Inhaltsübersicht

• 1. Arten von Antriebswellen
• 2. Fehlfunktionen des Kardanantriebs
• 3. Auswuchten der Antriebswelle
• 4. Moderne Auswuchtmaschinen für Antriebswellen
• 5. Vorbereitung zum Auswuchten der Antriebswelle
• 6. Auswuchten der Antriebswelle
• 7. Empfohlene Auswucht-Genauigkeitsklassen für starre Rotoren

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1. Arten von Antriebswellen

Ein Kardanantrieb (Antriebswelle) ist ein Mechanismus, der ein Drehmoment zwischen Wellen überträgt, die sich in der Mitte des Kardans kreuzen und sich in einem Winkel zueinander bewegen können. In einem Fahrzeug überträgt die Kardanwelle das Drehmoment vom Getriebe (oder Verteilergetriebe) auf die angetriebenen Achsen im Falle eines klassischen oder Allradantriebs. Bei Fahrzeugen mit Allradantrieb verbindet das Kardangelenk in der Regel die Antriebswelle des Getriebes mit der Antriebswelle des Verteilergetriebes und die Antriebswellen des Verteilergetriebes mit den Antriebswellen der Hauptantriebe der angetriebenen Achsen.

Die am Rahmen montierten Einheiten (z. B. Getriebe und Verteilergetriebe) können sich aufgrund der Verformung ihrer Träger und des Rahmens selbst relativ zueinander bewegen. Die Antriebsachsen sind über die Aufhängung am Rahmen befestigt und können sich aufgrund der Verformung der elastischen Elemente der Aufhängung relativ zum Rahmen und den daran befestigten Einheiten bewegen. Durch diese Bewegung können sich nicht nur die Winkel der Antriebswellen, die die Einheiten verbinden, sondern auch der Abstand zwischen den Einheiten ändern.

Der Kardanantrieb hat einen entscheidenden Nachteil: die ungleichmäßige Drehung der Wellen. Wenn sich eine Welle gleichmäßig dreht, dreht sich die andere nicht, und diese Ungleichmäßigkeit nimmt mit dem Winkel zwischen den Wellen zu. Diese Einschränkung verhindert den Einsatz eines Kardanantriebs in vielen Anwendungen, z. B. im Getriebe von Fahrzeugen mit Frontantrieb, bei denen es in erster Linie um die Übertragung des Drehmoments auf die drehenden Räder geht. Dieser Nachteil kann teilweise durch die Verwendung von Doppelkreuzgelenken auf einer Welle ausgeglichen werden, die um eine Vierteldrehung zueinander gedreht werden. Bei Anwendungen, die eine gleichmäßige Drehung erfordern, werden jedoch in der Regel Gleichlaufgelenke (CV-Gelenke) verwendet. Gleichlaufgelenke sind eine fortschrittlichere, aber auch komplexere Konstruktion, die denselben Zweck erfüllt.

Kardanantriebe können aus einem oder mehreren Kardangelenken bestehen, die durch Antriebswellen und Zwischenlager verbunden sind.

Abbildung 1. Schema eines Kardanantriebs: 1, 4, 6 - Antriebswellen; 2, 5 - Kreuzgelenke; 3 - Ausgleichsverbindung; u1, u2 - Winkel zwischen den Wellen

Ein Kardanantrieb besteht im Allgemeinen aus den Kardangelenken 2 und 5, den Antriebswellen 1, 4 und 6 sowie einer Ausgleichsverbindung 3. Manchmal ist die Antriebswelle auf einem Zwischenträger montiert, der am Querträger des Fahrzeugrahmens befestigt ist. Kreuzgelenke gewährleisten die Übertragung von Drehmomenten zwischen Wellen, deren Achsen sich in einem Winkel schneiden. Kreuzgelenke werden in ungleichförmige und Gleichlaufgelenke unterteilt. Die ungleichförmigen Gelenke werden in elastische und starre Typen unterteilt. Gleichlaufgelenke können als Kugelgelenke mit Teilungsrillen, als Kugelgelenke mit Teilungshebel oder als Nockengelenke ausgeführt sein. Sie werden in der Regel in den Antrieb der vorlaufgesteuerten Räder eingebaut, wobei der Winkel zwischen den Wellen bis zu 45° betragen kann und der Mittelpunkt des Kardangelenks mit dem Schnittpunkt der Drehachsen des Rads und seiner Wendeachse zusammenfallen muss.

