AXILINEEquilibragem de volantes de inércia, discos de acionamento e discos de travão no local de operação
O volante de inércia perdoa muito enquanto está parado, e não perdoa nada em rotação. Cem quilos de ferro fundido com o centro de massa deslocado em décimas de milímetro abanam a prensa ao ponto de os parafusos de fundação se soltarem. Vimos ao local e equilibramos volantes de inércia, discos de acionamento e discos de travão diretamente na máquina, nos seus próprios apoios de chumaceira. Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, deslocação a todo o Portugal.
Com que motivo nos chamam: sintomas e eventos
No volante de inércia, o desequilíbrio está quase sempre ligado a um evento. Foi torneado depois de uma reparação da embraiagem. Trocou-se a coroa dentada. Foi retirado e recolocado ao substituir o retentor. Um disco equilibrado em fábrica em tempos, depois de qualquer uma destas operações, passa a viver com uma nova distribuição de massa, e a máquina avisa disso logo no primeiro arranque.
O segundo grupo de pedidos chega sem nenhum evento: a vibração cresce ao longo de meses. Aqui, o culpado é mais frequentemente não a massa, mas o assentamento. O flange desgasta-se, os parafusos alongam-se, o volante de inércia começa a assentar de forma excêntrica. Em ambos os casos, o aparelho mostra um pico na frequência de rotação — chamada 1x, uma vez por volta —, por isso distinguimos as causas com o relógio comparador e a medição, não a olho.
- O zumbido e a trepidação apareceram depois de tornear o volante de inércia, de trocar a coroa ou de reparar a embraiagem
- A vibração nos apoios do veio principal da prensa ou da cambota cresce com as rotações, aproximadamente com o quadrado
- O disco de travão empena, as pastilhas desgastam-se em cunha, o disco aquece em manchas
- Um zumbido crescente na aceleração e na desaceleração, e às rotações de trabalho treme toda a carcaça da máquina
- Os parafusos de fixação do volante de inércia afrouxam, e da junta cai pó castanho de fretting — o desgaste por atrito numa junta solta
- Os apoios de chumaceira do veio com o volante de inércia são substituídos com mais frequência do que os outros
- Depois de montar o conjunto volante de inércia mais metade do acoplamento mais polia, a vibração fica mais alta do que antes da desmontagem
Os limites absolutos de vibração dependem da máquina e da rigidez dos apoios; confirme-os pela parte aplicável e pela edição da ISO 20816. Para decidir sobre a deslocação, basta a tendência: se o nível nos apoios subiu uma vez e meia a duas vezes depois de trabalhos no volante de inércia, então a causa deve procurar-se naquilo que se tocou com as mãos.
Fontes: ISO 20816-1:2016
Porque é que um disco pesado é sensível a gramas
A força centrífuga cresce linearmente com a massa e com o quadrado da velocidade. Um grama a um raio de 250 mm, a 1500 rpm, puxa com uma força de cerca de 6 N; a 3000 rpm, já quase 25 N. Vinte gramas a mais no aro, a 3000 rpm, são meio milhar de newtons de carga rotativa que muda de direção a cada volta e passa inteiramente pelos apoios de chumaceira. O cálculo de vida útil dos rolamentos segundo a ISO 281 não vê esta força, a menos que ela lá tenha sido introduzida.
Agora quanto à tolerância. Para volantes de inércia aplica-se geralmente a classe de precisão de equilibragem G6.3; certas máquinas exigem G2.5; confirme a aplicabilidade pela parte atual e pela edição da ISO 21940. A 1500 rpm, a classe G6.3 significa um deslocamento residual do centro de massa de cerca de 40 mícrones; a 3000 rpm, cerca de 20 mícrones. Para um volante de inércia com 150 kg de massa, isto são apenas 20–25 g ao raio do aro. Um disco pesado equilibra-se com massas pequenas, e um passo de poucos gramas já desloca visivelmente o vetor.
