Guía completa para el equilibrado del eje de transmisión

Imagina que conduces un camión y de repente sientes una vibración fuerte o escuchas un ruido sordo al acelerar o cambiar de marcha. Esto es más que una simple molestia: podría ser señal de un eje de transmisión desequilibrado. Para ingenieros y técnicos, estas vibraciones y ruidos indican pérdida de eficiencia, un desgaste acelerado de los componentes y, si no se solucionan, un tiempo de inactividad potencialmente costoso.

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

Índice

• 1. Tipos de árboles de transmisión
• 2. Fallos en la transmisión de la junta universal
• 3. Equilibrado del eje de transmisión
• 4. Equilibradoras modernas para árboles de transmisión
• 5. Preparación para el equilibrado del árbol de transmisión
• 6. Procedimiento de equilibrado del árbol de transmisión
• 7. Clases de precisión de equilibrado recomendadas para rotores rígidos

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 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. Por otro lado, los ejes motrices están unidos al chasis mediante la suspensión y pueden moverse con respecto a este y a las unidades montadas en él debido a la deformación de los elementos elásticos de la suspensión. Este movimiento puede modificar 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.

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 junta universal consta de las juntas universales 2 y 5, los ejes de transmisión 1, 4 y 6, y una conexión de compensación 3. A veces, el eje de transmisión se instala en un soporte intermedio unido al travesaño del bastidor del vehículo. Las juntas universales aseguran la transmisión de par entre ejes cuyos ejes se intersecan en un ángulo. Las juntas universales se dividen en tipos no uniformes y de velocidad constante. Las juntas de velocidad no uniforme se clasifican a su vez en tipos elásticos y rígidos. Las juntas de velocidad constante pueden ser de tipo bola con ranuras divisorias, de tipo bola con una palanca divisoria y de tipo leva. Normalmente se instalan en la transmisión de las ruedas delanteras 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 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.

El diseño de las partes principales de las transmisiones por 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 su 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 caja (2) y se sujeta en el ojo de la horquilla con una tapa, que se fija a la horquilla con dos pernos bloqueados por pestañas en la arandela. En algunos casos, los rodamientos se fijan a las horquillas con anillos elásticos. Para retener la lubricación en el rodamiento y protegerlo del agua y la suciedad, hay un sello autoajustable de goma. La cavidad interior de la cruz se llena de grasa a través de un engrasador, que llega a los rodamientos. La cruz suele contar con una válvula de seguridad para proteger el sello contra daños causados por la presión de la grasa que se bombea hacia ella. La conexión estriada (6) se lubrica mediante el engrasador (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 de orugas de alta velocidad se utilizan a menudo juntas universales con acoplamiento de engranajes, que permiten la transmisión de par entre ejes con ejes que se cortan 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 eje de transmisión está formado por un tubo electrosoldado de pared delgada (8), en el que se encajan a presión dos horquillas idénticas (9) en cada extremo y se sueldan mediante soldadura por arco. Los alojamientos de los rodamientos de agujas (18) de la cruceta (25) se encajan a presión en los ojales de las horquillas (9) y se fijan con anillos de retención elásticos (20). Cada rodamiento de junta universal contiene 22 agujas (21). Se encajan a presión tapas estampadas (24) en los muñones salientes de las crucetas, en las que se instalan anillos de corcho (23). Los rodamientos se lubrican mediante una grasera angular (17) roscada en un orificio central de la cruceta, conectada a canales pasantes en los muñones de la cruceta. En el lado opuesto de la cruceta de la junta universal, se encuentra una válvula de seguridad (16) en su centro, diseñada para liberar el exceso de grasa al llenar la cruceta y los cojinetes, y para evitar la acumulación de presión dentro de la cruceta 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 dentro de la cruceta 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 eje de transmisión, ensamblado con ambas juntas universales, se equilibra dinámicamente en ambos extremos mediante placas de equilibrio soldadas (7) al tubo. Por lo tanto, al desmontar el eje, se deben marcar cuidadosamente todas sus piezas para poder volver a montarlas en sus posiciones originales. El incumplimiento de esta instrucción altera el equilibrio del eje, causando vibraciones que pueden dañar la transmisión y la carrocería del vehículo. Si alguna pieza se desgasta, especialmente si el tubo se dobla por un impacto, y resulta imposible equilibrar dinámicamente el eje después del montaje, se debe reemplazar 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 cojinetes y cruces	2. Sustituir cojinetes y cruces y equilibrar dinámicamente el eje montado.
3. Desgaste de los casquillos de extensión y de la horquilla deslizante	3. Sustituya 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, equilibre 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 pernos
Expulsión de aceite de las juntas universales
Desgaste de anillos de corcho en 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 montado un limbo (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-cabezal trasero; 7-barra transversal; 8-marco del péndulo; 9-cabezal delantero de accionamiento; 10-brazo-disco; 11-milivoltímetro; 12-brazo del eje del conmutador-rectificador; 13-sensor magnetoeléctrico; 14-soporte fijo; 15-soporte 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).

