Afbalancering af drivaksel: Omfattende guide

Forestil dig, at du kører en lastbil og pludselig mærker en hård vibration eller hører et højt klunk, når du accelererer eller skifter gear. Dette er mere end bare en gene – det kan være et tegn på en ubalanceret drivaksel. For ingeniører og teknikere indikerer sådanne vibrationer og støj tabt effektivitet, accelereret slid på komponenter og potentielt dyr nedetid, hvis der ikke tages hånd om det.

Arbejder du på et køretøj? Se afbalancering af kardanaksel i køretøjet uden afmontering.

Afbalancering af kardanaksel i køretøjet: et rigtigt job, trin for trin

Fotografierne nedenfor stammer fra en reel afbalanceringsopgave udført med køretøjet på en lift. Drivakslen blev aldrig fjernet: sensorerne er monteret på selve køretøjet, akslen drejes af motoren gennem drivlinen, og korrektionsvægten monteres nedefra. Dette holder akslen i dens egne lejer og ved dens egne arbejdsvinkler, så resultatet afspejler, hvordan enheden reelt kører i drift — noget en bænkafbalanceringsmaskine ikke fuldt ud kan genskabe.

Figur 24. Vibrationssensor monteret på slutdrevshuset, så tæt som muligt på kardanakslens støtteleje.

Figur 25. Lasertachometer rettet mod en strimmel reflekterende tape på akslen — den leverer både rotationshastighed og ubalancens fasevinkel.

Figur 26. Korrektionsvægt fastgjort til akselrøret med et spændebånd i rustfrit stål ved den vinkel og masse, som softwaren har beregnet.

Den fulde procedure — sensorplacering, sikre testkørsler, prøvevægt og kontrol af restvibration — er beskrevet i afbalancering af kardanaksel i køretøjet uden afmontering.

I denne omfattende guide giver vi praktiske løsninger på problemer med drivakselbalancering. Du lærer, hvad en drivaksel er, og hvorfor den skal afbalanceres, genkender de almindelige funktionsfejl, der forårsager vibrationer eller støj, og følger en klar trin-for-trin-proces til dynamisk drivakselbalancering. Ved at anvende disse bedste fremgangsmåder kan du spare penge på reparationer, reducere fejlfindingstiden og sikre, at din maskine eller dit køretøj kører pålideligt med minimal vibration.

Indholdsfortegnelse

• 1. Typer af drivaksler
• 2. Fejl i kardanledsdrev
• 3. Afbalancering af drivaksel
• 4. Moderne afbalanceringsmaskiner til drivaksler
• 5. Forberedelse til afbalancering af drivaksel
• 6. Sådan afbalancerer du en drivaksel: trin-for-trin-procedure
• 7. Anbefalede afbalanceringsnøjagtighedsklasser for stive rotorer

1. Typer af drivaksler

En kardanaksel er en mekanisme, der overfører drejningsmoment mellem aksler, der krydser hinanden i midten af kardanleddet og kan bevæge sig i forhold til hinanden i en vinkel. I et køretøj overfører kardanakslen drejningsmoment fra gearkassen (eller transferkassen) til de drevne aksler i tilfælde af en klassisk eller firehjulstrukket konfiguration. For køretøjer med firehjulstræk forbinder kardanleddet normalt gearkassens drivaksel med transferkassens drivaksel og transferkassens drivaksler med drivakslerne på de drevne akslers hoveddrev.

Enheder monteret på rammen (såsom gearkassen og fordelerkassen) kan bevæge sig i forhold til hinanden på grund af deformation af deres understøtninger og selve rammen. Samtidig er drivakslerne fastgjort til rammen gennem affjedringen og kan bevæge sig i forhold til rammen og de enheder, der er monteret på den, på grund af deformation af affjedringens elastiske elementer. Denne bevægelse kan ikke kun ændre vinklerne på drivakslerne, der forbinder enhederne, men også afstanden mellem enhederne.

Kardandrevet har en væsentlig ulempe: akslernes uensartede rotation. Hvis den ene aksel roterer ensartet, gør den anden ikke, og denne uensartethed øges med vinklen mellem akslerne. Denne begrænsning forhindrer brugen af et kardandrev i mange anvendelser, f.eks. i transmissionen i forhjulstrukne køretøjer, hvor det vigtigste er at overføre drejningsmoment til de drejende hjul. Denne ulempe kan delvist kompenseres ved at bruge to kardanled på én aksel, indstillet til lige store ledvinkler (γ1 = γ2) med ågene i begge ender af mellemakslen i samme plan (i fase). Åg, der er faseforskudt 90° fra hinanden, ophæver ikke svingningen — de forstærker den. I applikationer, der kræver ensartet rotation, bruges der dog typisk konstanthastighedsled (CV-led) i stedet. CV-led er et mere avanceret, men også mere komplekst design, der tjener samme formål.

Kardandrev kan bestå af et eller flere kardanled, der er forbundet med drivaksler og mellemstøtter.

Figur 1. Diagram over et kardanledsdrev: 1, 4, 6 - drivaksler; 2, 5 - kardanled; 3 - kompenserende forbindelse; u1, u2 - vinkler mellem aksler

Generelt består et universalledsdrev af universalled 2 og 5, drivaksler 1, 4 og 6 samt en kompenserende forbindelse 3. Nogle gange er drivakslen monteret på en mellemliggende understøtning, der er fastgjort til køretøjets chassis-tværstykke. Universalled sikrer overførsel af drejningsmoment mellem aksler, hvis akser skærer hinanden i en vinkel. Universalled er opdelt i ikke-ensartede og konstante hastighedstyper. Ikke-ensartede hastighedsled klassificeres yderligere i elastiske og stive typer. Konstante hastighedsled kan være af kugletypen med delespor, kugletypen med en delearm og knasttypen. De er typisk installeret i drevet af de forreste styrede hjul, hvor vinklen mellem akslerne kan nå 45°, og universalleddets centrum skal falde sammen med skæringspunktet mellem hjulets rotationsakser og dets drejeakse.

