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.

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. Procedimento de equilibragem do veio de transmissão
• 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 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 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 torque entre eixos com eixos que se cruzam em um ângulo de 2 a 3° devido à deformação elástica dos elementos de conexão. Uma junta homocinética rígida não uniforme transmite torque de um eixo para outro por meio da conexão móvel de peças rígidas. Ela consiste em dois garfos – 3 e 5, nos furos cilíndricos dos quais as extremidades A, B, V e G do elemento de conexão – a cruzeta 4, são instaladas em mancais. Os garfos são rigidamente conectados aos eixos 1 e 2. O garfo 5 pode girar em torno do eixo BG da cruzeta e, ao mesmo tempo, juntamente com a cruzeta, girar em torno do eixo AV, permitindo assim a transmissão de rotação de um eixo 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 * cosγ, onde γ é o ângulo em que os eixos dos eixos estão posicionados. Esta expressão indica que o ângulo β às vezes é menor, igual ou maior que o ângulo α. A igualdade desses 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 senoidal. 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.

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 de eixos conectados por juntas universais rígidas de velocidade não uniforme geralmente não excede 20°, visto que a eficiência diminui significativamente em ângulos maiores. Se o ângulo entre os eixos do eixo variar entre 0...2%, os munhões da cruzeta são deformados pelos rolamentos de agulha, causando a falha rápida da junta universal.

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 o balanceamento dinâmico, o conjunto do eixo de transmissão com o garfo deslizante é instalado e fixado na máquina. Uma extremidade do eixo de transmissão é conectada por um garfo flangeado ao flange do cabeçote dianteiro, e a outra extremidade, pelo pescoço de suporte do garfo deslizante, à luva estriada do cabeçote traseiro. Em seguida, a facilidade de rotação do eixo de transmissão é verificada e uma extremidade da estrutura pendular da máquina é fixada com o fixador. Após a partida da máquina, o membro do retificador é girado 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 é graduada em gramas-centímetros ou gramas de contrapeso. Continuando a girar o membro do retificador no sentido anti-horário, a leitura do milivoltímetro é zerada e a máquina é parada. Com base na leitura do membro do retificador, o deslocamento angular (ângulo de deslocamento do desequilíbrio) é determinado e, girando manualmente o eixo de transmissão, esse valor é definido no membro do eixo intermediário. O ponto de soldagem da placa de balanceamento será na parte superior do eixo de transmissão, e a parte ponderada na parte inferior, no plano de correção. Em seguida, a placa de balanceamento é fixada e amarrada com um fio fino a uma distância de 10 mm da solda. A máquina é ligada e o balanceamento da extremidade do eixo de transmissão com a placa é verificado. O desbalanceamento não deve ser superior a 70 g/cm. Em seguida, liberando uma extremidade e prendendo a outra extremidade da estrutura do pêndulo com o suporte de fixação, o balanceamento dinâmico da outra extremidade do eixo de transmissão é realizado de acordo com a sequência tecnológica descrita acima.

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 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 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 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.

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 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: acelerômetros de vibração para medir vibração (aceleração da vibração) e sensores de força. Sensores de vibração são usados para operar em máquinas de balanceamento do tipo pós-ressonância, enquanto 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 da vibração do suporte, neste caso, horizontal. Para obter mais informações sobre a instalação dos sensores, consulte BALANCEAMENTO DE ROTORES EM CONDIÇÕES OPERACIONAIS. A instalação dos sensores de força depende das características de projeto 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-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 de função de tempo e os espectros de vibração obtidos no modo "Gráficos - Análise Espectral" 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.

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 o balanceamento de quatro planos no modo "Primário", são necessárias cinco execuções de calibração e pelo menos uma execução de verificação da máquina balanceada. A medição de vibração durante a primeira execução da máquina sem um peso de teste é realizada na área de trabalho "Balanceamento de Quatro Planos". As execuções subsequentes são realizadas com um peso de teste, instalado sequencialmente no eixo cardã em cada plano de correção (na área de cada suporte da máquina de balanceamento).

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

• Pare a rotação do rotor da máquina balanceada.
• 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 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 salvos nos campos correspondentes na janela do programa. Após a quinta execução (Peso no Plano 4), a área de trabalho "Pesos de Balanceamento" (ver Figura 24) aparece, exibindo 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! 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 padrão, que o peso corretivo será adicionado ao rotor. Isso é indicado pela marca definida no campo "Adicionar". Se for necessário corrigir o desequilíbrio removendo o peso (por exemplo, por perfuração), marque a marca no campo "Remover" usando o mouse. Após isso, a posição angular do peso corretivo mudará automaticamente em 180 graus.

Após instalar os pesos corretivos no rotor balanceado, pressione o botão "Sair – F10" (ou a tecla de função F10 no teclado do computador) para retornar à área de trabalho anterior "Balanceamento de Quatro Planos" e verificar a eficácia da operação de balanceamento. Após a conclusão da execução de verificação, 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 na frequência de rotação do rotor balanceado são salvos. Simultaneamente, a área de trabalho "Pesos de Balanceamento" (ver Figura 21) aparece sobre a área de trabalho "Balanceamento de Quatro Planos", exibindo os parâmetros calculados dos pesos corretivos adicionais que precisam ser instalados (ou removidos) no rotor para compensar seu desequilíbrio residual. Além disso, esta área de trabalho mostra os valores do desequilíbrio residual obtidos após o balanceamento. Se os valores de vibração residual e/ou desequilíbrio residual do rotor balanceado atenderem aos requisitos de tolerância especificados na documentação técnica, o processo de balanceamento pode ser concluído. Caso contrário, o processo de balanceamento pode ser continuado. Este método permite corrigir possíveis erros por meio de aproximações sucessivas que podem ocorrer durante a instalação (remoção) do peso corretivo no rotor balanceado.

Se o processo de balanceamento continuar, pesos corretivos adicionais devem ser instalados (ou removidos) no rotor balanceado de acordo com os parâmetros especificados no espaço de trabalho "Pesos de balanceamento".

O botão "Coeficientes – F8" (ou a tecla de função F8 no teclado do computador) é usado para visualizar e salvar na memória do computador os coeficientes de balanceamento do rotor (coeficientes de influência dinâmica) calculados a partir dos resultados das cinco execuções de calibração.

7. Classes de precisão de equilibragem recomendadas para rotores rígidos

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

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

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?

O balanceamento do eixo de transmissão geralmente é feito usando uma máquina de balanceamento especializada. O eixo de transmissão é montado e girado em alta velocidade enquanto sensores detectam qualquer desequilíbrio. Um técnico então fixa pequenos pesos ao eixo de transmissão (ou remove material) em posições específicas com base nas leituras da máquina. Esse processo é repetido até que o eixo de transmissão gire sem vibração significativa. Sistemas modernos como o Balanset-4 podem orientar esse processo e calcular exatamente onde e quanto peso adicionar para um balanceamento preciso.

Conclusão

Concluindo, o balanceamento adequado do eixo de transmissão é essencial para segurança, desempenho e economia de custos. Ao detectar e corrigir o desbalanceamento, você evita desgaste desnecessário das peças, evita quebras prejudiciais e mantém o desempenho ideal da máquina. Sistemas de balanceamento modernos, como nossos dispositivos Balanset-1 e Balanset-4, tornam o processo eficiente, ajudando até mesmo 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.