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 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 banda de asiento 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;
• Juegos en las juntas articuladas y las conexiones estriadas. La presencia de grasa en la cavidad de la conexión estriada puede provocar un desequilibrio flotante. Si esto impide alcanzar la precisión de equilibrado necesaria, el eje de transmisión 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 OST 37.001.053-74, se establecen los siguientes estándares de desequilibrio: los ejes de transmisión con dos articulaciones (dos soportes) se equilibran dinámicamente y con tres (tres soportes), se ensamblan con el soporte intermedio; las bridas (yugos) de los ejes de transmisión y acoplamientos que pesan más de 5 kg se equilibran estáticamente antes de ensamblar el eje o el acoplamiento; las normas de desequilibrio residual para los ejes de transmisión en cada extremo o en el soporte intermedio de los ejes de transmisión de tres articulaciones se evalúan por desequilibrio específico;

El desequilibrio residual específico máximo admisible en cada extremo del eje o en el soporte intermedio, así como para los ejes de transmisión de tres articulaciones en cualquier posición del soporte de equilibrado, no debe superar: para transmisiones de turismos, camiones de carga ligera (hasta 1 t) y autobuses muy pequeños, 6 g-cm/kg; para el resto, 10 g-cm/kg. El desequilibrio residual máximo admisible del eje de transmisión o del eje 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.

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

n_b = (0,7 ... 1,0) n_r,

donde n_b – frecuencia de rotación de equilibrado (debe corresponder a los principales datos técnicos del stand, n=3000 min^-1); n_r – frecuencia máxima de rotación 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 equilibrado en 2 planos de corrección.

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 – 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 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 accionado.

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 de transmisión 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 árbol de transmisión

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

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 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.

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 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. 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 equilibrado, se recomienda realizar las 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 vibración V1s (V2s) coincide aproximadamente con la magnitud del componente rotacional V1o (V2o), se puede suponer que la principal contribución a la vibración del mecanismo se debe al desequilibrio del rotor. Si la magnitud total de vibración V1s (V2s) supera significativamente el componente rotacional V1o (V2o), se recomienda inspeccionar el mecanismo: comprobar el estado de los cojinetes, asegurar un montaje seguro sobre la cimentación, verificar que el rotor no toque piezas 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. Gráficos de función temporal y espectro de vibraciones

El gráfico muestra las frecuencias en las que los niveles de vibración son más altos. 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 eliminarlos antes del equilibrado.

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 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.

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 ejecución posterior, deben seguirse los siguientes pasos:

• Detener la rotación del rotor de la máquina equilibrada.
• 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, se muestran los resultados de la frecuencia de rotación del rotor (N_ob), así como los valores eficaces (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 correctores que hay que instalar en el rotor en cuatro planos para compensar su desequilibrio.

