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Equilibragem de veios de transmissão

Publicado por Nikolai Shelkovenko em

Índice

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 quadro (como a caixa de velocidades e a caixa de transferência) podem mover-se umas em relação às outras devido à deformação dos seus suportes e do próprio quadro. Entretanto, os eixos motores estão ligados ao quadro através da suspensão e podem mover-se relativamente ao quadro e às unidades nele montadas devido à deformação dos elementos elásticos da suspensão. Este movimento pode alterar não só os ângulos dos eixos de transmissão que ligam as unidades, mas também a distância entre as unidades.

A transmissão por junta universal tem uma desvantagem significativa: a rotação não uniforme dos veios. Se um veio roda uniformemente, o outro não roda, e esta não uniformidade aumenta com o ângulo entre os veios. Esta limitação impede a utilização de uma junta universal de acionamento em muitas aplicações, como na transmissão de veículos com tração dianteira, em que a questão principal é a transmissão do binário às rodas motrizes. Esta desvantagem pode ser parcialmente compensada pela utilização de juntas universais duplas num eixo, que são rodadas um quarto de volta uma em relação à outra. No entanto, em aplicações que requerem uma rotação uniforme, são normalmente utilizadas juntas de velocidade constante (juntas homocinéticas). As juntas homocinéticas são uma conceção mais avançada, mas também mais complexa, que serve o mesmo objetivo.

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 em juntas universais 2 e 5, veios de transmissão 1, 4 e 6 e uma ligação de compensação 3. Por vezes, o veio de transmissão é instalado num suporte intermédio ligado à travessa da estrutura do veículo. As juntas universais asseguram a transmissão do binário entre veios cujos eixos se intersectam num ângulo. As juntas universais dividem-se em tipos de velocidade não uniforme e de velocidade constante. As juntas de velocidade não uniforme são ainda classificadas em elásticas e rígidas. As juntas de velocidade constante podem ser de tipo esférico com ranhuras divisórias, de tipo esférico com uma alavanca divisória e de tipo came. São normalmente instaladas no acionamento das rodas de controlo principais, em que o ângulo entre os veios pode atingir 45°, e o centro da junta universal deve coincidir com o ponto de intersecção dos eixos de rotação da roda e do seu eixo de rotação.

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 outro através da ligação móvel de peças rígidas. É constituída por dois jugos - 3 e 5, nos orifícios cilíndricos dos quais as extremidades A, B, V e G do elemento de ligação - a cruz 4, são instaladas em rolamentos. As forquilhas estão rigidamente ligadas aos veios 1 e 2. A forquilha 5 pode rodar em torno do eixo BG da cruz e, ao mesmo tempo, juntamente com a cruz, rodar em torno do eixo AV, permitindo assim a transmissão de rotação de um veio para outro com um ângulo variável entre eles.

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

Se o veio 7 rodar em torno do seu eixo num ângulo α, então o veio 2 rodará num ângulo β durante o mesmo período. A relação entre os ângulos de rotação dos veios 7 e 2 é determinada pela expressão tanα = tanβ * cosγonde 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 que o ângulo α. A igualdade destes ângulos ocorre a cada 90° de rotação do eixo 7. Portanto, com rotação uniforme do eixo 1, a velocidade angular do eixo 2 é não uniforme e varia de acordo com uma lei sinusoidal. A não uniformidade da rotação do eixo 2 torna-se mais significativa à medida que o ângulo γ entre os eixos do eixo 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.