Há também o lado inverso. O volante de inércia tem, na prática, um único plano de correção, o aro, e o seu diâmetro é reduzido em relação à massa do disco. Esses mesmos gramas têm de ser colocados com precisão no ângulo: um erro de uma posição desvia parte da correção. Por isso trabalhamos com pesagem precisa, posições fixas e um arranque de controlo depois de cada correção. O Balanset-1A calcula a massa pelo método dos coeficientes de influência — pela resposta da máquina à massa de ensaio — e mantém a tolerância por classes G diretamente no programa, de modo que no relatório não se vê «ficou mais silencioso», mas sim a entrada no campo de tolerância em g·mm.
Fontes: ISO 21940-11:2016 · ISO 281:2007 · Especificações do fabricante Balanset-1A
Assentamento e batimento: uma causa à parte que não se resolve com massas
O volante de inércia assenta ou no flange da cambota, com um rebordo de centragem e parafusos ao longo da circunferência, ou na ponta do veio, com chaveta ou cone, como nas prensas. Ambas as variantes têm as suas próprias vias para a vibração, sem nenhuma relação com a distribuição de massa. Verificamo-las antes do primeiro arranque, com a máquina parada e bloqueada.
| O que verificamos | Como | O que significa o resultado |
|---|---|---|
| Batimento radial do aro e do rebordo de centragem | Relógio comparador, uma volta completa e lenta do veio | Batimento acima da tolerância do fabricante é um assentamento excêntrico: o centro de massa está deslocado por completo, e as massas só o disfarçam num único regime |
| Batimento frontal do aro | Relógio no topo, junto ao diâmetro exterior | Um aro pesado a oscilar dá uma componente de momento — um binário de forças que baloiça o veio. Não se resolve com um único plano de correção: é preciso reparar o assentamento, por vezes um segundo plano |
| Parafusos de fixação | Massa do conjunto, binário de aperto em cruz, em várias passagens | Parafusos de massa diferente ao longo da circunferência já são, por si só, um desequilíbrio. Uma junta mal apertada dá fretting e uma fase 1x instável |
| Chaveta e cone nos volantes de inércia de prensas | Folga, marcas de pó castanho, controlo do aperto | Um assentamento móvel significa coeficientes de influência instáveis: o cálculo da massa não se repete de arranque para arranque |
| Fissuras no aro, no cubo e na coroa dentada | Inspeção com iluminação, percussão | Com uma fissura, o volante de inércia não se equilibra. É uma questão de substituição da peça, não de massas |
O sinal de um assentamento desgastado, na medição: a fase 1x — a posição angular da vibração em relação à marca no veio — varia dezenas de graus entre arranques, com as rotações constantes. Nesse caso, paramos a equilibragem e mostramos o que reparar. Como distinguir, pela fase nos apoios, o desequilíbrio do desalinhamento, está tratado num artigo à parte; quando há uma ligação por acoplamento ao acionamento, avaliamos em separado o alinhamento dos eixos.
Conjunto montado: volante de inércia, metade do acoplamento, polia
Numa máquina real, o volante de inércia raramente vive sozinho. No mesmo veio assentam a metade do acoplamento, um disco de acionamento, por vezes uma polia. Os desequilíbrios das peças somam-se vetorialmente, e um conjunto montado a partir de peças equilibradas em separado sai facilmente da tolerância. Por isso equilibramos a montagem inteira, nos seus próprios apoios de chumaceira, às rotações de trabalho.
Quando é preciso perceber quem exatamente dá o resíduo, ajuda a equilibragem por índex: a peça é deslocada em relação ao veio segundo um ângulo conhecido, a medição repete-se, e pelo desvio do vetor o aparelho separa o contributo da peça do contributo do veio. O Balanset-1A conduz este procedimento de forma nativa. Ele também é útil em conjuntos que se desmontam regularmente na manutenção: o contributo de cada peça é conhecido, e depois da montagem basta uma curta equilibragem de afinação (trim) pelos coeficientes guardados, em vez de um ciclo completo com arranques de ensaio.
- Antes de desmontar, marcamos a posição relativa do volante de inércia, da metade do acoplamento e do veio com punção ou tinta
- Montamos na mesma posição angular: uma posição diferente é um novo desequilíbrio
- Depois de tornear, trocar a coroa ou a embraiagem, equilibramos o conjunto de novo; o resultado antigo deixa de valer
- Uma nova visita à mesma máquina é mais curta: os coeficientes de influência guardados poupam arranques de ensaio
Fontes: Manual de operação Balanset-1A
Como decorre o trabalho no local
- Inspeção
Acesso e geometria
A máquina está parada e bloqueada. Retiramos a proteção ou abrimos a janela do cárter, decidimos onde vai a massa e onde é permitido furar. Medimos com o relógio comparador o batimento radial e frontal, verificamos o aperto dos parafusos e o assentamento.