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! Tras completar el proceso de medición durante la quinta pasada de la máquina balanceada, es necesario detener la rotación del rotor y retirar el peso de prueba previamente instalado. Solo después de esto se puede proceder a instalar (o retirar) los pesos correctivos en el rotor.

La posición angular para añadir (o retirar) el peso correctivo del rotor, en el sistema de coordenadas polares, se mide desde la ubicación de instalación del peso de prueba. La dirección de medición del ángulo coincide con la dirección de rotación del rotor. En el caso del equilibrado por álabes, el álabe del rotor equilibrado, considerado condicionalmente como el primero, coincide con la ubicación de instalación del peso de prueba. La 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 eficaces (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 equilibrado 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 equilibrado recomendadas para rotores rígidos.

Tipos de máquinas (rotores)	Clase de precisión de equilibrado	Balance quality grade G = epor·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
Cigüeñales de transmisión (equilibrados estructuralmente) sobre aisladores de vibraciones	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Maquinaria agrícola	G 16	16
Cigüeñales motrices (equilibrados) sobre soportes rígidos	G 16	16
Trituradoras	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
Turbinas de gas para aviones	G 6.3	6.3
Centrifugadoras (separadoras, sedimentadoras)	G 6.3	6.3
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	G 6.3	6.3
Motores eléctricos con una altura de eje inferior a 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 para fabricar papel	G 6.3	6.3
Bombas	G 6.3	6.3
Turbocompresores	G 6.3	6.3
Turbinas hidráulicas	G 6.3	6.3
Compresores	G 6.3	6.3
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	G 2.5	2.5
Turbinas de gas y vapor	G 2.5	2.5
Accionamientos de máquinas de corte de metales	G 2.5	2.5
Máquinas textiles	G 2.5	2.5
Accionamientos de equipos de audio y vídeo	G 1	1
Accionamientos de rectificadoras	G 1	1
Husillos y accionamientos de equipos de alta precisión	G 0.4	0.4

Preguntas frecuentes sobre el equilibrado del eje de transmisión

¿Qué es el equilibrado del eje de transmisión?

El equilibrado del eje de transmisión es el proceso de corregir cualquier desequilibrio de masa en un eje de transmisión para que gire suavemente sin causar vibraciones. Esto implica medir en qué lado el eje tiene más peso y luego añadir o quitar pequeñas cantidades de peso (por ejemplo, soldando contrapesos de equilibrado) para contrarrestar dicho desequilibrio. Un eje de transmisión equilibrado gira uniformemente, lo que evita la vibración excesiva y el desgaste de los componentes del vehículo.

¿Por qué es importante equilibrar el eje de transmisión?

Un eje de transmisión desequilibrado puede generar fuertes vibraciones, especialmente a ciertas velocidades, y puede causar ruidos metálicos al acelerar o al cambiar de marcha. Con el tiempo, estas vibraciones pueden dañar los rodamientos, las juntas universales y otros componentes de la transmisión. Equilibrar el eje de transmisión elimina estas vibraciones, garantizando una conducción más suave, reduciendo la tensión en las piezas y evitando costosos daños o tiempos de inactividad.

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

Los síntomas típicos de un eje de transmisión desequilibrado o defectuoso incluyen vibraciones o temblores notables en el piso o el asiento del vehículo, especialmente al aumentar la velocidad. También podría oír golpes o traqueteos al cambiar de marcha o al acelerar y desacelerar. En algunos casos, la junta universal puede sobrecalentarse debido al desequilibrio. Si observa estas señales, es probable que el eje de transmisión necesite ser equilibrado o reparado.

¿Cómo se equilibra 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, el equilibrado 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 experimenta vibraciones persistentes en el eje de transmisión o necesita una solución de equilibrado confiable, no dude en actuar. Siga 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 forma fluida y confiable durante años. Póngase en contacto con nosotros para obtener más información o explorar el mejor equipo de equilibrado de ejes de transmisión para sus necesidades.