Elastiske kardanled overfører drejningsmoment mellem aksler med krydsende akser i en vinkel på 2...3° på grund af den elastiske deformation af forbindelseselementerne. Et stift kardanled med uensartet hastighed overfører drejningsmoment fra en aksel til en anden gennem den bevægelige forbindelse af stive dele. Det består af to åg – 3 og 5, i hvis cylindriske huller enderne A, B, C og D af forbindelseselementet – korset 4 – er monteret på lejer. Ågene er stift forbundet med akslerne 1 og 2. Åget 5 kan dreje rundt om korsets akse B–D og samtidig, sammen med korset, dreje rundt om aksen A–C, hvilket muliggør overførsel af rotation fra en aksel til en anden med en skiftende vinkel mellem dem.

Figur 2. Diagram over et stift universalled med uensartet hastighed

Hvis aksel 1 roterer omkring sin akse med en vinkel α, vil aksel 2 rotere med en vinkel β i samme tidsrum. Sammenhængen mellem rotationsvinklerne for aksel 1 og aksel 2 er bestemt af udtrykket tanα = tanβ * cosγ, hvor γ er vinklen mellem de to akslers rotationsakser. Dette udtryk viser, at vinklen β nogle gange er mindre end, lig med eller større end vinklen α. Disse vinkler er ens for hver 90° rotation af aksel 1. Derfor bliver, ved ensartet rotation af aksel 1, vinkelhastigheden for aksel 2 uensartet og varierer efter en sinusformet lov. Uensartetheden i aksel 2's rotation bliver mere markant, jo større vinklen γ mellem akslernes rotationsakser bliver.

Hvis den uensartede rotation af aksel 2 overføres til enhedernes aksler, vil der opstå yderligere pulserende belastninger i transmissionen, som øges med vinklen γ. For at forhindre, at den uensartede rotation af aksel 2 overføres til enhedernes aksler, bruges der to kardanled i kardanledsdrevet. De er installeret, så vinklerne γ1 og γ2 er ens; kardanleddenes gafler, der er fastgjort på den uensartet roterende aksel 4, skal placeres i samme plan.

Designet af hoveddelene i universalkoblingsdrev er vist i figur 3. Et universalkobling med ujævn hastighed består af to gaffelben (1) forbundet med et kryds (3). Det ene gaffelben har nogle gange en flange, mens det andet er svejset til drivakselrøret eller har en notende (6) (eller muffe) til forbindelse til drivakslen. Krydset er monteret i øjerne på begge gaffelben på nålelejer (7). Hvert leje er anbragt i et hus (2) og fastholdt i gaffelbenets øje med en hætte, som er fastgjort til gaffelbenet med to bolte, der er låst med tapper på skiven. I nogle tilfælde er lejerne fastgjort i gaffelbenene med låseringe. For at bevare smøringen i lejet og beskytte det mod vand og snavs er der en selvtættende gummipakning. Krydset er fyldt med fedt gennem en smørenippel, som når lejerne. Krydset har typisk en sikkerhedsventil for at beskytte pakningen mod skader på grund af trykket fra det fedt, der pumpes ind i krydset. Notforbindelsen (6) smøres ved hjælp af smørenippelen (5).

Figur 3. Detaljer om et stift universalled med uensartet hastighed

Den maksimale vinkel mellem akslerne på aksler, der er forbundet med stive kardanled med uensartet hastighed, overstiger normalt ikke 20°, da effektiviteten falder betydeligt ved større vinkler. Hvis vinklen mellem akselakserne varierer inden for 0...2°, deformeres krydsets tappe af nålelejerne, hvilket får kardanleddet til at svigte hurtigt.

I transmissioner på højhastighedskøretøjer med bæltekøretøjer anvendes ofte universalkoblinger med gearkoblingstyper, som tillader overførsel af drejningsmoment mellem aksler med akser, der skærer hinanden i vinkler på op til 1,5...2°.

Drivaksler er typisk rørformede og består af sømløse eller svejsede rør af specialstål. Kardanleddenes åg, fortandede bøsninger eller spidser svejses til rørene. For at reducere de tværgående belastninger, der virker på drivakslen, udføres dynamisk afbalancering med kardanleddene samlet. Ubalancen korrigeres ved at svejse afbalanceringsplader på drivakslen eller nogle gange ved at montere afbalanceringsplader under kardanleddenes lejedæksler. Den relative position af delene i den fortandede forbindelse efter montering og afbalancering af kardanledsdrevet på fabrikken er normalt markeret med særlige mærker.

Den kompenserende forbindelse i kardanledsdrevet er normalt udført som en fortandet forbindelse, der tillader aksial bevægelse af kardanledsdrevets dele. Den består af en fortandet spids, der passer ind i den fortandede bøsning i kardanledsdrevet. Smøring tilføres den fortandede forbindelse gennem en smørenippel eller påføres under monteringen og udskiftes efter længere tids brug af køretøjet. Der er typisk monteret en tætning og et dæksel for at forhindre fedtlækage og forurening.

Til lange drivaksler bruges der normalt mellemliggende understøtninger i kardanled. En mellemstøtte består typisk af et beslag, der er boltet fast på køretøjets tværgående ramme, og hvori der er monteret et kugleleje i en elastisk gummiring. Lejet er forseglet på begge sider med hætter og har en smøreanordning. Den elastiske gummiring hjælper med at kompensere for monteringsunøjagtigheder og lejeforskydninger, der kan opstå på grund af rammens deformationer.

Et kardanled med nålelejer (figur 4a) består af åg, et kryds, nålelejer og tætninger. Kopperne med nålelejer monteres på krydsets tappe og forsegles med tætninger. Kopperne er fastgjort i ågene med snapringe eller hætter, der er fastgjort med skruer. Kardanleddene smøres gennem en smørenippel via indvendige boringer i krydset. En sikkerhedsventil bruges til at eliminere overskydende olietryk i leddet. Under ensartet rotation af det drivende åg roterer det drevne åg uensartet: det går frem og tilbage bag det drivende åg to gange pr. omdrejning. For at eliminere uensartet rotation og reducere inertibelastningen bruges der to kardanled.