Elastische Kreuzgelenke übertragen ein Drehmoment zwischen Wellen, deren Achsen sich in einem Winkel von 2...3° schneiden, aufgrund der elastischen Verformung der Verbindungselemente. Ein starres Gleichlaufgelenk überträgt das Drehmoment von einer Welle auf eine andere durch die bewegliche Verbindung von starren Teilen. Es besteht aus zwei Jochen - 3 und 5 -, in deren zylindrischen Bohrungen die Enden A, B, V und G des Verbindungselements - des Kreuzes 4 - gelagert sind. Die Joche sind starr mit den Wellen 1 und 2 verbunden. Das Joch 5 kann sich um die Achse BG des Kreuzes drehen und sich gleichzeitig mit dem Kreuz um die Achse AV drehen, wodurch die Übertragung der Drehung von einer Welle auf die andere mit einem sich ändernden Winkel zwischen ihnen ermöglicht wird.

Abbildung 2. Schema eines starren Kreuzgelenks mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit

Wenn sich die Welle 7 um einen Winkel α um ihre Achse dreht, dann dreht sich die Welle 2 im gleichen Zeitraum um einen Winkel β. Die Beziehung zwischen den Drehwinkeln der Wellen 7 und 2 wird durch den folgenden Ausdruck bestimmt tanα = tanβ * cosγ, wobei γ der Winkel ist, in dem die Achsen der Wellen stehen. Dieser Ausdruck zeigt an, dass der Winkel β manchmal kleiner, gleich oder größer als der Winkel α ist. Die Gleichheit dieser Winkel tritt alle 90° der Drehung der Welle 7 auf. Daher ist die Winkelgeschwindigkeit der Welle 2 bei gleichmäßiger Drehung der Welle 1 ungleichmäßig und schwankt nach einem sinusförmigen Gesetz. Die Ungleichförmigkeit der Drehung von Welle 2 wird umso größer, je größer der Winkel γ zwischen den Achsen der Wellen ist.

Wird die ungleichmäßige Drehung der Welle 2 auf die Wellen der Aggregate übertragen, treten bei der Übertragung zusätzliche pulsierende Belastungen auf, die mit dem Winkel γ zunehmen. Um zu verhindern, dass die ungleichmäßige Drehung der Welle 2 auf die Wellen der Aggregate übertragen wird, werden im Kardanantrieb zwei Kreuzgelenke eingesetzt. Sie werden so eingebaut, dass die Winkel γ1 und γ2 gleich groß sind; die Gabeln der Kreuzgelenke, die auf der ungleichmäßig drehenden Welle 4 befestigt sind, sollten in der gleichen Ebene liegen.

Der Aufbau der Hauptbestandteile von Kreuzgelenkantrieben ist in Abbildung 3 dargestellt. Ein ungleichförmiges Kreuzgelenk besteht aus zwei Gabeln (1), die durch ein Kreuz (3) verbunden sind. Eine der Gabeln ist manchmal mit einem Flansch versehen, während die andere mit dem Rohr der Antriebswelle verschweißt ist oder ein mit Keilnuten versehenes Ende (6) (oder eine Hülse) zur Verbindung mit der Antriebswelle aufweist. Die Zapfen des Kreuzes sind in den Augen der beiden Gabeln auf Nadellagern (7) montiert. Jedes Lager ist in einem Gehäuse (2) untergebracht und wird im Auge der Gabel mit einer Kappe gehalten, die mit zwei Schrauben an der Gabel befestigt ist, die durch Laschen an der Unterlegscheibe gesichert sind. In einigen Fällen sind die Lager mit Sprengringen in den Jochs befestigt. Um die Schmierung im Lager aufrechtzuerhalten und es vor Wasser und Schmutz zu schützen, gibt es eine selbstspannende Gummidichtung. Der innere Hohlraum des Kreuzes wird über einen Schmiernippel mit Schmierfett gefüllt, das zu den Lagern gelangt. Das Kreuz hat in der Regel ein Sicherheitsventil, um die Dichtung vor Beschädigungen durch den Druck des in das Kreuz gepumpten Fetts zu schützen. Die Keilwellenverbindung (6) wird über den Schmiernippel (5) geschmiert.

Abbildung 3. Einzelheiten eines starren Kreuzgelenks mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit

Der maximale Winkel zwischen den Achsen von Wellen, die durch starre Kreuzgelenke mit ungleichmäßiger Geschwindigkeit verbunden sind, beträgt normalerweise nicht mehr als 20°, da der Wirkungsgrad bei größeren Winkeln deutlich abnimmt. Wenn der Winkel zwischen den Wellenachsen innerhalb von 0...2% variiert, werden die Zapfen des Kreuzes von den Nadellagern verformt, wodurch das Kreuzgelenk schnell versagt.

In den Getrieben von Hochgeschwindigkeits-Raupenfahrzeugen werden häufig Kreuzgelenke mit Zahnkupplungsarten verwendet, die die Übertragung von Drehmomenten zwischen Wellen mit Achsenkreuzungswinkeln bis zu 1,5...2° ermöglichen.

