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.

¿Está trabajando en un vehículo? Consulte equilibrado del eje de transmisión en el vehículo sin desmontaje.

Equilibrado del eje de transmisión en el vehículo: un trabajo real, paso a paso

Las fotografías siguientes proceden de un trabajo de equilibrado real realizado con el vehículo sobre un elevador. El árbol de transmisión nunca se retiró: los sensores se fijan al propio vehículo, el árbol lo hace girar el motor a través de la transmisión, y el peso de corrección se instala desde abajo. Esto mantiene el árbol en sus propios rodamientos y en sus propios ángulos de trabajo, de modo que el resultado refleja cómo funciona realmente el conjunto — algo que una máquina equilibradora de banco no puede reproducir por completo.

Figura 24. Sensor de vibración montado en la carcasa del grupo final, lo más cerca posible del rodamiento de apoyo del árbol de transmisión.

Figura 25. Tacómetro láser apuntando a una tira de cinta reflectante en el eje — proporciona tanto la velocidad de rotación como el ángulo de fase del desequilibrio.

Figura 26. Peso de corrección fijado al tubo del eje con una abrazadera de manguera de acero inoxidable, en el ángulo y con la masa calculados por el software.

El procedimiento completo — colocación de sensores, recorridos de prueba seguros, comprobaciones de peso de prueba y vibración residual — se describe en equilibrado del eje de transmisión en el vehículo sin desmontaje.

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. Cómo equilibrar un eje de transmisión: procedimiento paso a paso
• 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 una desventaja importante: la rotación no uniforme de los ejes. Si un eje gira de manera uniforme, el otro no lo hace, y esta no uniformidad aumenta con el ángulo entre los ejes. Esta limitación impide el uso de la transmisión por junta universal en muchas aplicaciones, como en la transmisión de vehículos de tracción delantera, donde el principal problema es transmitir el par a las ruedas directrices. Este inconveniente puede compensarse parcialmente utilizando dos juntas universales en un mismo eje, ajustadas a ángulos de junta iguales (γ1 = γ2), con las horquillas de ambos extremos del eje intermedio en el mismo plano (en fase). Las horquillas desfasadas 90° no cancelan la fluctuación, sino que la suman. Sin embargo, en las aplicaciones que requieren una rotación uniforme, se suelen utilizar en su lugar juntas homocinéticas (juntas CV). Las juntas CV son un diseño más avanzado, pero también más complejo, que cumple el mismo propósito.

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 con ejes que se cortan en un ángulo de 2...3° gracias a la deformación elástica de los elementos de unión. Una junta rígida de velocidad no uniforme transmite el par de un eje a otro mediante la unión móvil de piezas rígidas. Consta de dos horquillas – 3 y 5 – en cuyos orificios cilíndricos se instalan sobre rodamientos los extremos A, B, C y D del elemento de unión – la cruceta 4. Las horquillas están rígidamente unidas a los ejes 1 y 2. La horquilla 5 puede girar alrededor del eje B–D de la cruceta y, al mismo tiempo, junto con la cruceta, girar alrededor del eje A–C, lo que permite transmitir 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

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

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 árboles conectados mediante juntas universales rígidas de velocidad no uniforme normalmente no supera los 20°, ya que la eficiencia disminuye significativamente a ángulos mayores. Si el ángulo entre los ejes de los árboles varía entre 0...2°, los muñones de la cruceta se deforman por los rodamientos de agujas, provocando que la junta universal falle rápidamente.

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).

Durante el equilibrado dinámico, el conjunto del árbol de transmisión con la horquilla deslizante se instala y se fija en la máquina. Un extremo del árbol de transmisión se conecta mediante una horquilla de brida a la brida del cabezal motor delantero, y el otro extremo, mediante el cuello de apoyo de la horquilla deslizante, al manguito estriado del cabezal trasero. A continuación se comprueba la facilidad de giro del árbol de transmisión, y un extremo del bastidor pendular de la máquina se fija con el fijador. Tras arrancar la máquina, se gira el limbo 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-centímetro o en gramos de contrapeso. Continuando el giro del limbo del rectificador en sentido antihorario, la lectura del milivoltímetro se lleva a cero y se detiene la máquina. A partir de la lectura del limbo del rectificador se determina el desplazamiento angular (ángulo de desplazamiento del desequilibrio), y girando manualmente el árbol de transmisión, este valor se ajusta en el limbo del eje intermedio. El punto de soldadura de la placa de equilibrado quedará en la parte superior del árbol de transmisión, y la parte pesada en la parte inferior, en el plano de corrección. A continuación se coloca la placa de equilibrado y se ata con alambre fino a una distancia de 10 mm de la soldadura, se arranca la máquina y se comprueba el equilibrio del extremo del árbol de transmisión con la placa. El desequilibrio no debe superar los 70 g·cm (700 g·mm). Después, soltando un extremo y fijando el otro extremo del bastidor pendular con el soporte del fijador, se realiza el equilibrado dinámico del otro extremo del árbol 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 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.

