Equilibratura dell'albero motore: guida completa

Immagina di guidare un camion e di avvertire improvvisamente una forte vibrazione o un forte rumore durante l'accelerazione o il cambio di marcia. Questo è più di un semplice fastidio: potrebbe essere il segnale di un albero di trasmissione sbilanciato. Per ingegneri e tecnici, tali vibrazioni e rumori indicano una perdita di efficienza, un'usura accelerata dei componenti e potenzialmente costosi tempi di fermo se non vengono affrontati.

In questa guida completa, forniamo soluzioni pratiche ai problemi di equilibratura dell'albero di trasmissione. Imparerai cos'è un albero di trasmissione e perché necessita di equilibratura, riconoscerai i malfunzionamenti più comuni che causano vibrazioni o rumore e seguirai una chiara procedura passo passo per l'equilibratura dinamica dell'albero di trasmissione. Applicando queste best practice, puoi risparmiare denaro sulle riparazioni, ridurre i tempi di risoluzione dei problemi e garantire che i tuoi macchinari o veicoli funzionino in modo affidabile con vibrazioni minime.

Indice dei contenuti

• 1. Tipi di alberi di trasmissione
• 2. Malfunzionamenti del giunto universale
• 3. Equilibratura dell'albero motore
• 4. Moderne macchine per l'equilibratura degli alberi di trasmissione
• 5. Preparazione per l'equilibratura dell'albero motore
• 6. Procedura di equilibratura dell'albero motore
• 7. Classi di precisione di bilanciamento consigliate per rotori rigidi

1. Tipi di alberi di trasmissione

Una trasmissione a cardano (albero di trasmissione) è un meccanismo che trasmette la coppia tra alberi che si intersecano al centro del cardano e possono muoversi l'uno rispetto all'altro con un angolo. In un veicolo, l'albero di trasmissione trasmette la coppia dalla scatola del cambio (o transfer case) agli assi guidati nel caso di una configurazione a trazione classica o integrale. Nei veicoli a trazione integrale, il giunto cardanico collega solitamente l'albero motore della scatola del cambio all'albero motore del transfer case e gli alberi motore del transfer case agli alberi motore delle trasmissioni principali degli assi guidati.

Le unità montate sul telaio (come il cambio e il ripartitore di coppia) possono muoversi l'una rispetto all'altra a causa della deformazione dei loro supporti e del telaio stesso. Allo stesso tempo, gli assali motore sono fissati al telaio tramite le sospensioni e possono muoversi rispetto al telaio e alle unità montate su di esso a causa della deformazione degli elementi elastici delle sospensioni. Questo movimento può modificare non solo gli angoli degli alberi di trasmissione che collegano le unità, ma anche la distanza tra le unità.

La trasmissione a cardano presenta uno svantaggio significativo: la rotazione non uniforme degli alberi. Se un albero ruota in modo uniforme, l'altro non lo fa, e questa non uniformità aumenta con l'angolo tra gli alberi. Questa limitazione impedisce l'uso di una trasmissione a cardano in molte applicazioni, come ad esempio nella trasmissione di veicoli a trazione anteriore, dove il problema principale è la trasmissione della coppia alle ruote motrici. Questo inconveniente può essere parzialmente compensato utilizzando giunti universali doppi su un albero, che ruotano di un quarto di giro l'uno rispetto all'altro. Tuttavia, nelle applicazioni che richiedono una rotazione uniforme, si utilizzano in genere giunti a velocità costante (giunti CV). I giunti CV sono un progetto più avanzato ma anche più complesso che serve allo stesso scopo.

Le trasmissioni a cardano possono essere costituite da uno o più giunti universali collegati da alberi di trasmissione e supporti intermedi.

Figura 1. Schema di una trasmissione a cardano: 1, 4, 6 - alberi di trasmissione; 2, 5 - giunti cardanici; 3 - collegamento di compensazione; u1, u2 - angoli tra gli alberi

In generale, una trasmissione a giunto cardanico è composta dai giunti cardanici 2 e 5, dagli alberi di trasmissione 1, 4 e 6 e da un collegamento di compensazione 3. Talvolta l'albero di trasmissione è installato su un supporto intermedio fissato alla traversa del telaio del veicolo. I giunti cardanici assicurano la trasmissione della coppia tra alberi i cui assi si intersecano ad angolo. I giunti cardanici si dividono in giunti omocinetici e giunti omocinetici. I giunti omocinetici sono ulteriormente classificati in elastici e rigidi. I giunti omocinetici possono essere a sfera con scanalature di separazione, a sfera con leva di separazione e a camma. Sono tipicamente installati nella trasmissione delle ruote motrici anteriori controllate, dove l'angolo tra gli alberi può raggiungere i 45° e il centro del giunto cardanico deve coincidere con il punto di intersezione tra gli assi di rotazione della ruota e il suo asse di sterzata.

I giunti cardanici elastici trasmettono la coppia tra alberi con assi intersecanti con un angolo di 2...3° grazie alla deformazione elastica degli elementi di collegamento. Un giunto omocinetico rigido trasmette la coppia da un albero all'altro attraverso il collegamento mobile di parti rigide. È costituito da due gioghi, 3 e 5, nei cui fori cilindrici sono installate le estremità A, B, V e G dell'elemento di collegamento, la croce 4, su cuscinetti. I gioghi sono collegati rigidamente agli alberi 1 e 2. Il giogo 5 può ruotare attorno all'asse BG della croce e contemporaneamente, insieme alla croce, ruotare attorno all'asse AV, consentendo così la trasmissione della rotazione da un albero all'altro con un angolo variabile tra di essi.

