Balanceamento de Rotores em Tornos: Uma Solução Custo-Efetiva para Melhorar a Qualidade do Produto
Na manufatura moderna, onde a qualidade do produto é de extrema importância, balanceamento de rotor torna-se uma parte essencial do processo tecnológico. No entanto, a compra de equipamentos especializados de balanceamento pode ser onerosa para pequenas e médias empresas. Neste artigo, exploramos a possibilidade de usar tornos para rotor balanceamento, o que pode reduzir significativamente os custos de equipamentos e melhorar a eficiência da produção.
O Torno como Ferramenta para Balanceamento
The lathe, due to its design and functionality, can be successfully used for balancing rotors of various types and sizes. The main advantage of this approach is cost savings, as there is no need to purchase expensive specialized equipment. Additionally, using a lathe allows for balancing to be carried out directly during the rotor’s manufacturing process, which shortens production time and improves product quality.
Preparação para o Balanceamento
Antes de iniciar o processo de balanceamento, várias etapas preparatórias devem ser tomadas:
- Escolhendo o torno apropriado: O torno deve ter rigidez e precisão suficientes para garantir a montagem confiável do rotor e medições precisas de vibração.
- Instalando o sistema de medição: Para medir a vibração do rotor vibração no torno, um balanceador portátil como o Balanset-1A pode ser utilizado. Ele inclui sensores de vibração, um tacômetro, e software para análise de dados e cálculo de massas corretivas.
- Dealing with the spindle’s own unbalance: You do not have to balance the lathe spindle itself. Run the lathe with the chuck alone (rotor removed) and record the vibration vector: that is the baseline contributed by the spindle and chuck. If it is a significant fraction of the rotor reading, either subtract it, or — better — use the 180° index run (the “Mandrel eccentricity elimination” function, “F7 - Run Ecc”), which automatically separates everything that does not rotate with the rotor.
- Matching the rotor to the machine, not to the spindle: What matters is that the rotor’s unbalance force produces a measurable response on the bearing housings. A heavy, rigid lathe responds very little per gram of unbalance, so on a very light rotor the signal disappears in the noise, while a very heavy rotor may exceed the rated load of the chuck or the bearings. In practice, check that a properly sized trial weight gives a clean, repeatable amplitude and phase change before you trust any influence coefficient.
- Checking the runout of the rubber cover before balancing: On a rubberized shaft, mass unbalance and geometric runout of the covering are two different defects. Balancing cancels the 1× force; it cannot make an eccentric or oval cover round. Set a dial indicator against the covered surface and turn the shaft by hand: if the total indicated runout exceeds the product tolerance, grind or turn the cover concentric first — on the same lathe — and only then balance. A shaft that is balanced but still runs out will keep producing gauge bands, streaks and nip-pressure variation no matter how low the vibration reading gets.
Neste artigo, detalharei nossa experiência e metodologia em balanceamento dinâmico de rubberized shafts on a lathe machine – a solution that, admittedly, I was initially skeptical of due to the inherent rigidity and substantial weight of such machinery. Surprisingly, the operation was seamlessly executed, achieving the G 6.3 balance quality grade (ISO 21940-11, formerly ISO 1940-1).
Processo de Balanceamento de Rotores em Torno na Teoria
O processo de balanceamento de rotores em torno envolve as seguintes etapas:
Fixando o Rotor
O rotor é montado com segurança no mandril do torno ou em centros para garantir estabilidade durante o processo de balanceamento.
Instalando Sensores
Fit one vibration sensor per correction plane — one on the headstock bearing housing and one on the tailstock or steady-rest housing — radially, as close to the bearing as possible, on a clean machined metal surface via a magnetic base. Do not mount sensors on the lathe bed, the apron or a guard: the 1× signal there is attenuated and dominated by the structure. Stick the fita refletiva on a metal face (the shaft end or the chuck), not on the rubber covering, and aim the laser tachometer perpendicular to it.
Medindo a Vibração Inicial
The initial vibration level is measured at the speed you will use for the whole job. All runs — Run 0, the trial runs and the trim run — must be made at the same speed, because the influence coefficients are only valid for the speed at which they were measured.
Accounting for Eccentricity (immediately after Run 0)
Fixture and mandrel excentricidade adds a vector to the Run 0 reading that is not unbalance, and correcting for it would be wrong. Deal with it before the trial weight, not afterwards: tick the “Mandrel eccentricity elimination” checkbox in the Balanset-1A software, complete Run 0, then rotate the rotor 180° in the fixture and press “F7 - Run Ecc”. The software takes the vector half-sum as the eccentricity and the vector half-difference as the true unbalance, and only then unlocks the trial run. Doing this after the correction weights are already welded on means recalculating and redoing them.
How big should a trial weight be?
