AXILINEEquilibragem de polias, acoplamentos e elementos de transmissão no local de funcionamento
Uma transmissão raramente ganha desequilíbrio aos poucos. Normalmente há um acontecimento: trocaram-se as correias, deslocou-se a polia, retificou-se o disco de travão, montou-se o conjunto depois de uma reparação. Chegamos com um analisador de vibrações e um relógio comparador, porque nas transmissões não decide só a massa. Batimento, assentamento no veio e estado das correias dão uma vibração muito parecida com desequilíbrio.
Sintomas: com que nos costumam contactar
Uma polia ou um semiacoplamento não acumulam depósitos como o rodete de um exaustor de fumos. Mas qualquer operação de montagem muda a posição relativa das peças no veio, e com ela o desequilíbrio de todo o conjunto. Se coincidirem dois pontos desta lista, já há do que falar.
- O zumbido apareceu logo depois de trocar as correias, a polia ou o semiacoplamento
- A vibração sente-se na chumaceira da transmissão e desce se as correias forem retiradas
- As correias aquecem, esfarelam-se nos bordos, saem dos canais
- O aro da polia oscila visivelmente ao rodar o veio lentamente
- No espectro domina um pico na frequência de rotação do veio onde está montada a polia
- O rasgo de chaveta está danificado, e sai pó ferrugento de debaixo do cubo
- O volante começou a zunir depois de uma retificação, da troca do disco ou de uma reparação
- O disco de travão bate e aquece de forma desigual
- Os rolamentos da transmissão duram menos do que a vida útil prevista
O que importa é o modo como surgiu. Apareceu de repente — é mais provável que seja desequilíbrio ou um erro de montagem. Cresce ao longo de meses — é mais provável que seja desgaste dos canais, correias esticadas, assentamento danificado. Neste segundo caso, a equilibragem não substitui a reparação.
Que elementos de transmissão equilibramos
Têm um traço comum: são rotores curtos e rígidos, de massa reduzida, montados com aperto, chaveta ou bucha cónica. A rotação costuma ir de 700 a 3000 por minuto, longe da primeira frequência crítica (a rotação em que o veio entra em ressonância). Por isso, os coeficientes de influência — a resposta do conjunto a uma massa de prova — são estáveis, e o cálculo converge com um único arranque de prova por plano.
Polias de transmissões por correia
Polias motrizes e movidas de transmissões trapezoidais, poli-V e planas, roletes tensores. O desequilíbrio é causado por heterogeneidade de fundição, assentamento excêntrico, desgaste irregular dos canais.
Polias multi-canal
Uma polia larga, com vários canais, já não é um disco fino. Surge uma extensão axial e, com ela, uma componente de momento. Muitas vezes são precisos dois planos.
Semiacoplamentos, acoplamentos, flanges
Acoplamentos de pinos e buchas, dentados e de garras, os dois semiacoplamentos, flanges rotativos. Causas: um pino em falta, parafusos com massas diferentes ao longo da circunferência, um reaperto mal feito.
Volantes e discos de acionamento
Volantes de motores e de prensas, discos de acionamento e motrizes, discos de travão de travões industriais e de bancos de ensaio. A massa é grande, a rotação é alta, e mesmo um pequeno desequilíbrio residual gera uma força considerável.
Rodas dentadas de transmissões por corrente
Equilibram-se como um disco fino, num só plano. Mas a própria corrente gera impactos na frequência de engrenamento, e isso não se resolve com massas.
Conjuntos rotativos montados
Um veio com polia, semiacoplamento e volante só se equilibra montado. Peças equilibradas separadamente criam um novo desequilíbrio quando montadas em conjunto.
O disco de travão é um caso especial: as superfícies de atrito não se podem furar nem soldar. Colocamos a massa no cubo ou em furos técnicos. E quanto à vida útil dos rolamentos: o cálculo de durabilidade segundo a ISO 281 não considera a força rotativa do desequilíbrio, a menos que ela seja incluída nos dados de partida.