A conceção das partes principais dos accionamentos por cardan é apresentada na figura 3. Uma junta universal de velocidade não uniforme é constituída por duas jugos (1) ligados por uma cruz (3). Uma das jugos tem, por vezes, uma flange, enquanto a outra é soldada ao tubo da árvore de transmissão ou tem uma extremidade estriada (6) (ou manga) para ligação à árvore de transmissão. Os munhões da cruz são instalados nos olhais das duas forquilhas sobre rolamentos de agulhas (7). Cada chumaceira está alojada numa caixa (2) e fixada no olhal da forquilha com uma tampa, que é fixada à forquilha com dois parafusos bloqueados por linguetas na anilha. Em alguns casos, as chumaceiras são fixadas nas forquilhas com anéis de pressão. Para reter a lubrificação na chumaceira e protegê-la da água e da sujidade, existe um vedante de borracha que se fecha automaticamente. A cavidade interior da cruz é preenchida com massa lubrificante através de um encaixe de massa lubrificante, que chega aos rolamentos. Normalmente, a cruz tem uma válvula de segurança para proteger o vedante de danos devido à pressão da massa lubrificante que é bombeada para a cruz. A ligação 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 não excede normalmente 20°, uma vez que a eficiência diminui significativamente com ângulos maiores. Se o ângulo entre os eixos dos veios variar entre 0...2%, os munhões da cruz são deformados pelos rolamentos de agulhas, provocando uma falha rápida da junta universal.

Nas transmissões de veículos de lagartas de alta velocidade, são frequentemente utilizadas juntas universais com tipos de acoplamento de engrenagens, que permitem a transmissão de binário entre veios com eixos que se intersectam em ângulos 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 de transmissão é feito de um tubo de parede fina soldado eletricamente (8), no qual são encaixados dois anéis idênticos (9) em cada extremidade e depois soldados por soldadura por arco. As caixas de rolamento de agulhas (18) da cruz (25) são encaixadas por pressão nos olhais dos jugos (9) e são fixadas com anéis de retenção de mola (20). Cada rolamento da junta universal contém 22 agulhas (21). As tampas estampadas (24) são encaixadas por pressão nos munhões salientes das cruzes, nos quais são instalados os anéis de cortiça (23). A lubrificação das chumaceiras é efectuada por meio de uma graxeira angular (17) aparafusada num orifício roscado no centro da cruz, ligado a canais passantes nos munhões da cruz. No lado oposto da cruzeta da junta universal, está localizada no centro uma válvula de segurança (16), concebida para libertar o excesso de massa lubrificante ao encher a cruzeta e os rolamentos, e para evitar a acumulação de pressão no interior da cruzeta durante o funcionamento (a válvula é activada a uma pressão de cerca de 3,5 kg/cm²). A necessidade de incluir uma válvula de segurança deve-se ao facto de um aumento excessivo da pressão no interior da cruz poder levar a danos (extrusão) das juntas 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 veio de transmissão, montado com as duas juntas universais, é cuidadosamente equilibrado dinamicamente em ambas as extremidades através da soldadura de pratos de equilíbrio (7) ao tubo. Por conseguinte, ao desmontar o veio, todas as suas peças devem ser cuidadosamente marcadas para que possam ser novamente montadas nas suas posições originais. O não cumprimento desta instrução perturba o equilíbrio do veio, provocando vibrações que podem danificar a transmissão e a carroçaria do veículo. Se as peças individuais se desgastarem, especialmente se o tubo se dobrar devido a um impacto e se se tornar impossível equilibrar dinamicamente o veio após a montagem, todo o veio deve 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 acionamento com a culatra deslizante é instalado e fixado na máquina. Uma extremidade do veio de transmissão é ligada por uma forquilha de flange à flange do cabeçote dianteiro, e a outra extremidade pelo pescoço de suporte da forquilha deslizante à manga estriada do cabeçote traseiro. Em seguida, verifica-se a facilidade de rotação do veio de transmissão e fixa-se uma extremidade da estrutura pendular da máquina com o fixador. Após o arranque da máquina, o membro do retificador é rodado no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, levando a agulha do milivoltímetro à sua leitura máxima. A leitura do milivoltímetro corresponde à magnitude do desequilíbrio. A escala do milivoltímetro é graduada em gramas-centímetros ou gramas de contrapeso. Continuando a rodar o membro retificador no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, a leitura do milivoltímetro é levada a zero e a máquina é parada. Com base na leitura do membro retificador, determina-se o deslocamento angular (ângulo de deslocamento do desequilíbrio) e, rodando manualmente o veio de acionamento, este valor é fixado no membro do veio intermédio. O local de soldadura do prato de equilíbrio será na parte superior do veio de transmissão e a parte ponderada na parte inferior do plano de correção. Em seguida, o prato de equilíbrio é fixado e atado com arame fino a uma distância de 10 mm da soldadura, a máquina é ligada e o equilíbrio da extremidade do veio de transmissão com o prato é verificado. O desequilíbrio não deve ser superior a 70 g cm. Em seguida, libertando uma extremidade e fixando a outra extremidade da estrutura do pêndulo com o suporte de fixação, procede-se à equilibragem dinâmica da outra extremidade do veio de transmissão, de acordo com a sequência tecnológica acima descrita.

