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. Types of Driveshafts
• 2. Universal Joint Drive Malfunctions
• 3. Driveshaft Balancing
• 4. Modern Balancing Machines for Driveshafts
• 5. Preparation for Driveshaft Balancing
• 6. Driveshaft Balancing Procedure
• 7. Recommended Balancing Accuracy Classes for Rigid Rotors

1. Types of Driveshafts

A universal joint drive (driveshaft) is a mechanism that transmits torque between shafts that intersect at the center of the universal joint and can move relative to each other at an angle. In a vehicle, the driveshaft transmits torque from the gearbox (or transfer case) to the driven axles in the case of a classical or all-wheel-drive configuration. For all-wheel-drive vehicles, the universal joint usually connects the driven shaft of the gearbox to the drive shaft of the transfer case, and the driven shafts of the transfer case to the drive shafts of the main drives of the driven axles.

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 double universal joints on one shaft, which are turned a quarter of a turn relative to each other. 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.

Universal joint drives can consist of one or more universal joints connected by driveshafts and intermediate supports.

Figure 1. Diagram of a universal joint drive: 1, 4, 6 — driveshafts; 2, 5 — universal joints; 3 — compensating connection; u1, u2 — angles between shafts

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.

Figure 2. Diagram of a rigid non-uniform velocity universal joint

If shaft 7 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 7 and 2 is determined by the expression 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.

If the non-uniform rotation of shaft 2 is transmitted to the shafts of the units, additional pulsating loads will occur in the transmission, increasing with the angle γ. To prevent the non-uniform rotation of shaft 2 from being transmitted to the unit shafts, two universal joints are used in the universal joint drive. They are installed so that the angles γ1 and γ2 are equal; the forks of the universal joints, fixed on the non-uniformly rotating shaft 4, should be positioned in the same plane.

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).

Figure 3. Details of a rigid non-uniform velocity universal joint

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°.

Driveshafts are typically made tubular, using special steel seamless or welded tubes. The yokes of the universal joints, splined sleeves, or tips are welded to the tubes. To reduce the transverse loads acting on the driveshaft, dynamic balancing is performed with the universal joints assembled. Imbalance is corrected by welding balancing plates to the driveshaft or sometimes by installing balancing plates under the bearing caps of the universal joints. The relative position of the splined connection parts after assembly and balancing of the universal joint drive at the factory is usually marked with special labels.

The compensating connection of the universal joint drive is usually made in the form of a splined connection, allowing axial movement of the universal joint drive parts. It consists of a splined tip that fits into the splined sleeve of the universal joint drive. Lubrication is introduced into the splined connection through a grease fitting or applied during assembly and replaced after prolonged use of the vehicle. A seal and a cover are typically installed to prevent grease leakage and contamination.

For long driveshafts, intermediate supports are usually used in universal joint drives. An intermediate support typically consists of a bracket bolted to the vehicle frame cross member, in which a ball bearing is mounted in a rubber elastic ring. The bearing is sealed on both sides with caps and has a lubrication device. The elastic rubber ring helps to compensate for assembly inaccuracies and bearing misalignment that may occur due to frame deformations.

A universal joint with needle bearings (Figure 4a) consists of yokes, a cross, needle bearings, and seals. The cups with needle bearings are fitted onto the trunnions of the cross and sealed with seals. The cups are secured in the yokes with snap rings or caps fastened with screws. Universal joints are lubricated through a grease fitting via internal drillings in the cross. A safety valve is used to eliminate excess oil pressure in the joint. During uniform rotation of the driving yoke, the driven yoke rotates non-uniformly: it advances and lags behind the driving yoke twice per revolution. To eliminate non-uniform rotation and reduce inertial loads, two universal joints are used.

In the drive to the front driving wheels, constant velocity universal joints are installed. The constant velocity joint drive of GAZ-66 and ZIL-131 vehicles consists of yokes 2, 5 (Figure 4b), four balls 7, and a central ball 8. The driving yoke 2 is integral with the inner axle shaft, while the driven yoke is forged together with the outer axle shaft, at the end of which the wheel hub is fixed. The driving moment from yoke 2 to yoke 5 is transmitted through balls 7, which move along circular grooves in the yokes. The central ball 8 serves to center the yokes and is held in place by studs 3, 4. The rotation frequency of yokes 2, 5 is the same due to the symmetry of the mechanism relative to the yokes. The change in shaft length is ensured by the free splined connections of the yokes with the shaft.