Fontes: ISO 281:2007
Primeiro a geometria e a transmissão, depois as massas
A equilibragem parte do princípio de que a massa está fixa e a rotação é geometricamente correta. Uma polia montada excentricamente viola a segunda condição; um cubo desapertado viola a primeira. Em ambos os casos, o aparelho vai mostrar um pico bem definido em 1×, mas o resultado não se mantém.
| O que verificamos | Com quê | O que fazemos com o resultado |
|---|---|---|
| Batimento radial e axial do aro | Relógio comparador, uma volta completa do veio | Batimento acima da tolerância do fabricante indica assentamento excêntrico ou polia deformada. Novo assentamento ou substituição |
| Assentamento: chaveta, aperto, bucha cónica | Folga, marcas de fretting, binário de aperto dos parafusos da bucha | Rasgo danificado e pó ferrugento significam reparação. Com o assentamento desapertado, a fase 1× (o ângulo que mostra onde, na volta, a vibração é máxima) varia, e os coeficientes de influência não se repetem |
| Desgaste e perfil dos canais | Gabarito de perfil, inspeção do fundo e das paredes | Fundo brilhante, bordos revirados, profundidade desigual. Uma polia desgastada é substituída |
| Conjunto e tensão das correias | Tensiómetro ou método do fabricante | Correias de comprimentos diferentes ou esticadas trocam-se em conjunto; a tensão ajusta-se antes da equilibragem |
| Posição das polias e alinhamento dos semiacoplamentos | Régua ou aparelho a laser, comparadores no acoplamento | O desalinhamento elimina-se alinhando as polias e com o alinhamento de eixos, não com massa no rotor |
| Fixação, apoios, estrutura | Binário de aperto dos pés, verificação do pé mole | O desaperto gera um pente de harmónicas e torna os coeficientes de influência pouco fiáveis |
A ordem é mesmo esta: geometria, assentamento, correias, alinhamento de eixos, e só depois equilibragem. A ronda de verificação demora 15–30 minutos, com a máquina parada e bloqueada. Como distinguir desequilíbrio de desalinhamento pela fase nos dois apoios está explicado num artigo à parte.
Um plano de correção ou dois
Calculamos L/D, em que L é a distância entre os planos de correção possíveis e D é o diâmetro na zona onde se coloca a massa. A regra está explicada num artigo sobre o número de planos; a seguir, um resumo aplicado às transmissões.
| O que equilibramos | Planos | Porquê |
|---|---|---|
| Polia fina, disco de acionamento e de travão, roda dentada, flange | Um | L/D muito inferior a 0,5, a peça comporta-se como um disco, predomina o desequilíbrio estático |
| Polia larga multi-canal | Um ou dois | Decidimos pela medição. Se ficar alto no segundo apoio, passamos a dois |
| Volante | Normalmente um | A massa está concentrada num aro fino. Volantes espessos de prensas por vezes exigem dois |
| Semiacoplamento na extremidade do veio | Um, com controlo do segundo apoio | O plano fica deslocado para a extremidade do vão, a massa afeta os dois apoios de forma diferente |
| Conjunto montado: veio, polia, semiacoplamento, volante | Dois | Os planos estão afastados ao longo do veio, a componente de momento está quase sempre presente |
Um aparelho de dois canais resolve isto com dados: vemos a amplitude e a fase de 1× nos dois apoios ao mesmo tempo. Fases próximas indicam desequilíbrio estático; fases opostas indicam desequilíbrio de momento. Para rotores flexíveis perto da primeira frequência crítica, a abordagem é outra; verifique a aplicabilidade pela parte e edição atuais da ISO 21940-12.
Fontes: ISO 21940-12:2016
Como decorre o trabalho no local
- Inspeção
Geometria antes da eletrónica
A máquina está parada e bloqueada. Observamos as correias, os canais, o assentamento, a fixação dos apoios. Colocamos o comparador no aro e na face, rodamos o veio e registamos o batimento. Ao mesmo tempo, decidimos onde vai ficar fisicamente a massa.
- Sensores
Acelerómetros e marca
Dois sensores nas chumaceiras do veio onde está montada a peça: no metal, junto ao rolamento, na direção radial. Colamos a marca refletora nesse mesmo veio, e não no veio do motor: numa transmissão por correia, as rotações dos veios são diferentes.
- Arranque 0
Medição inicial
Rotação e regime de trabalho. Registamos a rotação, a vibração global em mm/s RMS (valor eficaz — a forma padrão de medir o nível), a amplitude e a fase de 1× nos dois apoios, o espectro. Aqui decidimos se há trabalho para as massas.
- Marcação
Posições fixas e raio
Numeramos os furos de fábrica, os raios ou os setores do aro, no sentido da rotação: Z1, Z2 e assim por diante. Introduzimos o número de posições e o raio real. O aparelho responde com o número da posição, não com um ângulo, por isso é impossível enganar-se no sentido de contagem do ângulo.
