Equilibrado de ejes de transmisión

Publicado por Nikolai Shelkovenko en

Índice

1. Tipos de árboles de transmisión

Una transmisión por cardán (árbol de transmisión) es un mecanismo que transmite el par entre ejes que se cruzan en el centro del cardán y pueden moverse entre sí en ángulo. En un vehículo, el árbol de transmisión transmite el par desde la caja de cambios (o caja de transferencia) a los ejes motrices en el caso de una configuración clásica o de tracción total. En los vehículos de tracción total, la junta universal suele conectar el eje motriz de la caja de cambios con el eje motriz de la caja de transferencia, y los ejes motrices de la caja de transferencia con los ejes motrices de las transmisiones principales de los ejes motrices.

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

La transmisión por junta universal tiene un inconveniente importante: la rotación no uniforme de los ejes. Si un eje gira uniformemente, el otro no, y esta falta de uniformidad aumenta con el ángulo entre los ejes. Esta limitación impide el uso de una transmisión por cardán en muchas aplicaciones, como en la transmisión de vehículos de tracción delantera, donde lo principal es transmitir el par a las ruedas giratorias. Esta desventaja puede compensarse parcialmente utilizando juntas universales dobles en un eje, que giran un cuarto de vuelta una respecto a la otra. Sin embargo, en aplicaciones que requieren una rotación uniforme, se suelen utilizar en su lugar juntas homocinéticas (juntas CV). Las juntas homocinéticas son un diseño más avanzado, pero también más complejo, que cumple la misma función.

Las transmisiones por cardán pueden constar de una o varias juntas universales conectadas por árboles de transmisión y soportes intermedios.

Figura 1. Esquema de una transmisión por junta universal: 1, 4, 6 - ejes motrices; 2, 5 - juntas universales; 3 - conexión compensadora; u1, u2 - ángulos entre ejes.

En general, una transmisión por cardán está formada por los cardanes 2 y 5, los árboles de transmisión 1, 4 y 6, y una conexión de compensación 3. A veces, el árbol de transmisión se instala en un soporte intermedio fijado al travesaño del bastidor del vehículo. Las juntas universales aseguran la transmisión de par entre ejes cuyos ejes se cruzan en ángulo. Las juntas universales se dividen en no uniformes y de velocidad constante. Las juntas de velocidad no uniforme se clasifican a su vez en elásticas y rígidas. Las juntas de velocidad constante pueden ser de tipo bola con ranuras divisorias, de tipo bola con palanca divisoria y de tipo leva. Suelen instalarse en el accionamiento de las ruedas directrices, 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 de intersección en un ángulo de 2...3° debido a la deformación elástica de los elementos de conexión. Una junta homocinética rígida transmite el par de un eje a otro mediante la conexión móvil de elementos rígidos. Consiste en dos yugos - 3 y 5, en cuyos agujeros cilíndricos se instalan los extremos A, B, V, y G del elemento de conexión - la cruz 4, sobre cojinetes. Los yugos están conectados rígidamente a los ejes 1 y 2. El yugo 5 puede girar alrededor del eje BG de la cruz y al mismo tiempo, junto con la cruz, girar alrededor del eje AV, permitiendo así la transmisión de rotación de un eje a otro con un ángulo cambiante entre ellos.

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

Si el eje 7 gira alrededor de su eje un ángulo α, entonces el eje 2 girará un ángulo β durante el mismo período. La relación entre los ángulos de rotación de los ejes 7 y 2 viene determinada por la expresión tanα = tanβ * cosγ, donde γ es el ángulo en el que se sitúan los ejes de los árboles. Esta expresión indica que el ángulo β es a veces menor, igual o mayor que el ángulo α. La igualdad de estos ángulos se produce cada 90° de rotación del eje 7. Por lo tanto, con una rotación uniforme del eje 1, la velocidad angular del eje 2 no es uniforme y varía según una ley sinusoidal. La no uniformidad de la rotación del eje 2 se hace más significativa a medida que aumenta el ángulo γ entre los ejes de los ejes.

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 aumentarán 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 la transmisión por cardán. Se instalan de modo que los ángulos γ1 y γ2 sean iguales; las horquillas de las juntas universales, fijadas en el eje 4 de rotación no uniforme, deben colocarse en el mismo plano.

