Drive Shaft Balancing: Comprehensive Guide

Imagine you're driving a truck and suddenly feel a harsh vibration or hear a loud clunk when accelerating or changing gears. This is more than just a nuisance — it could be a sign of an unbalanced driveshaft. For engineers and technicians, such vibrations and noises indicate lost efficiency, accelerated wear on components, and potentially costly downtime if left unaddressed.

In this comprehensive guide, we provide practical solutions to driveshaft balance issues. You'll learn what a driveshaft is and why it needs balancing, recognize the common malfunctions that cause vibration or noise, and follow a clear step-by-step process for dynamic driveshaft balancing. By applying these best practices, you can save money on repairs, reduce troubleshooting time, and ensure your machinery or vehicle runs reliably with minimal vibration.

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.

Units mounted on the frame (such as the gearbox and transfer case) can move relative to each other due to the deformation of their supports and the frame itself. Meanwhile, the drive axles are attached to the frame through the suspension and can move relative to the frame and the units mounted on it due to the deformation of the suspension's elastic elements. This movement can change not only the angles of the driveshafts connecting the units but also the distance between the units.

El eje cardan tiene una desventaja significativa: la rotación no uniforme de los ejes. Si un eje gira de manera uniforme, el otro no lo hace, y esta no uniformidad aumenta con el ángulo entre los ejes. Esta limitación impide el uso de un eje cardan en muchas aplicaciones, como en la transmisión de vehículos de tracción delantera, donde el problema principal es transmitir torque a las ruedas giratorias. Esta desventaja puede compensarse parcialmente mediante el uso de dobles juntas universales en un mismo eje, que están giradas un cuarto de vuelta entre sí. Sin embargo, en aplicaciones que requieren rotación uniforme, generalmente se utilizan juntas de velocidad constante (juntas CV) en su lugar. Las juntas CV son un diseño más avanzado pero también más complejo que cumple la misma función.

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

In general, a universal joint drive consists of universal joints 2 and 5, driveshafts 1, 4, and 6, and a compensating connection 3. Sometimes the driveshaft is installed on an intermediate support attached to the vehicle frame cross member. Universal joints ensure the transmission of torque between shafts whose axes intersect at an angle. Universal joints are divided into non-uniform and constant velocity types. Non-uniform velocity joints are further classified into elastic and rigid types. Constant velocity joints can be ball-type with dividing grooves, ball-type with a dividing lever, and cam-type. They are typically installed in the drive of the leading controlled wheels, where the angle between the shafts can reach 45°, and the center of the universal joint must coincide with the intersection point of the wheel's rotation axes and its turning axis.

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, V, and G 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 BG of the cross and at the same time, along with the cross, rotate around axis AV, 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

Si el eje 7 gira alrededor de su eje en un ángulo α, entonces el eje 2 girará en un ángulo β durante el mismo período. La relación entre los ángulos de rotación de los ejes 7 y 2 está determinada por la expresión 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 7. 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.

The design of the main parts of universal joint drives is shown in Figure 3. A non-uniform velocity universal joint consists of two yokes (1) connected by a cross (3). One of the yokes sometimes has a flange, while the other is welded to the driveshaft tube or has a splined end (6) (or sleeve) for connection to the driveshaft. The trunnions of the cross are installed in the eyes of both yokes on needle bearings (7). Each bearing is housed in a case (2) and held in the yoke's eye with a cap, which is attached to the yoke with two bolts locked by tabs on the washer. In some cases, the bearings are secured in the yokes with snap rings. To retain lubrication in the bearing and protect it from water and dirt, there is a rubber self-tightening seal. The inner cavity of the cross is filled with grease through a grease fitting, which reaches the bearings. The cross typically has a safety valve to protect the seal from damage due to the pressure of the grease being pumped into the cross. The splined connection (6) is lubricated using the grease fitting (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.

In the transmissions of high-speed tracked vehicles, universal joints with gear coupling types, which allow the transmission of torque between shafts with axes intersecting at angles up to 1.5...2°, are often used.

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.

The driveshaft is made of a thin-walled electric-welded tube (8), into which two identical yokes (9) are press-fitted at each end and then welded by arc welding. Needle bearing housings (18) of the cross (25) are press-fitted into the eyes of the yokes (9) and are secured with spring retaining rings (20). Each universal joint bearing contains 22 needles (21). Stamped caps (24) are press-fitted onto the protruding trunnions of the crosses, into which cork rings (23) are installed. The bearings are lubricated using an angular grease fitting (17) screwed into a threaded hole in the center of the cross, connected to through channels in the cross's trunnions. On the opposite side of the universal joint cross, a safety valve (16) is located in its center, designed to release excess grease when filling the cross and bearings, and to prevent pressure build-up inside the cross during operation (the valve activates at a pressure of about 3.5 kg/cm²). The necessity of including a safety valve is due to the fact that excessive pressure increase inside the cross can lead to damage (extrusion) of the cork seals.

