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.

The universal joint drive has a significant disadvantage: the non-uniform rotation of the shafts. If one shaft rotates uniformly, the other does not, and this non-uniformity increases with the angle between the shafts. This limitation prevents the use of a universal joint drive in many applications, such as in the transmission of front-wheel-drive vehicles, where the main issue is transmitting torque to the turning wheels. This disadvantage can be partially compensated by using two universal joints on one shaft, set to equal joint angles (γ1 = γ2) with the yokes at both ends of the intermediate shaft in the same plane (in phase). Yokes phased 90° apart do not cancel the fluctuation — they add to it. However, in applications requiring uniform rotation, constant velocity joints (CV joints) are typically used instead. CV joints are a more advanced but also more complex design serving the same purpose.

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.

Elastic universal joints transmit torque between shafts with intersecting axes at an angle of 2...3° due to the elastic deformation of the connecting elements. A rigid non-uniform velocity joint transmits torque from one shaft to another through the movable connection of rigid parts. It consists of two yokes – 3 and 5, into the cylindrical holes of which the ends A, B, C, and D of the connecting element – the cross 4, are installed on bearings. The yokes are rigidly connected to shafts 1 and 2. Yoke 5 can rotate around axis B–D of the cross and at the same time, along with the cross, rotate around axis A–C, thereby enabling the transmission of rotation from one shaft to another with a changing angle between them.

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

If shaft 1 rotates around its axis by an angle α, then shaft 2 will rotate by an angle β over the same period. The relationship between the rotation angles of shafts 1 and 2 is determined by the expression tanα = tanβ * cosγ, where γ is the angle at which the axes of the shafts are positioned. This expression indicates that the angle β is sometimes less than, equal to, or greater than angle α. Equality of these angles occurs every 90° of rotation of shaft 1. Therefore, with uniform rotation of shaft 1, the angular velocity of shaft 2 is non-uniform and varies according to a sinusoidal law. The non-uniformity of shaft 2's rotation becomes more significant as the angle γ between the shaft axes increases.

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

The maximum angle between the axes of shafts connected by rigid non-uniform velocity universal joints usually does not exceed 20°, as efficiency significantly decreases at larger angles. If the angle between the shaft axes varies within 0...2°, the trunnions of the cross are deformed by the needle bearings, causing the universal joint to fail quickly.

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).

During dynamic balancing, the driveshaft assembly with the sliding yoke is installed and secured on the machine. One end of the driveshaft is connected by a flange-yoke to the flange of the front driving headstock, and the other end by the support neck of the sliding yoke to the splined sleeve of the rear headstock. Then the ease of rotation of the driveshaft is checked, and one end of the machine's pendulum frame is fixed using the fixator. After starting the machine, the limb of the rectifier is rotated counterclockwise, bringing the millivoltmeter needle to its maximum reading. The millivoltmeter reading corresponds to the magnitude of the imbalance. The millivoltmeter scale is graduated in gram-centimeters or grams of counterweight. Continuing to rotate the rectifier limb counterclockwise, the millivoltmeter reading is brought to zero, and the machine is stopped. Based on the rectifier limb reading, the angular displacement (angle of imbalance displacement) is determined, and by manually rotating the driveshaft, this value is set on the intermediate shaft limb. The welding place of the balancing plate will be on the top of the driveshaft, and the weighted part at the bottom in the correction plane. Then the balancing plate is attached and tied with thin wire at a distance of 10 mm from the weld, the machine is started, and the balance of the driveshaft end with the plate is checked. The imbalance should be no more than 70 g·cm (700 g·mm). Then, releasing one end and securing the other end of the pendulum frame with the fixator stand, dynamic balancing of the other end of the driveshaft is performed according to the technological sequence described above.

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.

Note: OST 37.001.053-74 is a Soviet automotive-industry standard from 1974 and is quoted here as a historical reference. In modern terms, 6 g·cm/kg at 3,000 rpm corresponds to about G 19 and 10 g·cm/kg to about G 31 — the OST requirement sits between G 16 and G 40, consistent with the ISO 21940-11 (formerly ISO 1940-1) grades for drive shafts. Specify new work in ISO 21940-11 grades.