En la figura 3 se muestra el diseño de las partes principales de las transmisiones por cardán. Una junta universal de velocidad no uniforme consta de dos yugos (1) conectados por una cruz (3). Una de las horquillas tiene a veces una brida, mientras que la otra está soldada al tubo del árbol de transmisión o tiene un extremo estriado (6) (o manguito) para su conexión al árbol de transmisión. Los muñones de la cruz se instalan en los ojos de ambos yugos sobre cojinetes de agujas (7). Cada cojinete se aloja en una caja (2) y se mantiene en el ojo del yugo con una tapa, que se fija al yugo con dos pernos bloqueados por lengüetas en la arandela. En algunos casos, los rodamientos se fijan en los yugos con anillos elásticos. Para retener la lubricación en el rodamiento y protegerlo del agua y la suciedad, hay una junta de goma autoajustable. La cavidad interior de la cruz se llena de grasa a través de un engrasador, que llega hasta los rodamientos. La cruz suele tener una válvula de seguridad para proteger la junta de daños debidos a la presión de la grasa que se bombea a la cruz. La conexión estriada (6) se lubrica mediante el engrasador (5).

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

El ángulo máximo entre los ejes de los árboles conectados por juntas universales rígidas de velocidad no uniforme no suele superar los 20°, ya que la eficacia disminuye significativamente con ángulos mayores. Si el ángulo entre los ejes varía dentro de 0...2%, los muñones de la cruz son deformados por los cojinetes de agujas, causando que la junta universal falle rápidamente.

En las transmisiones de vehículos de alta velocidad sobre orugas, se utilizan a menudo juntas universales con tipos de acoplamiento de engranajes, que permiten la transmisión de par entre ejes con ejes que se cruzan en ángulos de hasta 1,5...2°.

Los ejes de transmisión suelen fabricarse tubulares, utilizando tubos de acero especial sin soldadura o soldados. Los yugos de las juntas universales, los manguitos estriados o las puntas se sueldan a los tubos. Para reducir las cargas transversales que actúan sobre el árbol de transmisión, se realiza un equilibrado dinámico con las juntas universales montadas. El desequilibrio se corrige soldando placas de equilibrado al árbol de transmisión o, a veces, instalando placas de equilibrado bajo las tapas de los cojinetes de las juntas universales. La posición relativa de las piezas de conexión estriadas después del montaje y equilibrado de la transmisión por cardán en fábrica suele marcarse con etiquetas especiales.

La conexión de compensación de la transmisión por cardán se suele realizar en forma de conexión estriada, lo que permite el movimiento axial de las piezas de la transmisión por cardán. Consiste en una punta estriada que encaja en el manguito estriado del accionamiento de junta universal. La lubricación se introduce en la conexión estriada a través de un engrasador o se aplica durante el montaje y se sustituye tras un uso prolongado del vehículo. Normalmente se instalan una junta y una tapa para evitar fugas de grasa y contaminación.

Para los ejes de transmisión largos, se suelen utilizar soportes intermedios en las transmisiones por cardán. Un soporte intermedio suele consistir en un soporte atornillado al travesaño del bastidor del vehículo, en el que se monta un rodamiento de bolas en un anillo elástico de goma. El rodamiento está sellado por ambos lados con tapas y dispone de un dispositivo de lubricación. El anillo elástico de goma ayuda a compensar las imprecisiones de montaje y la desalineación del rodamiento que pueden producirse debido a las deformaciones del bastidor.

Una junta universal con cojinetes de agujas (figura 4a) consta de yugos, una cruz, cojinetes de agujas y juntas. Las cazoletas con rodamientos de agujas se montan en los muñones de la cruz y se sellan con juntas. Las cazoletas se fijan en los yugos con anillos elásticos o tapas sujetas con tornillos. Las juntas universales se lubrican mediante un engrasador a través de perforaciones internas en la cruz. Se utiliza una válvula de seguridad para eliminar el exceso de presión de aceite en la junta. Durante la rotación uniforme del yugo motriz, el yugo conducido gira de forma no uniforme: avanza y se retrasa detrás del yugo 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 por junta homocinética de los vehículos GAZ-66 y ZIL-131 consta de yugos 2, 5 (figura 4b), cuatro bolas 7 y una bola central 8. La horquilla motriz 2 está integrada en el eje interior, mientras que la horquilla conducida está forjada junto con el eje exterior, en cuyo extremo está fijado el cubo de la rueda. El momento motriz del yugo 2 al yugo 5 se transmite a través de las bolas 7, que se mueven a lo largo de ranuras circulares en los yugos. La bola central 8 sirve para centrar los yugos y está sujeta por los espárragos 3, 4. La frecuencia de rotación de los yugos 2, 5 es la misma debido a la simetría del mecanismo con respecto a los yugos. El cambio de longitud del eje está garantizado por las conexiones estriadas libres de los yugos con el eje.