I drevet til de forreste drivhjul er der installeret kardanled med konstant hastighed. GAZ-66- og ZIL-131-køretøjernes kardanledsdrev består af åg 2, 5 (figur 4b), fire kugler 7 og en central kugle 8. Det drivende åg 2 er integreret med den indre aksel, mens det drevne åg er smedet sammen med den ydre aksel, for enden af hvilken hjulnavet er fastgjort. Det drivende moment fra åg 2 til åg 5 overføres gennem kugler 7, som bevæger sig langs cirkulære riller i ågene. Den centrale kugle 8 tjener til at centrere ågene og holdes på plads af tapperne 3, 4. Rotationsfrekvensen for ågene 2 og 5 er den samme på grund af mekanismens symmetri i forhold til ågene. Ændringen i aksellængden sikres af de frie fortandede forbindelser mellem ågene og akslen.

Figur 4. Kardanled: a - kardanled: 1 - hætte; 2 - kop; 3 - nåleleje; 4 - tætning; 5, 9 - åg; 6 - sikkerhedsventil; 7 - kryds; 8 - smørefitting; 10 - skrue; b - kardanled med konstant hastighed: 1 - indre aksel; 2 - drivende åg; 3, 4 - bolte; 5 - drevet åg; 6 - ydre aksel; 7 - kugler; 8 - central kugle

2. Fejl i kardanledsdrev

Funktionsfejl i kardanleddene viser sig typisk som skarpe slag i kardanleddene, der opstår, når køretøjet er i bevægelse, især ved skift mellem gear og pludselige stigninger i motorens krumtapakselhastighed (f.eks. ved overgang fra motorbremsning til acceleration). Et tegn på fejlfunktion i kardanleddet kan være, at det opvarmes til en høj temperatur (over 100 °C). Dette sker på grund af betydelig slitage på kardanleddets bøsninger og tappe, nålelejer, kryds og fortandede forbindelser, hvilket resulterer i fejljustering af kardanleddet og betydelige aksiale stødbelastninger på nålelejerne. Skader på korktætningerne i kardanleddets kryds fører til hurtig slitage af tapperne og deres lejer.

Under vedligeholdelse kontrolleres kardanledsdrevet ved at dreje drivakslen kraftigt med hånden i begge retninger. Graden af fri rotation af akslen bestemmer sliddet på kardanleddene og de fortandede forbindelser. For hver 8-10.000 kilometer kontrolleres tilstanden af skrueforbindelserne mellem gearkassens drivakselflanger og hovedtransmissionsgearets drivaksel med kardanleddenes flanger og fastgørelsen af drivakslens mellemstøtte. Tilstanden af gummistøvlerne på de fortandede forbindelser og korktætningerne på kardankrydset kontrolleres også. Alle fastgørelsesbolte skal spændes helt til (tilspændingsmoment 8-10 kgf·m).

Kardanleddenes nålelejer smøres med flydende olie, der bruges til transmissionsenheder; fortandede forbindelser i de fleste køretøjer smøres med fedt (US-1, US-2, 1-13 osv.); brug af fedt til smøring af nålelejer er strengt forbudt. I nogle køretøjer smøres fortandede forbindelser med transmissionsolie. Det mellemliggende støtteleje, der er monteret i en gummibøsning, kræver praktisk talt ikke smøring, da det smøres under monteringen på fabrikken. Støttelejet på ZIL-130-køretøjet smøres med fedt gennem en tryksmørenippel under regelmæssig vedligeholdelse (for hver 1100-1700 km).

Figur 5. Drev med kardanled: 1 - flange til fastgørelse af drivakslen; 2 - kardankryds; 3 - kardanåg; 4 - glideåg; 5 - drivakselrør; 6 - nålerulleleje med lukket ende

Kardanledsdrevet består af to kardanled med nålelejer, der er forbundet med en hul aksel, og et glideåg med spiralformede splines. For at sikre pålidelig beskyttelse mod snavs og god smøring af splinesforbindelsen er glideåget (6), der er forbundet med gearkassens sekundære aksel (2), placeret i en forlængelse (1), der er fastgjort til gearkassehuset. Derudover øger denne placering af splinesforbindelsen (uden for zonen mellem leddene) kardanleddets stivhed betydeligt og reducerer sandsynligheden for akselvibrationer, når den glidende splinesforbindelse slides.

Drivakslen er lavet af et tyndvægget, elektrisk svejset rør (8), hvori to identiske gaffelben (9) er presset fast i hver ende og derefter svejset ved lysbuesvejsning. Nålelejehusene (18) på krydset (25) er presset fast i gaffelbenenes (9) øjer og er fastgjort med fjederlåseringe (20). Hvert universalleje indeholder 22 nåle (21). Prægede hætter (24) er presset fast på krydsets fremspringende tap, hvori korkringe (23) er monteret. Lejerne smøres ved hjælp af en vinkelformet smørenippel (17), der er skruet ind i et gevindhul i midten af krydset og er forbundet med gennemgående kanaler i krydsets tap. På den modsatte side af universallejet er der placeret en sikkerhedsventil (16) i midten, der er designet til at frigive overskydende fedt ved påfyldning af krydset og lejerne og til at forhindre trykopbygning inde i krydset under drift (ventilen aktiveres ved et tryk på ca. 3,5 kg/cm²). Nødvendigheden af at inkludere en sikkerhedsventil skyldes, at en for stor trykstigning inde i krydset kan føre til beskadigelse (ekstrudering) af korkforseglingerne.

Figur 6. Montering af drivaksel: 1 - gearkasseforlænger; 2 - gearkassens sekundære aksel; 3 og 5 - smudsafvisere; 4 - gummipakninger; 6 - glidende åg; 7 - afbalanceringsplade; 8 - drivakselrør; 9 - åg; 10 - flangeåg; 11 - bolt; 12 - flange på bagakslens drivgear; 13 - fjederskive; 14 - møtrik; 15 - bagaksel; 16 - sikkerhedsventil; 17 - vinkelformet smørenippel; 18 - nåleleje; 19 - ågøje; 20 - fjederholderring; 21 - nål; 22 - skive med toroidal ende; 23 - korkring; 24 - stemplet hætte; 25 - kryds

Drivakslen, samlet med begge universalkoblinger, er omhyggeligt dynamisk afbalanceret i begge ender ved at svejse afbalanceringsplader (7) fast på røret. Derfor skal alle dens dele omhyggeligt markeres ved afmontering af akslen, så de kan samles igen på deres oprindelige positioner. Manglende overholdelse af denne instruktion forstyrrer akslens balance og forårsager vibrationer, der kan beskadige transmissionen og køretøjets karosseri. Hvis individuelle dele slides op, især hvis røret bøjer på grund af stød, og det bliver umuligt at dynamisk afbalancere akslen efter montering, skal hele akslen udskiftes.

