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.

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 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.

Las juntas universales elásticas transmiten par entre ejes cuyos ejes se intersecan en un ángulo de 2 a 3° debido a la deformación elástica de los elementos de conexión. Una junta homocinética rígida transmite par de un eje a otro mediante la conexión móvil de piezas rígidas. Consta de dos horquillas (3 y 5), en cuyos orificios cilíndricos se instalan los extremos A, B, V y G del elemento de conexión (la cruz 4) sobre cojinetes. Las horquillas están conectadas rígidamente a los ejes 1 y 2. La horquilla 5 puede girar alrededor del eje BG de la cruz y, simultáneamente, junto con esta, alrededor del eje AV, lo que permite la transmisión de la rotación de un eje a otro con un ángulo variable 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 de posición de los ejes de los árboles. Esta expresión indica que el ángulo β a veces es menor, igual o mayor que el ángulo α. La igualdad de estos ángulos se produce cada 90° de rotación del árbol 7. Por lo tanto, con una rotación uniforme del árbol 1, la velocidad angular del árbol 2 no es uniforme y varía según una ley sinusoidal. La no uniformidad de la rotación del árbol 2 se acentúa a medida que aumenta el ángulo γ entre 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.

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

El ángulo máximo entre los ejes de los ejes conectados mediante juntas universales rígidas de velocidad no uniforme no suele superar los 20°, ya que la eficiencia disminuye significativamente con ángulos mayores. Si el ángulo entre los ejes del eje varía entre 0 y 2%, los muñones de la cruceta se deforman por los rodamientos de agujas, lo que provoca un fallo rápido de la junta universal.

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 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 balanceo dinámico, el conjunto del eje de transmisión con el yugo deslizante se instala y se fija en la máquina. Un extremo del eje de transmisión se conecta mediante un yugo de brida 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 eje de transmisión y se fija un extremo del bastidor de péndulo de la máquina con el fijador. Tras arrancar la máquina, se gira la barra 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-centímetros o gramos de contrapeso. Al continuar girando la barra del rectificador en sentido antihorario, la lectura del milivoltímetro se pone a cero y la máquina se detiene. Con base en la lectura de la barra del rectificador, se determina el desplazamiento angular (ángulo de desplazamiento del desequilibrio), y, girando manualmente el eje de transmisión, este valor se ajusta en la barra del eje intermedio. La placa de equilibrio se soldará en la parte superior del eje de transmisión, y la parte lastrada se colocará en la parte inferior, en el plano de corrección. A continuación, se fija la placa de equilibrio y se ata con un alambre fino a una distancia de 10 mm de la soldadura. Se arranca la máquina y se comprueba el equilibrio del extremo del eje de transmisión con la placa. El desequilibrio no debe superar los 70 g·cm. A continuación, se suelta un extremo y se fija el otro extremo del marco del péndulo con el soporte fijador, y se realiza el equilibrado dinámico del otro extremo del eje de transmisión 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 las conexiones de bisagra y 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.

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 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-resonante, mientras que los sensores de fuerza se utilizan para máquinas de tipo pre-resonante.

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 obtener más información sobre la instalación de los sensores, consulte Equilibrado 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 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.

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

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

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 balanceado, es necesario identificar las fuentes de estos componentes de vibración y tomar medidas para eliminarlos antes del balanceo.

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 balanceo en cuatro planos en modo "Primario", se requieren cinco ejecuciones de calibración y al menos una de verificación de la máquina balanceada. La medición de vibraciones durante la primera ejecución de la máquina sin pesa de prueba se realiza en el área de trabajo "Balanceo en Cuatro Planos". Las ejecuciones posteriores se realizan con una pesa de prueba, instalada secuencialmente en el eje de transmisión en cada plano de corrección (en la zona de cada soporte de la máquina balanceadora).

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

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) de la vibración a la frecuencia de rotación del rotor equilibrado se guardan en los campos correspondientes de la ventana del programa. Tras la quinta ejecución (Peso en el Plano 4), aparece el espacio de trabajo "Pesos de Equilibrado" (véase la Figura 24), que muestra 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! 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 álabes 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.