Figura 4. Juntas universales: a - junta universal: 1 - tapa; 2 - copa; 3 - cojinete de agujas; 4 - junta; 5, 9 - yugos; 6 - válvula de seguridad; 7 - cruz; 8 - engrasador; 10 - tornillo; b - junta universal de velocidad constante: 1 - eje interior; 2 - yugo motriz; 3, 4 - espárragos; 5 - yugo conducido; 6 - eje exterior; 7 - bolas; 8 - bola central.

2. Fallos en la transmisión de la junta universal

Las averías de la transmisión por cardán suelen manifestarse como golpes fuertes en las juntas cardán que se producen 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 del frenado del motor a la aceleración). Un signo de mal funcionamiento de la junta universal puede ser su calentamiento a una temperatura elevada (más de 100°C). Esto ocurre debido a un desgaste significativo de los casquillos y muñones de la junta universal, los cojinetes de agujas, las crucetas y las conexiones estriadas, lo que provoca una desalineación de la junta universal y cargas axiales de impacto significativas en los cojinetes de agujas. Los daños en las juntas de corcho de la cruz de la junta universal provocan un rápido desgaste del muñón y su cojinete.

Durante el mantenimiento, la transmisión por junta universal se comprueba girando bruscamente el árbol de transmisión con la 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 comprueba el estado de las uniones atornilladas de las bridas del árbol de transmisión de la caja de cambios y del árbol de transmisión del engranaje de transmisión principal con las bridas de las juntas universales de los extremos y la fijación del soporte intermedio del árbol de transmisión. También se comprueba el estado de las botas de goma de las conexiones estriadas y de las juntas de corcho de la cruceta de la junta universal. Todos los tornillos de fijación deben estar bien apretados (par de apriete 8-10 kgf-m).

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

Figura 5. Transmisión por cardán: 1 - brida de fijación del árbol cardán; 2 - cruz del cardán; 3 - yugo del cardán; 4 - yugo deslizante; 5 - tubo del árbol cardán; 6 - rodamiento de agujas con extremo cerrado.

La transmisión por cardán consta de dos cardanes con cojinetes de agujas, conectados por un eje hueco, y una horquilla deslizante con estrías evolventes. Para garantizar una protección fiable contra la suciedad y proporcionar una buena lubricación de la conexión estriada, el yugo deslizante (6), conectado 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 de la transmisión por cardán y reduce la probabilidad de vibraciones del eje cuando se desgasta la conexión estriada deslizante.

El árbol de transmisión está formado por un tubo (8) de pared delgada soldado eléctricamente, en el que se encajan a presión dos yugos (9) idénticos en cada extremo y se sueldan mediante soldadura al arco. Los alojamientos de los cojinetes de agujas (18) de la cruz (25) se montan a presión en los ojos de los yugos (9) y se fijan con anillos de retención de muelle (20). Cada cojinete de junta universal contiene 22 agujas (21). En los muñones salientes de las cruces se colocan a presión tapas estampadas (24), en las que se instalan anillos de corcho (23). Los cojinetes se lubrican mediante un engrasador angular (17) enroscado en un orificio roscado en el centro de la cruz, conectado a canales pasantes en los muñones de la cruz. En el lado opuesto de la cruz de junta universal, se encuentra una válvula de seguridad (16) en su centro, diseñada para liberar el exceso de grasa al llenar la cruz y los cojinetes, y para evitar la acumulación de presión en el interior 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 a que un aumento excesivo de la presión en el interior de la cruz puede provocar daños (extrusión) en las juntas de corcho.

Figura 6. Conjunto del árbol de transmisión: 1 - extensión de la caja de cambios; 2 - eje secundario de la caja de cambios; 3 y 5 - deflectores de suciedad; 4 - juntas de goma; 6 - yugo deslizante; 7 - placa de equilibrado; 8 - tubo del eje de transmisión; 9 - yugo; 10 - yugo con brida; 11 - perno; 12 - brida del engranaje de transmisión del eje trasero; 13 - arandela elástica; 14 - tuerca; 15 - eje trasero; 16 - válvula de seguridad; 17 - engrasador angular; 18 - cojinete de aguja; 19 - ojo de yugo; 20 - anillo de retención del muelle; 21 - aguja; 22 - arandela con extremo toroidal; 23 - anillo de corcho; 24 - tapa estampada; 25 - cruz

El árbol de transmisión, ensamblado con ambas juntas universales, se equilibra dinámicamente con cuidado en ambos extremos soldando placas de equilibrado (7) al tubo. Por lo tanto, al desmontar el eje, todas sus piezas deben marcarse cuidadosamente para poder volver a montarlas en sus posiciones originales. El incumplimiento de esta instrucción altera el equilibrio del eje, provocando vibraciones que pueden dañar la transmisión y la carrocería del vehículo. Si las piezas individuales se desgastan, especialmente si el tubo se dobla debido a un impacto y resulta imposible equilibrar dinámicamente el eje después del montaje, deberá sustituirse todo el eje.

