Balanceamento do eixo de transmissão: guia completo

Imagine que você está dirigindo um caminhão e, de repente, sente uma vibração forte ou ouve um estalo alto ao acelerar ou trocar de marcha. Isso é mais do que um simples incômodo — pode ser um sinal de um eixo de transmissão desbalanceado. Para engenheiros e técnicos, essas vibrações e ruídos indicam perda de eficiência, desgaste acelerado dos componentes e tempo de inatividade potencialmente dispendioso se não forem corrigidos.

A trabalhar num veículo? Consulte balanceamento do veio de transmissão no veículo, sem desmontagem.

Balanceamento do veio de transmissão no veículo: um trabalho real, passo a passo

As fotografias abaixo são de um trabalho real de equilibragem realizado com o veículo num elevador. O veio de transmissão nunca foi removido: os sensores são fixados ao próprio veículo, o veio é posto a girar pelo motor através da transmissão, e o peso de correção é montado por baixo. Isto mantém o veio nos seus próprios rolamentos e nos seus próprios ângulos de funcionamento, pelo que o resultado reflete como o conjunto realmente funciona — algo que uma máquina de equilibrar de bancada não consegue reproduzir na totalidade.

Figura 24. Sensor de vibração montado na caixa da transmissão final, o mais próximo possível do rolamento de apoio do veio de transmissão.

Figura 25. Tacómetro laser apontado a uma tira de fita refletora no veio — fornece tanto a velocidade de rotação como o ângulo de fase do desequilíbrio.

Figura 26. Peso de correção fixado ao tubo do veio com uma braçadeira de inox, no ângulo e massa calculados pelo software.

O procedimento completo — colocação dos sensores, medições de teste seguras, peso de teste e verificações da vibração residual — está descrito em balanceamento do veio de transmissão no veículo, sem desmontagem.

Neste guia completo, oferecemos soluções práticas para problemas de balanceamento do eixo de transmissão. Você aprenderá o que é um eixo de transmissão e por que ele precisa ser balanceado, reconhecerá os defeitos comuns que causam vibração ou ruído e seguirá um processo claro e passo a passo para o balanceamento dinâmico do eixo de transmissão. Ao aplicar essas práticas recomendadas, você pode economizar dinheiro em reparos, reduzir o tempo de solução de problemas e garantir que sua máquina ou veículo funcione de forma confiável com o mínimo de vibração.

Índice

• 1. Tipos de veios de transmissão
• 2. Avarias no acionamento da junta universal
• 3. Equilibragem de veios de transmissão
• 4. Máquinas de equilibrar modernas para veios de transmissão
• 5. Preparação para a equilibragem do veio de transmissão
• 6. Como equilibrar um eixo de transmissão: procedimento passo a passo
• 7. Classes de precisão de equilibragem recomendadas para rotores rígidos

1. Tipos de veios de transmissão

Uma transmissão por junta universal (veio de transmissão) é um mecanismo que transmite o binário entre veios que se intersectam no centro da junta universal e que podem mover-se em relação um ao outro num ângulo. Num veículo, a árvore de transmissão transmite o binário da caixa de velocidades (ou caixa de transferência) para os eixos motrizes, no caso de uma configuração clássica ou de tração integral. Nos veículos com tração integral, a junta universal liga normalmente o veio motor da caixa de velocidades ao veio motor da caixa de transferência e os veios motores da caixa de transferência aos veios motores das transmissões principais dos eixos motores.

As unidades montadas no chassi (como a caixa de câmbio e a caixa de transferência) podem se mover em relação umas às outras devido à deformação de seus suportes e do próprio chassi. Já os eixos de tração são fixados ao chassi por meio da suspensão e podem se mover em relação ao chassi e às unidades montadas nele devido à deformação dos elementos elásticos da suspensão. Esse movimento pode alterar não apenas os ângulos dos eixos de transmissão que conectam as unidades, mas também a distância entre elas.

A transmissão por junta universal tem uma desvantagem significativa: a rotação não uniforme dos veios. Se um veio gira uniformemente, o outro não gira, e esta não uniformidade aumenta com o ângulo entre os veios. Esta limitação impede a utilização de uma transmissão por junta universal em muitas aplicações, como na transmissão de veículos de tração dianteira, onde a principal questão é transmitir o binário às rodas diretrizes. Esta desvantagem pode ser parcialmente compensada utilizando duas juntas universais num único veio, ajustadas para ângulos de junta iguais (γ1 = γ2), com as forquetas em ambas as extremidades do veio intermédio no mesmo plano (em fase). Forquetas desfasadas 90° não anulam a flutuação — pelo contrário, somam-se a ela. No entanto, em aplicações que exigem rotação uniforme, utilizam-se normalmente juntas homocinéticas (juntas CV) em vez disso. As juntas homocinéticas são um design mais avançado, mas também mais complexo, que serve o mesmo propósito.

Os accionamentos por junta universal podem ser constituídos por uma ou mais juntas universais ligadas por veios de transmissão e suportes intermédios.

Figura 1. Diagrama de um acionamento por junta universal: 1, 4, 6 - veios de transmissão; 2, 5 - juntas universais; 3 - ligação de compensação; u1, u2 - ângulos entre veios

Em geral, uma transmissão por junta universal consiste nas juntas universais 2 e 5, eixos cardã 1, 4 e 6 e uma conexão de compensação 3. Às vezes, o eixo cardã é instalado em um suporte intermediário fixado à travessa do chassi do veículo. As juntas universais garantem a transmissão de torque entre eixos cujos eixos se cruzam em um ângulo. As juntas universais são divididas em tipos não uniformes e de velocidade constante. As juntas de velocidade não uniforme são ainda classificadas em tipos elásticos e rígidos. As juntas de velocidade constante podem ser do tipo esférica com ranhuras divisórias, do tipo esférica com alavanca divisória e do tipo came. Elas são normalmente instaladas na transmissão das rodas controladas principais, onde o ângulo entre os eixos pode chegar a 45°, e o centro da junta universal deve coincidir com o ponto de intersecção dos eixos de rotação da roda e seu eixo de giro.