Figure 4. Universal Joints: a — universal joint: 1 — cap; 2 — cup; 3 — needle bearing; 4 — seal; 5, 9 — yokes; 6 — safety valve; 7 — cross; 8 — grease fitting; 10 — screw; b — constant velocity universal joint: 1 — inner axle shaft; 2 — driving yoke; 3, 4 — studs; 5 — driven yoke; 6 — outer axle shaft; 7 — balls; 8 — central ball

2. Universal Joint Drive Malfunctions

Universal joint drive malfunctions typically manifest as sharp knocks in the universal joints that occur when the vehicle is moving, especially during shifts between gears and sudden increases in the engine crankshaft speed (for example, when transitioning from engine braking to acceleration). A sign of universal joint malfunction can be its heating to a high temperature (over 100°C). This happens due to significant wear of the bushings and trunnions of the universal joint, needle bearings, crosses, and splined connections, resulting in misalignment of the universal joint and significant impact axial loads on the needle bearings. Damage to the cork seals of the universal joint cross leads to rapid wear of the trunnion and its bearing.

During maintenance, the universal joint drive is checked by sharply rotating the driveshaft by hand in both directions. The degree of free rotation of the shaft determines the wear of the universal joints and splined connections. Every 8-10 thousand kilometers, the condition of the bolted connections of the driven shaft flanges of the gearbox and the drive shaft of the main transmission gear with the flanges of the end universal joints and the fastening of the intermediate support of the driveshaft are checked. The condition of the rubber boots on the splined connections and the cork seals of the universal joint cross is also checked. All fastening bolts must be tightened fully (tightening torque 8-10 kgf·m).

Needle bearings of the universal joints are lubricated with liquid oil used for transmission units; splined connections in most vehicles are lubricated with greases (US-1, US-2, 1-13, etc.); the use of grease for lubricating needle bearings is strictly prohibited. In some vehicles, splined connections are lubricated with transmission oil. The intermediate support bearing, mounted in a rubber sleeve, practically does not require lubrication, as it is lubricated during assembly at the factory. The support bearing of the ZIL-130 vehicle is lubricated with grease through a pressure fitting during regular maintenance (every 1100-1700 km).

Figure 5. Universal joint drive: 1 — flange for securing the driveshaft; 2 — universal joint cross; 3 — universal joint yoke; 4 — sliding yoke; 5 — driveshaft tube; 6 — needle roller bearing with closed end

The universal joint drive consists of two universal joints with needle bearings, connected by a hollow shaft, and a sliding yoke with involute splines. To ensure reliable protection from dirt and provide good lubrication of the splined connection, the sliding yoke (6), connected to the secondary shaft (2) of the gearbox, is placed in an extension (1) attached to the gearbox housing. Additionally, this location of the splined connection (outside the zone between the joints) significantly increases the stiffness of the universal joint drive and reduces the likelihood of shaft vibrations when the sliding splined connection wears out.

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.

Figure 6. Driveshaft Assembly: 1 — gearbox extension; 2 — secondary shaft of the gearbox; 3 and 5 — dirt deflectors; 4 — rubber seals; 6 — sliding yoke; 7 — balancing plate; 8 — driveshaft tube; 9 — yoke; 10 — flange yoke; 11 — bolt; 12 — flange of the rear axle drive gear; 13 — spring washer; 14 — nut; 15 — rear axle; 16 — safety valve; 17 — angular grease fitting; 18 — needle bearing; 19 — yoke eye; 20 — spring retaining ring; 21 — needle; 22 — washer with toroidal end; 23 — cork ring; 24 — stamped cap; 25 — cross

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.

Possible Driveshaft Malfunctions, Their Causes, and Solutions

Cause of Malfunction	Solution
Driveshaft Vibration
1. Shaft bending due to an obstacle	1. Straighten and dynamically balance the assembled shaft or replace the assembled shaft
2. Bearing and cross wear	2. Replace bearings and crosses and dynamically balance the assembled shaft
3. Wear of extension bushings and sliding yoke	3. Replace the extension and sliding yoke and dynamically balance the assembled shaft
Knocks When Starting and Coasting
1. Wear of sliding yoke splines or secondary gearbox shaft	1. Replace worn parts. When replacing the sliding yoke, dynamically balance the assembled shaft
2. Loose bolts securing the flange yoke to the rear axle drive gear flange	2. Tighten bolts
Oil Throwing from Universal Joint Seals
Wear of cork rings in universal joint seals	Replace cork rings, maintaining the relative position of all driveshaft parts during reassembly. If there is wear on crosses and bearings, replace the bearings and crosses and dynamically balance the assembled shaft