Mulige fejl på drivakslen, deres årsager og løsninger

Årsag til fejlfunktion	Løsning
Vibrationer i drivakslen
1. Bøjning af akslen på grund af en forhindring	1. Ret og afbalancer den samlede aksel dynamisk, eller udskift den samlede aksel.
2. Slid på lejer og kryds	2. Udskift lejer og kryds, og afbalancer den samlede aksel dynamisk.
3. Slid på forlængerbøsninger og glideåg	3. Udskift forlængeren og glideåget, og afbalancer den samlede aksel dynamisk.
Banker, når du starter og kører i tomgang
1. Slid på glideågets splines eller den sekundære gearkasseaksel	1. Udskift slidte dele. Når glideåget udskiftes, skal den samlede aksel afbalanceres dynamisk.
2. Løse bolte, der fastgør flangeåget til bagakslens drivgearflange	2. Spænd boltene
Olieudslip fra kardanledspakninger
Slid på korkringe i kardanledstætninger	Udskift korkringene, og bevar den relative position af alle drivakslens dele under genmonteringen. Hvis der er slid på kryds og lejer, skal lejerne og krydsene udskiftes, og den samlede aksel skal afbalanceres dynamisk.

3. Afbalancering af drivaksel

Når drivakslen er repareret og samlet, afbalanceres den dynamisk på en maskine. Et design af en afbalanceringsmaskine er vist i figur 7. Maskinen består af en plade (18), en pendulramme (8) monteret på fire lodrette elastiske stænger (3), der sikrer dens svingning i det vandrette plan. Et beslag og en forreste spindelstok (9), der er fastgjort på et beslag (4), er monteret på de langsgående rør i pendulrammen (8). Den bageste spindelstok (6) er på en bevægelig travers (5), der muliggør dynamisk afbalancering af drivaksler med forskellige længder. Spindelstokkens spindler er monteret på præcisionskuglelejer. Spindlen på den forreste spindelstok (9) drives af en elektrisk motor, der er installeret i maskinens base, gennem et kileremstræk og en mellemaksel, hvorpå der er monteret en skive (10) (gradueret skive). Derudover er der installeret to stativer (15) med udtrækkelige låsestifter (17) på maskinpladen (18), der sikrer fastgørelse af pendulrammens for- og bagender afhængigt af afbalanceringen af drivakslens for- eller bagende.

Figur 7. Dynamisk afbalanceringsmaskine til drivaksler

1-klemme; 2-dæmpere; 3-elastisk stang; 4-beslag; 5-bevægelig travers; 6-baghoved; 7-tværstang; 8-pendulramme; 9-forreste kørehoved; 10-led-disk; 11-millivoltmeter; 12-led af kommutator-retteraksel; 13-magnetoelektrisk sensor; 14-fast stativ; 15-fikseringsstativ; 16-understøtning; 17-fiksering; 18-understøttelsesplade

De faste stativer (14) er monteret på bagsiden af maskinpladen, og magnetoelektriske sensorer (13) er installeret på dem med stænger, der er forbundet med enderne af pendulrammen. For at forhindre resonansvibrationer i rammen er der installeret dæmpere (2) fyldt med olie under beslagene (4).

Under den dynamiske afbalancering monteres og fastgøres drivakselenheden med det glidende åg på maskinen. Den ene ende af drivakslen er forbundet med et flangeåg til flangen på den forreste drivspindel, og den anden ende er forbundet med glideågets støttehals til den notgangsforsynede muffe på den bageste spindel. Derefter kontrolleres drivakslens lette rotation, og den ene ende af maskinens pendulramme fikseres ved hjælp af fikseringsanordningen. Når maskinen er startet, drejes ensretterens arm mod uret, hvilket bringer millivoltmeternålen til sin maksimale aflæsning. Millivoltmeteraflæsningen svarer til ubalancens størrelse. Millivoltmeterskalaen er inddelt i gram-centimeter eller gram modvægt. Ved fortsat at dreje ensretterarmen mod uret bringes millivoltmeteraflæsningen til nul, og maskinen stoppes. Baseret på ensretterarmens aflæsning bestemmes vinkelforskydningen (ubalancens forskydningsvinkel), og ved manuelt at dreje drivakslen indstilles denne værdi på mellemakslens arm. Svejsestedet for afbalanceringspladen vil være øverst på drivakslen, og den vægtede del nederst i korrektionsplanet. Derefter fastgøres afbalanceringspladen og bindes med tynd tråd i en afstand af 10 mm fra svejsningen, maskinen startes, og drivakslens balance med pladen kontrolleres. Ubalancen bør ikke være mere end 70 g·cm (700 g·mm). Derefter, idet den ene ende frigøres og den anden ende af pendulrammen fastgøres med fikseringsstativet, udføres dynamisk afbalancering af den anden ende af drivakslen i henhold til den teknologiske rækkefølge, der er beskrevet ovenfor.

Drivaksler har nogle afbalanceringsfunktioner. For de fleste dele er basen for dynamisk afbalancering støttehalsene (f.eks. rotorer i elmotorer, turbiner, spindler, krumtapaksler osv.), men for drivaksler er det flangerne. Under monteringen er der uundgåelige huller i forskellige forbindelser, som fører til ubalance. Hvis den mindste ubalance ikke kan opnås under afbalanceringen, bliver akslen afvist. Nøjagtigheden af afbalanceringen påvirkes af følgende faktorer:

• Mellemrum i forbindelsen mellem drivakselflangens landingsbælte og det indvendige hul i spændeflangen på venstre og højre støtteben;
• Radial- og enderundløb på flangens bundflader;
• Huller i hængsler og notforbindelser. Tilstedeværelsen af fedt i hulrummet i notforbindelsen kan føre til "flydende" ubalance. Hvis det forhindrer opnåelse af den nødvendige afbalanceringsnøjagtighed, afbalanceres drivakslen uden fedt.