As juntas universais elásticas transmitem o binário entre veios com eixos que se intersectam num ângulo de 2...3° devido à deformação elástica dos elementos de ligação. Uma junta rígida de velocidade não uniforme transmite o binário de um veio para o outro através da ligação móvel de peças rígidas. É constituída por duas forquetas — 3 e 5 —, nos orifícios cilíndricos das quais as extremidades A, B, C e D do elemento de ligação — a cruzeta 4 — são instaladas em rolamentos. As forquetas estão rigidamente ligadas aos veios 1 e 2. A forqueta 5 pode rodar em torno do eixo B–D da cruzeta e, ao mesmo tempo, juntamente com a cruzeta, rodar em torno do eixo A–C, permitindo assim a transmissão de rotação de um veio para o outro com um ângulo variável entre eles.

Figura 2. Diagrama de uma junta universal rígida de velocidade não uniforme

Se o veio 1 girar em torno do seu eixo por um ângulo α, então o veio 2 girará por um ângulo β no mesmo período. A relação entre os ângulos de rotação dos veios 1 e 2 é determinada pela expressão tanα = tanβ * cosγ, onde γ é o ângulo em que os eixos dos veios estão posicionados. Esta expressão indica que o ângulo β é, por vezes, menor, igual ou maior do que o ângulo α. A igualdade destes ângulos ocorre a cada 90° de rotação do veio 1. Portanto, com rotação uniforme do veio 1, a velocidade angular do veio 2 é não uniforme e varia de acordo com uma lei sinusoidal. A não uniformidade da rotação do veio 2 torna-se mais significativa à medida que o ângulo γ entre os eixos dos veios aumenta.

Se a rotação não uniforme do eixo 2 for transmitida aos eixos das unidades, ocorrerão cargas pulsantes adicionais na transmissão, aumentando com o ângulo γ. Para evitar que a rotação não uniforme do eixo 2 seja transmitida aos eixos das unidades, são utilizadas duas juntas universais no acionamento por junta universal. São instaladas de modo a que os ângulos γ1 e γ2 sejam iguais; as forquilhas das juntas universais, fixadas no veio 4 de rotação não uniforme, devem ser posicionadas no mesmo plano.

O projeto das principais peças dos acionamentos por junta universal é mostrado na Figura 3. Uma junta universal de velocidade não uniforme consiste em dois garfos (1) conectados por uma cruzeta (3). Um dos garfos às vezes possui um flange, enquanto o outro é soldado ao tubo do eixo de transmissão ou possui uma extremidade estriada (6) (ou luva) para conexão ao eixo de transmissão. Os munhões da cruzeta são instalados nos olhais de ambos os garfos em rolamentos de agulha (7). Cada rolamento é alojado em uma caixa (2) e mantido no olhal do garfo com uma tampa, que é fixada ao garfo com dois parafusos travados por abas na arruela. Em alguns casos, os rolamentos são fixados nos garfos com anéis de retenção. Para reter a lubrificação no rolamento e protegê-lo de água e sujeira, há uma vedação de borracha autoapertável. A cavidade interna da cruzeta é preenchida com graxa por meio de uma graxeira, que chega aos rolamentos. A cruzeta normalmente possui uma válvula de segurança para proteger a vedação contra danos causados pela pressão da graxa bombeada para dentro da cruzeta. A conexão estriada (6) é lubrificada com a graxeira (5).

Figura 3. Pormenores de uma junta universal rígida de velocidade não uniforme

O ângulo máximo entre os eixos dos veios ligados por juntas universais rígidas de velocidade não uniforme normalmente não excede 20°, uma vez que a eficiência diminui significativamente em ângulos maiores. Se o ângulo entre os eixos dos veios variar dentro de 0...2°, os munhões da cruzeta são deformados pelos rolamentos de agulhas, fazendo com que a junta universal falhe rapidamente.

Nas transmissões de veículos de esteira de alta velocidade, são frequentemente utilizadas juntas universais com acoplamentos de engrenagem, que permitem a transmissão de torque entre eixos com eixos que se cruzam em ângulos de até 1,5...2°.

As árvores de transmissão são normalmente tubulares, utilizando tubos de aço especial sem costura ou soldados. As jugos das juntas universais, os casquilhos estriados ou as pontas são soldados aos tubos. Para reduzir as cargas transversais que actuam sobre a árvore de transmissão, o equilíbrio dinâmico é realizado com as juntas universais montadas. O desequilíbrio é corrigido através da soldadura de placas de equilíbrio à árvore de transmissão ou, por vezes, através da instalação de placas de equilíbrio sob as tampas de apoio das juntas universais. A posição relativa das peças de ligação estriadas após a montagem e a equilibragem do acionamento por cardan na fábrica é normalmente marcada com etiquetas especiais.

A ligação de compensação do acionamento da junta universal é normalmente feita sob a forma de uma ligação estriada, permitindo o movimento axial das peças do acionamento da junta universal. É constituída por uma ponta estriada que se encaixa na manga estriada do acionamento por junta universal. A lubrificação é introduzida na ligação estriada através de um encaixe para massa lubrificante ou aplicada durante a montagem e substituída após uma utilização prolongada do veículo. Normalmente, são instalados um vedante e uma tampa para evitar fugas de massa lubrificante e contaminação.

Para veios de transmissão longos, são normalmente utilizados suportes intermédios nas transmissões por juntas universais. Um suporte intermédio consiste normalmente num suporte aparafusado à barra transversal da estrutura do veículo, no qual é montado um rolamento de esferas num anel elástico de borracha. O rolamento é selado em ambos os lados com tampas e tem um dispositivo de lubrificação. O anel elástico de borracha ajuda a compensar as imprecisões de montagem e o desalinhamento do rolamento que podem ocorrer devido a deformações da estrutura.

Uma junta universal com rolamentos de agulhas (Figura 4a) é constituída por jugos, uma cruz, rolamentos de agulhas e vedantes. Os copos com rolamentos de agulhas são montados nos munhões da cruz e selados com vedantes. Os copos são fixados nas jugos com anéis de pressão ou tampas fixadas com parafusos. A lubrificação das juntas universais é efectuada através de uma graxeira, através de furos internos na cruz. Uma válvula de segurança é utilizada para eliminar o excesso de pressão de óleo na junta. Durante a rotação uniforme da forquilha de acionamento, a forquilha accionada roda de forma não uniforme: avança e atrasa-se em relação à forquilha de acionamento duas vezes por rotação. Para eliminar a rotação não uniforme e reduzir as cargas de inércia, são utilizadas duas juntas universais.