- Sensores
Apoios e marca
Dois acelerómetros nos apoios de chumaceira do veio com o volante de inércia, na radial, sobre metal limpo, junto ao rolamento. Colamos a marca refletora no aro ou no veio, na zona de visão do sensor de fase a laser. Afastamos os cabos das partes em rotação.
- Arranque 0
Medição inicial
Rotações de trabalho, regime estabilizado. Registamos a vibração total em mm/s RMS (o valor quadrático médio), a amplitude e a fase do 1x nos dois apoios, o espectro — a decomposição da vibração por frequências — e o sinal no tempo. Se o que domina não for a componente de rotação, mas sim harmónicas ou frequências de rolamento, dizemo-lo de imediato.
- Marcação
Posições fixas
Numeramos os orifícios, parafusos ou raios de origem no sentido de rotação. Introduzimos no programa o número de posições e o raio real. O aparelho responde com o número da posição e a massa, pelo que é impossível confundir o ângulo ou o sentido de contagem.
- Arranque de ensaio
Massa pequena, um arranque por plano
Colocamos a massa de ensaio pesada na primeira posição. Num disco pesado, a resposta a gramas é percetível, por isso usamos uma massa pequena. Um arranque válido muda a amplitude do 1x em 20–30 por cento, ou a fase em 20–30 graus.
- Correção
Massa ou broca, controlo, relatório
O programa indica a massa e a posição; em caso de remoção de metal, o diâmetro e a profundidade dos orifícios. Colocamos ou furamos, fazemos o arranque de controlo e, se necessário, acrescentamos uma pequena massa às já colocadas. No relatório: rotações, vetores antes e depois, massas, posições e avaliação pela classe G.
Um volante de inércia com acesso normal ao aro, num único plano, fecha-se geralmente em duas a quatro horas, incluindo as paragens. O tempo é consumido pelas proteções e pelos arranques da máquina, não pelo cálculo. Volantes de inércia espessos de prensas e conjuntos montados com planos afastados por vezes exigem um segundo plano, o que é mais um arranque.
Fontes: Especificações do fabricante Balanset-1A
Fixação da massa num disco pesado: porque furamos, e não soldamos
As exigências para a massa num volante de inércia são mais rigorosas do que numa polia leve. A fixação tem de suportar a força centrífuga com uma margem multiplicada: os mesmos 20 g no aro, a 3000 rpm, estão sujeitos a meia centena de newtons, e cada arranque e paragem acrescenta um ciclo de carga. A cola aqui não é fixação nenhuma; as massas magnéticas usamo-las só como ensaio, e retiramo-las antes de entregar a máquina.
Não aplicamos soldadura em volantes de inércia, e eis porquê. A maioria dos volantes de inércia é de ferro fundido, e o ferro fundido tolera mal a soldadura: o cordão e a zona termicamente afetada dão fissuras, muitas vezes com efeito diferido no tempo. O arco aquece localmente o disco e altera a sua geometria, e com ela varia o batimento. O metal depositado não se doseia com precisão: pôs-se cinco gramas a mais, obteve-se um novo desequilíbrio. E, sobretudo, uma massa soldada no aro, que se move a 50–90 m/s, é um objeto ao qual não se pode deixar nem uma única hipótese de se soltar.
A remoção de metal por furação está livre de tudo isto. A massa doseia-se pelo diâmetro e pela profundidade do orifício, e o Balanset-1A calcula-os diretamente no programa. Não há efeito térmico, a geometria não varia. Não há nada que se possa soltar: um orifício não é uma peça. Furamos o aro pelo topo ou pela periferia, onde a construção o permite, afastados da coroa dentada, das pistas de atrito e dos reforços. Os métodos de fixação de massas em geral são comparados num artigo à parte; aqui importa a conclusão: para discos pesados, a furação é quase sempre a melhor opção.