Antriebswellen werden in der Regel aus nahtlosen oder geschweißten Spezialstahlrohren hergestellt. Die Gabeln der Kardangelenke, Keilwellenmuffen oder Spitzen sind mit den Rohren verschweißt. Um die auf die Antriebswelle wirkenden Querkräfte zu verringern, werden die Kardangelenke dynamisch ausgewuchtet. Die Unwucht wird durch das Anschweißen von Wuchtblechen an die Antriebswelle oder manchmal auch durch das Anbringen von Wuchtblechen unter den Lagerdeckeln der Kreuzgelenke korrigiert. Die relative Lage der verzahnten Verbindungsteile nach der Montage und dem Auswuchten des Kardanantriebs im Werk wird in der Regel mit speziellen Etiketten gekennzeichnet.

Die Ausgleichsverbindung des Kardanantriebs wird in der Regel in Form einer Keilverbindung ausgeführt, die eine axiale Bewegung der Kardanantriebsteile ermöglicht. Sie besteht aus einer verzahnten Spitze, die in die verzahnte Hülse des Kardanantriebs passt. Die Schmierung wird über einen Schmiernippel in die Keilverbindung eingeführt oder bei der Montage aufgetragen und nach längerem Gebrauch des Fahrzeugs ausgetauscht. In der Regel werden eine Dichtung und ein Deckel eingebaut, um Fettaustritt und Verschmutzung zu verhindern.

Bei langen Antriebswellen werden in der Regel Zwischenlager im Kardanantrieb eingesetzt. Ein Zwischenlager besteht in der Regel aus einem mit dem Fahrzeugrahmenquerträger verschraubten Winkel, in dem ein Kugellager in einem gummielastischen Ring gelagert ist. Das Lager ist beidseitig mit Kappen abgedichtet und verfügt über eine Schmiervorrichtung. Der elastische Gummiring hilft, Montageungenauigkeiten und Lagerfehlstellungen auszugleichen, die aufgrund von Rahmenverformungen auftreten können.

Ein Kreuzgelenk mit Nadellagern (Abbildung 4a) besteht aus Gabeln, einem Kreuz, Nadellagern und Dichtungen. Die Lagerschalen mit Nadellagern werden auf die Zapfen des Kreuzes aufgesetzt und mit Dichtungen abgedichtet. Die Lagerschalen werden mit Sprengringen oder Kappen, die mit Schrauben befestigt werden, in den Jochs befestigt. Die Schmierung der Kardangelenke erfolgt über einen Schmiernippel durch Innenbohrungen im Kreuz. Ein Sicherheitsventil sorgt dafür, dass kein übermäßiger Öldruck im Gelenk entsteht. Bei gleichmäßiger Drehung des treibenden Jochs dreht sich das angetriebene Joch ungleichmäßig: Es läuft dem treibenden Joch zweimal pro Umdrehung voraus und nach. Um die ungleichmäßige Drehung zu beseitigen und die Trägheitslasten zu verringern, werden zwei Kreuzgelenke verwendet.

Im Antrieb zu den vorderen Antriebsrädern sind Gleichlaufgelenke eingebaut. Der Gleichlaufgelenkantrieb der Fahrzeuge GAZ-66 und ZIL-131 besteht aus den Gabeln 2, 5 (Abbildung 4b), vier Kugeln 7 und einer zentralen Kugel 8. Die treibende Gabel 2 ist fest mit der inneren Achswelle verbunden, während die getriebene Gabel mit der äußeren Achswelle zusammengeschmiedet ist, an deren Ende die Radnabe befestigt ist. Das Antriebsmoment von der Antriebsgabel 2 auf die Antriebsgabel 5 wird durch Kugeln 7 übertragen, die sich entlang kreisförmiger Nuten in den Gabeln bewegen. Die zentrale Kugel 8 dient zur Zentrierung der Joche und wird durch Bolzen 3, 4 gehalten. Die Drehfrequenz der Joche 2, 5 ist aufgrund der Symmetrie des Mechanismus in Bezug auf die Joche gleich. Die Änderung der Wellenlänge wird durch die freie Keilverbindung der Joche mit der Welle gewährleistet.