No acionamento das rodas motrizes dianteiras, estão instaladas juntas universais de velocidade constante. A transmissão por junta de velocidade constante dos veículos GAZ-66 e ZIL-131 é constituída por jugos 2 e 5 (figura 4b), quatro esferas 7 e uma esfera central 8. A forquilha de acionamento 2 está integrada no veio do eixo interior, enquanto a forquilha de acionamento é forjada juntamente com o veio do eixo exterior, na extremidade do qual está fixado o cubo da roda. O momento motor da forquilha 2 para a forquilha 5 é transmitido através de esferas 7, que se deslocam ao longo de ranhuras circulares nas forquilhas. A esfera central 8 serve para centrar os garfos e é mantida no lugar por pinos 3, 4. A frequência de rotação das forquilhas 2 e 5 é a mesma devido à simetria do mecanismo em relação às forquilhas. A variação do comprimento do eixo é assegurada pelas ligações estriadas livres dos jugos com o eixo.

Figura 4. Juntas universais: a - junta universal: 1 - tampa; 2 - copo; 3 - chumaceira de agulhas; 4 - vedante; 5, 9 - jugos; 6 - válvula de segurança; 7 - cruz; 8 - graxeira; 10 - parafuso; b - junta universal de velocidade constante: 1 - veio do eixo interior; 2 - arcada motriz; 3, 4 - pernos; 5 - arcada movida; 6 - veio do eixo exterior; 7 - esferas; 8 - esfera central

2. Avarias no acionamento da junta universal

As avarias na transmissão por junta universal manifestam-se normalmente como pancadas fortes nas juntas universais que ocorrem quando o veículo está em movimento, especialmente durante as mudanças de velocidade e aumentos súbitos da velocidade da cambota do motor (por exemplo, quando se passa da travagem do motor para a aceleração). Um sinal de mau funcionamento da junta universal pode ser o seu aquecimento a uma temperatura elevada (superior a 100°C). Isto acontece devido ao desgaste significativo dos casquilhos e munhões da junta universal, dos rolamentos de agulhas, das cruzetas e das ligações estriadas, resultando no desalinhamento da junta universal e em cargas axiais de impacto significativas nos rolamentos de agulhas. A danificação dos vedantes de cortiça da cruz da junta universal conduz a um desgaste rápido do munhão e do seu rolamento.

Durante a manutenção, a transmissão por junta universal é verificada através de uma rotação manual brusca do veio de transmissão em ambas as direcções. O grau de rotação livre do eixo determina o desgaste das juntas universais e das ligações estriadas. A cada 8-10 mil quilómetros, é verificado o estado das ligações aparafusadas das flanges do veio de transmissão da caixa de velocidades e do veio de transmissão da caixa de velocidades principal com as flanges das juntas universais finais e a fixação do suporte intermédio do veio de transmissão. Verifica-se também o estado das botas de borracha das ligações estriadas e das juntas de cortiça da cruz da junta universal. Todos os parafusos de fixação devem ser totalmente apertados (binário de aperto de 8-10 kgf-m).

As chumaceiras de agulhas das juntas universais são lubrificadas com óleo líquido utilizado nas unidades de transmissão; as ligações estriadas na maioria dos veículos são lubrificadas com massas (US-1, US-2, 1-13, etc.); a utilização de massa lubrificante para lubrificar as chumaceiras de agulhas é estritamente proibida. Em alguns veículos, as ligações estriadas são lubrificadas com óleo de transmissão. A chumaceira de apoio intermédia, montada numa manga de borracha, praticamente não necessita de lubrificação, uma vez que é lubrificada durante a montagem na fábrica. O rolamento de apoio do veículo ZIL-130 é lubrificado com massa lubrificante através de um encaixe de pressão durante a manutenção regular (cada 1100-1700 km).

Figura 5. Acionamento por junta universal: 1 - flange para fixação do veio de transmissão; 2 - cruz da junta universal; 3 - arcada da junta universal; 4 - arcada deslizante; 5 - tubo do veio de transmissão; 6 - rolamento de agulhas com extremidade fechada

O acionamento por junta universal é composto por duas juntas universais com rolamentos de agulhas, ligadas por um eixo oco, e por uma arcada deslizante com estrias involutas. Para garantir uma proteção fiável contra a sujidade e uma boa lubrificação da união estriada, a arcada deslizante (6), ligada ao veio secundário (2) da caixa de velocidades, é colocada numa extensão (1) fixada à caixa da caixa de velocidades. Além disso, esta localização da ligação estriada (fora da zona entre as juntas) aumenta significativamente a rigidez da transmissão por junta universal e reduz a probabilidade de vibrações do veio quando a ligação estriada deslizante se desgasta.

O eixo cardan é constituído por um tubo de parede fina, soldado eletricamente (8), no qual duas culatras idênticas (9) são encaixadas por pressão em cada extremidade e, em seguida, soldadas por soldagem a arco. Os alojamentos dos rolamentos de agulha (18) da cruzeta (25) são encaixados por pressão nos olhais das culatras (9) e fixados com anéis de retenção de mola (20). Cada rolamento de junta universal contém 22 agulhas (21). Tampas estampadas (24) são encaixadas por pressão nos munhões salientes das cruzetas, nos quais são instalados anéis de cortiça (23). Os rolamentos são lubrificados por meio de uma graxeira angular (17) aparafusada em um furo roscado no centro da cruzeta, conectado a canais passantes nos munhões da cruzeta. No lado oposto da cruzeta da junta universal, uma válvula de segurança (16) está localizada em seu centro, projetada para liberar o excesso de graxa durante o enchimento da cruzeta e dos mancais, e para evitar o acúmulo de pressão dentro da cruzeta durante a operação (a válvula é ativada a uma pressão de cerca de 3,5 kg/cm²). A necessidade de incluir uma válvula de segurança se deve ao fato de que o aumento excessivo de pressão dentro da cruzeta pode levar à danificação (extrusão) das vedações de cortiça.