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 – Balancing item (driveshaft); 2 – Machine base; 3 – Machine supports; 4 – Machine drive; The structural elements of the machine supports are shown in Figure 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. Procedimento de equilibragem do veio de transmissão

Which kit do I need? A two-support machine correcting in two planes (Figure 8) needs the two-channel Balanset-1A. A four-support machine correcting in four planes simultaneously (Figure 9, and the procedure below) needs the four-channel Balanset-4A. The measurement and calculation workflow is identical; only the channel count differs. The procedure below is described for a four-plane setup, while the software screenshots show the same workflow on the two-plane Balanset-1A — on the Balanset-4A the same screens simply add planes 3 and 4.

The process of driveshaft balancing on the balancing machine will be considered using the Balanset-4A measuring system as an example. The Balanset-4A is a portable balancing kit designed for balancing in one, two, three, and four correction planes of rotors, either rotating in their own bearings or mounted on a balancing machine. The device includes up to four vibration sensors, a phase angle sensor, a four-channel measuring unit, and a portable computer.

The entire balancing process, including measurement, processing, and display of information on the magnitude and location of corrective weights, is performed automatically and does not require the user to have additional skills and knowledge beyond the provided instructions. The results of all balancing operations are saved in the Balancing Archive and can be printed as reports if necessary. In addition to balancing, the Balanset-4A can also be used as a regular vibro-tachometer, allowing measurement on four channels of the root mean square (RMS) value of total vibration, RMS of the rotational component of vibration, and control of rotor rotation frequency.

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.

Figure 16. External View of the Balanset-4A Device for Use as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 17. Example of Using the Balanset-4A Device as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 18. Main window of the Balanset software: F1 - About, F5 - Vibration Meter, F7 - Balancing, F8 - Charts, F6 - Reports

The Balanset-4A device is supplied with vibration sensors. The sensors are accelerometer-based; the software integrates their signal and displays vibration velocity in mm/s RMS.

Figure 19. Installation of Balanset-4A Vibration Sensors on the Supports of the Balancing Machine

The direction of the sensors' sensitivity axis should match the direction of the support's vibration displacement, in this case – horizontal. For additional information on sensor installation, see BALANCING ROTORS IN OPERATING CONDITIONS.

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. Turn on the computer and start the Balanset software.
10. Open the balancing workspace with the “F7 - Balancing” button and set the required number of correction planes in the “Plane count” field, so that vibration is measured simultaneously by the vibration sensors connected to the inputs of the measuring unit.
11. A mnemonic diagram illustrating the connection of the sensors and the measuring unit appears on the computer display, as shown in Figure 18.

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

Figure 20. Vibration Meter mode (F5): total vibration V1s, V2s and rotational components V1o, V2o with phases F1, F2, displayed as vibration velocity in 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.

Studying the time function graphs and vibration spectra in the charts mode (“F8 - Charts”, the “F5-Spectrum (Hz)” tab) can be useful here.

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.

Reading the spectrum of a driveshaft: 1x is unbalance, 2x may be the joint itself. A dominant peak at the rotational frequency (1x) points to unbalance — this is what balancing removes. A dominant peak at twice the rotational frequency (2x), especially together with strong axial vibration, points to the joint angles, worn crosses or splines, or desalinhamento: a universal (cardan) joint working at an angle γ makes the driven yoke lead and lag twice per revolution, so it produces a 2x component even when the shaft is perfectly balanced. Balancing will not remove it — equalise the joint angles (γ1 = γ2) and check the joints first. In the charts mode (“F8 - Charts”) the “F5-Spectrum (Hz)” tab shows the spectrum and the “F3-1x vibration” tab the rotational component; at 3000 min^-1 1x = 50 Hz and 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.

When performing four-plane balancing of a new rotor, five calibration runs and at least one trim run (Run T) of the balanced machine are required. Vibration measurement during the first machine run without a trial weight is performed as Run 0 in the balancing workspace. Subsequent runs are performed with a trial weight, sequentially installed on the driveshaft in each correction plane (in the area of each balancing machine support).

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.