Figura 2. Schema di un giunto cardanico rigido a velocità non uniforme

Se l'albero 7 ruota intorno al suo asse di un angolo α, l'albero 2 ruoterà di un angolo β nello stesso periodo. La relazione tra gli angoli di rotazione degli alberi 7 e 2 è determinata dall'espressione tanα = tanβ * cosγ, dove γ è l'angolo formato dagli assi degli alberi. Questa espressione indica che l'angolo β è talvolta minore, uguale o maggiore dell'angolo α. L'uguaglianza di questi angoli si verifica ogni 90° di rotazione dell'albero 7. Pertanto, con una rotazione uniforme dell'albero 1, la velocità angolare dell'albero 2 non è uniforme e varia secondo una legge sinusoidale. La non uniformità della rotazione dell'albero 2 diventa più significativa all'aumentare dell'angolo γ tra gli assi dell'albero.

Se la rotazione non uniforme dell'albero 2 viene trasmessa agli alberi delle unità, si verificano carichi pulsanti aggiuntivi nella trasmissione, che aumentano con l'angolo γ. Per evitare che la rotazione non uniforme dell'albero 2 venga trasmessa agli alberi delle unità, nella trasmissione a cardano vengono utilizzati due giunti universali. Essi sono installati in modo che gli angoli γ1 e γ2 siano uguali; le forcelle dei giunti universali, fissate sull'albero 4 a rotazione non uniforme, devono essere posizionate sullo stesso piano.

La struttura delle parti principali di un giunto cardanico è illustrata nella Figura 3. Un giunto cardanico a velocità non uniforme è costituito da due gioghi (1) collegati da una croce (3). Uno dei gioghi a volte presenta una flangia, mentre l'altro è saldato al tubo dell'albero motore o presenta un'estremità scanalata (6) (o manicotto) per il collegamento all'albero motore. I perni della croce sono installati negli occhielli di entrambi i gioghi su cuscinetti a rullini (7). Ogni cuscinetto è alloggiato in una custodia (2) e fissato nell'occhio del giogo tramite un tappo, fissato al giogo con due bulloni bloccati da linguette sulla rondella. In alcuni casi, i cuscinetti sono fissati nei gioghi tramite anelli elastici. Per mantenere la lubrificazione nel cuscinetto e proteggerlo da acqua e sporco, è presente una guarnizione autoserrante in gomma. La cavità interna della croce è riempita di grasso tramite un ingrassatore, che raggiunge i cuscinetti. La croce è solitamente dotata di una valvola di sicurezza per proteggere la guarnizione da eventuali danni causati dalla pressione del grasso pompato nella croce. Il collegamento scanalato (6) viene lubrificato tramite l'ingrassatore (5).

Figura 3. Dettagli di un giunto universale rigido a velocità non uniforme

L'angolo massimo tra gli assi degli alberi collegati da giunti cardanici rigidi a velocità non uniforme di solito non supera i 20°, poiché l'efficienza diminuisce significativamente ad angoli maggiori. Se l'angolo tra gli assi degli alberi varia entro 0...2%, i perni della crociera vengono deformati dai cuscinetti a rullini, causando un rapido guasto del giunto cardanico.

Nelle trasmissioni dei veicoli cingolati ad alta velocità vengono spesso utilizzati giunti cardanici con giunti a ingranaggi, che consentono la trasmissione della coppia tra alberi con assi che si intersecano con angoli fino a 1,5...2°.

Gli alberi di trasmissione sono tipicamente tubolari, utilizzando tubi speciali in acciaio senza saldatura o saldati. I gioghi dei giunti universali, i manicotti scanalati o le punte sono saldati ai tubi. Per ridurre i carichi trasversali che agiscono sull'albero di trasmissione, l'equilibratura dinamica viene eseguita con i giunti universali montati. Lo squilibrio viene corretto saldando delle piastre di bilanciamento all'albero di trasmissione o, talvolta, installando delle piastre di bilanciamento sotto i cappucci dei giunti universali. La posizione relativa delle parti di collegamento scanalate dopo l'assemblaggio e l'equilibratura della trasmissione a cardano in fabbrica è solitamente contrassegnata da etichette speciali.

Il collegamento di compensazione della trasmissione a cardano è solitamente realizzato sotto forma di collegamento scanalato, che consente il movimento assiale delle parti della trasmissione a cardano. È costituito da una punta scanalata che si inserisce nel manicotto scanalato della trasmissione cardanica. La lubrificazione viene introdotta nella connessione scanalata attraverso un raccordo di grasso o applicata durante l'assemblaggio e sostituita dopo un uso prolungato del veicolo. In genere vengono installati una guarnizione e un coperchio per evitare perdite di grasso e contaminazione.

Per gli alberi di trasmissione lunghi, i supporti intermedi sono solitamente utilizzati nelle trasmissioni a cardano. Un supporto intermedio consiste tipicamente in una staffa imbullonata alla traversa del telaio del veicolo, in cui è montato un cuscinetto a sfere in un anello elastico di gomma. Il cuscinetto è sigillato su entrambi i lati con tappi e dispone di un dispositivo di lubrificazione. L'anello elastico in gomma aiuta a compensare le imprecisioni di montaggio e il disallineamento del cuscinetto che può verificarsi a causa delle deformazioni del telaio.

Un giunto universale con cuscinetti a rullini (Figura 4a) è composto da gioghi, croce, cuscinetti a rullini e guarnizioni. Le coppe con cuscinetti a rullini sono montate sui perni della croce e sigillate con guarnizioni. Le coppe sono fissate nei gioghi con anelli elastici o tappi fissati con viti. I giunti universali sono lubrificati da un ingrassatore attraverso fori interni alla croce. Una valvola di sicurezza viene utilizzata per eliminare la pressione eccessiva dell'olio nel giunto. Durante la rotazione uniforme del giogo motore, il giogo condotto ruota in modo non uniforme: avanza e arretra rispetto al giogo motore due volte per giro. Per eliminare la rotazione non uniforme e ridurre i carichi inerziali, si utilizzano due giunti universali.