Figura 6. Conjunto do veio de transmissão: 1 - extensão da caixa de velocidades; 2 - veio secundário da caixa de velocidades; 3 e 5 - deflectores de sujidade; 4 - vedantes de borracha; 6 - arcada deslizante; 7 - prato de equilíbrio; 8 - tubo do veio de transmissão; 9 - arcada; 10 - arcada de flange; 11 - parafuso; 12 - flange da engrenagem de transmissão do eixo traseiro; 13 - anilha de mola; 14 - porca; 15 - eixo traseiro; 16 - válvula de segurança; 17 - graxeira angular; 18 - rolamento de agulha; 19 - olhal da arcada; 20 - anel de retenção da mola; 21 - agulha; 22 - anilha com extremidade toroidal; 23 - anel de cortiça; 24 - tampa estampada; 25 - cruz

O eixo cardan, montado com ambas as juntas universais, é cuidadosamente balanceado dinamicamente em ambas as extremidades por meio da soldagem das placas de balanceamento (7) ao tubo. Portanto, ao desmontar o eixo, todas as suas peças devem ser cuidadosamente marcadas para que possam ser remontadas em suas posições originais. O não cumprimento desta instrução interrompe o balanceamento do eixo, causando vibrações que podem danificar a transmissão e a carroceria do veículo. Se peças individuais se desgastarem, especialmente se o tubo dobrar devido ao impacto e se tornar impossível balancear dinamicamente o eixo após a montagem, todo o eixo deverá ser substituído.

Possíveis avarias da árvore de transmissão, suas causas e soluções

Causa do mau funcionamento	Solução
Vibração do eixo de transmissão
1. Flexão do veio devido a um obstáculo	1. Endireitar e equilibrar dinamicamente o veio montado ou substituir o veio montado
2. Desgaste das chumaceiras e das cruzetas	2. Substituir os rolamentos e as cruzetas e equilibrar dinamicamente o veio montado
3. Desgaste dos casquilhos de extensão e da arcada deslizante	3. Substituir a extensão e a arcada deslizante e equilibrar dinamicamente o veio montado
Batidas no arranque e na marcha lenta
1. Desgaste das estrias da forquilha deslizante ou do veio da caixa de velocidades secundária	1. Substituir as peças gastas. Ao substituir a arcada deslizante, equilibrar dinamicamente o veio montado
2. Parafusos soltos que fixam a arcada de flange à flange da engrenagem de tração do eixo traseiro	2. Apertar os parafusos
Derrame de óleo dos vedantes da junta universal
Desgaste de anéis de cortiça em vedações de juntas universais	Substituir os anéis de cortiça, mantendo a posição relativa de todas as peças do veio de transmissão durante a remontagem. Se houver desgaste nas cruzetas e nos rolamentos, substituir os rolamentos e as cruzetas e equilibrar dinamicamente o veio montado

3. Equilibragem de veios de transmissão

Depois de reparar e montar o veio de transmissão, este é equilibrado dinamicamente numa máquina. A Figura 7 apresenta um modelo de máquina de equilibragem. A máquina é constituída por um prato (18), uma estrutura pendular (8) montada em quatro hastes elásticas verticais (3), assegurando a sua oscilação no plano horizontal. Um suporte e um cabeçote dianteiro (9), fixados num suporte (4), estão montados nos tubos longitudinais da estrutura pendular (8). O cabeçote traseiro (6) está sobre uma travessa móvel (5), permitindo o equilíbrio dinâmico de veios de transmissão de diferentes comprimentos. Os fusos do cabeçote estão montados em rolamentos de esferas de precisão. O fuso do cabeçote dianteiro (9) é acionado por um motor elétrico instalado na base da máquina, através de uma correia trapezoidal e de um veio intermédio, no qual está montado um membro (10) (disco graduado). Adicionalmente, estão instalados na placa da máquina (18) dois suportes (15) com pinos de bloqueio retrácteis (17), que asseguram a fixação das extremidades anterior e posterior da estrutura do pêndulo em função do equilíbrio da extremidade anterior ou posterior do veio de transmissão.

Figura 7. Máquina de equilibragem dinâmica para veios de transmissão

1-travessa; 2-amortecedores; 3-bastão elástico; 4-suporte; 5-travessa móvel; 6-cabeça traseira; 7-barra transversal; 8-quadro do pêndulo; 9-cabeça dianteira; 10-braço-disco; 11-milivoltímetro; 12-braço do eixo comutador-retificador; 13-sensor magnético; 14-suporte fixo; 15-suporte fixador; 16-suporte; 17-fixador; 18-placa de suporte

Os suportes fixos (14) são montados na parte de trás da placa da máquina e neles são instalados sensores magnetoeléctricos (13), com hastes ligadas às extremidades da estrutura do pêndulo. Para evitar as vibrações de ressonância da estrutura, são instalados amortecedores (2) cheios de óleo sob os suportes (4).

Durante a equilibragem dinâmica, o conjunto do veio de transmissão com a forqueta deslizante é instalado e fixado na máquina. Uma extremidade do veio de transmissão é ligada por uma forqueta de flange à flange do cabeçote motor dianteiro, e a outra extremidade, pelo colar de apoio da forqueta deslizante, à manga estriada do cabeçote traseiro. De seguida, verifica-se a facilidade de rotação do veio de transmissão, e uma extremidade da estrutura pendular da máquina é fixada com o fixador. Depois de ligar a máquina, o limbo do retificador é rodado no sentido anti-horário, levando a agulha do milivoltímetro à sua leitura máxima. A leitura do milivoltímetro corresponde à magnitude do desequilíbrio. A escala do milivoltímetro está graduada em grama-centímetros ou gramas de contrapeso. Continuando a rodar o limbo do retificador no sentido anti-horário, a leitura do milivoltímetro é levada a zero, e a máquina é parada. Com base na leitura do limbo do retificador, determina-se o deslocamento angular (ângulo de deslocamento do desequilíbrio) e, rodando manualmente o veio de transmissão, este valor é ajustado no limbo do veio intermédio. O local de soldadura da placa de equilibragem ficará na parte superior do veio de transmissão, e a parte com peso na parte inferior, no plano de correção. De seguida, a placa de equilibragem é fixada e amarrada com fio fino a uma distância de 10 mm da solda, a máquina é ligada, e verifica-se o equilíbrio da extremidade do veio de transmissão com a placa. O desequilíbrio não deve ser superior a 70 g·cm (700 g·mm). Em seguida, libertando uma extremidade e fixando a outra extremidade da estrutura pendular com o suporte do fixador, realiza-se a equilibragem dinâmica da outra extremidade do veio de transmissão de acordo com a sequência tecnológica descrita acima.