Figure 22. Balancing workspace (“F7 - Balancing”) during a measurement run: Run 0 - Initial, trial-mass runs Run 1 and Run 2, and the trim run 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) of the vibration at the rotational frequency of the balanced rotor are saved in the corresponding fields in the program window. After the fifth run (Weight in Plane 4), the balancing results with the polar plot (see Figure 23) appear, displaying the calculated values of the masses (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.

Figure 23. Polar plot of the balancing result: calculated correction masses and angles for each plane, measured from the trial weight position in the direction of rotation

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.

In this version of the program, it is assumed by default that the corrective weight will be added to the rotor. This is indicated by the mark set in the “Add mass” field. If correcting the imbalance by removing the weight (e.g., by drilling) is necessary, set the mark in the “Remove mass” field using the mouse, after which the angular position of the corrective weight will automatically change by 180 degrees.

After installing the corrective weights on the balanced rotor, carry out the trim run (Run T) to check the effectiveness of the balancing operation. After completing the trim run, the results of the rotor's rotation frequency (N_ob) e os valores RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) e fases (F₁, F₂, F₃, F₄) of the vibration at the rotational frequency of the balanced rotor are saved. Simultaneously, the balancing results (see Figure 23) are updated, displaying the calculated parameters of additional corrective weights that need to be installed (or removed) on the rotor to compensate for its residual imbalance. Additionally, this workspace shows the values of the residual imbalance achieved after balancing. If the values of residual vibration and/or residual imbalance of the balanced rotor meet the tolerance requirements specified in the technical documentation, the balancing process can be completed. Otherwise, the balancing process can be continued. This method allows for correcting possible errors through successive approximations that may occur when installing (removing) the corrective weight on the balanced rotor.

If the balancing process continues, additional corrective weights must be installed (or removed) on the balanced rotor according to the calculated parameters shown in the balancing results.

The rotor balancing coefficients (dynamic influence coefficients) calculated from the results of the five calibration runs are saved in the computer's memory and can be reused with the “Load Coefficients” function when balancing rotors of the same type.

7. Classes de precisão de equilibragem recomendadas para rotores rígidos

The grades below are the balance quality grades G of ISO 1940-1, superseded without change of values by ISO 21940-11:2016. The grade is defined as G = e_por·Ω, where e_por is the permissible specific residual unbalance (g·mm/kg = µm) and Ω = 2πn/60 is the service angular velocity (rad/s). The permissible residual unbalance follows as U_por = 9549·G·M/n [g·mm], split between the correction planes. See our ISO 1940-1 glossary entry.

The default grade for a road-vehicle driveshaft is G 40; G 16 applies when the drawing or the OEM specification calls for special requirements. Note that residual unbalance and vibration are separate acceptance criteria: the vibration of the assembled machine is assessed to ISO 20816 (formerly ISO 10816) — see our ISO 10816-1 glossary entry.

The G-grade table applies to rigid rotors only — rotors whose service speed stays below roughly 0.5…0.7 of the first bending critical speed. Long driveshafts (2 m and above, and any shaft with an intermediate support) can approach that limit: check the shaft's first critical speed against both the service speed and the balancing speed. If the shaft is flexible at speed, use a modal / multi-speed procedure (ISO 21940-12) — a two-plane rigid-rotor correction will not hold.

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

Tipos de máquinas (rotores)	Classe de precisão de equilíbrio	Balance quality grade G = epor·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
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Máquinas agrícolas	G 16	16
Virabrequins de acionamento (equilibrados) em suportes rígidos	G 16	16
Trituradores	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	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?

Drive shaft balancing is usually done using a specialized balancing machine. The drive shaft is mounted and spun at high speed while sensors detect any imbalance. A technician then attaches small weights to the drive shaft (or removes material) at specific positions based on the machine's readings. This process is repeated until the drive shaft rotates without significant vibration. Modern systems like the Balanset-4A can guide this process and calculate exactly where and how much weight to add for precise balancing.

Conclusão

Concluindo, o balanceamento adequado do eixo de transmissão é essencial para segurança, desempenho e economia de custos. By detecting and correcting imbalance, you prevent unnecessary wear on parts, avoid damaging breakdowns, and maintain optimal machine performance. Modern balancing systems like our Balanset-1A and Balanset-4A devices make the process efficient, helping even small workshops achieve professional results.

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.