Posibles averías del árbol de transmisión, sus causas y soluciones

Causa de la avería Solución
Vibración del eje de transmisión
1. Flexión del eje debido a un obstáculo 1. Enderezar y equilibrar dinámicamente el eje montado o sustituir el eje montado.
2. Desgaste de rodamientos y crucetas 2. Sustituir rodamientos y crucetas y equilibrar dinámicamente el eje montado.
3. Desgaste de los casquillos de extensión y de la horquilla deslizante 3. Vuelva a colocar la extensión y el yugo deslizante y equilibre dinámicamente el eje montado
Golpes al arrancar y al girar
1. Desgaste de las estrías de la horquilla deslizante o del eje secundario de la caja de cambios. 1. Sustituya las piezas desgastadas. Al sustituir la horquilla deslizante, equilibrar dinámicamente el eje montado.
2. Pernos sueltos que sujetan el yugo de la brida a la brida del engranaje de transmisión del eje trasero. 2. Apriete los tornillos
Expulsión de aceite de las juntas universales
Desgaste de anillos de corcho en juntas de juntas universales Sustituir los anillos de corcho, manteniendo la posición relativa de todas las piezas del árbol de transmisión durante el reensamblaje. Si hay desgaste en cruces y cojinetes, sustituir los cojinetes y cruces y equilibrar dinámicamente el eje montado.

3. Equilibrado del eje de transmisión

Después de reparar y montar el árbol de transmisión, se equilibra dinámicamente en una máquina. En la figura 7 se muestra un diseño de máquina equilibradora. La máquina consta de una placa (18), un bastidor pendular (8) montado sobre cuatro barras elásticas verticales (3), que aseguran su oscilación en el plano horizontal. Sobre los tubos longitudinales del bastidor pendular (8) están montados un soporte y un cabezal delantero (9), fijados sobre un soporte (4). El cabezal trasero (6) está sobre un travesaño móvil (5), lo que permite el equilibrado dinámico de árboles de transmisión de diferentes longitudes. Los husillos del cabezal 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 que va montada una extremidad (10) (disco graduado). Además, en la placa de la máquina (18) están instalados dos soportes (15) con pasadores de bloqueo retráctiles (17), que aseguran la fijación de los extremos delantero y trasero del bastidor pendular en función del equilibrado del extremo delantero o trasero del árbol de transmisión.

Figura 7. Equilibradora dinámica para árboles de transmisión

1-abrazadera; 2-amortiguadores; 3-varilla elástica; 4-soporte; 5-travesaño móvil; 6-puntal trasero; 7-barra transversal; 8-marco del péndulo; 9-puntal delantero de arrastre; 10-rama-disco; 11-milivoltímetro; 12-rama del eje del conmutador-rectificador; 13-sensor magnetoeléctrico; 14-soporte fijo; 15-soporte del fijador; 16-soporte; 17-fijador; 18-placa soporte

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

Durante el equilibrado dinámico, el conjunto del árbol de transmisión con el yugo deslizante se instala y fija en la máquina. Un extremo del árbol de transmisión se conecta mediante una brida-yoke a la brida del cabezal de accionamiento delantero, y el otro extremo mediante el cuello de soporte del yugo deslizante al manguito estriado del cabezal trasero. A continuación, se comprueba la facilidad de giro del árbol de transmisión y se fija un extremo del bastidor pendular de la máquina mediante el fijador. Después de arrancar la máquina, se gira la extremidad del rectificador en sentido antihorario, llevando la aguja del milivoltímetro a su lectura máxima. La lectura del milivoltímetro corresponde a la magnitud del desequilibrio. La escala del milivoltímetro está graduada en gramos-centimetro o gramos de contrapeso. Al continuar girando el brazo rectificador en sentido antihorario, la lectura del milivoltímetro se lleva a cero y la máquina se detiene. Basándose en la lectura del miembro rectificador, se determina el desplazamiento angular (ángulo de desplazamiento del desequilibrio) y, girando manualmente el árbol de transmisión, se ajusta este valor en el miembro del eje intermedio. El lugar de soldadura de la placa de equilibrado será en la parte superior del árbol de transmisión, y la parte ponderada en la parte inferior en el plano de corrección. A continuación, se fija la placa de equilibrado y se ata con alambre fino a una distancia de 10 mm de la soldadura, se pone en marcha la máquina y se comprueba el equilibrio del extremo del árbol cardán con la placa. El desequilibrio no debe ser superior a 70 g cm. A continuación, soltando un extremo y asegurando el otro extremo del bastidor pendular con el soporte fijador, se realiza el equilibrado dinámico del otro extremo del árbol cardán según la secuencia tecnológica descrita anteriormente.