3. Driveshaft Balancing

After repairing and assembling the driveshaft, it is dynamically balanced on a machine. One design of a balancing machine is shown in Figure 7. The machine consists of a plate (18), a pendulum frame (8) mounted on four vertical elastic rods (3), ensuring its oscillation in the horizontal plane. A bracket and front headstock (9), secured on a bracket (4), are mounted on the longitudinal tubes of the pendulum frame (8). The rear headstock (6) is on a movable traverse (5), allowing dynamic balancing of driveshafts of different lengths. The headstock spindles are mounted on precision ball bearings. The spindle of the front headstock (9) is driven by an electric motor installed in the machine base, through a V-belt drive and an intermediate shaft, on which a limb (10) (graduated disk) is mounted. Additionally, two stands (15) with retractable locking pins (17) are installed on the machine plate (18), ensuring the fixation of the front and rear ends of the pendulum frame depending on the balancing of the front or rear end of the driveshaft.

Figure 7. Dynamic Balancing Machine for Driveshafts

1—clamp; 2—dampers; 3—elastic rod; 4—bracket; 5—movable traverse; 6—rear headstock; 7—crossbar; 8—pendulum frame; 9—front driving headstock; 10—limb-disk; 11—millivoltmeter; 12—limb of the commutator-rectifier shaft; 13—magnetoelectric sensor; 14—fixed stand; 15—fixator stand; 16—support; 17—fixator; 18—support plate

The fixed stands (14) are mounted at the rear of the machine plate, and magnetoelectric sensors (13) are installed on them, with rods connected to the ends of the pendulum frame. To prevent resonance vibrations of the frame, dampers (2) filled with oil are installed under the brackets (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.

Driveshafts have some balancing features. For most parts, the base for dynamic balancing is the support necks (e.g., rotors of electric motors, turbines, spindles, crankshafts, etc.), but for driveshafts, it is the flanges. During assembly, there are unavoidable gaps in different connections leading to imbalance. If the minimum imbalance cannot be achieved during balancing, the shaft is rejected. The accuracy of balancing is influenced by the following factors:

• Gap in the connection between the landing belt of the driveshaft flange and the inner hole of the clamping flange of the left and right support headstocks;
• Radial and end runout of the base surfaces of the 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.

Some imbalances may be completely uncorrectable. If increased friction is observed in the universal joints of the driveshaft, the mutual influence of the correction planes increases. This leads to a decrease in the performance and accuracy of balancing.

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,

where 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.

In practice, due to the gap in the joints and splined connections, the driveshaft cannot be balanced at the recommended rotation frequency. In this case, another rotation frequency is chosen, at which it balances.

4. Modern Balancing Machines for Driveshafts

Figure 8. Balancing Machine for Driveshafts up to 2 Meters Long, Weighing up to 500 kg

The model has 2 stands and allows balancing in 2 correction planes.

Balancing Machine for Driveshafts up to 4200 mm Long, Weighing up to 400 kg

Figure 9. Balancing Machine for Driveshafts up to 4200 mm Long, Weighing up to 400 kg

The model has 4 stands and allows balancing in 4 correction planes simultaneously.

Figure 10. Horizontal Hard Bearing Balancing Machine for Dynamic Balancing of Driveshafts

1 – Balancing item (driveshaft); 2 – Machine base; 3 – Machine supports; 4 – Machine drive; The structural elements of the machine supports are shown in Figure 9.

Figure 11. Machine Support Elements for Dynamic Balancing of Driveshafts

1 – Left non-adjustable support; 2 – Intermediate adjustable support (2 pcs.); 3 – Right non-adjustable fixed support; 4 – Support frame lock handle; 5 – Movable support platform; 6 – Support vertical adjustment nut; 7 – Vertical position lock handles; 8 – Support clamping bracket; 9 – Intermediate bearing movable clamp; 10 – Clamp lock handle; 11 – Clamping bracket lock; 12 – Drive (leading) spindle for item installation; 13 – Driven spindle

5. Preparation for Driveshaft Balancing

Below, we will consider the setup of the machine supports and the installation of the balancing item (four-support driveshaft) on the machine supports.

Figure 12. Installation of Transitional Flanges on the Spindles of the Balancing Machine

Figure 13. Installation of the Driveshaft on the Supports of the Balancing Machine

Figure 14. Leveling the Driveshaft Horizontally on the Supports of the Balancing Machine Using a Bubble Level

Figure 15. Fixing the Intermediate Supports of the Balancing Machine to Prevent Vertical Displacement of the Driveshaft

Rotate the item manually for a full turn. Ensure that it rotates freely and without jamming on the supports. After this, the mechanical part of the machine is set up, and the item installation is complete.