- Massa aparafusada só em orifícios de origem ou em espigões roscados, com travamento: contraporca, anilha de segurança ou fixador de roscas
- Pesamos a massa antes de a instalar, e introduzimos no programa a massa real e o raio
- Colocamos a um raio que pode ser reproduzido numa equilibragem posterior
- Nenhuma massa nas superfícies de atrito dos discos de travão nem nas pistas da embraiagem
Fontes: Manual de operação Balanset-1A
Discos de travão: o calor decide tanto como a massa
O disco de travão de uma máquina industrial vive em ciclos térmicos: segundos de travagem aquecem-no centenas de graus, depois arrefece. Um aquecimento desigual empena o disco, e o batimento cresce com a temperatura. Por isso, uma vibração que de manhã não existia e ao fim do turno existe fala mais frequentemente de empeno do que de desequilíbrio.
Separamos estas causas por medição: máquina fria e máquina depois de um ciclo de trabalho. Um vetor 1x estável nas duas medições é desequilíbrio; um vetor que cresce com o aquecimento é geometria. Corrigimos apenas fora das superfícies de atrito: cubo, flange de fixação, orifícios de origem. Não se pode furar nem depositar solda na pista de atrito. Depois de tornear, equilibramos o disco de novo: a máquina removeu metal em relação ao seu próprio eixo de montagem, não ao eixo de rotação da máquina.
As massas coladas e magnéticas não sobrevivem em discos de travão; o ciclo térmico remove-as. Apenas fixação mecânica, fora da zona de atrito. A metodologia geral de procura das causas de vibração pelo espectro está tratada em artigos à parte sobre diagnóstico.
Fontes: ISO 13373-3:2015
Segurança: a energia do aro
O volante de inércia acumula energia; essa é a sua função. Um disco com 200 kg de massa e 600 mm de diâmetro, a 1500 rpm, transporta cerca de 100 kJ, o mesmo que um automóvel ligeiro a uma velocidade acima de cinquenta quilómetros por hora. A velocidade periférica do aro é, nesse caso, de cerca de 50 m/s; em máquinas rápidas, o dobro. Qualquer objeto que se solte do aro voa pela tangente a essa velocidade.
Daí uma ordem rigorosa. Tudo o que se faz com as mãos faz-se com a máquina parada e bloqueada, com verificação da desaceleração completa: um volante de inércia pesado continua a rodar muito tempo depois de desligado. As massas de ensaio e de correção são travadas. O arranque depois de cada colocação de massa só com a proteção fechada; as pessoas são retiradas do plano de rotação, e a zona na tangente a partir do aro aberto fica vazia durante o arranque. Um exame detalhado dos bloqueios e da zona de projeção está num artigo à parte sobre segurança na equilibragem no local.
Quando não resulta no local, preços e deslocação
Quanto ao dinheiro: pacotes desde 550 EUR por unidade (diagnóstico 300 EUR + equilibragem desde 250 EUR), fatura mínima por visita 500 EUR; o valor exato para a sua máquina é calculado pela calculadora no site. Somos engenheiros que desenvolvemos e fabricamos os aparelhos Balanset, e somos nós que equilibramos com eles no local. Base em Vila Nova de Gaia, perto do Porto, trabalhamos em todo o Portugal. Envie fotografias do volante de inércia, da proteção e da placa da máquina: diremos com antecedência se a massa vai assentar, se é preciso broca e o que vai ser necessário da sua parte no local.
- O assentamento está desgastado, o flange ou o rasgo de chaveta tem folga: primeiro a reparação, as massas não vão manter o resultado
- Fissuras no aro, no cubo ou na coroa: não se pode equilibrar, a peça é substituída
- Não há acesso ao aro nem mesmo através de uma janela na proteção, e não há onde colocar massa: é preciso desmontar, por vezes com equilibragem em máquina na oficina
- A máquina não atinge rotações estáveis, ou o batimento cresce com o aquecimento: primeiro elimina-se a causa, depois a equilibragem
- A vibração principal não é o 1x, mas sim rolamentos, desalinhamento ou ressonância: mostramos o espectro e dizemos o que tratar em vez de massas
Perguntas frequentes
É preciso retirar o volante de inércia para o equilibrar?