Los árboles de transmisión presentan algunas características de equilibrado. En la mayoría de las piezas, la base del equilibrado dinámico son los cuellos de soporte (por ejemplo, rotores de motores eléctricos, turbinas, husillos, cigüeñales, etc.), pero en los árboles de transmisión son las bridas. Durante el montaje, hay huecos inevitables en diferentes conexiones que provocan desequilibrios. Si no se puede alcanzar el desequilibrio mínimo durante el equilibrado, se rechaza el eje. En la precisión del equilibrado influyen los siguientes factores:

  • Holgura en la unión entre la correa de aterrizaje de la brida del árbol de transmisión y el orificio interior de la brida de sujeción de los cabezales de apoyo izquierdo y derecho;
  • Excentricidad radial y axial de las superficies de base de la brida;
  • Huecos en la bisagra y las conexiones estriadas. La presencia de grasa en la cavidad de la conexión estriada puede provocar un desequilibrio "flotante". Si impide alcanzar la precisión de equilibrado requerida, el árbol cardán se equilibra sin grasa.

Algunos desequilibrios pueden ser completamente incorregibles. Si se observa un aumento de la fricción en las juntas universales del árbol de transmisión, aumenta la influencia mutua de los planos de corrección. Esto provoca una disminución del rendimiento y la precisión del equilibrado.

De acuerdo con la norma OST 37.001.053-74, se establecen las siguientes normas de desequilibrio: los árboles cardán con dos articulaciones (de dos apoyos) se equilibran dinámicamente, y con tres (de tres apoyos) - se montan con el apoyo intermedio; las bridas (yugos) de los árboles cardán y acoplamientos que pesen más de 5 kg se equilibran estáticamente antes de montar el árbol o el acoplamiento; las normas de desequilibrio residual de los árboles cardán en cada extremo o en el apoyo intermedio de los árboles cardán de tres articulaciones se evalúan mediante el desequilibrio específico;

La norma de desequilibrio residual específico máximo admisible en cada extremo del árbol o en el soporte intermedio, así como para árboles de transmisión de tres articulaciones en cualquier posición en el soporte de equilibrado, no debe superar: para transmisiones de turismos y camiones de carga pequeña (hasta 1 t) y autobuses muy pequeños - 6 g-cm/kg, para el resto - 10 g-cm/kg. La norma de desequilibrio residual máximo admisible del árbol de transmisión o del árbol de transmisión de tres articulaciones debe garantizarse en el soporte de equilibrado a una frecuencia de rotación correspondiente a sus frecuencias en la transmisión a la velocidad máxima del vehículo.

Para árboles de transmisión y árboles de transmisión de tres articulaciones de camiones con capacidad de carga de 4 t y más, autobuses pequeños y grandes, se permite reducir la frecuencia de rotación en el soporte de equilibrado a 70% de la frecuencia de rotación de los árboles de transmisión a la velocidad máxima del vehículo. Según OST 37.001.053-74, la frecuencia de rotación de equilibrado de los árboles de transmisión debe ser igual a:

nb = (0.7 ... 1.0) nr,

donde nb - frecuencia de rotación del equilibrado (debe corresponder a los datos técnicos principales del soporte, n=3000 min.-1; nr - frecuencia de rotación máxima de trabajo, min-1.

En la práctica, debido a la holgura de las juntas y las conexiones estriadas, el árbol de transmisión no puede equilibrarse a la frecuencia de rotación recomendada. En este caso, se elige otra frecuencia de rotación, a la que se equilibra.

