the needle bearings, causing the universal joint to fail quickly.

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.

The compensating connection of the universal joint drive is usually made in the form of a splined connection, allowing axial movement of the universal joint drive parts. It consists of a splined tip that fits into the splined sleeve of the universal joint drive. Lubrication is introduced into the splined connection through a grease fitting or applied during assembly and replaced after prolonged use of the vehicle. A seal and a cover are typically installed to prevent grease leakage and contamination.

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).

Needle bearings of the universal joints are lubricated with liquid oil used for transmission units; splined connections in most vehicles are lubricated with greases (US-1, US-2, 1-13, etc.); the use of grease for lubricating needle bearings is strictly prohibited. In some vehicles, splined connections are lubricated with transmission oil. The intermediate support bearing, mounted in a rubber sleeve, practically does not require lubrication, as it is lubricated during assembly at the factory. The support bearing of the ZIL-130 vehicle is lubricated with grease through a pressure fitting during regular maintenance (every 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).

During dynamic balancing, the driveshaft assembly with the sliding yoke is installed and secured on the machine. One end of the driveshaft is connected by a flange-yoke to the flange of the front driving headstock, and the other end by the support neck of the sliding yoke to the splined sleeve of the rear headstock. Then the ease of rotation of the driveshaft is checked, and one end of the machine's pendulum frame is fixed using the fixator. After starting the machine, the limb of the rectifier is rotated counterclockwise, bringing the millivoltmeter needle to its maximum reading. The millivoltmeter reading corresponds to the magnitude of the imbalance. The millivoltmeter scale is graduated in gram-centimeters or grams of counterweight. Continuing to rotate the rectifier limb counterclockwise, the millivoltmeter reading is brought to zero, and the machine is stopped. Based on the rectifier limb reading, the angular displacement (angle of imbalance displacement) is determined, and by manually rotating the driveshaft, this value is set on the intermediate shaft limb. The welding place of the balancing plate will be on the top of the driveshaft, and the weighted part at the bottom in the correction plane. Then the balancing plate is attached and tied with thin wire at a distance of 10 mm from the weld, the machine is started, and the balance of the driveshaft end with the plate is checked. The imbalance should be no more than 70 g·cm (700 g·mm). Then, releasing one end and securing the other end of the pendulum frame with the fixator stand, dynamic balancing of the other end of the driveshaft is performed according to the technological sequence described above.

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.

Note: OST 37.001.053-74 is a Soviet automotive-industry standard from 1974 and is quoted here as a historical reference. In modern terms, 6 g·cm/kg at 3,000 rpm corresponds to about G 19 and 10 g·cm/kg to about G 31 — the OST requirement sits between G 16 and G 40, consistent with the ISO 21940-11 (formerly ISO 1940-1) grades for drive shafts. Specify new work in ISO 21940-11 grades.

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 – Balancing item (driveshaft); 2 – Machine base; 3 – Machine supports; 4 – Machine drive; The structural elements of the machine supports are shown in Figure 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. Procedimiento de Balanceo de Ejes de Transmisión

Which kit do I need? A two-support machine correcting in two planes (Figure 8) needs the two-channel Balanset-1A. A four-support machine correcting in four planes simultaneously (Figure 9, and the procedure below) needs the four-channel Balanset-4A. The measurement and calculation workflow is identical; only the channel count differs. The procedure below is described for a four-plane setup, while the software screenshots show the same workflow on the two-plane Balanset-1A — on the Balanset-4A the same screens simply add planes 3 and 4.

The process of driveshaft balancing on the balancing machine will be considered using the Balanset-4A measuring system as an example. The Balanset-4A is a portable balancing kit designed for balancing in one, two, three, and four correction planes of rotors, either rotating in their own bearings or mounted on a balancing machine. The device includes up to four vibration sensors, a phase angle sensor, a four-channel measuring unit, and a portable computer.

The entire balancing process, including measurement, processing, and display of information on the magnitude and location of corrective weights, is performed automatically and does not require the user to have additional skills and knowledge beyond the provided instructions. The results of all balancing operations are saved in the Balancing Archive and can be printed as reports if necessary. In addition to balancing, the Balanset-4A can also be used as a regular vibro-tachometer, allowing measurement on four channels of the root mean square (RMS) value of total vibration, RMS of the rotational component of vibration, and control of rotor rotation frequency.

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.

Figure 16. External View of the Balanset-4A Device for Use as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 17. Example of Using the Balanset-4A Device as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 18. Main window of the Balanset software: F1 - About, F5 - Vibration Meter, F7 - Balancing, F8 - Charts, F6 - Reports

The Balanset-4A device is supplied with vibration sensors. The sensors are accelerometer-based; the software integrates their signal and displays vibration velocity in mm/s RMS.

Figure 19. Installation of Balanset-4A Vibration Sensors on the Supports of the Balancing Machine

The direction of the sensors' sensitivity axis should match the direction of the support's vibration displacement, in this case – horizontal. For additional information on sensor installation, see BALANCING ROTORS IN OPERATING CONDITIONS.

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. Install the phase angle sensor (laser tachometer) 5 so that the nominal gap between the radial (or end) surface of the balanced rotor and the sensor housing is in the range of 10 to 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. Turn on the computer and start the Balanset software.
10. Open the balancing workspace with the “F7 - Balancing” button and set the required number of correction planes in the “Plane count” field, so that vibration is measured simultaneously by the vibration sensors connected to the inputs of the measuring unit.
11. A mnemonic diagram illustrating the connection of the sensors and the measuring unit appears on the computer display, as shown in Figure 18.

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

Figure 20. Vibration Meter mode (F5): total vibration V1s, V2s and rotational components V1o, V2o with phases F1, F2, displayed as vibration velocity in 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.