Nella trasmissione alle ruote motrici anteriori sono installati giunti universali a velocità costante. Il giunto cardanico a velocità costante dei veicoli GAZ-66 e ZIL-131 è costituito dai gioghi 2, 5 (Figura 4b), da quattro sfere 7 e da una sfera centrale 8. Il giogo 2 è solidale con il semiasse interno, mentre il giogo condotto è forgiato insieme al semiasse esterno, all'estremità del quale si trova la sfera centrale. Il giogo motore 2 è solidale con il semiasse interno, mentre il giogo condotto è forgiato insieme al semiasse esterno, all'estremità del quale è fissato il mozzo della ruota. Il momento trainante dal giogo 2 al giogo 5 è trasmesso attraverso le sfere 7, che si muovono lungo scanalature circolari nei gioghi. La sfera centrale 8 serve a centrare i gioghi ed è trattenuta dai perni 3 e 4. La frequenza di rotazione dei gioghi 2 e 5 è la stessa grazie alla simmetria del meccanismo rispetto ai gioghi. La variazione della lunghezza dell'albero è assicurata dalle connessioni libere dei gioghi con l'albero.

Figura 4. Giunti universali: a - giunto universale: 1 - calotta; 2 - coppa; 3 - cuscinetto a rullini; 4 - guarnizione; 5, 9 - gioghi; 6 - valvola di sicurezza; 7 - croce; 8 - ingrassatore; 10 - vite; b - giunto universale a velocità costante: 1 - semiasse interno; 2 - giogo motore; 3, 4 - prigionieri; 5 - giogo condotto; 6 - semiasse esterno; 7 - sfere; 8 - sfera centrale

2. Malfunzionamenti del giunto universale

I malfunzionamenti delle trasmissioni a cardano si manifestano tipicamente come colpi bruschi nei giunti universali che si verificano quando il veicolo è in movimento, soprattutto durante i passaggi da una marcia all'altra e gli aumenti improvvisi della velocità dell'albero a gomito del motore (ad esempio, quando si passa dal freno motore all'accelerazione). Un segno di malfunzionamento del giunto cardanico può essere il suo riscaldamento ad alta temperatura (oltre 100°C). Ciò avviene a causa dell'usura significativa delle boccole e dei ganci del giunto cardanico, dei cuscinetti a rullini, delle crociere e delle connessioni scanalate, con conseguente disallineamento del giunto cardanico e carichi assiali d'impatto significativi sui cuscinetti a rullini. Il danneggiamento delle guarnizioni in sughero della crociera del giunto universale porta a una rapida usura del trunnion e del suo cuscinetto.

Durante la manutenzione, la trasmissione a cardano viene controllata ruotando bruscamente l'albero di trasmissione a mano in entrambe le direzioni. Il grado di rotazione libera dell'albero determina l'usura dei giunti cardanici e dei collegamenti scanalati. Ogni 8-10 mila chilometri si controllano le condizioni dei collegamenti bullonati delle flange dell'albero condotto del cambio e dell'albero motore della trasmissione principale con le flange dei giunti universali di estremità e il fissaggio del supporto intermedio dell'albero di trasmissione. Si controllano anche le condizioni delle cuffie di gomma sui collegamenti scanalati e le guarnizioni di sughero della crociera della presa di forza. Tutti i bulloni di fissaggio devono essere serrati a fondo (coppia di serraggio 8-10 kgf-m).

I cuscinetti a rullini dei giunti universali sono lubrificati con l'olio liquido utilizzato per i gruppi di trasmissione; le connessioni scanalate nella maggior parte dei veicoli sono lubrificate con grassi (US-1, US-2, 1-13, ecc.); l'uso del grasso per la lubrificazione dei cuscinetti a rullini è severamente vietato. In alcuni veicoli, i collegamenti scanalati sono lubrificati con olio per trasmissioni. Il cuscinetto di supporto intermedio, montato in un manicotto di gomma, non necessita praticamente di lubrificazione, in quanto viene lubrificato durante il montaggio in fabbrica. Il cuscinetto di supporto del veicolo ZIL-130 viene lubrificato con grasso attraverso un raccordo a pressione durante la manutenzione ordinaria (ogni 1100-1700 km).

Figura 5. Trasmissione a cardano: 1 - flangia per il fissaggio dell'albero di trasmissione; 2 - croce del giunto universale; 3 - giogo del giunto universale; 4 - giogo di scorrimento; 5 - tubo dell'albero di trasmissione; 6 - cuscinetto a rullini con estremità chiusa

La trasmissione a cardano è costituita da due giunti universali con cuscinetti a rullini, collegati da un albero cavo, e da un giogo scorrevole con scanalature involontarie. Per garantire una protezione affidabile dallo sporco e una buona lubrificazione del collegamento scanalato, il giogo scorrevole (6), collegato all'albero secondario (2) del riduttore, è collocato in una prolunga (1) fissata alla scatola del riduttore. Inoltre, questa posizione della connessione scanalata (al di fuori della zona tra i giunti) aumenta significativamente la rigidità della trasmissione cardanica e riduce la probabilità di vibrazioni dell'albero quando la connessione scanalata scorrevole si usura.

L'albero motore è costituito da un tubo elettrosaldato a parete sottile (8), in cui due gioghi identici (9) sono inseriti a pressione a ciascuna estremità e quindi saldati mediante saldatura ad arco. Gli alloggiamenti dei cuscinetti a rullini (18) della croce (25) sono inseriti a pressione negli occhielli dei gioghi (9) e sono fissati con anelli di ritegno a molla (20). Ogni cuscinetto del giunto cardanico contiene 22 rullini (21). I cappucci stampati (24) sono inseriti a pressione sui perni sporgenti delle croci, nei quali sono installati anelli di sughero (23). I cuscinetti sono lubrificati tramite un ingrassatore angolare (17) avvitato in un foro filettato al centro della croce, collegato a canali passanti nei perni della croce. Sul lato opposto della croce del giunto cardanico, al centro, è posizionata una valvola di sicurezza (16), progettata per rilasciare il grasso in eccesso durante il riempimento della croce e dei cuscinetti e per impedire l'accumulo di pressione all'interno della croce durante il funzionamento (la valvola si attiva a una pressione di circa 3,5 kg/cm²). La necessità di includere una valvola di sicurezza è dovuta al fatto che un aumento eccessivo della pressione all'interno della croce può causare il danneggiamento (estrusione) delle guarnizioni in sughero.