Os eixos de transmissão têm algumas características de balanceamento. Para a maioria das peças, a base para o balanceamento dinâmico são os pescoços de suporte (por exemplo, rotores de motores eléctricos, turbinas, fusos, cambotas, etc.), mas para as árvores de transmissão, são as flanges. Durante a montagem, existem folgas inevitáveis em diferentes ligações que levam 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 factores:

  • 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 na dobradiça e nas ligações estriadas. A presença de graxa na cavidade da conexão estriada pode levar a um desequilíbrio "flutuante". Se não for possível obter a precisão de equilíbrio necessária, o eixo de transmissão é equilibrado sem graxa.

Alguns desequilíbrios podem ser completamente impossíveis de corrigir. Se for observado um aumento de atrito nas juntas universais do eixo de transmissão, a influência mútua dos planos de correção aumenta. Isto leva a uma diminuição na performance e precisão do balanceamento.

De acordo com a OST 37.001.053-74, são estabelecidas as seguintes normas de desequilíbrio: veios de transmissão com duas articulações (dois apoios) são equilibrados dinamicamente, e com três (três apoios) - montados com o apoio intermédio; as flanges (jugos) dos veios de transmissão e dos acoplamentos com peso superior a 5 kg são equilibrados estaticamente antes da montagem do veio ou do acoplamento; as normas de desequilíbrio residual para veios de transmissão em cada extremidade ou no apoio intermédio de veios de transmissão com três articulações são avaliadas por desequilíbrio específico;

A norma de desequilíbrio residual específico máximo admissível em cada extremidade do veio ou no suporte intermédio, bem como para veios de transmissão de três articulações em qualquer posição no suporte de equilibragem, não deve exceder: para transmissões de automóveis de passageiros e camiões de pequena carga (até 1 t) e autocarros muito pequenos - 6 g-cm/kg, para os restantes - 10 g-cm/kg. A norma de desequilíbrio residual máximo admissível do veio de transmissão ou do veio de transmissão de três articulações deve ser assegurada no suporte de equilibragem a uma frequência de rotação correspondente às suas frequências na transmissão à velocidade máxima do veículo.

Para veios de transmissão e veios de transmissão de três articulações de camiões com uma capacidade de carga de 4 t e superior, pequenos e grandes autocarros, é permitida uma redução da frequência de rotação no suporte de equilibragem para 70% da frequência de rotação dos veios de transmissão à velocidade máxima do veículo. De acordo com a OST 37.001.053-74, a frequência de rotação de equilibragem dos veios de transmissão deve ser igual a:

nb = (0.7 ... 1.0) nr,

em que nb - frequência de rotação de equilíbrio (deve corresponder aos principais dados técnicos do suporte, n=3000 min-1; nr - frequência máxima de rotação de trabalho, min-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 balancear eixos de transmissão de até 2 metros de comprimento, com peso de até 500 kg

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

Máquina de balancear eixos de transmissão com comprimento de até 4200 mm e peso de até 400 kg

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 o equilíbrio em 4 planos de correção em simultâneo.

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

1 - Elemento de equilíbrio (veio de transmissão); 2 - Base da máquina; 3 - Suportes da máquina; 4 - Acionamento da máquina; Os elementos estruturais dos suportes da máquina estão representados na Figura 9.