4. Equilibradoras modernas para árboles de transmisión

Figura 8. Equilibradora para ejes de transmisión de hasta 2 metros de longitud y 500 kg de peso

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

Equilibradora para ejes de transmisión de hasta 4200 mm de longitud y 400 kg de peso

Figura 9. Equilibradora para ejes de transmisión de hasta 4200 mm de longitud y 400 kg de peso

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

Figura 10. Equilibradora horizontal de cojinetes duros para el equilibrado dinámico de árboles de transmisión

1 - Elemento de equilibrado (árbol 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 soporte de la máquina para el equilibrado dinámico de árboles de transmisión

1 - Soporte izquierdo no regulable; 2 - Soporte intermedio regulable (2 uds.); 3 - Soporte fijo derecho no regulable; 4 - Palanca de bloqueo del bastidor del soporte; 5 - Plataforma móvil del soporte; 6 - Tuerca de ajuste vertical del soporte; 7 - Palancas de bloqueo de la posición vertical; 8 - Estribo de sujeción del soporte; 9 - Mordaza móvil con rodamiento intermedio; 10 - Palanca de bloqueo de la mordaza; 11 - Bloqueo del estribo de sujeción; 12 - Husillo motriz (guía) para la instalación del artículo; 13 - Husillo motriz.

5. Preparación para el equilibrado del árbol de transmisión

A continuación, consideraremos la configuración de los soportes de la máquina y la instalación del elemento de equilibrado (árbol de transmisión de cuatro soportes) en los soportes de la máquina.

Figura 12. Instalación de bridas de transición en los husillos de la equilibradora

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

Figura 14. Nivelación horizontal del eje motriz en los soportes de la equilibradora con un nivel de burbuja Nivelación horizontal del eje motriz en los soportes de la equilibradora con un nivel de burbuja

Figura 15. Fijación de los soportes intermedios de la equilibradora para evitar el desplazamiento vertical del eje motriz

Gire el elemento manualmente una vuelta completa. Asegúrese de que gira libremente y sin atascarse en los soportes. Después de esto, la parte mecánica de la máquina está configurada, y la instalación del elemento se ha completado.

6. Procedimiento de equilibrado del árbol de transmisión

El proceso de equilibrado de árboles de transmisión en la máquina equilibradora se considerará utilizando como ejemplo el sistema de medición Balanset-4. El Balanset-4 es un equipo de equilibrado portátil diseñado para el equilibrado en uno, dos, tres y cuatro planos de corrección de rotores, ya sea girando en sus propios cojinetes o montados en una máquina equilibradora. El dispositivo incluye hasta cuatro sensores de vibración, un sensor de ángulo de fase, una unidad de medición de cuatro canales y un ordenador portátil.

Todo el proceso de equilibrado, incluida la medición, el procesamiento y la visualización de la información sobre la magnitud y la ubicación de los pesos correctores, 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 equilibrado se guardan en el archivo de equilibrado y pueden imprimirse como informes si es necesario. Además del equilibrado, Balanset-4 también puede utilizarse como un vibrotacómetro normal, permitiendo la medición en cuatro canales del valor cuadrático medio (RMS) de la vibración total, RMS del componente rotacional de la vibración y el control de la frecuencia de rotación del rotor.

Además, el dispositivo permite visualizar gráficos de la función temporal y del espectro de vibración por velocidad de vibración, que pueden ser útiles para evaluar el estado técnico de la máquina equilibrada.

Figura 16. Vista externa del dispositivo Balanset-4 para su uso como sistema de medición y cálculo de la equilibradora del eje de transmisión

Figura 17. Ejemplo de uso del dispositivo Balanset-4 como sistema de medición y cálculo de la equilibradora del eje de transmisión

Figura 18. Interfaz de usuario del dispositivo Balanset-4 Interfaz de usuario del dispositivo Balanset-4

El dispositivo Balanset-4 puede equiparse con dos tipos de sensores: acelerómetros de vibración para medir la vibración (aceleración de la vibración) y sensores de fuerza. Los sensores de vibración se utilizan para operar en máquinas equilibradoras de tipo post-resonancia, mientras que los sensores de fuerza se utilizan para máquinas de tipo pre-resonancia.

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

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 más información sobre la instalación de sensores, véase EQUILIBRIO DE ROTORES EN CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO. La instalación de sensores de fuerza depende de las características de diseño de la máquina.