Abbildung 4. Kreuzgelenke: a - Kreuzgelenk: 1 - Kappe; 2 - Hülse; 3 - Nadellager; 4 - Dichtung; 5, 9 - Gabeln; 6 - Sicherheitsventil; 7 - Kreuz; 8 - Schmiernippel; 10 - Schraube; b - Gleichlaufgelenk: 1 - innere Achswelle; 2 - treibende Gabel; 3, 4 - Bolzen; 5 - angetriebene Gabel; 6 - äußere Achswelle; 7 - Kugeln; 8 - Zentralkugel

2. Fehlfunktionen des Kardanantriebs

Fehlfunktionen des Kardanantriebs äußern sich in der Regel durch heftige Schläge in den Kardangelenken, die während der Fahrt auftreten, insbesondere beim Schalten zwischen den Gängen und bei plötzlichen Erhöhungen der Motorkurbelwellendrehzahl (z. B. beim Übergang von der Motorbremse zur Beschleunigung). Ein Anzeichen für eine Fehlfunktion des Kardangelenks kann seine Erhitzung auf eine hohe Temperatur (über 100 °C) sein. Dies geschieht aufgrund eines starken Verschleißes der Buchsen und Zapfen des Kreuzgelenks, der Nadellager, der Kreuze und der Keilverbindungen, was zu einer Fehlausrichtung des Kreuzgelenks und zu erheblichen axialen Stoßbelastungen der Nadellager führt. Eine Beschädigung der Korkdichtungen des Kardankreuzes führt zu einem schnellen Verschleiß des Zapfens und seines Lagers.

Bei der Wartung wird der Kardanantrieb durch scharfes Drehen der Antriebswelle von Hand in beide Richtungen geprüft. Der Grad der freien Drehbarkeit der Welle bestimmt den Verschleiß der Kreuzgelenke und Keilwellenverbindungen. Alle 8-10 Tausend Kilometer wird der Zustand der Schraubverbindungen der Flansche der angetriebenen Welle des Getriebes und der Antriebswelle des Hauptgetriebes mit den Flanschen der Endkreuzgelenke sowie die Befestigung der Zwischenstütze der Antriebswelle überprüft. Der Zustand der Gummimanschetten an den Keilwellenverbindungen und der Korkdichtungen des Kreuzgelenkes wird ebenfalls überprüft. Alle Befestigungsschrauben müssen fest angezogen sein (Anzugsmoment 8-10 kgf-m).

Die Nadellager der Kreuzgelenke werden mit Flüssigöl geschmiert, das für das Getriebe verwendet wird; die Keilwellenverbindungen werden in den meisten Fahrzeugen mit Fetten (US-1, US-2, 1-13 usw.) geschmiert; die Verwendung von Fett für die Schmierung der Nadellager ist streng verboten. In einigen Fahrzeugen werden die Keilwellenverbindungen mit Getriebeöl geschmiert. Das in einer Gummimanschette gelagerte Zwischenlager muss praktisch nicht geschmiert werden, da es bei der Montage im Werk geschmiert wird. Das Stützlager des Fahrzeugs ZIL-130 wird bei der regelmäßigen Wartung (alle 1100-1700 km) über einen Druckanschluss mit Fett geschmiert.

Abbildung 5. Kardanantrieb: 1 - Flansch zur Befestigung der Antriebswelle; 2 - Kardankreuz; 3 - Kardangelenkgabel; 4 - Gleitgabel; 5 - Antriebswellenrohr; 6 - Nadellager mit geschlossenem Ende

Der Kardanantrieb besteht aus zwei nadelgelagerten Kreuzgelenken, die durch eine Hohlwelle verbunden sind, und einer Gleitgabel mit Evolventenverzahnung. Um einen zuverlässigen Schutz vor Verschmutzung und eine gute Schmierung der Keilwellenverbindung zu gewährleisten, ist die Gleitgabel (6), die mit der Sekundärwelle (2) des Getriebes verbunden ist, in einer am Getriebegehäuse angebrachten Verlängerung (1) untergebracht. Darüber hinaus erhöht diese Anordnung der Keilverbindung (außerhalb des Bereichs zwischen den Gelenken) die Steifigkeit des Kardanantriebs erheblich und verringert die Wahrscheinlichkeit von Wellenschwingungen, wenn die Gleitkeilverbindung verschleißt.

Die Antriebswelle besteht aus einem dünnwandigen, elektrisch geschweißten Rohr (8), in das an jedem Ende zwei identische Gabeln (9) eingepresst und anschließend durch Lichtbogenschweißen verschweißt werden. Die Nadellagergehäuse (18) des Kreuzes (25) sind in die Augen der Joche (9) eingepresst und mit Federringen (20) gesichert. Jedes Kardanlager enthält 22 Nadeln (21). Auf die vorstehenden Zapfen der Kreuze werden gestanzte Kappen (24) aufgepresst, in die Korkringe (23) eingesetzt werden. Die Schmierung der Lager erfolgt über einen Winkelschmiernippel (17), der in eine Gewindebohrung in der Mitte des Kreuzes eingeschraubt und mit Durchgangsbohrungen in den Zapfen des Kreuzes verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kreuzes befindet sich in der Mitte des Kreuzes ein Sicherheitsventil (16), das dazu dient, überschüssiges Fett beim Befüllen des Kreuzes und der Lager abzulassen und einen Druckaufbau im Inneren des Kreuzes während des Betriebs zu verhindern (das Ventil wird bei einem Druck von etwa 3,5 kg/cm² aktiviert). Die Notwendigkeit, ein Sicherheitsventil einzubauen, ergibt sich aus der Tatsache, dass ein übermäßiger Druckanstieg im Inneren des Kreuzes zu einer Beschädigung (Extrusion) der Korkdichtungen führen kann.