Studying the time function graphs and vibration spectra in the charts mode (“F8 - Charts”, the “F5-Spectrum (Hz)” tab) can be useful here.

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.

Reading the spectrum of a driveshaft: 1x is unbalance, 2x may be the joint itself. A dominant peak at the rotational frequency (1x) points to unbalance — this is what balancing removes. A dominant peak at twice the rotational frequency (2x), especially together with strong axial vibration, points to the joint angles, worn crosses or splines, or desalineación: a universal (cardan) joint working at an angle γ makes the driven yoke lead and lag twice per revolution, so it produces a 2x component even when the shaft is perfectly balanced. Balancing will not remove it — equalise the joint angles (γ1 = γ2) and check the joints first. In the charts mode (“F8 - Charts”) the “F5-Spectrum (Hz)” tab shows the spectrum and the “F3-1x vibration” tab the rotational component; at 3000 min^-1 1x = 50 Hz and 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.

When performing four-plane balancing of a new rotor, five calibration runs and at least one trim run (Run T) of the balanced machine are required. Vibration measurement during the first machine run without a trial weight is performed as Run 0 in the balancing workspace. Subsequent runs are performed with a trial weight, sequentially installed on the driveshaft in each correction plane (in the area of each balancing machine support).

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.

Figure 22. Balancing workspace (“F7 - Balancing”) during a measurement run: Run 0 - Initial, trial-mass runs Run 1 and Run 2, and the trim run 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) of the vibration at the rotational frequency of the balanced rotor are saved in the corresponding fields in the program window. After the fifth run (Weight in Plane 4), the balancing results with the polar plot (see Figure 23) appear, displaying the calculated values of the masses (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.

Figure 23. Polar plot of the balancing result: calculated correction masses and angles for each plane, measured from the trial weight position in the direction of rotation

¡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 ordenador sigue la dirección de rotación del rotor.

In this version of the program, it is assumed by default that the corrective weight will be added to the rotor. This is indicated by the mark set in the “Add mass” field. If correcting the imbalance by removing the weight (e.g., by drilling) is necessary, set the mark in the “Remove mass” field using the mouse, after which the angular position of the corrective weight will automatically change by 180 degrees.

After installing the corrective weights on the balanced rotor, carry out the trim run (Run T) to check the effectiveness of the balancing operation. After completing the trim run, the results of the rotor's rotation frequency (N_ob) y los valores RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) y fases (F₁, F₂, F₃, F₄) of the vibration at the rotational frequency of the balanced rotor are saved. Simultaneously, the balancing results (see Figure 23) are updated, displaying the calculated parameters of additional corrective weights that need to be installed (or removed) on the rotor to compensate for its residual imbalance. Additionally, this workspace shows the values of the residual imbalance achieved after balancing. If the values of residual vibration and/or residual imbalance of the balanced rotor meet the tolerance requirements specified in the technical documentation, the balancing process can be completed. Otherwise, the balancing process can be continued. This method allows for correcting possible errors through successive approximations that may occur when installing (removing) the corrective weight on the balanced rotor.

If the balancing process continues, additional corrective weights must be installed (or removed) on the balanced rotor according to the calculated parameters shown in the balancing results.

The rotor balancing coefficients (dynamic influence coefficients) calculated from the results of the five calibration runs are saved in the computer's memory and can be reused with the “Load Coefficients” function when balancing rotors of the same type.

7. Clases de Precisión de Balanceo Recomendadas para Rotores Rígidos

The grades below are the balance quality grades G of ISO 1940-1, superseded without change of values by ISO 21940-11:2016. The grade is defined as G = e_por·Ω, where e_por is the permissible specific residual unbalance (g·mm/kg = µm) and Ω = 2πn/60 is the service angular velocity (rad/s). The permissible residual unbalance follows as U_por = 9549·G·M/n [g·mm], split between the correction planes. See our ISO 1940-1 glossary entry.

The default grade for a road-vehicle driveshaft is G 40; G 16 applies when the drawing or the OEM specification calls for special requirements. Note that residual unbalance and vibration are separate acceptance criteria: the vibration of the assembled machine is assessed to ISO 20816 (formerly ISO 10816) — see our ISO 10816-1 glossary entry.

The G-grade table applies to rigid rotors only — rotors whose service speed stays below roughly 0.5…0.7 of the first bending critical speed. Long driveshafts (2 m and above, and any shaft with an intermediate support) can approach that limit: check the shaft's first critical speed against both the service speed and the balancing speed. If the shaft is flexible at speed, use a modal / multi-speed procedure (ISO 21940-12) — a two-plane rigid-rotor correction will not hold.

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

Tipos de Máquinas (Rotores)	Clase de Precisión de Balanceo	Balance quality grade G = epor·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
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Máquinas agrícolas	G 16	16
Cigüeñales de accionamiento (balanceados) sobre soportes rígidos	G 16	16
Trituradoras	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	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?

Drive shaft balancing is usually done using a specialized balancing machine. The drive shaft is mounted and spun at high speed while sensors detect any imbalance. A technician then attaches small weights to the drive shaft (or removes material) at specific positions based on the machine's readings. This process is repeated until the drive shaft rotates without significant vibration. Modern systems like the Balanset-4A can guide this process and calculate exactly where and how much weight to add for precise balancing.

Conclusión

En conclusión, un balanceo adecuado del eje de transmisión es esencial para la seguridad, el rendimiento y el ahorro de costos. By detecting and correcting imbalance, you prevent unnecessary wear on parts, avoid damaging breakdowns, and maintain optimal machine performance. Modern balancing systems like our Balanset-1A and Balanset-4A devices make the process efficient, helping even small workshops achieve professional results.

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.