Nogle ubalancer kan være helt ukorrigerbare. Hvis der observeres øget friktion i kardanleddene på drivakslen, øges den gensidige påvirkning af korrektionsplanerne. Dette fører til et fald i afbalanceringens ydeevne og nøjagtighed.

I henhold til OST 37.001.053-74 er følgende ubalancestandarder fastsat: kardanaksler med to led (to-leds understøtning) afbalanceres dynamisk, og med tre (tre-leds understøtning) – samles med mellemunderstøtningen; flangerne (gaflerne) på kardanaksler og koblinger, der vejer mere end 5 kg, afbalanceres statisk før montering af akslen eller koblingen; de resterende ubalancestandarder for kardanaksler i hver ende eller ved mellemunderstøtningen af kardanaksler med tre led evalueres ved specifik ubalance;

Den maksimalt tilladte specifikke restubalancenorm i hver ende af akslen eller ved mellemstøtten, samt for treleddede drivaksler i enhver position på balancestativet, bør ikke overstige: for transmissioner til personbiler og små lastbiler (op til 1 t) og meget små busser – 6 g-cm/kg, for resten – 10 g-cm/kg. Den maksimalt tilladte restubalancenorm for drivakslen eller den treleddede drivaksel skal sikres på balancestativet ved en rotationsfrekvens svarende til deres frekvenser i transmissionen ved køretøjets maksimale hastighed.

Bemærk: OST 37.001.053-74 er en sovjetisk standard for bilindustrien fra 1974 og citeres her som historisk reference. I moderne termer svarer 6 g·cm/kg ved 3.000 omdr/min til ca. G 19, og 10 g·cm/kg til ca. G 31 — OST-kravet ligger mellem G 16 og G 40, i overensstemmelse med ISO 21940-11-gradernes (tidligere ISO 1940-1) krav til drivaksler. Angiv nyt arbejde i ISO 21940-11-grader.

For drivaksler og treleddede drivaksler på lastbiler med en lasteevne på 4 t og derover, små og store busser, er en reduktion af rotationsfrekvensen på balanceringsstanderen til 70% af transmissionsakslernes rotationsfrekvens ved køretøjets maksimale hastighed tilladt. I henhold til OST 37.001.053-74 skal balanceringsrotationsfrekvensen for drivaksler være lig med:

n_b = (0,7 ... 1,0) n_r,

hvor n_b – balancerende rotationsfrekvens (skal svare til stativets vigtigste tekniske data, n=3000 min)^-1); n_r – maksimal arbejdsrotationsfrekvens, min.^-1.

I praksis kan drivakslen ikke afbalanceres ved den anbefalede omdrejningsfrekvens på grund af spillerummet i leddene og de fortandede forbindelser. I dette tilfælde vælges en anden rotationsfrekvens, hvor den balancerer.

4. Moderne afbalanceringsmaskiner til drivaksler

Figur 8. Afbalanceringsmaskine til drivaksler, der er op til 2 meter lange og vejer op til 500 kg

Modellen har 2 stativer og giver mulighed for at balancere i 2 korrektionsplaner.

Figur 9. Afbalanceringsmaskine til drivaksler, der er op til 4200 mm lange og vejer op til 400 kg

Modellen har 4 stativer og gør det muligt at balancere i 4 korrektionsplaner samtidigt.

Figur 10. Vandret afbalanceringsmaskine med hårde lejer til dynamisk afbalancering af drivaksler

1 – Afbalanceringsemne (drivaksel); 2 – Maskinbase; 3 – Maskinstøtter; 4 – Maskindrev; De strukturelle elementer i maskinstøtterne er vist i figur 11.

Figur 11. Maskinens støtteelementer til dynamisk afbalancering af drivaksler

1 - Venstre ikke-justerbar støtte; 2 - Mellemliggende justerbar støtte (2 stk.); 3 - Højre ikke-justerbar fast støtte; 4 - Låsehåndtag til støtteramme; 5 - Bevægelig støtteplatform; 6 - Møtrik til lodret justering af støtte; 7 - Låsehåndtag til lodret position; 8 - Spændebeslag til støtte; 9 - Bevægelig klemme med mellemleje; 10 - Låsehåndtag til klemme; 11 - Lås til spændebeslag; 12 - Drivspindel (forreste) til montering af emne; 13 - Drivspindel

5. Forberedelse til afbalancering af drivaksel

Nedenfor ser vi på opsætningen af maskinstøtterne og monteringen af afbalanceringselementet (drivaksel med fire støtter) på maskinstøtterne.

Figur 12. Montering af overgangsflanger på afbalanceringsmaskinens spindler

Figur 13. Montering af drivakslen på afbalanceringsmaskinens understøtninger

Figur 14. Nivellering af drivakslen vandret på afbalanceringsmaskinens støtter ved hjælp af et vaterpas

Figur 15. Fastgørelse af afbalanceringsmaskinens mellemstøtter for at forhindre lodret forskydning af drivakslen

Drej emnet manuelt en hel omgang. Sørg for, at det roterer frit og uden at sætte sig fast på støtterne. Herefter er den mekaniske del af maskinen sat op, og emneinstallationen er færdig.

6. Sådan afbalancerer du en drivaksel: trin-for-trin-procedure

Which kit do I need? En maskine med to understøtninger, der korrigeres i to planer (figur 8), kræver den tokanals Balanset-1A. En maskine med fire understøtninger, der korrigeres i fire planer samtidig (figur 9, og proceduren nedenfor), kræver den firekanals Balanset-4A. Måle- og beregningsforløbet er identisk; kun antallet af kanaler adskiller sig. Proceduren nedenfor er beskrevet for en firplansopsætning, mens softwarens skærmbilleder viser det samme arbejdsforløb på den toplans Balanset-1A — på Balanset-4A tilføjer de samme skærmbilleder blot planerne 3 og 4.