Figura 6. Montaggio dell'albero di trasmissione: 1 - prolunga del cambio; 2 - albero secondario del cambio; 3 e 5 - deflettori di sporco; 4 - guarnizioni in gomma; 6 - giogo scorrevole; 7 - piastra di bilanciamento; 8 - tubo dell'albero di trasmissione; 9 - giogo; 10 - giogo flangiato; 11 - bullone; 12 - flangia dell'ingranaggio di trasmissione dell'asse posteriore; 13 - rondella elastica; 14 - dado; 15 - asse posteriore; 16 - valvola di sicurezza; 17 - ingrassatore angolare; 18 - cuscinetto a rullini; 19 - occhiello del giogo; 20 - anello di ritegno della molla; 21 - ago; 22 - rondella con estremità toroidale; 23 - anello di sughero; 24 - tappo stampato; 25 - croce

L'albero di trasmissione, assemblato con entrambi i giunti cardanici, viene accuratamente bilanciato dinamicamente ad entrambe le estremità mediante la saldatura di piastre di bilanciamento (7) al tubo. Pertanto, durante lo smontaggio dell'albero, tutte le sue parti devono essere accuratamente contrassegnate in modo da poter essere rimontate nelle posizioni originali. Il mancato rispetto di questa istruzione compromette l'equilibratura dell'albero, causando vibrazioni che possono danneggiare la trasmissione e la carrozzeria del veicolo. Se singole parti si usurano, in particolare se il tubo si piega a causa di un impatto e diventa impossibile bilanciare dinamicamente l'albero dopo il montaggio, l'intero albero deve essere sostituito.

Possibili malfunzionamenti dell'albero di trasmissione, cause e soluzioni

Causa del malfunzionamento	Soluzione
Vibrazioni dell'albero motore
1. Curvatura dell'albero a causa di un ostacolo	1. Raddrizzare e bilanciare dinamicamente l'albero assemblato o sostituire l'albero assemblato.
2. Usura di cuscinetti e crociere	2. Sostituire i cuscinetti e le croci e bilanciare dinamicamente l'albero assemblato.
3. Usura delle boccole di estensione e del giogo di scorrimento	3. Riposizionare la prolunga e il giogo di scorrimento e bilanciare dinamicamente l'albero assemblato.
Colpi all'avviamento e in curva
1. Usura delle scanalature del giogo di scorrimento o dell'albero secondario della scatola degli ingranaggi	1. Sostituire le parti usurate. Quando si sostituisce il giogo di scorrimento, bilanciare dinamicamente l'albero assemblato.
2. Allentare i bulloni che fissano il giogo della flangia alla flangia dell'ingranaggio di trasmissione dell'assale posteriore.	2. Serrare i bulloni
Getto d'olio dalle guarnizioni del giunto universale
Usura degli anelli di sughero nelle guarnizioni dei giunti universali	Sostituire gli anelli di sughero, mantenendo la posizione relativa di tutte le parti dell'albero di trasmissione durante il rimontaggio. In caso di usura delle croci e dei cuscinetti, sostituire i cuscinetti e le croci e bilanciare dinamicamente l'albero assemblato.

3. Equilibratura dell'albero motore

Dopo aver riparato e assemblato l'albero di trasmissione, questo viene equilibrato dinamicamente su una macchina. La Figura 7 mostra un progetto di macchina di bilanciamento. La macchina è costituita da una piastra (18), un telaio a pendolo (8) montato su quattro aste elastiche verticali (3), che ne garantiscono l'oscillazione sul piano orizzontale. Sui tubi longitudinali del telaio a pendolo (8) sono montati una staffa e un cannotto anteriore (9), fissati su una staffa (4). Il cannotto posteriore (6) si trova su una traversa mobile (5), che consente il bilanciamento dinamico di alberi di trasmissione di diversa lunghezza. I mandrini della fantina sono montati su cuscinetti a sfera di precisione. Il mandrino della fantina anteriore (9) è azionato da un motore elettrico installato nel basamento della macchina, attraverso una trasmissione a cinghia trapezoidale e un albero intermedio, su cui è montato un arto (10) (disco graduato). Inoltre, sulla piastra della macchina (18) sono installati due supporti (15) con perni di bloccaggio retrattili (17), che assicurano il fissaggio delle estremità anteriori e posteriori del telaio del pendolo a seconda del bilanciamento dell'estremità anteriore o posteriore dell'albero motore.

Figura 7. Macchina per l'equilibratura dinamica degli alberi motore

1-morsetto; 2-ammortizzatori; 3-asta elastica; 4-staffa; 5-traversa mobile; 6-testata posteriore; 7-barra trasversale; 8-telaio a pendolo; 9-testata anteriore di guida; 10-albero-disco; 11-millivoltmetro; 12-albero del commutatore-raddrizzatore; 13-sensore magnetoelettrico; 14-supporto fisso; 15-supporto del fissatore; 16-supporto; 17-fissatore; 18-piastra di supporto

I supporti fissi (14) sono montati sul retro della piastra della macchina e su di essi sono installati i sensori magnetoelettrici (13), con aste collegate alle estremità del telaio del pendolo. Per prevenire le vibrazioni di risonanza del telaio, sotto le staffe (4) sono installati degli smorzatori (2) riempiti d'olio.