  1. Instale los sensores de vibración 1, 2, 3, 4 en los soportes de la máquina equilibradora.
  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 modo que la separación nominal entre la superficie radial (o final) del rotor equilibrado y la carcasa del sensor se encuentre entre 10 y 300 mm.
  4. Coloque una marca de cinta reflectante con una anchura 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 medida al puerto USB del ordenador.
  7. Cuando utilice la red eléctrica, conecte el ordenador a la fuente de alimentación.
  8. Conecte la fuente de alimentación a una red de 220 V, 50 Hz.
  9. Encienda el ordenador y seleccione el programa "BalCom-4".
  10. Pulse el botón "F12-cuatro planos" (o la tecla de función F12 del teclado del ordenador) para seleccionar el modo de medición simultánea de la vibración en cuatro planos mediante los sensores de vibración 1, 2, 3, 4, conectados respectivamente a las entradas X1, X2, X3 y X4 de la unidad de medida.
  11. En la pantalla del ordenador aparece un diagrama mnemotécnico que ilustra el proceso de medición de la vibración simultáneamente en cuatro canales de medición (o el proceso de equilibrado en cuatro planos), como se muestra en la figura 16.

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

Figura 20. Mediciones en modo vibrómetro

Si la magnitud total de la vibración V1s (V2s) coincide aproximadamente con la magnitud del componente rotacional V1o (V2o), puede suponerse que la principal contribución a la vibración del mecanismo se debe al desequilibrio del rotor. Si la magnitud total de la vibración V1s (V2s) supera significativamente el componente rotacional V1o (V2o), se recomienda inspeccionar el mecanismo: comprobar el estado de los cojinetes, garantizar un montaje seguro en la cimentación, verificar que el rotor no entra en contacto con piezas fijas durante la rotación y considerar la influencia de las vibraciones de otros mecanismos, etc.

En este caso, puede ser útil estudiar los gráficos de función temporal y los espectros de vibración obtenidos en el modo "Gráficos-Análisis espectral".

Software para el equilibrador y analizador de vibraciones portátil Balanset-1A. Gráficos del espectro de vibraciones.

Figura 21. Gráficos de función de tiempo y espectro de vibración

El gráfico muestra a qué frecuencias son mayores los niveles de vibración. Si estas frecuencias difieren de la frecuencia de rotación del rotor del mecanismo equilibrado, es necesario identificar las fuentes de estos componentes de vibración y tomar medidas para eliminarlas antes del equilibrado.

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

Al realizar el equilibrado de cuatro planos en modo "Primario", se requieren cinco recorridos de calibración y al menos un recorrido de verificación de la máquina equilibrada. La medición de vibraciones durante la primera marcha de la máquina sin contrapeso de prueba se realiza en el espacio de trabajo "Equilibrado en cuatro planos". Las siguientes ejecuciones se realizan con un peso de prueba, instalado secuencialmente en el eje de transmisión en cada plano de corrección (en el área de cada soporte de la máquina equilibradora).

Antes de cada ejecución posterior, deben seguirse los siguientes pasos:

  • Detener la rotación del rotor de la máquina equilibrada.
  • Retire el contrapeso de prueba instalado anteriormente.
  • Instale el peso de prueba en el siguiente plano.

Figura 23. Espacio de trabajo de equilibrado de cuatro planos

Tras completar cada medición, se obtienen los resultados de la frecuencia de rotación del rotor (Nob), así como los valores eficaces (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) y las fases (F1, F2, F3, F4) de la vibración a la frecuencia de rotación del rotor equilibrado se guardan en los campos correspondientes de la ventana del programa. Después de la quinta ejecución (Peso en el plano 4), aparece el espacio de trabajo "Pesos de equilibrado" (ver Figura 24), mostrando los valores calculados de las masas (M1, M2, M3, M4) y los ángulos de instalación (f1, f2, f3, f4) de los pesos correctores que hay que instalar en el rotor en cuatro planos para compensar su desequilibrio.

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

¡Atención!: Después de completar el proceso de medición durante la quinta marcha de la máquina equilibrada, es necesario detener la rotación del rotor y retirar el peso de prueba previamente instalado. Sólo después de esto se puede proceder a instalar (o retirar) los pesos correctores en el rotor.

La posición angular para añadir (o quitar) el peso corrector 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 equilibrado por palas, la pala del rotor equilibrado considerada condicionalmente como la 1ª pala coincide con el lugar de instalación del peso de prueba. La dirección de numeración de las palas indicada en la pantalla del ordenador sigue la dirección de rotación del rotor.

En esta versión del programa, se asume por defecto que el peso corrector se añadirá al rotor. Esto se indica mediante la marca establecida en el campo "Añadir". Si es necesario corregir el desequilibrio eliminando el peso (por ejemplo, taladrando), establezca la marca en el campo "Eliminar" utilizando el ratón, tras lo cual la posición angular del peso corrector cambiará automáticamente en 180 grados.