Processen for afbalancering af drivaksler på afbalanceringsmaskinen vil blive behandlet med målesystemet Balanset-4A som eksempel. Balanset-4A er et bærbart afbalanceringssæt designet til afbalancering i et, to, tre og fire korrektionsplaner af rotorer, enten roterende i deres egne lejer eller monteret på en afbalanceringsmaskine. Enheden inkluderer op til fire vibrationssensorer, en fasevinkelsensor, en firekanals måleenhed og en bærbar computer.

Hele afbalanceringsprocessen, herunder måling, behandling og visning af oplysninger om størrelsen og placeringen af korrigerende vægte, udføres automatisk og kræver ikke, at brugeren har yderligere færdigheder og viden ud over de medfølgende instruktioner. Resultaterne af alle afbalanceringsoperationer gemmes i afbalanceringsarkivet og kan om nødvendigt udskrives som rapporter. Ud over afbalancering kan Balanset-4A også bruges som et almindeligt vibro-tachometer, der giver mulighed for måling på fire kanaler af RMS-værdien (root mean square) af den samlede vibration, RMS af den roterende vibrationskomponent og kontrol af rotorens rotationsfrekvens.

Desuden gør enheden det muligt at vise grafer over tidsfunktionen og vibrationsspektret efter vibrationshastighed, hvilket kan være nyttigt til at vurdere den afbalancerede maskines tekniske tilstand.

Figur 16. Udvendig visning af Balanset-4A-enheden til brug som måle- og beregningssystem for kardanakselafbalanceringsmaskinen

Figur 17. Eksempel på anvendelse af Balanset-4A-enheden som måle- og beregningssystem for kardanakselafbalanceringsmaskinen

Figur 18. Hovedvindue i Balanset-softwaren: F1 - About, F5 - Vibration Meter, F7 - Balancing, F8 - Charts, F6 - Reports

Balanset-4A-enheden leveres med vibrationssensorer. Sensorerne er accelerometerbaserede; softwaren integrerer deres signal og viser vibrationshastigheden i mm/s RMS.

Figur 19. Installation af Balanset-4A's vibrationssensorer på afbalanceringsmaskinens understøtninger

Retningen af sensorernes følsomhedsakse bør matche retningen af støttens vibrationsforskydning, i dette tilfælde – horisontalt. For yderligere information om sensorinstallation, se AFBALANCERING AF ROTORER UNDER DRIFTSFORHOLD.

1. Installer vibrationssensorerne 1, 2, 3, 4 på afbalanceringsmaskinens støtter.
2. Tilslut vibrationssensorerne til stikkene X1, X2, X3, X4.
3. Monter fasevinkelsensoren (lasertachometer) 5, så det nominelle mellemrum mellem den radiale (eller ende) overflade på den afbalancerede rotor og sensorhuset ligger i området 10 til 300 mm.
4. Sæt et reflekterende båndmærke med en bredde på mindst 10-15 mm på rotorens overflade.
5. Tilslut fasevinkelsensoren til stik X5.
6. Slut måleenheden til computerens USB-port.
7. Når du bruger netstrøm, skal du slutte computeren til strømforsyningen.
8. Tilslut strømforsyningen til et 220 V, 50 Hz netværk.
9. Tænd computeren, og start Balanset-softwaren.
10. Åbn afbalanceringsarbejdsområdet med knappen "F7 - Balancing" og indstil det nødvendige antal korrektionsplaner i feltet "Plane count", så vibration måles samtidigt af vibrationssensorerne, der er tilsluttet måleenhedens indgange.
11. Et principdiagram, der illustrerer forbindelsen mellem sensorerne og måleenheden, vises på computerskærmen, som vist i figur 18.

Før du udfører afbalancering, anbefales det at foretage målinger i vibrometertilstand (F5-knappen).

Figur 20. Vibrometertilstand (F5): total vibration V1s, V2s og rotationskomponenter V1o, V2o med faserne F1, F2, vist som vibrationshastighed i mm/s RMS

Hvis den samlede vibrationsstørrelse V1s (V2s) omtrent stemmer overens med rotationskomponentens størrelse V1o (V2o), kan det antages, at hovedbidraget til mekanismens vibration skyldes rotorens ubalance. Hvis den samlede vibrationsstørrelse V1s (V2s) overstiger rotationskomponenten V1o (V2o) betydeligt, anbefales det at inspicere mekanismen – kontroller lejernes tilstand, sørg for sikker montering på fundamentet, verificer, at rotoren ikke berører stationære dele under rotation, og overvej indflydelsen fra vibrationer fra andre mekanismer osv.

At studere tidsfunktionsgraferne og vibrationsspektrene i diagramtilstanden ("F8 - Charts", fanen "F5-Spectrum (Hz)") kan være nyttigt her.

Figur 21. Tidsfunktion for vibrationer og spektrumgrafer

Grafen viser, ved hvilke frekvenser vibrationsniveauerne er højest. Hvis disse frekvenser afviger fra rotationsfrekvensen for den afbalancerede mekanismes rotor, er det nødvendigt at identificere kilderne til disse vibrationskomponenter og træffe foranstaltninger til at eliminere dem før afbalancering.

At læse spektret for en kardanaksel: 1x er ubalance, 2x kan være selve kardanleddet. En dominerende top ved rotationsfrekvensen (1x) peger på ubalance — det er dette, afbalancering fjerner. En dominerende top ved den dobbelte rotationsfrekvens (2x), især sammen med kraftig aksial vibration, peger på kryds-vinklerne, slidte krydsled eller splines, eller fejljustering: et kardanled, der arbejder i en vinkel γ, får det drevne åg til at føre og hænge efter to gange pr. omdrejning, så det skaber en 2×-komponent, selv når akslen er perfekt afbalanceret. Afbalancering fjerner den ikke — udjævn ledvinklerne (γ1 = γ2), og kontrollér leddene først. I diagramtilstanden ("F8 - Charts") viser fanen "F5-Spectrum (Hz)" spektret, og fanen "F3-1x vibration" rotationskomponenten; ved 3000 min^-1 1x = 50 Hz and 2x = 100 Hz.

Det er også vigtigt at være opmærksom på stabiliteten af målingerne i vibrometertilstand - vibrationens amplitude og fase bør ikke ændre sig med mere end 10-15% under målingen. Ellers fungerer mekanismen måske i nærheden af et resonansområde. I så fald skal rotorhastigheden justeres.