Durante l'equilibratura dinamica, il gruppo albero motore con il giogo scorrevole viene installato e fissato sulla macchina. Un'estremità dell'albero motore viene collegata tramite un giogo flangiato alla flangia della testa motrice anteriore, e l'altra estremità tramite il collo di supporto del giogo scorrevole al manicotto scanalato della testa motrice posteriore. Quindi viene verificata la facilità di rotazione dell'albero motore e un'estremità del telaio a pendolo della macchina viene fissata utilizzando il fissatore. Dopo aver avviato la macchina, il braccio del raddrizzatore viene ruotato in senso antiorario, portando l'ago del millivoltmetro alla sua lettura massima. La lettura del millivoltmetro corrisponde all'entità dello squilibrio. La scala del millivoltmetro è graduata in grammi-centimetri o grammi di contrappeso. Continuando a ruotare il braccio del raddrizzatore in senso antiorario, la lettura del millivoltmetro viene azzerata e la macchina viene arrestata. Sulla base della lettura del raddrizzatore, viene determinato lo spostamento angolare (angolo di sbilanciamento) e, ruotando manualmente l'albero motore, questo valore viene impostato sul ramo intermedio dell'albero. Il punto di saldatura della piastra di bilanciamento sarà sulla parte superiore dell'albero motore e la parte appesantita in basso, nel piano di correzione. Quindi, la piastra di bilanciamento viene fissata e legata con un filo sottile a una distanza di 10 mm dalla saldatura, la macchina viene avviata e viene verificata l'equilibratura dell'estremità dell'albero motore con la piastra. Lo sbilanciamento non deve essere superiore a 70 g cm. Quindi, rilasciando un'estremità e fissando l'altra estremità del telaio del pendolo con il supporto di fissaggio, viene eseguita l'equilibratura dinamica dell'altra estremità dell'albero motore secondo la sequenza tecnologica sopra descritta.

Gli alberi motore presentano alcune caratteristiche di bilanciamento. Per la maggior parte dei componenti, la base per il bilanciamento dinamico è costituita dai colli di supporto (ad esempio, i rotori dei motori elettrici, le turbine, i mandrini, gli alberi a gomito e così via), ma per gli alberi motore è costituita dalle flange. Durante l'assemblaggio, le diverse connessioni presentano inevitabilmente degli spazi vuoti che causano uno squilibrio. Se durante l'equilibratura non è possibile ottenere uno squilibrio minimo, l'albero viene scartato. La precisione dell'equilibratura è influenzata dai seguenti fattori:

• Spazio nel collegamento tra la cinghia di atterraggio della flangia dell'albero di trasmissione e il foro interno della flangia di serraggio delle testate di supporto destra e sinistra;
• Sfilamento radiale e di estremità delle superfici di base della flangia;
• Fessure nelle connessioni a cerniera e scanalate. La presenza di grasso nella cavità della connessione scanalata può causare uno squilibrio "fluttuante". Se ciò impedisce di raggiungere la precisione di equilibratura richiesta, l'albero motore viene bilanciato senza grasso.

Alcuni squilibri possono essere del tutto irrecuperabili. Se si osserva un aumento dell'attrito nei giunti universali dell'albero di trasmissione, aumenta l'influenza reciproca dei piani di correzione. Ciò comporta una diminuzione delle prestazioni e della precisione dell'equilibratura.

Secondo OST 37.001.053-74, sono stabiliti i seguenti standard di squilibrio: gli alberi di trasmissione con due giunti (a due supporti) sono bilanciati dinamicamente e con tre (a tre supporti) - assemblati con il supporto intermedio; le flange (gioghi) degli alberi di trasmissione e dei giunti di peso superiore a 5 kg sono bilanciati staticamente prima di assemblare l'albero o il giunto; le norme di squilibrio residuo per gli alberi di trasmissione a ciascuna estremità o al supporto intermedio degli alberi di trasmissione a tre giunti sono valutate tramite squilibrio specifico;

Il valore massimo ammissibile di squilibrio residuo specifico a ciascuna estremità dell'albero o al supporto intermedio, nonché per gli alberi di trasmissione a tre giunti in qualsiasi posizione sul banco di equilibratura, non deve superare: per le trasmissioni di autovetture e autocarri leggeri (fino a 1 t) e autobus di piccole dimensioni – 6 g-cm/kg, per il resto – 10 g-cm/kg. Il valore massimo ammissibile di squilibrio residuo dell'albero di trasmissione o dell'albero di trasmissione a tre giunti deve essere garantito sul banco di equilibratura a una frequenza di rotazione corrispondente alle loro frequenze nella trasmissione alla massima velocità del veicolo.

Per gli alberi di trasmissione e gli alberi di trasmissione a tre giunti di autocarri con una capacità di carico di 4 t e oltre, autobus di piccole e grandi dimensioni, è consentita una riduzione della frequenza di rotazione sul banco di equilibratura a 70% della frequenza di rotazione degli alberi di trasmissione alla velocità massima del veicolo. Secondo OST 37.001.053-74, la frequenza di rotazione di equilibratura degli alberi di trasmissione deve essere pari a:

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

dove n_b – frequenza di rotazione del bilanciamento (dovrebbe corrispondere ai dati tecnici principali del supporto, n=3000 min^-1; n_r – frequenza massima di rotazione di lavoro, min^-1.

In pratica, a causa dello spazio tra i giunti e i collegamenti scanalati, l'albero di trasmissione non può essere bilanciato alla frequenza di rotazione raccomandata. In questo caso, si sceglie un'altra frequenza di rotazione, alla quale l'albero si equilibra.

4. Moderne macchine per l'equilibratura degli alberi di trasmissione

Figura 8. Macchina equilibratrice per alberi motore lunghi fino a 2 metri, con peso fino a 500 kg

Il modello è dotato di 2 supporti e consente il bilanciamento in 2 piani di correzione.

Macchina equilibratrice per alberi motore lunghi fino a 4200 mm e con peso fino a 400 kg

Figura 9. Macchina equilibratrice per alberi motore lunghi fino a 4200 mm, con peso fino a 400 kg

Il modello è dotato di 4 supporti e consente il bilanciamento in 4 piani di correzione contemporaneamente.

Figura 10. Macchina equilibratrice orizzontale a cuscinetti duri per l'equilibratura dinamica degli alberi di trasmissione

1 - Elemento di bilanciamento (albero di trasmissione); 2 - Basamento della macchina; 3 - Supporti della macchina; 4 - Trasmissione della macchina; Gli elementi strutturali dei supporti della macchina sono mostrati nella Figura 9.