Después de instalar los pesos correctores en el rotor equilibrado, pulse el botón "Salir - F10" (o la tecla de función F10 del teclado del ordenador) para volver al espacio de trabajo anterior "Equilibrado de cuatro planos" y comprobar la eficacia de la operación de equilibrado. Después de completar la ejecución de verificación, los resultados de la frecuencia de rotación del rotor (Nob) y los valores eficaces (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) y fases (F1, F2, F3, F4) de la vibración a la frecuencia rotacional del rotor equilibrado. Simultáneamente, aparece el espacio de trabajo "Pesos de equilibrado" (ver Figura 21) sobre el espacio de trabajo "Equilibrado en cuatro planos", mostrando los parámetros calculados de los pesos correctores adicionales que deben instalarse (o retirarse) en el rotor para compensar su desequilibrio residual. Además, este espacio de trabajo muestra los valores del desequilibrio residual alcanzado tras el equilibrado. Si los valores de vibración residual y/o desequilibrio residual del rotor equilibrado cumplen los requisitos de tolerancia especificados en la documentación técnica, el proceso de equilibrado puede completarse. En caso contrario, el proceso de equilibrado puede continuar. Este método permite corregir posibles errores mediante aproximaciones sucesivas que pueden producirse al instalar (retirar) el peso corrector en el rotor equilibrado.

Si el proceso de equilibrado continúa, deben instalarse (o retirarse) pesos correctores adicionales en el rotor equilibrado de acuerdo con los parámetros especificados en el área de trabajo "Pesos de equilibrado".

El botón "Coeficientes - F8" (o la tecla de función F8 del teclado del ordenador) permite visualizar y guardar en la memoria del ordenador los coeficientes de equilibrado del rotor (coeficientes de influencia dinámica) calculados a partir de los resultados de las cinco pasadas de calibración.

7. Clases de precisión de equilibrado recomendadas para rotores rígidos

Tabla 2. Clases de precisión de equilibrado recomendadas para rotores rígidos Clases de precisión de equilibrado recomendadas para rotores rígidos.

Fig. 7.34. Ventana de cálculo de la tolerancia de equilibrado

Clases de precisión de equilibrado recomendadas para rotores rígidos

Tipos de máquinas (rotores) Clase de precisión de equilibrado Valor eper Ω mm/s
Cigüeñales de accionamiento (estructuralmente desequilibrados) para grandes motores diésel marinos de bajo régimen (velocidad del pistón inferior a 9 m/s) G 4000 4000
Cigüeñales de transmisión (estructuralmente equilibrados) para grandes motores diésel marinos de baja velocidad (velocidad del pistón inferior a 9 m/s) G 1600 1600
Cigüeñales de accionamiento (estructuralmente desequilibrados) sobre aisladores de vibraciones G 630 630
Cigüeñales motrices (estructuralmente desequilibrados) sobre soportes rígidos G 250 250
Motores alternativos montados para turismos, camiones y locomotoras G 100 100
Piezas de automóvil: ruedas, llantas, juegos de ruedas, transmisiones
Cigüeñales de transmisión (equilibrados estructuralmente) sobre aisladores de vibraciones G 40 40
Maquinaria agrícola G 16 16
Cigüeñales motrices (equilibrados) sobre soportes rígidos
Trituradoras
Ejes de transmisión (ejes de transmisión, ejes de tornillo)
Turbinas de gas para aviones G 6.3 6.3
Centrifugadoras (separadoras, sedimentadoras)
Motores eléctricos y generadores (con una altura de eje de al menos 80 mm) con una velocidad de rotación nominal máxima de hasta 950 min.-1
Motores eléctricos con una altura de eje inferior a 80 mm
Ventiladores
Transmisiones por engranajes
Máquinas de uso general
Máquinas de corte de metales
Máquinas para fabricar papel
Bombas
Turbocompresores
Turbinas hidráulicas
Compresores
Accionamientos controlados por ordenador G 2.5 2.5
Motores y generadores eléctricos (con una altura de eje de al menos 80 mm) con una velocidad de rotación nominal máxima superior a 950 min.-1
Turbinas de gas y vapor
Accionamientos de máquinas de corte de metales
Máquinas textiles
Accionamientos de equipos de audio y vídeo G 1 1
Accionamientos de rectificadoras
Husillos y accionamientos de equipos de alta precisión G 0.4 0.4

 

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