Abbildung 6. Montage der Antriebswelle: 1 - Getriebeverlängerung; 2 - Sekundärwelle des Getriebes; 3 und 5 - Schmutzabweiser; 4 - Gummidichtungen; 6 - Schiebejoch; 7 - Ausgleichsplatte; 8 - Antriebswellenrohr; 9 - Joch; 10 - Flanschjoch; 11 - Schraube; 12 - Flansch des Hinterachsgetriebes; 13 - Federscheibe; 14 - Mutter; 15 - Hinterachse; 16 - Sicherheitsventil; 17 - Winkelschmiernippel; 18 - Nadellager; 19 - Jochauge; 20 - Federhaltering; 21 - Nadel; 22 - Scheibe mit toroidalem Ende; 23 - Korkring; 24 - gestanzte Kappe; 25 - Kreuz

Die mit den beiden Kreuzgelenken montierte Antriebswelle wird an beiden Enden sorgfältig dynamisch ausgewuchtet, indem Wuchtplatten (7) an das Rohr geschweißt werden. Daher müssen bei der Demontage der Welle alle Teile sorgfältig markiert werden, damit sie in ihrer ursprünglichen Position wieder zusammengebaut werden können. Bei Nichtbeachtung dieser Vorschrift wird das Gleichgewicht der Welle gestört, was zu Schwingungen führt, die das Getriebe und die Karosserie beschädigen können. Wenn einzelne Teile verschleißen, insbesondere wenn sich das Rohr durch Stöße verbiegt und die Welle nach dem Zusammenbau nicht mehr dynamisch ausgewuchtet werden kann, muss die gesamte Welle ausgetauscht werden.

Mögliche Fehlfunktionen der Antriebswelle, ihre Ursachen und Lösungen

Ursache der Störung	Lösung
Vibrationen der Antriebswelle
1. Durchbiegung der Welle durch ein Hindernis	1. Die montierte Welle ausrichten und dynamisch auswuchten oder die montierte Welle ersetzen
2. Lager- und Kreuzverschleiß	2. Lager und Kreuze austauschen und die montierte Welle dynamisch auswuchten
3. Abnutzung der Verlängerungsbuchsen und des Gleitbügels	3. Setzen Sie die Verlängerung und den Gleitbügel wieder ein und wuchten Sie die montierte Welle dynamisch aus
Klopfen beim Anfahren und Ausrollen
1. Verschleiß der Schiebejochverzahnung oder der sekundären Getriebewelle	1. Verschlissene Teile austauschen. Beim Auswechseln des Gleitbügels die montierte Welle dynamisch auswuchten
2. Lose Schrauben zur Befestigung des Flanschjochs am Flansch des Hinterachsgetriebes	2. Bolzen anziehen
Ölwurf aus Kardandichtungen
Abnutzung von Korkringen in Kardangelenkdichtungen	Ersetzen Sie die Korkringe und achten Sie beim Wiederzusammenbau auf die relative Position aller Teile der Antriebswelle. Bei Verschleiß der Kreuze und Lager die Lager und Kreuze austauschen und die montierte Welle dynamisch auswuchten

3. Auswuchten der Antriebswelle

Nach der Reparatur und dem Zusammenbau der Antriebswelle wird diese auf einer Maschine dynamisch ausgewuchtet. Abbildung 7 zeigt den Aufbau einer Auswuchtmaschine. Die Maschine besteht aus einer Platte (18) und einem Pendelrahmen (8), der auf vier vertikalen elastischen Stangen (3) montiert ist, die seine Schwingung in der horizontalen Ebene gewährleisten. An den Längsrohren des Pendelrahmens (8) sind eine Konsole und ein vorderer Spindelstock (9) angebracht, die an einer Konsole (4) befestigt sind. Der hintere Spindelstock (6) befindet sich auf einer beweglichen Traverse (5), die ein dynamisches Auswuchten von Antriebswellen unterschiedlicher Länge ermöglicht. Die Spindeln des Spindelstocks sind in Präzisionskugellagern gelagert. Die Spindel des vorderen Spindelstocks (9) wird von einem im Maschinengestell installierten Elektromotor über einen Keilriemenantrieb und eine Zwischenwelle angetrieben, auf der ein Schenkel (10) (Teilscheibe) montiert ist. Außerdem sind auf der Maschinenplatte (18) zwei Ständer (15) mit versenkbaren Sperrstiften (17) angebracht, die die Befestigung des vorderen und hinteren Endes des Pendelrahmens je nach Auswuchten des vorderen oder hinteren Endes der Antriebswelle gewährleisten.