Figura 11. Elementi di supporto della macchina per il bilanciamento dinamico degli alberi di trasmissione

1 - Supporto non regolabile sinistro; 2 - Supporto intermedio regolabile (2 pezzi); 3 - Supporto fisso non regolabile destro; 4 - Maniglia di bloccaggio del telaio di supporto; 5 - Piattaforma di supporto mobile; 6 - Dado di regolazione verticale del supporto; 7 - Maniglie di bloccaggio della posizione verticale; 8 - Staffa di bloccaggio del supporto; 9 - Morsetto mobile del cuscinetto intermedio; 10 - Maniglia di bloccaggio del morsetto; 11 - Blocco della staffa di bloccaggio; 12 - Mandrino di azionamento (di testa) per l'installazione dell'articolo; 13 - Mandrino guidato

5. Preparazione per l'equilibratura dell'albero motore

Di seguito, si esaminerà la configurazione dei supporti della macchina e l'installazione dell'elemento di bilanciamento (albero di trasmissione a quattro supporti) sui supporti della macchina.

Figura 12. Installazione delle flange di transizione sui mandrini della macchina di bilanciamento

Figura 13. Installazione dell'albero di trasmissione sui supporti dell'equilibratrice

Figura 14. Livellamento orizzontale dell'albero motore sui supporti dell'equilibratrice con una livella a bolla d'aria

Figura 15. Fissaggio dei supporti intermedi della macchina equilibratrice per evitare lo spostamento verticale dell'albero di trasmissione

Ruotare manualmente l'elemento per un giro completo. Assicurarsi che ruoti liberamente e senza incepparsi sui supporti. A questo punto, la parte meccanica della macchina è impostata e l'installazione dell'articolo è completa.

6. Procedura di equilibratura dell'albero motore

Il processo di equilibratura dell'albero motore sulla macchina equilibratrice sarà esaminato utilizzando come esempio il sistema di misurazione Balanset-4. Il Balanset-4 è un kit di equilibratura portatile progettato per l'equilibratura in uno, due, tre e quattro piani di correzione dei rotori, sia che ruotino sui propri cuscinetti sia che siano montati su una macchina equilibratrice. Il dispositivo comprende fino a quattro sensori di vibrazione, un sensore di angolo di fase, un'unità di misura a quattro canali e un computer portatile.

L'intero processo di equilibratura, compresa la misurazione, l'elaborazione e la visualizzazione delle informazioni sull'entità e la posizione dei pesi correttivi, viene eseguito automaticamente e non richiede all'utente competenze e conoscenze aggiuntive rispetto alle istruzioni fornite. I risultati di tutte le operazioni di equilibratura vengono salvati nell'Archivio di equilibratura e, se necessario, possono essere stampati come rapporti. Oltre all'equilibratura, il Balanset-4 può essere utilizzato anche come normale vibrotachometro, consentendo di misurare su quattro canali il valore quadratico medio (RMS) della vibrazione totale, il valore RMS della componente rotazionale della vibrazione e il controllo della frequenza di rotazione del rotore.

Inoltre, il dispositivo consente di visualizzare i grafici della funzione temporale e dello spettro di vibrazione per velocità di vibrazione, che possono essere utili per valutare le condizioni tecniche della macchina bilanciata.

Figura 16. Vista esterna del dispositivo Balanset-4 da utilizzare come sistema di misura e calcolo della macchina di equilibratura dell'albero motore

Figura 17. Esempio di utilizzo del dispositivo Balanset-4 come sistema di misurazione e calcolo della macchina di equilibratura dell'albero motore

Figura 18. Interfaccia utente del dispositivo Balanset-4

Il dispositivo Balanset-4 può essere dotato di due tipi di sensori: accelerometri di vibrazione per la misurazione delle vibrazioni (accelerazione di vibrazione) e sensori di forza. I sensori di vibrazione sono utilizzati per il funzionamento su macchine equilibratrici di tipo post-risonanza, mentre i sensori di forza sono utilizzati per macchine di tipo pre-risonanza.

Figura 19. Installazione dei sensori di vibrazione Balanset-4 sui supporti della macchina di bilanciamento

La direzione dell'asse di sensibilità dei sensori deve corrispondere alla direzione dello spostamento delle vibrazioni del supporto, in questo caso orizzontale. Per ulteriori informazioni sull'installazione dei sensori, consultare la sezione BILANCIAMENTO DEI ROTORI IN CONDIZIONI DI ESERCIZIO. L'installazione dei sensori di forza dipende dalle caratteristiche progettuali della macchina.

1. Installare i sensori di vibrazione 1, 2, 3, 4 sui supporti della macchina equilibratrice.
2. Collegare i sensori di vibrazione ai connettori X1, X2, X3, X4.
3. Installare il sensore di angolo di fase (tachimetro laser) 5 in modo che lo spazio nominale tra la superficie radiale (o terminale) del rotore bilanciato e l'alloggiamento del sensore sia compreso tra 10 e 300 mm.
4. Applicare un segno di nastro riflettente di almeno 10-15 mm di larghezza sulla superficie del rotore.
5. Collegare il sensore dell'angolo di fase al connettore X5.
6. Collegare l'unità di misura alla porta USB del computer.
7. Quando si utilizza l'alimentazione di rete, collegare il computer all'alimentatore.
8. Collegare l'alimentatore a una rete a 220 V, 50 Hz.
9. Accendere il computer e selezionare il programma "BalCom-4".
10. Premere il pulsante "F12-quattro piani" (o il tasto funzione F12 sulla tastiera del computer) per selezionare la modalità di misurazione delle vibrazioni simultaneamente su quattro piani utilizzando i sensori di vibrazione 1, 2, 3, 4, collegati rispettivamente agli ingressi X1, X2, X3 e X4 dell'unità di misura.
11. Sul display del computer viene visualizzato un diagramma mnemonico che illustra il processo di misurazione delle vibrazioni simultaneamente su quattro canali di misura (o il processo di bilanciamento su quattro piani), come mostrato nella Figura 16.

Prima di eseguire l'equilibratura, si consiglia di eseguire le misure in modalità vibrometro (tasto F5).