- Massa de prova
Um arranque por plano
Massa pesada na posição Z1, massa real e raio introduzidos no programa. Arranque válido: 1× mudou pelo menos 20–30 por cento, ou a fase 20–30 graus. As polias são leves, a resposta costuma ser nítida.
- Correção
Massas, verificação, protocolo
O zero de referência fica onde esteve a massa de prova. O programa indica a massa e a posição e, no caso de remoção de material, o diâmetro e a profundidade do furo. Arranque de verificação à mesma rotação, e 1× cai várias vezes. Se não acertarmos à primeira, acrescentamos pequenas massas às já colocadas.
O ciclo completo, numa polia acessível, num só plano, costuma demorar de duas a quatro horas, com paragens. Um segundo plano acrescenta um arranque. O que consome tempo é o acesso, não o cálculo.
Volantes e conjuntos montados equilibram-se montados
Uma peça equilibrada em separado não resulta num conjunto equilibrado. Os desequilíbrios somam-se vetorialmente e voltam a surgir em cada montagem. Contribuem para isso o assentamento excêntrico, a folga na chaveta, a dispersão de massas dos parafusos ao longo da circunferência, o erro do veio no rasgo de chaveta.
Por isso, equilibramos o conjunto montado, nas suas próprias chumaceiras, à rotação de serviço. A polia, o semiacoplamento, o volante e o disco de acionamento permanecem no veio.
Volante
Equilibra-se no seu próprio veio, montado com o disco de acionamento e a embraiagem. Depois de retificar ou trocar o disco, o conjunto é equilibrado de novo.
A desmontagem anula o resultado
Se o conjunto for montado numa posição angular diferente, o desequilíbrio volta. Ajuda marcar a posição relativa das peças com punção ou tinta.
Uma nova visita é mais curta
Os coeficientes de influência do conjunto ficam guardados no arquivo do aparelho. Da próxima vez, a correção é calculada de imediato, sem arranques de prova.
As transmissões por correia e por corrente têm frequências próprias
Esta é a principal armadilha das transmissões. A própria transmissão gera vibração, e parte dela parece desequilíbrio. No espectro convivem duas frequências de rotação: a do veio do motor e a do veio movido. A elas junta-se a frequência de passagem da correia com as suas harmónicas — mais baixa do que a síncrona, ou seja, situada na zona subsíncrona.
- Coloque a marca no veio cuja polia está a equilibrar. Com a marca no veio do motor, o aparelho vai isolar o 1× da máquina errada
- Calcule a relação de transmissão pelos diâmetros das polias e confira com as leituras do aparelho
- Picos subsíncronos e as suas harmónicas são quase sempre a correia. As massas não os eliminam
- Um aumento de 2× junto com vibração axial aponta para desalinhamento, não para desequilíbrio
- Picos na frequência de engrenamento (o número de dentes da roda multiplicado pela rotação) indicam desgaste da corrente e dos dentes
- Se for tecnicamente possível, retire as correias e rode o veio sem a transmissão
Por isso registamos o espectro e o sinal temporal, e não apenas um número. Isso separa o que se resolve com massa do que se resolve com a correia, com o alinhamento de eixos ou com a reparação do assentamento.
Fontes: ISO 13373-3:2015
Quando a equilibragem no local não ajuda
Às vezes, a resposta honesta é esta: não precisa de massas.
Assentamento desapertado
A polia ou o semiacoplamento têm folga no veio, a bucha cónica roda. A fase 1× varia de arranque para arranque, os coeficientes de influência não se repetem. Primeiro, a reparação do assentamento.
Canais desgastados e correias esticadas
A vibração vem da transmissão, não da massa. Trocamos a polia e o conjunto de correias, ajustamos a tensão, e normalmente já não há nada para equilibrar.
Fissura
Uma fissura num raio ou no aro de uma polia de ferro fundido, num volante, num flange. A equilibragem eliminaria o único sinal externo. Reparação segundo o método do fabricante, ou substituição.
Não há onde colocar a massa
Um disco de travão com superfícies de atrito, uma polia fechada sem furos, um semiacoplamento dentro de uma proteção apertada. Por vezes resolve-se recalculando para outro plano ou furando o cubo; por vezes o mais honesto é a bancada.
Não há nada para equilibrar
Vibração global de 9 mm/s, e componente síncrona de 2 mm/s. Uma equilibragem perfeita retira dois, ficam quase nove. A partir daqui, é diagnóstico.