Não. Equilibramos no seu próprio veio, nos seus próprios apoios de chumaceira, às rotações de trabalho. Assim, o resultado inclui o assentamento, os parafusos e tudo o que está no veio ao lado. A remoção só é necessária com o assentamento desgastado, com fissuras ou quando não há nenhum acesso ao aro.
O volante de inércia foi equilibrado na máquina, mas depois de instalado a vibração voltou. Porquê?
A máquina de equilibragem equilibra a peça em relação ao seu orifício de assentamento. Na máquina real acrescentam-se a excentricidade do assentamento, a folga da chaveta, a dispersão de massa dos parafusos e as peças vizinhas no veio. Os apoios são agitados pela soma vetorial de todos estes contributos. Resolve-se com a equilibragem do conjunto montado no local, e com a marcação da posição relativa das peças antes de qualquer desmontagem.
Porque não se pode simplesmente soldar a massa, como num ventilador?
O ferro fundido da maioria dos volantes de inércia tolera mal a soldadura: fissuras no cordão e na zona termicamente afetada, empeno do disco pelo aquecimento, massa de depósito imprecisa. Com uma velocidade periférica do aro de 50–90 m/s, uma massa que se solte é perigosa. Por isso, em volantes de inércia doseamos a massa por furação, ou colocamos massas aparafusadas em orifícios de origem, com travamento.
O disco de travão empena e aquece. A equilibragem ajuda?
Primeiro, a medição. Se o vetor 1x for estável com a máquina fria e aquecida, é desequilíbrio, e a correção no cubo ou nos orifícios de origem resolve-o. Se o batimento e a vibração crescerem com o aquecimento, o disco está a ser deformado termicamente: é preciso tornear ou substituir, não massas. Fazemos as duas medições e mostramos a diferença em números.
Que tolerância se aplica aos volantes de inércia?
Na maioria das vezes, a classe G6.3; para certas máquinas, G2.5. A classe define o deslocamento residual do centro de massa: a 3000 rpm, para G6.3, isto é cerca de 20 mícrones. Confirme a aplicabilidade pela parte atual e pela edição da ISO 21940, e no relatório mostramos o resíduo real em g·mm ao lado da tolerância.
Quanto custa e quanto tempo demora?
Pacotes desde 550 EUR por unidade (diagnóstico 300 EUR + equilibragem desde 250 EUR), fatura mínima por visita 500 EUR, cálculo exato pela calculadora no site. Um volante de inércia com acesso normal, num único plano, fecha-se geralmente em duas a quatro horas, incluindo a inspeção, os arranques e o relatório. Um conjunto montado com dois planos acrescenta um a dois arranques.
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Sim. Equilibramos diretamente na máquina, sem retirar do veio, as polias de transmissões por correia, as polias multi-canal e de acionamento, os semiacoplamentos e acoplamentos, os volantes, os discos de acionamento e de travão, os flanges rotativos, as rodas dentadas de transmissões por corrente. Há três condições: o assentamento está correto, a geometria e a transmissão estão em ordem, e a vibração principal vem da componente síncrona 1× — a parte da vibração que coincide com a frequência de rotação do veio; é ela que o desequilíbrio cria. Se o assentamento estiver desapertado, os canais estiverem desgastados ou as correias esticadas, dizemos abertamente: é preciso reparar a transmissão, não colocar massas.
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Sim, equilibramos a polia da transmissão por correia no local, sem a retirar do veio. Condições: o assentamento na chaveta, na bucha cónica ou na manga de aperto está apertado e não roda sobre si mesmo, o batimento radial e frontal do aro está dentro da tolerância do fabricante, as correias formam um conjunto emparelhado com a tensão ajustada. Uma polia estreita fecha-se com um único plano de correção (as massas são colocadas numa única secção do rotor) em dois ou três arranques; uma polia larga, de várias gargantas, ou um veio montado com polia e semiacoplamento, por vezes precisam de dois. Se o aro bater ou as ranhuras estiverem desgastadas até brilharem no fundo, as massas não ajudam: primeiro é preciso reassentar ou substituir a polia, e dizemos isso antes de começar o trabalho.
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Descreva o equipamento e o problema
Respondemos às suas perguntas, esclarecemos os dados iniciais e informamos o que é necessário para o orçamento e a deslocação.