Figura 20. Misure in modalità vibrometro

Se l'intensità totale della vibrazione V1s (V2s) corrisponde approssimativamente all'intensità della componente rotazionale V1o (V2o), si può presumere che il contributo principale alla vibrazione del meccanismo sia dovuto allo sbilanciamento del rotore. Se l'intensità totale della vibrazione V1s (V2s) supera significativamente la componente rotazionale V1o (V2o), si raccomanda di ispezionare il meccanismo: controllare le condizioni dei cuscinetti, garantire un montaggio sicuro sulla fondazione, verificare che il rotore non entri in contatto con parti fisse durante la rotazione e considerare l'influenza delle vibrazioni provenienti da altri meccanismi, ecc.

In questo caso può essere utile studiare i grafici della funzione temporale e gli spettri di vibrazione ottenuti nella modalità "Grafici-Analisi Spettrale".

Figura 21. Grafici della funzione tempo e dello spettro delle vibrazioni

Il grafico mostra a quali frequenze i livelli di vibrazione sono più elevati. Se queste frequenze differiscono dalla frequenza di rotazione del rotore del meccanismo bilanciato, è necessario identificare le fonti di queste componenti di vibrazione e adottare misure per eliminarle prima dell'equilibratura.

È inoltre importante prestare attenzione alla stabilità delle letture in modalità vibrometro: l'ampiezza e la fase della vibrazione non devono variare di oltre 10-15% durante la misurazione. In caso contrario, il meccanismo potrebbe funzionare in prossimità di una regione di risonanza. In questo caso, è necessario regolare la velocità del rotore.

Quando si esegue l'equilibratura a quattro piani in modalità "Primaria", sono necessari cinque cicli di calibrazione e almeno un ciclo di verifica della macchina equilibrata. La misurazione delle vibrazioni durante il primo ciclo di equilibratura senza peso di prova viene eseguita nell'area di lavoro "Equilibratura a quattro piani". I cicli successivi vengono eseguiti con un peso di prova, installato in sequenza sull'albero motore in ciascun piano di correzione (nell'area di ciascun supporto della macchina equilibratrice).

Prima di ogni esecuzione successiva, è necessario eseguire le seguenti operazioni:

• Arrestare la rotazione del rotore della macchina bilanciata.
• Rimuovere il peso di prova precedentemente installato.
• Installare il peso di prova nel piano successivo.

Figura 23. Area di lavoro del bilanciamento a quattro piani

Dopo aver completato ogni misurazione, i risultati della frequenza di rotazione del rotore (N_ob), nonché i valori RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) e le fasi (F₁, F₂, F₃, F₄) della vibrazione alla frequenza di rotazione del rotore bilanciato vengono salvati nei campi corrispondenti nella finestra del programma. Dopo la quinta esecuzione (Peso nel Piano 4), viene visualizzata l'area di lavoro "Pesi di bilanciamento" (vedere Figura 24), che mostra i valori calcolati delle masse (M₁, M₂, M₃, M₄) e gli angoli di installazione (f₁, f₂, f₃, f₄) dei pesi correttivi che devono essere installati sul rotore in quattro piani per compensare il suo squilibrio.

Figura 24. Spazio di lavoro con i parametri calcolati dei pesi correttivi in quattro piani

Attenzione! Dopo aver completato il processo di misurazione durante il quinto ciclo della macchina bilanciata, è necessario arrestare la rotazione del rotore e rimuovere il peso di prova precedentemente installato. Solo dopo questo si può procedere con l'installazione (o la rimozione) dei pesi correttivi sul rotore.

La posizione angolare per l'aggiunta (o la rimozione) del peso correttivo sul rotore nel sistema di coordinate polari viene misurata a partire dalla posizione di installazione del peso di prova. La direzione di misurazione dell'angolo coincide con il senso di rotazione del rotore. Nel caso di equilibratura a pale, la pala del rotore bilanciato, considerata condizionatamente come prima pala, coincide con la posizione di installazione del peso di prova. La direzione di numerazione delle pale indicata sul display del computer segue il senso di rotazione del rotore.

In questa versione del programma, si presuppone di default che il peso correttivo venga aggiunto al rotore. Ciò è indicato dal segno impostato nel campo "Aggiungi". Se è necessario correggere lo squilibrio rimuovendo il peso (ad esempio, tramite foratura), impostare il segno nel campo "Rimuovi" utilizzando il mouse, dopodiché la posizione angolare del peso correttivo cambierà automaticamente di 180 gradi.

Dopo aver installato i pesi correttivi sul rotore bilanciato, premere il pulsante "Esci - F10" (o il tasto funzione F10 sulla tastiera del computer) per tornare alla precedente area di lavoro "Bilanciamento a quattro piani" e verificare l'efficacia dell'operazione di bilanciamento. Dopo aver completato la verifica, i risultati della frequenza di rotazione del rotore (N_ob) e i valori RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) e le fasi (F₁, F₂, F₃, F₄) della vibrazione alla frequenza di rotazione del rotore bilanciato. Contemporaneamente, l'area di lavoro "Pesi di bilanciamento" (vedere Figura 21) appare sopra l'area di lavoro "Equilibratura a quattro piani", visualizzando i parametri calcolati dei pesi correttivi aggiuntivi che devono essere installati (o rimossi) sul rotore per compensarne lo squilibrio residuo. Inoltre, questa area di lavoro mostra i valori dello squilibrio residuo ottenuti dopo l'equilibratura. Se i valori di vibrazione residua e/o squilibrio residuo del rotore bilanciato soddisfano i requisiti di tolleranza specificati nella documentazione tecnica, il processo di equilibratura può essere completato. In caso contrario, il processo di equilibratura può essere continuato. Questo metodo consente di correggere eventuali errori attraverso approssimazioni successive che possono verificarsi durante l'installazione (rimozione) del peso correttivo sul rotore bilanciato.

Se il processo di bilanciamento continua, è necessario installare (o rimuovere) ulteriori pesi correttivi sul rotore bilanciato in base ai parametri specificati nell'area di lavoro "Pesi di bilanciamento".