Os veios de transmissão têm algumas características específicas de equilibragem. Para a maioria das peças, a base da equilibragem dinâmica são os colos de apoio (por exemplo, rotores de motores elétricos, turbinas, fusos, cambotas, etc.), mas nos veios de transmissão são as flanges. Durante a montagem, existem folgas inevitáveis em diferentes ligações que conduzem ao desequilíbrio. Se não for possível obter o desequilíbrio mínimo durante a equilibragem, o veio é rejeitado. A precisão da equilibragem é influenciada pelos seguintes fatores:

• Folga na ligação entre a correia de aterragem da flange do veio de transmissão e o orifício interior da flange de aperto dos apoios de cabeça esquerdo e direito;
• Deslocação radial e final das superfícies de base da flange;
• Folgas nas conexões articuladas e estriadas. A presença de graxa na cavidade da conexão estriada pode levar a um desequilíbrio "flutuante". Se isso impedir a obtenção da precisão de balanceamento necessária, o eixo cardan será balanceado sem graxa.

Alguns desequilíbrios podem ser completamente impossíveis de corrigir. Se se observar um aumento do atrito nas juntas universais do veio de transmissão, a influência mútua dos planos de correção aumenta. Isto conduz a uma diminuição do desempenho e da precisão da equilibragem.

De acordo com OST 37.001.053-74, os seguintes padrões de desequilíbrio são estabelecidos: eixos de transmissão com duas juntas (dois suportes) são balanceados dinamicamente e com três (três suportes) - montados com o suporte intermediário; os flanges (garfos) de eixos de transmissão e acoplamentos com peso superior a 5 kg são balanceados estaticamente antes da montagem do eixo ou acoplamento; as normas de desequilíbrio residual para eixos de transmissão em cada extremidade ou no suporte intermediário de eixos de transmissão de três juntas são avaliadas por desequilíbrio específico;

A norma máxima permitida de desequilíbrio residual específico em cada extremidade do eixo ou no suporte intermediário, bem como para eixos cardã de três articulações em qualquer posição na mesa de balanceamento, não deve exceder: para transmissões de automóveis de passeio e caminhões de carga leve (até 1 t) e ônibus de pequeno porte – 6 g-cm/kg, para os demais – 10 g-cm/kg. A norma máxima permitida de desequilíbrio residual do eixo cardã ou do eixo cardã de três articulações deve ser garantida na mesa de balanceamento a uma frequência de rotação correspondente às suas frequências na transmissão à velocidade máxima do veículo.

Nota: a OST 37.001.053-74 é uma norma soviética da indústria automóvel de 1974 e é citada aqui como referência histórica. Em termos modernos, 6 g·cm/kg a 3000 rpm corresponde a cerca de G 19 e 10 g·cm/kg a cerca de G 31 — o requisito da OST situa-se entre G 16 e G 40, em consonância com os graus da ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940-1) para veios de transmissão. Especifique trabalhos novos nos graus da ISO 21940-11.

Para eixos cardan e eixos cardan de três articulações de caminhões com capacidade de carga igual ou superior a 4 t, ônibus de pequeno e grande porte, é permitida uma redução na frequência de rotação na bancada de balanceamento para 70% da frequência de rotação dos eixos de transmissão na velocidade máxima do veículo. De acordo com a norma OST 37.001.053-74, a frequência de rotação de balanceamento dos eixos cardan deve ser igual a:

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

em que n_b – frequência de rotação do balanceamento (deve corresponder aos principais dados técnicos do suporte, n=3000 min^-1); n_r – frequência máxima de rotação de trabalho, mín.^-1.

Na prática, devido à folga nas juntas e nas ligações estriadas, o eixo de transmissão não pode ser equilibrado na frequência de rotação recomendada. Neste caso, é escolhida uma outra frequência de rotação, na qual é efectuado o equilíbrio.

4. Máquinas de equilibrar modernas para veios de transmissão

Figura 8. Máquina de equilibragem para veios de transmissão até 2 metros de comprimento e até 500 kg

O modelo tem 2 suportes e permite equilibragem em 2 planos de correção.

Figura 9. Máquina de equilibrar veios de transmissão com um comprimento até 4200 mm e um peso até 400 kg

O modelo tem 4 suportes e permite equilibragem em 4 planos de correção em simultâneo.

Figura 10. Máquina de equilibrar rolamentos rígidos horizontais para a equilibragem dinâmica de veios de transmissão

1 – Item de balanceamento (veio de transmissão); 2 – Base da máquina; 3 – Apoios da máquina; 4 – Acionamento da máquina; Os elementos estruturais dos apoios da máquina são mostrados na Figura 11.

Figura 11. Elementos de apoio da máquina para a equilibragem dinâmica de veios de transmissão

1 - Suporte esquerdo não ajustável; 2 - Suporte intermédio ajustável (2 unid.); 3 - Suporte fixo direito não ajustável; 4 - Punho de bloqueio da estrutura do suporte; 5 - Plataforma de suporte móvel; 6 - Porca de ajuste vertical do suporte; 7 - Punhos de bloqueio da posição vertical; 8 - Suporte de fixação do suporte; 9 - Grampo móvel do rolamento intermédio; 10 - Punho de bloqueio do grampo; 11 - Bloqueio do suporte de fixação; 12 - Fuso de acionamento (principal) para instalação do item; 13 - Fuso acionado

5. Preparação para a equilibragem do veio de transmissão

De seguida, vamos considerar a configuração dos suportes da máquina e a instalação do item de equilíbrio (eixo de transmissão de quatro suportes) nos suportes da máquina.

Figura 12. Instalação de flanges de transição nos fusos da máquina de equilibrar

Figura 13. Instalação do veio de transmissão nos apoios da máquina de equilibrar

Figura 14. Nivelamento horizontal do veio de transmissão nos apoios da máquina de equilibrar utilizando um nível de bolha de ar

Figura 15. Fixação dos suportes intermédios da máquina de equilibragem para evitar o deslocamento vertical do veio de transmissão

Rodar manualmente a peça durante uma volta completa. Certificar-se de que roda livremente e sem encravar nos suportes. Depois disto, a parte mecânica da máquina está montada e a instalação da peça está concluída.