Ved firplansafbalancering af en ny rotor kræves fem kalibreringskørsler og mindst én trimkørsel (Run T) af den afbalancerede maskine. Vibrationsmålingen under maskinens første kørsel uden prøvevægt udføres som Run 0 i afbalanceringsarbejdsområdet. Efterfølgende kørsler udføres med en prøvevægt, der sekventielt monteres på drivakslen i hvert korrektionsplan (i området ved hver afbalanceringsmaskineunderstøtning).

Før hver efterfølgende kørsel skal følgende skridt tages:

• Stop rotationen af den afbalancerede maskines rotor.
• Fjern den tidligere installerede prøvevægt.
• Installer prøvevægten i det næste fly.

Figur 22. Afbalanceringsarbejdsområde (“F7 - Balancing”) under en målekørsel: Run 0 - Initial, prøvemassekørslerne Run 1 og Run 2, samt finjusteringskørslen Run T

Efter hver måling er resultaterne af rotorens rotationsfrekvens (N_ob), såvel som RMS-værdierne (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) og faserne (F₁, F₂, F₃, F₄) af vibrationen ved den afbalancerede rotors rotationsfrekvens gemmes i de tilsvarende felter i programvinduet. Efter den femte kørsel (Weight in Plane 4) vises afbalanceringsresultaterne med poldiagrammet (se figur 23), som viser de beregnede værdier for masserne (M₁, M₂, M₃, M₄) og installationsvinklerne (f₁, f₂, f₃, f₄) af de korrigerende vægte, der skal installeres på rotoren i fire planer for at kompensere for dens ubalance.

Figur 23. Poldiagram over afbalanceringsresultatet: beregnede korrektionsmasser og -vinkler for hvert plan, målt fra prøvevægtens position i rotationsretningen

Bemærk! Efter at måleprocessen er afsluttet under den femte kørsel af den afbalancerede maskine, er det nødvendigt at stoppe rotorens rotation og fjerne den tidligere installerede prøvevægt. Først derefter kan du fortsætte med at installere (eller fjerne) korrektionsvægtene på rotoren.

Vinkelpositionen for at tilføje (eller fjerne) den korrektive vægt på rotoren i det polære koordinatsystem måles fra placeringen af prøvevægten. Vinkelmåleretningen falder sammen med rotorens rotationsretning. I tilfælde af afbalancering med knive falder bladet på den afbalancerede rotor, der betinget betragtes som det første blad, sammen med prøvevægtens installationsplacering. Nummereringsretningen for knivene, der er angivet på computerskærmen, følger rotorens rotationsretning.

I denne version af programmet antages det som standard, at korrektionsvægten vil blive tilføjet på rotoren. Dette angives af markeringen i feltet "Add mass". Hvis det er nødvendigt at korrigere ubalancen ved at fjerne vægt (f.eks. ved boring), skal du sætte markeringen i feltet "Remove mass" med musen, hvorefter korrektionsvægtens vinkelposition automatisk ændres med 180 grader.

Efter montering af korrektionsvægtene på den afbalancerede rotor udføres finjusteringskørslen (Run T) for at kontrollere effektiviteten af afbalanceringen. Efter afslutning af finjusteringskørslen gemmes resultaterne af rotorens rotationsfrekvens (N_ob) og RMS-værdierne (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) og faser (F₁, F₂, F₃, F₄) af vibrationen ved den afbalancerede rotors rotationsfrekvens gemmes. Samtidig opdateres afbalanceringsresultaterne (se figur 23), som viser de beregnede parametre for yderligere korrigerende vægte, der skal monteres (eller fjernes) på rotoren for at kompensere for dens restubalance. Derudover viser dette arbejdsområde værdierne for den restubalance, der er opnået efter afbalanceringen. Hvis værdierne for restvibration og/eller restubalance for den afbalancerede rotor opfylder de toleransekrav, der er angivet i den tekniske dokumentation, kan afbalanceringsprocessen afsluttes. Ellers kan afbalanceringsprocessen fortsættes. Denne metode gør det muligt at korrigere eventuelle fejl gennem successive tilnærmelser, der kan opstå, når den korrigerende vægt monteres (fjernes) på den afbalancerede rotor.

Hvis afbalanceringsprocessen fortsætter, skal yderligere korrektionsvægte monteres (eller fjernes) på den afbalancerede rotor i henhold til de beregnede parametre, der vises i afbalanceringsresultaterne.

Rotorafbalanceringskoefficienterne (dynamiske influenskoefficienter), der beregnes ud fra resultaterne af de fem kalibreringskørsler, gemmes i computerens hukommelse og kan genbruges med funktionen "Load Coefficients", når rotorer af samme type afbalanceres.

7. Anbefalede afbalanceringsnøjagtighedsklasser for stive rotorer

Klasserne nedenfor er balancekvalitetsklasserne G fra ISO 1940-1, afløst uden ændring af værdierne af ISO 21940-11:2016. Klassen defineres som G = e_pr.·Ω, where e_pr. er den tilladte specifikke resterende ubalance (g·mm/kg = µm), og Ω = 2πn/60 er driftsvinkelhastigheden (rad/s). Den tilladte resterende ubalance fremkommer som U_pr. = 9549·G·M/n [g·mm], fordelt mellem korrektionsplanerne. Se vores ISO 1940-1 glossary entry.

Standardklassen for en drivaksel til et vejkøretøj er G 40; G 16 gælder, når tegningen eller OEM-specifikationen kræver særlige krav. Bemærk, at restubalance og vibration er separate godkendelseskriterier: vibrationen for den samlede maskine vurderes efter ISO 20816 (tidligere ISO 10816) — se vores ISO 10816-1 glossary entry.

G-klassetabellen gælder kun for stive rotorer — rotorer, hvis driftshastighed forbliver under ca. 0,5…0,7 af den første bøjningskritiske hastighed. Lange drivaksler (2 m og derover, samt enhver aksel med en mellemunderstøtning) kan nærme sig denne grænse: kontrollér akslens første kritiske hastighed mod både driftshastigheden og afbalanceringshastigheden. Hvis akslen er fleksibel ved driftshastighed, brug en modal/flerhastighedsprocedure (ISO 21940-12) — en toplans stiv-rotor-korrektion holder ikke i så fald.