Ressonância da estrutura ou da proteção
Um pico estreito ao longo da rotação, uma inversão de fase de cerca de 180 graus na paragem. Em ressonância, o resultado é instável. Primeiro, a rigidez e a fixação.
Há um caso à parte: quando é preciso um desequilíbrio residual documentado em g·mm/kg, por graus de qualidade G (os graus de qualidade de equilibragem da ISO 21940). Essa receção faz-se numa bancada. No local, calculamos a tolerância pelo grau G e mostramos a vibração residual.
O que recebe, quanto custa e como encomendar
O trabalho termina com números, não com a frase «ficou melhor».
Quanto ao preço. o diagnóstico vibratório com relatório custa 300 EUR por máquina, a equilibragem acrescenta a partir de 250 EUR, a fatura mínima por visita é de 500 EUR. O valor exato é calculado pela calculadora: depende do número de rotores, do número de planos de correção, do acesso e da distância ao local.
Temos a base em Vila Nova de Gaia, junto ao Porto, e deslocamo-nos por todo o país. Quem vai ao local são os engenheiros que desenvolvem e fabricam os aparelhos Balanset, e são eles próprios que equilibram com eles. O Balanset-1A também pode ser comprado: dois acelerómetros, sensor de fase a laser, módulo USB de dois canais e software num portátil, equilibragem em um e dois planos, posições fixas, cálculo de furação, equilibragem de acerto trim (afinação com massas pequenas), arquivo e protocolos.
- Medição de antes e depois em cada apoio: rotação, vibração global em mm/s RMS, amplitude e fase de 1×
- Espectro e sinal temporal no arranque inicial e no de verificação
- Massas, números de posição e raio das massas instaladas
- Resultados das verificações: batimento, estado dos canais, assentamento, tensão das correias
- Avaliação da vibração residual pelas zonas da parte e edição aplicável da ISO 20816, e cálculo da tolerância pelo grau G
- Conclusão: o que foi resolvido com massas, o que precisa de reparação, o que verificar na próxima ronda
- Coeficientes de influência do conjunto, guardados para a próxima equilibragem
O que preparar antes da visita: a possibilidade de parar a máquina várias vezes, uma proteção da transmissão que se possa abrir, acesso aos furos de fábrica da polia e do volante, autorização para soldar, se for necessário, e um responsável pelo arranque e pelo bloqueio. Há uma lista de verificação detalhada num artigo à parte.
Fontes: ISO 20816-1:2016 · ISO 21940-11:2016 · Especificações do fabricante Balanset-1A · Manual de operação Balanset-1A
Perguntas frequentes
É possível equilibrar uma polia sem a retirar do veio?
Sim, é o método principal. A polia equilibra-se nas suas próprias chumaceiras, à rotação de serviço: sensores nos apoios, sensor de fase a laser apontado à marca do mesmo veio, massa nos furos de fábrica do aro. É preciso retirar a polia quando o assentamento precisa de reparação ou é necessária uma receção numa bancada.
É preciso retirar as correias antes da equilibragem?
Não, equilibramos em regime de trabalho, com a tensão ajustada. Usamos a remoção das correias como uma verificação de diagnóstico: se, sem elas, a vibração cair várias vezes, o problema não está no desequilíbrio da polia, mas na transmissão.
A polia bate ao rodar. É desequilíbrio?
Não, é geometria: o eixo da polia não coincide com o eixo de rotação do veio. Assentamento excêntrico, aro deformado, cubo danificado. A vibração fica exatamente em 1× e parece desequilíbrio, mas não se corrige com massas.
O volante equilibra-se em separado ou montado com o veio?
Montado. Os desequilíbrios do veio, do volante, do disco de acionamento e da fixação somam-se vetorialmente, e um conjunto feito de peças equilibradas em separado quase sempre gera um novo desequilíbrio.
Onde colocar a massa se a polia não tiver furos?
Por ordem de preferência decrescente: furos de equilibragem de fábrica, um parafuso com porca de segurança através do furo de um raio, uma chapa soldada onde o fabricante permitir soldadura, remoção de material por furação num cubo maciço. Os ímanes só servem como massas de prova.
Quantos planos de correção precisa uma polia?
A uma polia fina, a uma roda dentada, a um disco de acionamento ou de travão e a um flange rotativo, normalmente basta um. Uma polia larga multi-canal e um conjunto montado de veio, polia e semiacoplamento muitas vezes precisam de dois.
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