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

The driveshaft, assembled with both universal joints, is carefully dynamically balanced at both ends by welding balancing plates (7) to the tube. Therefore, when disassembling the shaft, all its parts must be carefully marked so that they can be reassembled in their original positions. Failure to follow this instruction disrupts the shaft's balance, causing vibrations that can damage the transmission and vehicle body. If individual parts wear out, especially if the tube bends due to impact and it becomes impossible to dynamically balance the shaft after assembly, the entire shaft must be replaced.

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. 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;
• Gaps in the hinge and splined connections. The presence of grease in the cavity of the splined connection can lead to “floating” imbalance. If it prevents achieving the required balancing accuracy, the driveshaft is balanced without grease.

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.

According to OST 37.001.053-74, the following imbalance standards are established: driveshafts with two joints (two-support) are balanced dynamically, and with three (three-support) – assembled with the intermediate support; the flanges (yokes) of driveshafts and couplings weighing more than 5 kg are statically balanced before assembling the shaft or coupling; the residual imbalance norms for driveshafts at each end or at the intermediate support of three-joint driveshafts are evaluated by specific imbalance;

The maximum permissible specific residual imbalance norm at each end of the shaft or at the intermediate support, as well as for three-joint driveshafts in any position on the balancing stand, should not exceed: for transmissions of passenger cars and small-load trucks (up to 1 t) and very small buses – 6 g-cm/kg, for the rest – 10 g-cm/kg. The maximum permissible residual imbalance norm of the driveshaft or three-joint driveshaft should be ensured on the balancing stand at a rotation frequency corresponding to their frequencies in the transmission at the maximum vehicle speed.

For driveshafts and three-joint driveshafts of trucks with a load capacity of 4 t and above, small and large buses, a reduction in the rotation frequency on the balancing stand to 70% of the transmission shafts' rotation frequency at the maximum vehicle speed is allowed. According to OST 37.001.053-74, the balancing rotation frequency of driveshafts should be equal to:

n_b = (0.7 ... 1.0) n_r,

donde n_b – balancing rotation frequency (should correspond to the main technical data of the stand, n=3000 min^-1; n_r – maximum working rotation frequency, 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.

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

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 — Pieza a balancear (eje de transmisión); 2 — Base de la máquina; 3 — Soportes de la máquina; 4 — Accionamiento de la máquina; Los elementos estructurales de los soportes de la máquina se muestran en la Figura 9.

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

El proceso de balanceo del eje de transmisión en la máquina de balanceo se considerará utilizando el sistema de medición Balanset-4 como ejemplo. El Balanset-4 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 de balanceo. 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.

Todo el proceso de balanceo, incluyendo la medición, el procesamiento y la visualización de información sobre la magnitud y ubicación de los pesos de corrección, 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 informes si es necesario. Además del balanceo, el Balanset-4 también puede utilizarse como un vibrotacómetro regular, permitiendo la medición en cuatro canales del valor cuadrático medio (RMS) de la vibración total, el RMS de la 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-4 para su uso como sistema de medición y cómputo de la máquina de balanceo de ejes de transmisión

Figura 17. Ejemplo de uso del dispositivo Balanset-4 como sistema de medición y cálculo de la máquina de balanceo de flechas

Figura 18. Interfaz de usuario del dispositivo Balanset-4

The Balanset-4 device can be equipped with two types of sensors – vibration accelerometers for measuring vibration (vibration acceleration) and force sensors. Vibration sensors are used for operating on post-resonance type balancing machines, while force sensors are used for pre-resonance type machines.

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

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. The installation of force sensors depends on the machine's design features.

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. Encienda la computadora y seleccione el programa “BalCom-4”.
10. Presione el botón “F12-four-plane” (o la tecla de función F12 en el teclado de la computadora) para seleccionar el modo de medición de vibración simultánea en cuatro planos utilizando los sensores de vibración 1, 2, 3, 4, conectados respectivamente a las entradas X1, X2, X3 y X4 de la unidad de medición.
11. En la pantalla de la computadora aparece un diagrama mnemotécnico que ilustra el proceso de medición de vibración simultánea en cuatro canales de medición (o el proceso de balanceo en cuatro planos), como se muestra en la Figura 16.

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

Figura 20. Mediciones en modo vibrómetro

If the total vibration magnitude V1s (V2s) approximately matches the rotational component magnitude V1o (V2o), it can be assumed that the main contribution to the mechanism's vibration is due to rotor imbalance. If the total vibration magnitude V1s (V2s) significantly exceeds the rotational component V1o (V2o), it is recommended to inspect the mechanism – check the condition of the bearings, ensure secure mounting on the foundation, verify that the rotor does not contact stationary parts during rotation, and consider the influence of vibrations from other mechanisms, etc.

Studying the time function graphs and vibration spectra obtained in the "Graphs-Spectral Analysis" mode can be useful here.

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

The graph shows at which frequencies the vibration levels are highest. If these frequencies differ from the rotational frequency of the balanced mechanism's rotor, it is necessary to identify the sources of these vibration components and take measures to eliminate them before balancing.