Nota: la OST 37.001.053-74 es una norma soviética de la industria del automóvil de 1974, y se cita aquí como referencia histórica. En términos modernos, 6 g·cm/kg a 3.000 rpm corresponde aproximadamente a G 19, y 10 g·cm/kg a aproximadamente G 31 — el requisito de la OST se sitúa entre G 16 y G 40, en consonancia con los grados de la ISO 21940-11 (antes ISO 1940-1) para árboles de transmisión. Especifique los trabajos nuevos en grados de la ISO 21940-11.

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 – Elemento a equilibrar (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 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. Cómo equilibrar un eje de transmisión: procedimiento paso a paso

¿Qué kit necesito? Una máquina de dos apoyos que corrige en dos planos (Figura 8) necesita el Balanset-1A de dos canales. Una máquina de cuatro apoyos que corrige en cuatro planos simultáneamente (Figura 9, y el procedimiento siguiente) necesita el Balanset-4A de cuatro canales. El flujo de trabajo de medición y cálculo es idéntico; solo difiere el número de canales. El procedimiento siguiente se describe para una configuración de cuatro planos, mientras que las capturas de pantalla del software muestran el mismo flujo de trabajo en el Balanset-1A de dos planos — en el Balanset-4A, las mismas pantallas simplemente añaden los planos 3 y 4.

El proceso de equilibrado del árbol de transmisión en la máquina equilibradora se examinará utilizando como ejemplo el sistema de medición Balanset-4A. El Balanset-4A es un kit de equilibrado portátil diseñado para el equilibrado en uno, dos, tres y cuatro planos de corrección de rotores, ya sea girando en sus propios rodamientos 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 de forma automática y no requiere que el usuario tenga conocimientos ni habilidades 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, el Balanset-4A también puede utilizarse como un vibrotacómetro normal, permitiendo medir en cuatro canales el valor eficaz (RMS) de la vibración total, el RMS de la componente rotacional de la vibración, y controlar 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-4A para su uso como sistema de medición y cálculo de la máquina equilibradora de árboles de transmisión

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

Figura 18. Ventana principal del software Balanset: F1 - About, F5 - Vibration Meter, F7 - Balancing, F8 - Charts, F6 - Reports

El dispositivo Balanset-4A se suministra con sensores de vibración. Los sensores están basados en acelerómetros; el software integra su señal y muestra la velocidad de vibración en mm/s RMS.

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

La dirección del eje de sensibilidad de los sensores debe coincidir con la dirección del desplazamiento de vibración del soporte, en este caso – horizontal. Para más información sobre la instalación de los sensores, véase EQUILIBRADO DE ROTORES EN CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO.

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 e inicie el software Balanset.
10. Abra el espacio de trabajo de equilibrado con el botón “F7 - Balancing” y establezca el número necesario de planos de corrección en el campo “Plane count”, de modo que la vibración se mida simultáneamente mediante los sensores de vibración conectados a las entradas de la unidad de medición.
11. En la pantalla del ordenador aparece un diagrama mnemotécnico que ilustra la conexión de los sensores y la unidad de medición, como se muestra en la Figura 18.

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

Figura 20. Modo Medidor de vibración (F5): vibración total V1s, V2s y componentes rotacionales V1o, V2o con fases F1, F2, mostrados como velocidad de vibración en 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.

Estudiar las gráficas de la función temporal y los espectros de vibración en el modo de gráficos ("F8 - Charts", pestaña "F5-Spectrum (Hz)") puede ser útil aquí.

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.

Lectura del espectro de un árbol de transmisión: 1x es desequilibrio, 2x puede ser la propia junta. Un pico dominante en la frecuencia de rotación (1x) indica desequilibrio — esto es lo que elimina el equilibrado. Un pico dominante al doble de la frecuencia de rotación (2x), especialmente junto con una fuerte vibración axial, indica los ángulos de las juntas, cruces o estrías desgastadas, o desalineación: una junta universal (cardán) que trabaja en un ángulo γ hace que la horquilla conducida se adelante y se retrase dos veces por revolución, por lo que produce una componente 2x incluso cuando el eje está perfectamente equilibrado. El equilibrado no la eliminará — iguale los ángulos de junta (γ1 = γ2) y compruebe primero las juntas. En el modo de gráficos (“F8 - Charts”) la pestaña “F5-Spectrum (Hz)” muestra el espectro y la pestaña “F3-1x vibration” la componente rotacional; a 3000 min^-1 1x = 50 Hz y 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.

Al realizar el equilibrado en cuatro planos de un rotor nuevo, se requieren cinco pasadas de calibración y al menos una pasada de ajuste (Run T) de la máquina equilibrada. La medición de vibración durante la primera pasada de la máquina sin peso de prueba se realiza como Run 0 en el espacio de trabajo de equilibrado. Las pasadas siguientes se realizan con un peso de prueba, instalado secuencialmente en el árbol de transmisión en cada plano de corrección (en la zona de cada soporte de la máquina equilibradora).