Tabel 2. Anbefalede afbalanceringsnøjagtighedsklasser for stive rotorer.

Typer af maskiner (rotorer)	Klasse for afbalanceringsnøjagtighed	Balance quality grade G = epr.·Ω, mm/s
Drivkrumtapaksler (strukturelt ubalancerede) til store marine dieselmotorer med lav hastighed (stempelhastighed mindre end 9 m/s)	G 4000	4000
Drivkrumtapaksler (strukturelt afbalancerede) til store marine-dieselmotorer med lav hastighed (stempelhastighed mindre end 9 m/s)	G 1600	1600
Drivkrumtapaksler (strukturelt ubalancerede) på vibrationsisolatorer	G 630	630
Drivkrumtapaksler (strukturelt ubalancerede) på stive understøtninger	G 250	250
Stempelmotorer samlet til personbiler, lastbiler og lokomotiver	G 100	100
Drivkrumtapaksler (strukturelt afbalancerede) på vibrationsisolatorer	G 40	40
Bilhjul, hjulfælge, hjulsæt, kardanaksler	G 40	40
Landbrugsmaskiner	G 16	16
Drivkrumtapaksler (afbalancerede) på stive støtter	G 16	16
Knusere	G 16	16
Drivaksler (propeller-/kardanaksler) med særlige krav	G 16	16
Gasturbiner til fly	G 6.3	6.3
Centrifuger (separatorer, bundfældningsanlæg)	G 6.3	6.3
Elektriske motorer og generatorer (med en akselhøjde på mindst 80 mm) med en maksimal nominel omdrejningshastighed på op til 950 min.-1	G 6.3	6.3
Elektriske motorer med en akselhøjde på mindre end 80 mm	G 6.3	6.3
Fans	G 6.3	6.3
Geardrev	G 6.3	6.3
Maskiner til generelle formål	G 6.3	6.3
Skæremaskiner til metal	G 6.3	6.3
Maskiner til papirfremstilling	G 6.3	6.3
Pumper	G 6.3	6.3
Turbolader	G 6.3	6.3
Vandturbiner	G 6.3	6.3
Kompressorer	G 6.3	6.3
Computerstyrede drev	G 2,5	2.5
Elektriske motorer og generatorer (med en akselhøjde på mindst 80 mm) med en maksimal nominel omdrejningshastighed på over 950 min.-1	G 2,5	2.5
Gas- og dampturbiner	G 2,5	2.5
Drev til metalskæremaskiner	G 2,5	2.5
Tekstilmaskiner	G 2,5	2.5
Drev til lyd- og videoudstyr	G 1	1
Drev til slibemaskiner	G 1	1
Spindler og drev til højpræcisionsudstyr	G 0,4	0.4

Ofte stillede spørgsmål om afbalancering af drivaksel

Hvad er afbalancering af drivaksel?

Afbalancering af drivaksel er processen med at korrigere enhver masseubalance i en drivaksel, så den roterer jævnt uden at forårsage vibrationer. Dette involverer at måle, hvor akslen er tungere på den ene side, og derefter tilføje eller fjerne små mængder vægt (for eksempel ved at svejse afbalanceringsvægte) for at modvirke denne ubalance. En afbalanceret drivaksel kører jævnt, hvilket forhindrer overdreven vibration og slid på køretøjets komponenter.

Hvorfor er det vigtigt at afbalancere drivakslen?

En ubalanceret drivaksel kan føre til kraftige vibrationer, især ved bestemte hastigheder, og kan forårsage klonkende lyde under acceleration eller gearskift. Med tiden kan disse vibrationer beskadige lejer, universalled og andre komponenter i drivlinjen. Afbalancering af drivakslen eliminerer disse vibrationer, hvilket sikrer en mere jævn kørsel, reducerer belastningen på dele og forhindrer dyre skader eller nedetid.

Hvad er almindelige symptomer på en ubalanceret drivaksel?

Typiske symptomer på en ubalanceret eller defekt kardanaksel inkluderer mærkbar vibration eller rystelser i bilens gulv eller sæde, især når hastigheden øges. Du kan også høre bankende eller raslende lyde, når du skifter gear eller under acceleration og deceleration. I nogle tilfælde kan universalleddet overophede på grund af ubalance. Hvis du observerer disse tegn, er det sandsynligt, at kardanakslen skal afbalanceres eller repareres.

Hvordan afbalancerer man en drivaksel?

Afbalancering af drivaksler udføres normalt med en specialiseret afbalanceringsmaskine. Drivakslen monteres og drejes med høj hastighed, mens sensorer registrerer eventuel ubalance. En tekniker fastgør derefter små vægte på drivakslen (eller fjerner materiale) på bestemte positioner baseret på maskinens aflæsninger. Denne proces gentages, indtil drivakslen roterer uden betydelig vibration. Moderne systemer som Balanset-4A kan guide denne proces og beregne præcis, hvor og hvor meget vægt der skal tilføjes for en nøjagtig afbalancering.

Konklusion

Afslutningsvis er korrekt afbalancering af drivakslen afgørende for sikkerhed, ydeevne og omkostningsbesparelser. Ved at opdage og korrigere ubalance forhindrer du unødvendigt slid på dele, undgår skadelige nedbrud og opretholder optimal maskinydelse. Moderne afbalanceringssystemer som vores Balanset-1A- og Balanset-4A-enheder gør processen effektiv og hjælper selv små værksteder med at opnå professionelle resultater.

Hvis du oplever vedvarende vibrationer i drivakslen eller har brug for en pålidelig afbalanceringsløsning, så tøv ikke med at handle. Følg trinene beskrevet i denne vejledning, eller kontakt vores eksperter for at få hjælp. Med den rigtige tilgang og det rigtige udstyr kan du sikre, at din drivaksel kører problemfrit og pålideligt i mange år fremover. Kontakt os for at lære mere eller udforske det bedste udstyr til afbalancering af drivaksler til dine behov.