6. Driveshaft Balancing Procedure

The process of driveshaft balancing on the balancing machine will be considered using the Balanset-4 measuring system as an example. The Balanset-4 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-4 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.

Furthermore, the device allows displaying graphs of the time function and vibration spectrum by vibration velocity, which can be useful in assessing the technical condition of the balanced machine.

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

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

Figure 18. User Interface of the Balanset-4 Device

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.

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

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. Install vibration sensors 1, 2, 3, 4 on the supports of the balancing machine.
2. Connect the vibration sensors to connectors X1, X2, X3, X4.
3. Install the phase angle sensor (laser tachometer) 5 so that the nominal gap between the radial (or end) surface of the balanced rotor and the sensor housing is in the range of 10 to 300 mm.
4. Attach a reflective tape mark with a width of at least 10-15 mm to the rotor surface.
5. Connect the phase angle sensor to connector X5.
6. Connect the measuring unit to the computer’s USB port.
7. When using mains power, connect the computer to the power supply unit.
8. Connect the power supply unit to a 220 V, 50 Hz network.
9. Turn on the computer and select the “BalCom-4” program.
10. Press the “F12-four-plane” button (or the F12 function key on the computer keyboard) to select the mode for measuring vibration simultaneously in four planes using vibration sensors 1, 2, 3, 4, connected respectively to inputs X1, X2, X3, and X4 of the measuring unit.
11. A mnemonic diagram illustrating the process of measuring vibration simultaneously on four measurement channels (or the process of balancing in four planes) appears on the computer display, as shown in Figure 16.

Before performing balancing, it is recommended to take measurements in the vibrometer mode (F5 button).

Figure 20. Vibrometer Mode Measurements

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.

Figure 21. Vibration Time Function and Spectrum Graphs

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.

It is also important to pay attention to the stability of the readings in vibrometer mode – the amplitude and phase of the vibration should not change by more than 10-15% during measurement. Otherwise, the mechanism might be operating near a resonance region. In this case, the rotor speed should be adjusted.

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).

Before each subsequent run, the following steps should be taken:

• Pare a rotação do rotor da máquina balanceada.
• Remove the previously installed trial weight.
• Install the trial weight in the next plane.

Figure 23. Four-Plane Balancing Workspace

Após a conclusão de cada medição, os resultados da frequência de rotação do rotor (N_ob), as well as the RMS values (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) and the phases (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) and the installation angles (f₁, f₂, f₃, f₄) of the corrective weights that need to be installed on the rotor in four planes to compensate for its imbalance.

Figure 24. Workspace with Calculated Parameters of Corrective Weights in Four Planes

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) and the RMS values (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) and phases (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. Recommended Balancing Accuracy Classes for Rigid Rotors

Table 2. Recommended Balancing Accuracy Classes for Rigid Rotors.

Recommended Balancing Accuracy Classes for Rigid Rotors

Types of Machines (Rotors)	Balancing Accuracy Class	Value eper Ω mm/s
Drive crankshafts (structurally unbalanced) for large low-speed marine diesel engines (piston speed less than 9 m/s)	G 4000	4000
Drive crankshafts (structurally balanced) for large low-speed marine diesel engines (piston speed less than 9 m/s)	G 1600	1600
Drive crankshafts (structurally unbalanced) on vibration isolators	G 630	630
Drive crankshafts (structurally unbalanced) on rigid supports	G 250	250
Reciprocating engines assembled for passenger cars, trucks, and locomotives	G 100	100
Automobile parts: wheels, wheel rims, wheelsets, transmissions
Drive crankshafts (structurally balanced) on vibration isolators	G 40	40
Agricultural machines	G 16	16
Drive crankshafts (balanced) on rigid supports
Britadeiras
Drive shafts (driveshafts, screw shafts)
Aircraft gas turbines	G 6.3	6.3
Centrifuges (separators, settlers)
Electric motors and generators (with a shaft height of at least 80 mm) with a maximum nominal rotation speed of up to 950 min-1
Electric motors with a shaft height of less than 80 mm
Fans
Gear drives
General-purpose machines
Metal cutting machines
Papermaking machines
Pumps
Turbochargers
Water turbines
Compressors
Computer-controlled drives	G 2.5	2.5
Electric motors and generators (with a shaft height of at least 80 mm) with a maximum nominal rotation speed over 950 min-1
Gas and steam turbines
Metal cutting machine drives
Textile machines
Audio and video equipment drives	G 1	1
Grinding machine drives
Spindles and drives of high-precision equipment	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. Entre em contato conosco para saber mais ou explorar o melhor equipamento de balanceamento de eixo de transmissão para suas necessidades.