En esta versión del programa, se asume por defecto que el peso correctivo se añadirá al rotor. Esto se indica mediante la marca en el campo "Añadir". Si es necesario corregir el desequilibrio retirando el peso (por ejemplo, taladrando), marque con el ratón el campo "Eliminar". Tras esto, la posición angular del peso correctivo cambiará automáticamente 180 grados.

Después de instalar los pesos correctivos en el rotor balanceado, presione la tecla "Salir – F10" (o la tecla de función F10 del teclado de la computadora) para regresar al espacio de trabajo anterior de "Balanceo en cuatro planos" y verificar la efectividad de la operación de balanceo. Tras completar la verificación, se muestran los resultados de la frecuencia de rotación del rotor (N_ob) y los valores eficaces (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) y fases (F₁, F₂, F₃, F₄Se guardan los valores de vibración a la frecuencia de rotación del rotor equilibrado. Simultáneamente, el espacio de trabajo "Pesas de Equilibrado" (véase la Figura 21) aparece sobre el espacio de trabajo "Equilibrado en Cuatro Planos", mostrando los parámetros calculados de las pesas correctivas 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 o desequilibrio residual del rotor equilibrado cumplen con los requisitos de tolerancia especificados en la documentación técnica, el proceso de equilibrado puede completarse. De lo contrario, puede continuarse. Este método permite corregir posibles errores mediante aproximaciones sucesivas que puedan ocurrir al instalar (o retirar) la pesa correctiva en el rotor equilibrado.

Si el proceso de equilibrado continúa, se deben instalar (o quitar) pesos correctivos adicionales en el rotor equilibrado de acuerdo con los parámetros especificados en el espacio de trabajo "Pesos de equilibrado".

El botón "Coeficientes – F8" (o la tecla de función F8 del teclado de la computadora) se utiliza para ver y guardar en la memoria de la computadora los coeficientes de equilibrio del rotor (coeficientes de influencia dinámica) calculados a partir de los resultados de las cinco ejecuciones 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.

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

Preguntas frecuentes sobre el equilibrado del eje de transmisión

¿Qué es el equilibrio del eje de transmisión?

El balanceo del eje de transmisión es el proceso de corregir cualquier desequilibrio de masa en un eje de transmisión para que gire suavemente sin vibraciones. Esto implica medir el peso del eje en un lado y luego agregar o quitar pequeñas cantidades de peso (por ejemplo, soldando contrapesos de balanceo) para contrarrestar dicho desequilibrio. Un eje de transmisión balanceado 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?

El balanceo del eje de transmisión se realiza generalmente con una máquina balanceadora especializada. El eje de transmisión se monta y gira a alta velocidad mientras sensores detectan cualquier desequilibrio. Un técnico coloca pequeños pesos en el eje de transmisión (o retira material) en puntos específicos según las lecturas de la máquina. Este proceso se repite hasta que el eje de transmisión gira sin vibraciones significativas. Sistemas modernos como el Balanset-4 pueden guiar este proceso y calcular con precisión dónde y cuánto peso añadir para un balanceo preciso.

Conclusión

En conclusión, el equilibrio adecuado del eje de transmisión es esencial para la seguridad, el rendimiento y el ahorro de costos. Al detectar y corregir el desequilibrio, se evita el desgaste innecesario de las piezas, se evitan averías perjudiciales y se mantiene el rendimiento óptimo de la máquina. Los sistemas de equilibrado modernos, como nuestros dispositivos Balanset-1 y Balanset-4, optimizan el proceso, ayudando incluso a los talleres pequeños a lograr resultados profesionales.

Si experimenta vibraciones persistentes en el eje de transmisión o necesita una solución de balanceo confiable, no dude en actuar. Siga los pasos descritos en esta guía o consulte con nuestros expertos. 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 equilibrio de ejes de transmisión para sus necesidades.