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. Procedimento de equilibragem do veio de transmissão

O processo de balanceamento de eixos de transmissão na máquina de balancear será analisado utilizando o sistema de medição Balanset-4 como exemplo. O Balanset-4 é um kit de balanceamento portátil, projetado para o balanceamento em um, dois, três e quatro planos de correção de rotores, seja girando em seus próprios mancais ou montados em uma máquina de balancear. 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, processamento e visualização da informação sobre a magnitude e localização dos pesos correctivos, é executado automaticamente e não requer 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. Para além da equilibragem, o Balanset-4 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 externa do dispositivo Balanset-4 para utilização como sistema de medição e computação da máquina de balancear eixos de transmissão

Figura 17. Exemplo de utilização do dispositivo Balanset-4 como sistema de medição e computação da máquina de balancear eixos de transmissão

Figura 18. Interface do utilizador do dispositivo Balanset-4

O dispositivo Balanset-4 pode ser equipado com dois tipos de sensores - acelerómetros de vibração para medir a vibração (aceleração da vibração) e sensores de força. Os sensores de vibração são usados para operar em máquinas de balancear do tipo pós-ressonância, enquanto os sensores de força são usados para máquinas do tipo pré-ressonância.

Figura 19. Instalação dos sensores de vibração Balanset-4 nos apoios da máquina de equilibrar

A direção do eixo de sensibilidade dos sensores deve corresponder à direção do deslocamento de vibração do suporte, neste caso - horizontal. Para obter informações adicionais sobre a instalação de sensores, consulte EQUILIBRAR ROTADORES EM CONDIÇÕES DE FUNCIONAMENTO. A instalação de sensores de força depende das características de design da máquina.

  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. Ligar o computador e selecionar o programa "BalCom-4".
  10. Premir o botão "F12-quatro planos" (ou a tecla de função F12 no teclado do computador) para selecionar o modo de medição simultânea das vibrações em quatro planos utilizando os sensores de vibração 1, 2, 3, 4, ligados respetivamente às entradas X1, X2, X3 e X4 da unidade de medição.
  11. No ecrã do computador aparece um diagrama mnemónico que ilustra o processo de medição simultânea das vibrações em quatro canais de medição (ou o processo de equilibragem em quatro planos), como mostra a figura 16.

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

Figura 20. Medições em modo vibrométrico

Se a magnitude total da vibração V1s (V2s) corresponder aproximadamente à magnitude da componente rotacional V1o (V2o), pode assumir-se 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 a inspeção do mecanismo - verificar o estado dos rolamentos, assegurar uma montagem segura na fundação, verificar se o rotor não entra em contacto com partes estacionárias durante a rotação e considerar a influência de vibrações de outros mecanismos, etc.

O estudo dos gráficos da função tempo e dos espectros de vibração obtidos no modo "Gráficos-Análise Espectral" pode ser útil neste caso.

Software para a balança portátil e analisador de vibrações Balanset-1A. Gráficos de espetro de vibrações.

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

O gráfico mostra em que frequências os níveis de vibração são mais elevados. Se estas frequências diferirem da frequência de rotação do rotor do mecanismo equilibrado, é necessário identificar as fontes destes componentes de vibração e tomar medidas para os eliminar antes da equilibragem.

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.

Quando se efectua a equilibragem em quatro planos no modo "Primário", são necessárias cinco passagens de calibração e pelo menos uma passagem de verificação da máquina equilibrada. A medição da vibração durante o primeiro ciclo da máquina sem um peso de teste é efectuada na área de trabalho "Equilibragem em Quatro Planos". As corridas subseqüentes são realizadas com um peso de teste, instalado seqüencialmente no eixo de acionamento em cada plano de correção (na área de cada suporte da máquina de balancear).

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

  • Parar a rotação do rotor da máquina equilibrada.
  • Retirar o peso de prova previamente instalado.
  • Instalar o peso de ensaio no plano seguinte.

Figura 23. Espaço de trabalho de equilíbrio de quatro planos

Após cada medição, os resultados da frequência de rotação do rotor (Nob), bem como os valores RMS (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) e as fases (F1, F2, F3, F4) da vibração à frequência de rotação do rotor equilibrado são guardados nos campos correspondentes da janela do programa. Após a quinta execução (Peso no Plano 4), aparece o espaço de trabalho "Pesos de Equilíbrio" (ver Figura 24), 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 24. Área de trabalho com parâmetros calculados de pesos de correção em quatro planos

Atenção!: Depois de terminado o processo de medição durante o quinto ciclo da máquina equilibrada, é necessário parar a rotação do rotor e retirar o peso de teste previamente instalado. Só depois disso é que se pode proceder à instalação (ou remoção) dos pesos de correção no rotor.