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

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

Figura 22. Espacio de trabajo de equilibrado (“F7 - Balancing”) durante un recorrido de medición: Run 0 - Initial, los recorridos de masa de prueba Run 1 y Run 2, y el recorrido de ajuste 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) de la vibración a la frecuencia de rotación del rotor equilibrado se guardan en los campos correspondientes de la ventana del programa. Después del quinto recorrido (Peso en el Plano 4), aparecen los resultados del equilibrado con el gráfico polar (véase la Figura 23), mostrando los valores calculados de las masas (M₁, M₂, M₃, M₄) y los ángulos de instalación (f₁, f₂, f₃, f₄) de los pesos correctores que hay que instalar en el rotor en cuatro planos para compensar su desequilibrio.

Figura 23. Gráfico polar del resultado del equilibrado: masas y ángulos de corrección calculados para cada plano, medidos desde la posición del peso de prueba en la dirección de rotación

¡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.

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

Después de instalar los pesos correctores en el rotor equilibrado, realice el recorrido de ajuste (Run T) para comprobar la eficacia de la operación de equilibrado. Al finalizar el recorrido de ajuste, 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, F₄) de la vibración a la frecuencia de rotación del rotor equilibrado se guardan. Simultáneamente, se actualizan los resultados del equilibrado (véase la figura 23), mostrando los parámetros calculados de los pesos correctores adicionales que deben instalarse (o retirarse) en el rotor para compensar su desequilibrio residual. Además, este espacio de trabajo muestra los valores del desequilibrio residual alcanzado tras el equilibrado. Si los valores de vibración residual y/o desequilibrio residual del rotor equilibrado cumplen los requisitos de tolerancia especificados en la documentación técnica, el proceso de equilibrado puede darse por finalizado. En caso contrario, el proceso de equilibrado puede continuar. Este método permite corregir posibles errores mediante aproximaciones sucesivas que pueden producirse al instalar (retirar) el peso corrector en el rotor equilibrado.

Si el proceso de equilibrado continúa, deben instalarse (o retirarse) pesos correctores adicionales en el rotor equilibrado según los parámetros calculados mostrados en los resultados del equilibrado.

Los coeficientes de equilibrado del rotor (coeficientes de influencia dinámicos) calculados a partir de los resultados de los cinco recorridos de calibración se guardan en la memoria del ordenador y pueden reutilizarse con la función “Load Coefficients” al equilibrar rotores del mismo tipo.

7. Clases de precisión de equilibrado recomendadas para rotores rígidos

Los grados siguientes son los grados de calidad de equilibrado G de la norma ISO 1940-1, sustituida sin cambio de valores por la ISO 21940-11:2016. El grado se define como G = e_per·Ω, donde e_per es el desequilibrio residual específico admisible (g·mm/kg = µm) y Ω = 2πn/60 es la velocidad angular de servicio (rad/s). El desequilibrio residual admisible se obtiene como U_per = 9549·G·M/n [g·mm], repartido entre los planos de corrección. Consulte nuestra ISO 1940-1 entrada del glosario.

El grado por defecto para un árbol de transmisión de vehículo de carretera es G 40; el G 16 se aplica cuando el plano o la especificación del OEM exige requisitos especiales. Tenga en cuenta que el desequilibrio residual y la vibración son criterios de aceptación separados: la vibración de la máquina montada se evalúa según la ISO 20816 (antes ISO 10816) — véase nuestro ISO 10816-1 entrada del glosario.

La tabla de grados G se aplica únicamente a rotores rígidos — rotores cuya velocidad de servicio se mantiene por debajo de aproximadamente 0,5…0,7 de la primera velocidad crítica de flexión. Los árboles de transmisión largos (2 m o más, y cualquier árbol con un soporte intermedio) pueden acercarse a ese límite: compruebe la primera velocidad crítica del árbol tanto frente a la velocidad de servicio como a la velocidad de equilibrado. Si el árbol es flexible a esa velocidad, utilice un procedimiento modal / multivelocidad (ISO 21940-12) — una corrección de rotor rígido en dos planos no será válida.

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

Tipos de máquinas (rotores)	Clase de precisión de equilibrado	Grado de calidad de equilibrado G = 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
Cigüeñales de transmisión (equilibrados estructuralmente) sobre aisladores de vibraciones	G 40	40
Ruedas de automóvil, llantas, juegos de ruedas, ejes de transmisión (ejes cardán)	G 40	40
Maquinaria agrícola	G 16	16
Cigüeñales motrices (equilibrados) sobre soportes rígidos	G 16	16
Trituradoras	G 16	16
Ejes de transmisión (ejes de hélice / cardán) con requisitos especiales	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?

El equilibrado del árbol de transmisión suele realizarse con una máquina equilibradora especializada. El árbol de transmisión se monta y se hace girar a alta velocidad mientras los sensores detectan cualquier desequilibrio. A continuación, un técnico fija pequeños pesos al árbol de transmisión (o retira material) en posiciones específicas según las lecturas de la máquina. Este proceso se repite hasta que el árbol de transmisión gira sin vibración significativa. Sistemas modernos como el Balanset-4A pueden guiar este proceso y calcular exactamente dónde y cuánto peso añadir para lograr un equilibrado preciso.

Conclusión

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

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.