6. Como equilibrar um eixo de transmissão: procedimento passo a passo

De que kit preciso? Uma máquina de dois apoios que corrige em dois planos (Figura 8) necessita do Balanset-1A de dois canais. Uma máquina de quatro apoios que corrige em quatro planos simultaneamente (Figura 9, e o procedimento abaixo) necessita do Balanset-4A de quatro canais. O fluxo de trabalho de medição e cálculo é idêntico; apenas o número de canais difere. O procedimento abaixo é descrito para uma configuração de quatro planos, enquanto as capturas de ecrã do software mostram o mesmo fluxo de trabalho no Balanset-1A de dois planos — no Balanset-4A, os mesmos ecrãs simplesmente acrescentam os planos 3 e 4.

O processo de equilibragem do veio de transmissão na máquina de equilibrar será analisado utilizando como exemplo o sistema de medição Balanset-4A. O Balanset-4A é um kit de equilibragem portátil concebido para a equilibragem em um, dois, três e quatro planos de correção de rotores, quer a girar nos seus próprios rolamentos, quer montados numa máquina de equilibrar. O dispositivo inclui até quatro sensores de vibração, um sensor de ângulo de fase, uma unidade de medição de quatro canais e um computador portátil.

Todo o processo de equilibragem, incluindo a medição, o processamento e a apresentação de informação sobre a magnitude e a localização dos pesos de correção, é executado automaticamente e não exige que o utilizador tenha competências e conhecimentos adicionais para além das instruções fornecidas. Os resultados de todas as operações de equilibragem são guardados no Arquivo de Equilibragem e podem ser impressos como relatórios, se necessário. Além da equilibragem, o Balanset-4A também pode ser utilizado como um vibro-taquímetro normal, permitindo a medição em quatro canais do valor quadrático médio (RMS) da vibração total, do RMS da componente rotacional da vibração, e o controlo da frequência de rotação do rotor.

Além disso, o dispositivo permite visualizar gráficos da função horária e do espetro de vibração por velocidade de vibração, que podem ser úteis para avaliar o estado técnico da máquina equilibrada.

Figura 16. Vista Exterior do Dispositivo Balanset-4A para Utilização como Sistema de Medição e Cálculo da Máquina de Balanceamento de Veios de Transmissão

Figura 17. Exemplo de Utilização do Dispositivo Balanset-4A como Sistema de Medição e Cálculo da Máquina de Balanceamento de Veios de Transmissão

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

O dispositivo Balanset-4A é fornecido com sensores de vibração. Os sensores são baseados em acelerómetros; o software integra o seu sinal e apresenta a velocidade de vibração em mm/s RMS.

Figura 19. Instalação dos Sensores de Vibração Balanset-4A nos Apoios da Máquina de Balanceamento

A direção do eixo de sensibilidade dos sensores deve corresponder à direção do deslocamento de vibração do apoio, neste caso – horizontal. Para informações adicionais sobre a instalação dos sensores, veja BALANCEAMENTO DE ROTORES EM CONDIÇÕES DE FUNCIONAMENTO.

1. Instalar os sensores de vibração 1, 2, 3, 4 nos suportes da máquina de equilibrar.
2. Ligar os sensores de vibração aos conectores X1, X2, X3, X4.
3. Instalar o sensor do ângulo de fase (tacómetro a laser) 5 de modo a que a distância nominal entre a superfície radial (ou a extremidade) do rotor equilibrado e a caixa do sensor seja da ordem dos 10 a 300 mm.
4. Colocar uma marca de fita reflectora com uma largura de pelo menos 10-15 mm na superfície do rotor.
5. Ligar o sensor de ângulo de fase ao conetor X5.
6. Ligar a unidade de medição à porta USB do computador.
7. Quando utilizar a alimentação eléctrica, ligue o computador à fonte de alimentação.
8. Ligar a fonte de alimentação a uma rede de 220 V, 50 Hz.
9. Ligue o computador e inicie o software Balanset.
10. Abra o espaço de trabalho de balanceamento com o botão “F7 - Balancing” e defina o número necessário de planos de correção no campo “Plane count”, para que a vibração seja medida simultaneamente pelos sensores de vibração ligados às entradas da unidade de medição.
11. Um diagrama mnemónico que ilustra a ligação dos sensores e da unidade de medição aparece no ecrã do computador, como mostrado na Figura 18.

Antes de efetuar a equilibragem, recomenda-se a realização de medições no modo vibrómetro (botão F5).

Figura 20. Modo Vibration Meter (F5): vibração total V1s, V2s e componentes rotacionais V1o, V2o com fases F1, F2, apresentadas como velocidade de vibração em mm/s RMS

Se a magnitude total da vibração V1s (V2s) corresponder aproximadamente à magnitude da componente rotacional V1o (V2o), pode-se presumir que a principal contribuição para a vibração do mecanismo se deve ao desequilíbrio do rotor. Se a magnitude total da vibração V1s (V2s) exceder significativamente a componente rotacional V1o (V2o), recomenda-se inspecionar o mecanismo – verificar o estado dos mancais, garantir a fixação segura na fundação, verificar se o rotor não entra em contato com partes estacionárias durante a rotação e considerar a influência de vibrações de outros mecanismos, etc.

Estudar os gráficos da função tempo e os espectros de vibração no modo de gráficos (“F8 - Charts”, separador “F5-Spectrum (Hz)”) pode ser útil aqui.

Figura 21. Gráficos da função de tempo de vibração e do espetro

O gráfico mostra em quais frequências os níveis de vibração são mais elevados. Se essas frequências diferirem da frequência de rotação do rotor do mecanismo balanceado, é necessário identificar as fontes desses componentes de vibração e tomar medidas para eliminá-los antes do balanceamento.

Leitura do espectro de um veio de transmissão: 1x é desequilíbrio, 2x pode ser a própria junta. Um pico dominante na frequência de rotação (1x) aponta para desequilíbrio — é isto que o balanceamento remove. Um pico dominante ao dobro da frequência de rotação (2x), especialmente em conjunto com vibração axial forte, aponta para os ângulos das juntas, cruzetas ou estrias desgastadas, ou desalinhamento: uma junta universal (cardan) a funcionar a um ângulo γ faz com que a forqueta conduzida avance e atrase duas vezes por rotação, pelo que produz uma componente 2x mesmo quando o veio está perfeitamente equilibrado. A equilibragem não a elimina — iguale os ângulos das juntas (γ1 = γ2) e verifique primeiro as juntas. No modo de gráficos ("F8 - Gráficos") o separador "F5-Espetro (Hz)" mostra o espetro e o separador "F3-vibração 1x" a componente rotacional; a 3000 min^-1 1x = 50 Hz e 2x = 100 Hz.