Abbildung 7. Dynamische Auswuchtmaschine für Antriebswellen

1-Klemme; 2-Dämpfer; 3-Elastikstab; 4-Halterung; 5-bewegliche Traverse; 6-hinterer Spindelstock; 7-Querstange; 8-Pendelrahmen; 9-vorderer Antriebsspindelstock; 10-Schenkel-Scheibe; 11-Millivoltmeter; 12-Schenkel der Kommutator-Gleichrichter-Welle; 13-magnetoelektrischer Sensor; 14-fester Ständer; 15-Fixator-Ständer; 16-Träger; 17-Fixator; 18-Trägerplatte

Die festen Ständer (14) sind an der Rückseite der Maschinenplatte angebracht, und an ihnen sind magnetoelektrische Sensoren (13) installiert, deren Stangen mit den Enden des Pendelrahmens verbunden sind. Um Resonanzschwingungen des Rahmens zu vermeiden, sind unter den Halterungen (4) mit Öl gefüllte Dämpfer (2) angebracht.

Beim dynamischen Auswuchten wird die Antriebswellenbaugruppe mit dem Schiebejoch an der Maschine installiert und befestigt. Ein Ende der Antriebswelle wird über ein Flanschjoch mit dem Flansch des vorderen Antriebsspindelstocks verbunden, das andere Ende über den Traghals des Schiebejochs mit der Keilnutbuchse des hinteren Spindelstocks. Dann wird die Leichtgängigkeit der Antriebswelle geprüft und ein Ende des Pendelrahmens der Maschine mit dem Fixator befestigt. Nach dem Anlassen der Maschine wird der Schenkel des Gleichrichters gegen den Uhrzeigersinn gedreht, so dass die Nadel des Millivoltmeters ihren Höchstwert erreicht. Die Anzeige des Millivoltmeters entspricht der Größe der Unwucht. Die Skala des Millivoltmeters ist in Gramm-Zentimetern oder Gramm Gegengewicht eingeteilt. Durch weiteres Drehen des Gleichrichterschenkels gegen den Uhrzeigersinn wird der Millivoltmeterwert auf Null gebracht, und die Maschine wird angehalten. Anhand der Ablesung des Gleichrichterschenkels wird die Winkelverschiebung (Unwuchtverschiebungswinkel) bestimmt, und durch manuelles Drehen der Antriebswelle wird dieser Wert auf dem Zwischenwellenschenkel eingestellt. Die Schweißstelle der Ausgleichsplatte befindet sich oben auf der Antriebswelle, der gewichtete Teil unten in der Ausgleichsebene. Dann wird die Ausgleichsplatte befestigt und mit dünnem Draht in einem Abstand von 10 mm von der Schweißstelle abgebunden, die Maschine gestartet und die Unwucht des Antriebswellenendes mit der Platte geprüft. Die Unwucht sollte nicht mehr als 70 g cm betragen. Nach dem Lösen des einen Endes und der Befestigung des anderen Endes des Pendelrahmens mit dem Fixierständer wird das andere Ende der Antriebswelle nach dem oben beschriebenen technologischen Ablauf dynamisch ausgewuchtet.

Antriebswellen weisen einige Auswuchtmerkmale auf. Bei den meisten Teilen ist die Basis für das dynamische Auswuchten der Lagerzapfen (z. B. Rotoren von Elektromotoren, Turbinen, Spindeln, Kurbelwellen usw.), bei Antriebswellen sind es die Flansche. Bei der Montage kommt es unvermeidlich zu Lücken in den verschiedenen Verbindungen, die zu Unwucht führen. Wenn die minimale Unwucht beim Auswuchten nicht erreicht werden kann, wird die Welle zurückgewiesen. Die Genauigkeit des Auswuchtens wird durch die folgenden Faktoren beeinflusst:

• Spalt in der Verbindung zwischen dem Steg des Antriebswellenflansches und der Innenbohrung des Klemmflansches des linken und rechten Stützbocks;
• Radial- und Endschlag der Grundflächen des Flansches;
• Lücken in den Scharnier- und Keilwellenverbindungen. Das Vorhandensein von Fett im Hohlraum der Keilwellenverbindung kann zu einer "schwimmenden" Unwucht führen. Wenn dadurch die erforderliche Auswuchtgenauigkeit nicht erreicht wird, wird die Antriebswelle ohne Fett ausgewuchtet.