Il pulsante "Coefficienti – F8" (o il tasto funzione F8 sulla tastiera del computer) viene utilizzato per visualizzare e salvare nella memoria del computer i coefficienti di bilanciamento del rotore (coefficienti di influenza dinamica) calcolati dai risultati delle cinque corse di calibrazione.

7. Classi di precisione di bilanciamento consigliate per rotori rigidi

Tabella 2. Classi di precisione di bilanciamento raccomandate per rotori rigidi.

Classi di precisione di bilanciamento consigliate per rotori rigidi

Tipi di macchine (rotori)	Classe di precisione del bilanciamento	Valore eper Ω mm/s
Alberi motore (strutturalmente sbilanciati) per grandi motori marini diesel a bassa velocità (velocità del pistone inferiore a 9 m/s)	G 4000	4000
Alberi motore (strutturalmente bilanciati) per grandi motori marini diesel a bassa velocità (velocità del pistone inferiore a 9 m/s)	G 1600	1600
Alberi motore (strutturalmente sbilanciati) su isolatori di vibrazioni	G 630	630
Alberi a gomito motorizzati (strutturalmente sbilanciati) su supporti rigidi	G 250	250
Motori alternativi assemblati per autovetture, autocarri e locomotive	G 100	100
Parti di automobili: ruote, cerchioni, sale montate, trasmissioni
Alberi motore (strutturalmente bilanciati) su isolatori di vibrazioni	G 40	40
Macchine agricole	G 16	16
Alberi motore (bilanciati) su supporti rigidi
Frantoi
Alberi di trasmissione (alberi di trasmissione, alberi a vite)
Turbine a gas per aerei	G 6.3	6.3
Centrifughe (separatori, sedimentatori)
Motori e generatori elettrici (con altezza dell'albero di almeno 80 mm) con velocità di rotazione nominale massima fino a 950 min.-1
Motori elettrici con altezza dell'albero inferiore a 80 mm
I fan
Azionamenti a ingranaggi
Macchine di uso generale
Macchine per il taglio del metallo
Macchine per la produzione di carta
Pompe
Turbocompressori
Turbine ad acqua
Compressori
Azionamenti controllati da computer	G 2.5	2.5
Motori e generatori elettrici (con altezza dell'albero di almeno 80 mm) con velocità di rotazione nominale massima superiore a 950 min.-1
Turbine a gas e a vapore
Azionamenti per macchine per il taglio dei metalli
Macchine tessili
Unità per apparecchiature audio e video	G 1	1
Azionamenti per rettificatrici
Mandrini e azionamenti di apparecchiature di alta precisione	G 0.4	0.4

Domande frequenti sull'equilibratura dell'albero motore

Cos'è l'equilibratura dell'albero motore?

L'equilibratura dell'albero motore è il processo di correzione di eventuali squilibri di massa in un albero motore in modo che ruoti fluidamente senza causare vibrazioni. Ciò comporta la misurazione del punto in cui l'albero è più pesante su un lato e quindi l'aggiunta o la rimozione di piccole quantità di peso (ad esempio, saldando pesi di equilibratura) per contrastare tale squilibrio. Un albero motore bilanciato funziona in modo uniforme, il che previene vibrazioni eccessive e usura dei componenti del veicolo.

Perché è importante bilanciare l'albero motore?

Un albero motore sbilanciato può causare forti vibrazioni, soprattutto a determinate velocità, e rumori metallici durante l'accelerazione o il cambio di marcia. Nel tempo, queste vibrazioni possono danneggiare cuscinetti, giunti cardanici e altri componenti della trasmissione. L'equilibratura dell'albero motore elimina queste vibrazioni, garantendo una guida più fluida, riducendo le sollecitazioni sui componenti ed evitando costosi danni o tempi di fermo.

Quali sono i sintomi più comuni di un albero motore sbilanciato?

I sintomi tipici di un albero di trasmissione sbilanciato o difettoso includono vibrazioni evidenti o tremori percepiti sul pavimento o sul sedile del veicolo, in particolare all'aumentare della velocità. Si potrebbero anche udire colpi o rumori metallici durante il cambio marcia o in accelerazione e decelerazione. In alcuni casi, il giunto cardanico potrebbe surriscaldarsi a causa dello squilibrio. Se si osservano questi segnali, è probabile che l'albero di trasmissione necessiti di equilibratura o riparazione.

Come si bilancia un albero motore?

L'equilibratura dell'albero motore viene solitamente eseguita utilizzando una macchina equilibratrice specializzata. L'albero motore viene montato e fatto ruotare ad alta velocità mentre i sensori rilevano eventuali squilibri. Un tecnico applica quindi piccoli pesi all'albero motore (o rimuove materiale) in posizioni specifiche in base alle letture della macchina. Questo processo viene ripetuto finché l'albero motore non ruota senza vibrazioni significative. Sistemi moderni come Balanset-4 possono guidare questo processo e calcolare esattamente dove e quanto peso aggiungere per un'equilibratura precisa.

Conclusione

In conclusione, un corretto bilanciamento dell'albero motore è essenziale per la sicurezza, le prestazioni e il risparmio sui costi. Rilevando e correggendo gli squilibri, si previene l'usura inutile dei componenti, si evitano guasti dannosi e si mantengono prestazioni ottimali della macchina. I moderni sistemi di equilibratura come i nostri dispositivi Balanset-1 e Balanset-4 rendono il processo efficiente, aiutando anche le piccole officine a ottenere risultati professionali.

Se riscontri vibrazioni persistenti all'albero di trasmissione o hai bisogno di una soluzione di bilanciamento affidabile, non esitare ad agire. Segui i passaggi descritti in questa guida o consulta i nostri esperti per assistenza. Con l'approccio e l'attrezzatura giusti, puoi garantire che il tuo albero di trasmissione funzioni in modo fluido e affidabile per gli anni a venire. Contattateci per saperne di più o per scoprire la migliore attrezzatura per l'equilibratura degli alberi di trasmissione adatta alle tue esigenze.