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 in "Primary" mode, five calibration runs and at least one verification run of the balanced machine are required. Vibration measurement during the first machine run without a trial weight is performed in the "Four-Plane 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:

• Stop the rotation of the balanced machine's rotor.
• Retire el peso de prueba instalado anteriormente.
• Instale el peso de prueba en el siguiente plano.

Figura 23. Espacio de trabajo de balanceo en cuatro planos

After completing each measurement, the results of the rotor's rotation frequency (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 Weights" workspace (see Figure 24) appears, 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.

Figura 24. Espacio de trabajo con parámetros calculados de pesos correctivos en cuatro planos

¡Atención! After completing the measurement process during the fifth run of the balanced machine, it is necessary to stop the rotor's rotation and remove the previously installed trial weight. Only after this can you proceed with installing (or removing) the corrective weights on the rotor.

The angular position for adding (or removing) the corrective weight on the rotor in the polar coordinate system is measured from the location of the trial weight installation. The angle measurement direction coincides with the rotor's rotation direction. In the case of balancing by blades, the blade of the balanced rotor conditionally considered as the 1st blade coincides with the trial weight installation location. The numbering direction of the blades indicated on the computer display follows the rotor's rotation direction.

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" field. If correcting the imbalance by removing the weight (e.g., by drilling) is necessary, set the mark in the "Remove" 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, press the "Exit – F10" button (or the F10 function key on the computer keyboard) to return to the previous "Four-Plane Balancing" workspace and check the effectiveness of the balancing operation. After completing the verification 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 Weights" workspace (see Figure 21) appears over the "Four-Plane Balancing" workspace, 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 parameters specified in the "Balancing Weights" workspace.

The "Coefficients – F8" button (or the F8 function key on the computer keyboard) is used to view and save in the computer's memory the rotor balancing coefficients (dynamic influence coefficients) calculated from the results of the five calibration runs.

7. Clases de Precisión de Balanceo Recomendadas para Rotores Rígidos

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

Clases de Precisión de Balanceo Recomendadas para Rotores Rígidos

Tipos de Máquinas (Rotores)	Clase de Precisión de Balanceo	Valor eper 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
Partes de automóviles: ruedas, llantas, conjuntos de ruedas, transmisiones
Cigüeñales de accionamiento (estructuralmente balanceados) sobre aisladores de vibración	G 40	40
Máquinas agrícolas	G 16	16
Cigüeñales de accionamiento (balanceados) sobre soportes rígidos
Trituradoras
Ejes de transmisión (árboles de transmisión, ejes de tornillo)
Turbinas de gas aeronáuticas	G 6.3	6.3
Centrífugas (separadores, sedimentadores)
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
Motores eléctricos con una altura de eje de menos de 80 mm
Ventiladores
Transmisiones por engranajes
Máquinas de uso general
Máquinas de corte de metales
Máquinas de fabricación de papel
Bombas
Turboalimentadores
Turbinas hidráulicas
Compresores
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
Turbinas de gas y vapor
Transmisiones de máquinas de corte de metales
Máquinas textiles
Transmisiones de equipos de audio y video	G 1	1
Transmisiones de máquinas de rectificado
Mandrilos y transmisiones de equipos de alta precisión	G 0.4	0.4

Frequently Asked Questions about Drive Shaft Balancing

What is drive shaft balancing?

Drive shaft balancing is the process of correcting any mass imbalance in a drive shaft so that it rotates smoothly without causing vibrations. This involves measuring where the shaft is heavier on one side and then adding or removing small amounts of weight (for example, welding on balancing weights) to counteract that imbalance. A balanced drive shaft runs evenly, which prevents excessive vibration and wear on vehicle components.

Why is drive shaft balancing important?

An unbalanced drive shaft can lead to strong vibrations, especially at certain speeds, and may cause clunking noises during acceleration or gear shifts. Over time, these vibrations can damage bearings, universal joints, and other drivetrain components. Balancing the drive shaft eliminates these vibrations, ensuring a smoother ride, reducing strain on parts, and preventing costly damage or downtime.

What are common symptoms of an unbalanced drive shaft?

The typical symptoms of an unbalanced or faulty drive shaft include noticeable vibration or shuddering felt in the vehicle floor or seat, particularly as speed increases. You might also hear knocking or rattling sounds when shifting gears or during acceleration and deceleration. In some cases, the universal joint may overheat due to imbalance. If you observe these signs, it's likely the drive shaft needs balancing or repair.

How do you balance a drive shaft?

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-4 can guide this process and calculate exactly where and how much weight to add for precise balancing.

Conclusión

In conclusion, proper drive shaft balancing is essential for safety, performance, and cost savings. 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-1 and Balanset-4 devices make the process efficient, helping even small workshops achieve professional results.

If you're facing persistent driveshaft vibrations or need a reliable balancing solution, don't hesitate to act. Apply the steps outlined in this guide or consult with our experts for assistance. With the right approach and equipment, you can ensure your driveshaft runs smoothly and reliably for years to come. Contact us to learn more or to explore the best drive shaft balancing equipment for your needs.