Einige Unwuchten können völlig unkorrigierbar sein. Wird eine erhöhte Reibung in den Kreuzgelenken der Antriebswelle festgestellt, erhöht sich die gegenseitige Beeinflussung der Ausgleichsebenen. Dies führt zu einer Abnahme der Leistung und Genauigkeit des Auswuchtens.

Gemäß OST 37.001.053-74 sind die folgenden Unwuchtnormen festgelegt: Antriebswellen mit zwei Gelenken (Zweigelenkwellen) werden dynamisch ausgewuchtet, und mit drei Gelenken (Dreigelenkwellen) werden mit dem Zwischenlager montiert; die Flansche (Joche) von Antriebswellen und Kupplungen mit einem Gewicht von mehr als 5 kg werden vor der Montage der Welle oder Kupplung statisch ausgewuchtet; die Restunwuchtnormen für Antriebswellen an jedem Ende oder am Zwischenlager von Dreigelenkwellen werden durch spezifische Unwucht bewertet;

Die höchstzulässige spezifische Restunwucht an jedem Wellenende oder an der Zwischenlagerung sowie für Dreigelenkwellen in beliebiger Lage auf dem Wuchtstand darf nicht überschritten werden: für Getriebe von Personenkraftwagen und Kleinlastkraftwagen (bis 1 t) und Kleinstbussen - 6 g-cm/kg, für die übrigen - 10 g-cm/kg. Die maximal zulässige Restunwuchtnorm der Antriebswelle oder der Dreigelenkwelle sollte auf dem Auswuchtstand bei einer Drehfrequenz sichergestellt werden, die ihren Frequenzen im Getriebe bei der maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht.

Für Antriebswellen und Dreigelenk-Antriebswellen von Lastkraftwagen mit einer Nutzlast von 4 t und mehr, kleinen und großen Bussen ist eine Reduzierung der Drehfrequenz auf dem Auswuchtstand auf 70% der Drehfrequenz der Antriebswellen bei der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs zulässig. Gemäß OST 37.001.053-74 sollte die Auswucht-Drehfrequenz von Antriebswellen gleich sein:

n_b = (0.7 ... 1.0) n_r,

wobei n_b - Rotationsfrequenz des Auswuchtens (sollte den technischen Hauptdaten des Ständers entsprechen, n=3000 min^-1; n_r - maximale Arbeitsdrehfrequenz, min^-1.

In der Praxis kann die Antriebswelle aufgrund des Spalts in den Gelenken und den Keilwellenverbindungen nicht bei der empfohlenen Drehfrequenz ausgewuchtet werden. In diesem Fall wird eine andere Drehfrequenz gewählt, bei der sie ausgewuchtet wird.

4. Moderne Auswuchtmaschinen für Antriebswellen

Abbildung 8. Auswuchtmaschine für Antriebswellen mit einer Länge von bis zu 2 Metern und einem Gewicht von bis zu 500 kg

Das Modell hat 2 Ständer und ermöglicht das Balancieren in 2 Korrekturebenen.

Auswuchtmaschine für Antriebswellen bis zu 4200 mm Länge und 400 kg Gewicht

Abbildung 9. Auswuchtmaschine für Antriebswellen mit einer Länge von bis zu 4200 mm und einem Gewicht von bis zu 400 kg

Das Modell hat 4 Ständer und ermöglicht das Auswuchten in 4 Korrekturebenen gleichzeitig.

Abbildung 10. Horizontale Hartlager-Auswuchtmaschine zum dynamischen Auswuchten von Antriebswellen

1 - Auswuchtelement (Antriebswelle); 2 - Maschinensockel; 3 - Maschinenträger; 4 - Maschinenantrieb; Die Strukturelemente der Maschinenträger sind in Abbildung 9 dargestellt.

Abbildung 11. Maschinenstützelemente für das dynamische Auswuchten von Antriebswellen

1 - Linke, nicht verstellbare Stütze; 2 - Verstellbare Zwischenstütze (2 Stück); 3 - Rechte, nicht verstellbare, feste Stütze; 4 - Verriegelungsgriff des Stützenrahmens; 5 - Bewegliche Stützenplattform; 6 - Vertikale Verstellmutter der Stütze; 7 - Verriegelungsgriffe für die vertikale Position; 8 - Klemmbügel der Stütze; 9 - Bewegliche Klemme des Zwischenlagers; 10 - Verriegelungsgriff der Klemme; 11 - Verriegelung des Klemmbügels; 12 - Antriebsspindel (Leitspindel) für den Einbau der Gegenstände; 13 - Antriebsspindel

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5. Vorbereitung zum Auswuchten der Antriebswelle

Nachfolgend werden die Aufstellung der Maschinenstützen und die Montage des Ausgleichselements (Vierstützen-Antriebswelle) auf den Maschinenstützen betrachtet.