A safe starting point is a weight whose centrifugal force stays within 5–10% of the rotor weight. As a formula:
mde teste = k · M · g / (R · ω²), k = 0.05–0.10
onde M is the rotor mass (kg), g = 9.81 m/s², R is the mounting radius of the weight (m), and ω = 2π·RPM/60 (rad/s). Example: a 50 kg rotor at 3,000 rpm with the weight at R = 0.2 m gives m ≈ 0.07·50·9.81/(0.2·314²) ≈ 1.7 g — grams, not hundreds of grams. That looks surprisingly small for a 50 kg rotor, but check the force: at 3,000 rpm those 1.7 g already pull F = m·R·ω² ≈ 34 N — about 7% of the rotor’s weight. Starting small is the point: stepping up is cheap, while an oversized weight is a real load on bearings and welds. The same force check works in reverse for any weight you are about to bolt on.
You don’t have to compute this by hand: the Balanset software includes a First Trial Weight Estimator that recommends both the mass and the starting angle from your rotor data, and a Teste de Impacto to check that you are not working near a natural frequency.
A good trial weight changes the reading by at least 20–30% in amplitude or 20–30° in phase. If the response is smaller, increase the weight stepwise — never jump straight to a heavy weight “to see something happen.”
Installing a Trial Weight
A massa de teste of known mass is installed on the rotor, and the vibration is measured again. For two-plane balancing this is done in each plane in turn — a trial run with the weight in plane 1 (Run 1), then a trial run with the weight in plane 2 (Run 2) — so the software can measure the influence of each correction plane separately.
Calculando Massas Corretivas
O software do Balanset-1A analisa os resultados das medições e calcula as massas corretivas necessárias e seus ângulos de posicionamento.
Corrigindo a Massa do Rotor
Dependendo do design do rotor e das capacidades do torno, a correção de massa pode ser realizada por fresagem, soldagem ou outros métodos.
Verificação do Balanceamento
Após fazer as correções, uma medição de vibração de controle é realizada. O processo é repetido, se necessário, até que o nível de balanceamento requerido seja alcançado.
Dynamic Balancing in Practice
- Frequência de Rotação: Typically, the working rotation speed of these shafts ranges between 300 to 500 revolutions per minute (rpm). In this particular case, we carried out the balancing at 550 rpm.
- Configuração: O eixo borrachado foi montado no torno mecânico, seguido pela colocação estratégica dos sensores, conforme mostrado nas fotografias acompanhantes.
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Balanceamento Dinâmico de Eixos Borrachados
- Leituras Iniciais de Vibração: Antes do balanceamento, as inicial vibration readings stood at 9 mm/s and 17 mm/s.
- Trial Runs: A two-plane job needs a trial run in each plane in turn — Run 1 with the weight in plane 1, then Run 2 with the weight in plane 2. A trial weight of 340 grams was welded on; it altered the vibration and fase readings by roughly 10%. Treat such a response as a bare minimum: for a clear, confident measurement we normally aim for a trial weight that shifts the vibration vector by 25–50%, but a heavy, rigid lathe responds very little per gram of trial mass.
- Ajustes de Balanceamento: Post the trial runs with the trial weight, our Balanset-1A instrument indicated the need for the addition of 3100 grams on one side of the shaft and 4300 grams on the other, corresponding to corrections in dois planos. After these adjustments, vibration levels decreased to 2 mm/s and 4 mm/s.
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
- Ajuste Fino: To further optimize results, we proceeded to add weights of 400 grams and 700 grams. Subsequently, another round of fine-tuning was executed by adding 200 grams and 400 grams. Due to spatial constraints, the weights were welded atop one another. Ultimately, these temporary weights were replaced with precision-cut, aesthetically pleasing counterweights crafted specifically for this shaft. The final vibration readings were an impressive 0.1 mm/s in both planes (a rounded figure — below 1 mm/s the instrument itself displays readings to three decimal places).
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Balanceamento Dinâmico em Campo de Eixos Borrachados Utilizando Torno Mecânico
Vantagens do Balanceamento de Rotores em Tornos
Custo-Benefício
O uso de um torno para balanceamento evita o custo da compra de equipamentos especializados de balanceamento.
Conveniência
O balanceamento pode ser realizado diretamente durante o processo de fabricação do rotor, reduzindo o tempo de produção.
Alta Qualidade
Balanceadores portáteis modernos, como o Balanset-1A, oferecem alta precisão de balanceamento, permitindo baixos níveis de vibração e melhoria na qualidade do produto.
Conclusão
O balanceamento de rotores em tornos é uma solução eficaz e econômica para empresas que buscam melhorar a qualidade do produto e reduzir os custos de produção. O uso de balanceadores portáteis como o Balanset-1A torna esse processo simples e acessível, mesmo para pequenas oficinas.
Lembretes Importantes
- Para obter os melhores resultados, recomenda-se o uso de instrumentos de medição de alta qualidade e o cumprimento rigoroso do procedimento de balanceamento. Você pode estimar o desbalanceamento residual desbalanceamento residual admissível para o seu rotor com nossa.
O balanceamento de rotores em tornos é um passo rumo ao futuro da sua produção, trazendo retorno por meio da melhoria da qualidade do produto, redução de custos e aumento da competitividade do seu negócio.
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