A posição angular para adicionar (ou remover) o peso corretor no rotor no sistema de coordenadas polares é medida a partir do local de instalação do peso experimental. A direção de medição do ângulo coincide com a direção de rotação do rotor. No caso de equilibragem por pás, a pá do rotor equilibrado, condicionalmente considerada como a 1ª pá, coincide com o local de instalação do peso experimental. A direção da numeração das pás indicada no ecrã do computador segue a direção de rotação do rotor.

Nesta versão do programa, assume-se por defeito que o peso corretivo será adicionado ao rotor. Isto é indicado pela marca definida no campo "Adicionar". Se for necessário corrigir o desequilíbrio através da remoção do peso (por exemplo, através de perfuração), coloque a marca no campo "Remover" utilizando o rato, após o que a posição angular do peso corretor será automaticamente alterada em 180 graus.

Depois de instalar os pesos correctivos no rotor equilibrado, prima o botão "Sair - F10" (ou a tecla de função F10 no teclado do computador) para regressar ao espaço de trabalho anterior "Equilibragem em quatro planos" e verificar a eficácia da operação de equilibragem. Após a conclusão da verificação, os resultados da frequência de rotação do rotor (Nob) e os valores RMS (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) e fases (F1, F2, F3, F4) da vibração à frequência de rotação do rotor equilibrado são guardados. Simultaneamente, o espaço de trabalho "Pesos de equilibragem" (ver Figura 21) aparece por cima do espaço de trabalho "Equilibragem em quatro planos", apresentando os parâmetros calculados dos pesos correctivos adicionais que necessitam de ser instalados (ou removidos) no rotor para compensar o seu desequilíbrio residual. Adicionalmente, este espaço de trabalho mostra os valores do desequilíbrio residual obtido após a equilibragem. Se os valores de vibração residual e/ou 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 ser continuado. Este método permite corrigir possíveis erros através de aproximações sucessivas que possam ocorrer ao instalar (remover) o peso corretor no rotor equilibrado.

Se o processo de equilibragem continuar, devem ser instalados (ou removidos) pesos de correção adicionais no rotor equilibrado, de acordo com os parâmetros especificados na área de trabalho "Pesos de equilibragem".

O botão "Coeficientes - F8" (ou a tecla de função F8 no teclado do computador) é utilizado para visualizar e guardar na memória do computador os coeficientes de equilibragem do rotor (coeficientes de influência dinâmica) calculados a partir dos resultados das cinco passagens de calibragem.

7. Classes de precisão de equilibragem recomendadas para rotores rígidos

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

Fig. 7.34. Janela de cálculo da tolerância de equilíbrio

Classes de precisão de equilibragem recomendadas para rotores rígidos

Tipos de máquinas (rotores) Classe de precisão de equilíbrio Valor 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
Peças para automóveis: rodas, jantes, conjuntos de rodas, transmissões
Virabrequins de acionamento (estruturalmente equilibrados) em isoladores de vibrações G 40 40
Máquinas agrícolas G 16 16
Virabrequins de acionamento (equilibrados) em suportes rígidos
Trituradores
Veios de transmissão (veios de transmissão, veios de parafuso)
Turbinas a gás para aeronaves G 6.3 6.3
Centrifugadoras (separadores, decantadores)
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
Motores eléctricos com uma altura de eixo inferior a 80 mm
Fãs
Accionamentos por engrenagem
Máquinas de uso geral
Máquinas de corte de metais
Máquinas de fabrico de papel
Bombas
Turbocompressores
Turbinas hidráulicas
Compressores
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
Turbinas a gás e a vapor
Accionamentos de máquinas de corte de metal
Máquinas têxteis
Unidades de equipamento áudio e vídeo G 1 1
Accionamentos de máquinas de moagem
Fusos e accionamentos de equipamentos de alta precisão G 0.4 0.4

 

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