É também importante prestar atenção à estabilidade das leituras no modo vibrómetro - a amplitude e a fase da vibração não devem variar mais de 10-15% durante a medição. Caso contrário, o mecanismo pode estar a funcionar perto de uma região de ressonância. Neste caso, a velocidade do rotor deve ser ajustada.

Ao realizar a equilibragem em quatro planos de um rotor novo, são necessárias cinco execuções de calibração e pelo menos uma execução de afinação (Run T) da máquina equilibrada. A medição da vibração durante a primeira execução da máquina, sem peso de ensaio, é realizada como Run 0 no espaço de trabalho de equilibragem. As execuções seguintes são realizadas com um peso de ensaio, instalado sequencialmente no veio de transmissão em cada plano de correção (na zona de cada apoio da máquina de equilibrar).

Antes de cada execução subsequente, devem ser dados os seguintes passos:

• Pare a rotação do rotor da máquina balanceada.
• Retirar o peso de ensaio previamente instalado.
• Instalar o peso de ensaio no plano seguinte.

Figura 22. Espaço de trabalho de balanceamento (“F7 - Balancing”) durante uma medição: Run 0 - Initial, medições com massa de teste Run 1 e Run 2, e a medição de acerto final Run T

Após a conclusão de cada medição, os resultados da frequência de rotação do rotor (N_ob), bem como os valores RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) e as fases (F₁, F₂, F₃, F₄) da vibração na frequência de rotação do rotor balanceado são guardados nos campos correspondentes na janela do programa. Após a quinta passagem (Weight in Plane 4), aparecem os resultados do balanceamento com o gráfico polar (ver Figura 23), apresentando os valores calculados das massas (M₁, M₂, M₃, M₄) e os ângulos de instalação (f₁, f₂, f₃, f₄) dos pesos de correção que é necessário instalar no rotor em quatro planos para compensar o seu desequilíbrio.

Figura 23. Gráfico polar do resultado do balanceamento: massas e ângulos de correção calculados para cada plano, medidos a partir da posição do peso de teste no sentido de rotação

Atenção! Após concluir o processo de medição durante a quinta operação da máquina balanceada, é necessário interromper a rotação do rotor e remover o peso de teste instalado anteriormente. Somente depois disso, você poderá prosseguir com a instalação (ou remoção) dos pesos corretivos no rotor.

A posição angular para adicionar (ou remover) o peso corretivo no rotor no sistema de coordenadas polares é medida a partir do local de instalação do peso de teste. A direção da medição do ângulo coincide com a direção de rotação do rotor. No caso de balanceamento por pás, a pá do rotor balanceado, considerada condicionalmente como a primeira pá, coincide com o local de instalação do peso de teste. A direção da numeração das pás indicada no visor do computador segue a direção de rotação do rotor.

Nesta versão do programa, assume-se por defeito que o peso de correção será adicionado ao rotor. Isto é indicado pela marca definida no campo "Adicionar massa". Se for necessário corrigir o desequilíbrio removendo o peso (por exemplo, por furação), defina a marca no campo "Remover massa" com o rato, após o que a posição angular do peso de correção mudará automaticamente 180 graus.

Depois de instalar os pesos corretivos no rotor balanceado, realize a passagem de ajuste (Run T) para verificar a eficácia da operação de balanceamento. Após concluir a passagem de ajuste, os resultados da frequência de rotação do rotor (N_ob) e os valores RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) e fases (F₁, F₂, F₃, F₄) da vibração à frequência de rotação do rotor equilibrado são guardados. Simultaneamente, os resultados da equilibragem (ver Figura 23) são atualizados, apresentando os parâmetros calculados dos pesos de correção adicionais que é necessário instalar (ou remover) no rotor para compensar o seu desequilíbrio residual. Além disso, este espaço de trabalho mostra os valores do desequilíbrio residual obtido após a equilibragem. Se os valores de vibração residual e/ou de desequilíbrio residual do rotor equilibrado cumprirem os requisitos de tolerância especificados na documentação técnica, o processo de equilibragem pode ser concluído. Caso contrário, o processo de equilibragem pode prosseguir. Este método permite corrigir possíveis erros através de aproximações sucessivas que podem ocorrer ao instalar (remover) o peso de correção no rotor equilibrado.

Se o processo de balanceamento continuar, devem ser instalados (ou removidos) pesos de correção adicionais no rotor balanceado, de acordo com os parâmetros calculados apresentados nos resultados do balanceamento.

Os coeficientes de balanceamento do rotor (coeficientes de influência dinâmicos) calculados a partir dos resultados das cinco passagens de calibração são guardados na memória do computador e podem ser reutilizados com a função “Load Coefficients” ao balancear rotores do mesmo tipo.

7. Classes de precisão de equilibragem recomendadas para rotores rígidos

Os graus abaixo são os graus de qualidade de balanceamento G da ISO 1940-1, substituída sem alteração de valores pela ISO 21940-11:2016. O grau é definido como G = e_per·Ω, onde e_per é o desequilíbrio residual específico admissível (g·mm/kg = µm) e Ω = 2πn/60 é a velocidade angular de serviço (rad/s). O desequilíbrio residual admissível resulta em U_per = 9549·G·M/n [g·mm], dividido entre os planos de correção. Veja também ISO 1940-1 — a nossa entrada do glossário.

O grau predefinido para um veio de transmissão de veículo rodoviário é G 40; aplica-se G 16 quando o desenho técnico ou a especificação do OEM exige requisitos especiais. Note que o desequilíbrio residual e a vibração são critérios de aceitação distintos: a vibração da máquina montada é avaliada segundo a ISO 20816 (anteriormente ISO 10816) — veja também ISO 10816-1 — a nossa entrada do glossário.

A tabela de graus G aplica-se apenas a rotores rígidos — rotores cuja velocidade de serviço se mantém abaixo de aproximadamente 0,5…0,7 da primeira velocidade crítica de flexão. Veios de transmissão longos (2 m ou mais, e qualquer veio com apoio intermédio) podem aproximar-se desse limite: verifique a primeira velocidade crítica do veio tanto em relação à velocidade de serviço como à velocidade de equilibragem. Se o veio for flexível à velocidade de funcionamento, utilize um procedimento modal / multivelocidade (ISO 21940-12) — uma correção de rotor rígido em dois planos não será suficiente.

Tabela 2. Classes de precisão de equilibragem recomendadas para rotores rígidos.

Tipos de máquinas (rotores)	Classe de precisão de equilíbrio	Grau de qualidade de balanceamento G = eper·Ω, mm/s
Virabrequins de transmissão (estruturalmente desequilibrados) para grandes motores diesel marítimos de baixa velocidade (velocidade do pistão inferior a 9 m/s)	G 4000	4000
Virabrequins de transmissão (estruturalmente equilibrados) para grandes motores diesel marítimos de baixa velocidade (velocidade do pistão inferior a 9 m/s)	G 1600	1600
Virabrequins de acionamento (estruturalmente desequilibrados) em isoladores de vibrações	G 630	630
Virabrequins de acionamento (estruturalmente desequilibrados) em suportes rígidos	G 250	250
Motores alternativos montados para automóveis de passageiros, camiões e locomotivas	G 100	100
Virabrequins de acionamento (estruturalmente equilibrados) em isoladores de vibrações	G 40	40
Rodas de automóvel, jantes, conjuntos de rodas, veios de transmissão (veios cardan)	G 40	40
Máquinas agrícolas	G 16	16
Virabrequins de acionamento (equilibrados) em suportes rígidos	G 16	16
Trituradores	G 16	16
Veios de transmissão (veios propulsores / cardan) com requisitos especiais	G 16	16
Turbinas a gás para aeronaves	G 6.3	6.3
Centrifugadoras (separadores, decantadores)	G 6.3	6.3
Motores e geradores eléctricos (com uma altura de eixo de pelo menos 80 mm) com uma velocidade de rotação nominal máxima até 950 min-1	G 6.3	6.3
Motores eléctricos com uma altura de eixo inferior a 80 mm	G 6.3	6.3
Ventiladores	G 6.3	6.3
Accionamentos por engrenagem	G 6.3	6.3
Máquinas de uso geral	G 6.3	6.3
Máquinas de corte de metais	G 6.3	6.3
Máquinas de fabrico de papel	G 6.3	6.3
Bombas	G 6.3	6.3
Turbocompressores	G 6.3	6.3
Turbinas hidráulicas	G 6.3	6.3
Compressores	G 6.3	6.3
Accionamentos controlados por computador	G 2.5	2.5
Motores e geradores eléctricos (com uma altura de eixo de pelo menos 80 mm) com uma velocidade de rotação nominal máxima superior a 950 min-1	G 2.5	2.5
Turbinas a gás e a vapor	G 2.5	2.5
Accionamentos de máquinas de corte de metal	G 2.5	2.5
Máquinas têxteis	G 2.5	2.5
Unidades de equipamento áudio e vídeo	G 1	1
Accionamentos de máquinas de moagem	G 1	1
Fusos e accionamentos de equipamentos de alta precisão	G 0.4	0.4

Perguntas frequentes sobre balanceamento de eixo de transmissão

O que é balanceamento do eixo de transmissão?

O balanceamento do eixo de transmissão é o processo de corrigir qualquer desequilíbrio de massa em um eixo de transmissão para que ele gire suavemente sem causar vibrações. Isso envolve medir onde o eixo é mais pesado em um lado e, em seguida, adicionar ou remover pequenas quantidades de peso (por exemplo, soldando pesos de balanceamento) para neutralizar esse desequilíbrio. Um eixo de transmissão balanceado funciona uniformemente, o que evita vibração excessiva e desgaste nos componentes do veículo.

Por que o balanceamento do eixo de transmissão é importante?

Um eixo de transmissão desbalanceado pode causar fortes vibrações, especialmente em determinadas velocidades, e pode causar ruídos de travamento durante a aceleração ou trocas de marcha. Com o tempo, essas vibrações podem danificar rolamentos, juntas universais e outros componentes do sistema de transmissão. O balanceamento do eixo de transmissão elimina essas vibrações, garantindo uma condução mais suave, reduzindo a tensão nas peças e evitando danos dispendiosos ou paradas.

Quais são os sintomas comuns de um eixo de transmissão desbalanceado?

Os sintomas típicos de um eixo cardã desbalanceado ou defeituoso incluem vibração perceptível ou trepidação no assoalho ou no assento do veículo, principalmente com o aumento da velocidade. Você também pode ouvir batidas ou ruídos ao trocar de marcha ou durante a aceleração e desaceleração. Em alguns casos, a junta universal pode superaquecer devido ao desbalanceamento. Se você observar esses sinais, é provável que o eixo cardã precise de balanceamento ou reparo.

Como você equilibra um eixo de transmissão?

A equilibragem do veio de transmissão é normalmente realizada com recurso a uma máquina de equilibrar especializada. O veio de transmissão é montado e posto a girar a alta velocidade enquanto os sensores detetam qualquer desequilíbrio. Um técnico fixa então pequenos pesos ao veio de transmissão (ou remove material) em posições específicas com base nas leituras da máquina. Este processo é repetido até que o veio de transmissão gire sem vibração significativa. Sistemas modernos como o Balanset-4A podem orientar este processo e calcular exatamente onde e quanta massa adicionar para uma equilibragem precisa.

Conclusão

Concluindo, o balanceamento adequado do eixo de transmissão é essencial para segurança, desempenho e economia de custos. Ao detetar e corrigir o desequilíbrio, evita o desgaste desnecessário das peças, evita avarias danosas, e mantém o desempenho ótimo da máquina. Sistemas de balanceamento modernos, como os nossos dispositivos Balanset-1A e Balanset-4A, tornam o processo eficiente, ajudando até pequenas oficinas a alcançar resultados profissionais.

Se você estiver enfrentando vibrações persistentes no eixo cardã ou precisar de uma solução de balanceamento confiável, não hesite em agir. Siga os passos descritos neste guia ou consulte nossos especialistas para obter assistência. Com a abordagem e o equipamento certos, você pode garantir que seu eixo cardã funcione de forma suave e confiável por muitos anos. Contactar-nos para saber mais ou explorar o melhor equipamento de balanceamento de eixo de transmissão para suas necessidades.