Abbildung 12. Montage von Übergangsflanschen an den Spindeln der Auswuchtmaschine

Abbildung 13. Montage der Antriebswelle auf den Trägern der Auswuchtmaschine

Abbildung 14. Horizontales Ausrichten der Antriebswelle auf den Stützen der Auswuchtmaschine mit einer Wasserwaage

Abbildung 15. Befestigung der Zwischenstützen der Auswuchtmaschine, um eine vertikale Verschiebung der Antriebswelle zu verhindern

Drehen Sie den Gegenstand von Hand um eine volle Umdrehung. Vergewissern Sie sich, dass es sich frei und ohne Verklemmung auf den Stützen dreht. Danach ist der mechanische Teil der Maschine eingerichtet und die Installation des Artikels ist abgeschlossen.

6. Auswuchten der Antriebswelle

Der Prozess des Auswuchtens von Antriebswellen auf der Auswuchtmaschine wird am Beispiel des Messsystems Balanset-4 betrachtet. Das Balanset-4 ist ein tragbares Auswuchtgerät, das für das Auswuchten von Rotoren in einer, zwei, drei und vier Korrekturebenen konzipiert ist, die entweder in ihren eigenen Lagern rotieren oder auf einer Auswuchtmaschine montiert sind. Das Gerät umfasst bis zu vier Schwingungssensoren, einen Phasenwinkelsensor, eine Vierkanal-Messeinheit und einen tragbaren Computer.

Der gesamte Auswuchtprozess, einschließlich der Messung, Verarbeitung und Anzeige von Informationen über die Größe und Position von Korrekturgewichten, wird automatisch durchgeführt und erfordert vom Benutzer keine zusätzlichen Fähigkeiten und Kenntnisse, die über die bereitgestellten Anweisungen hinausgehen. Die Ergebnisse aller Auswuchtvorgänge werden im Auswuchtarchiv gespeichert und können bei Bedarf als Bericht ausgedruckt werden. Neben dem Auswuchten kann das Balanset-4 auch als reguläres Vibro-Tachometer verwendet werden, das auf vier Kanälen den Effektivwert der Gesamtschwingung, den Effektivwert der Rotationskomponente der Schwingung und die Kontrolle der Rotationsfrequenz des Rotors messen kann.

Darüber hinaus ermöglicht das Gerät die Anzeige von Diagrammen der Zeitfunktion und des Schwingungsspektrums nach Schwinggeschwindigkeit, was bei der Beurteilung des technischen Zustands der ausgewuchteten Maschine nützlich sein kann.

Abbildung 16. Außenansicht des Balanset-4-Geräts für den Einsatz als Mess- und Rechensystem der Antriebswellen-Auswuchtmaschine

Abbildung 17. Beispiel für den Einsatz des Balanset-4-Gerätes als Mess- und Rechensystem der Antriebswellen-Auswuchtmaschine

Abbildung 18. Benutzeroberfläche des Balanset-4-Geräts

Das Balanset-4-Gerät kann mit zwei Arten von Sensoren ausgestattet werden - Schwingungsbeschleunigungssensoren zur Messung von Vibrationen (Schwingungsbeschleunigung) und Kraftsensoren. Schwingungssensoren werden für den Betrieb an Auswuchtmaschinen des Typs Nachresonanz verwendet, während Kraftsensoren für Maschinen des Typs Vorresonanz verwendet werden.

Abbildung 19. Installation der Balanset-4-Schwingungssensoren an den Stützen der Auswuchtmaschine

Die Richtung der Empfindlichkeitsachse der Sensoren sollte mit der Richtung der Schwingungsverschiebung des Trägers übereinstimmen, in diesem Fall also horizontal. Weitere Informationen zur Installation der Sensoren finden Sie unter AUSWUCHSEN VON ROTOREN UNTER BETRIEBSBEDINGUNGEN. Der Einbau von Kraftsensoren hängt von den Konstruktionsmerkmalen der Maschine ab.

1. Bringen Sie die Schwingungssensoren 1, 2, 3, 4 an den Stützen der Auswuchtmaschine an.
2. Schließen Sie die Schwingungssensoren an die Anschlüsse X1, X2, X3, X4 an.
3. Installieren Sie den Phasenwinkelsensor (Lasertachometer) 5 so, dass der Nennabstand zwischen der radialen (oder stirnseitigen) Oberfläche des ausgewuchteten Rotors und dem Sensorgehäuse zwischen 10 und 300 mm liegt.
4. Bringen Sie eine mindestens 10-15 mm breite Reflexionsmarkierung auf der Rotoroberfläche an.
5. Schließen Sie den Phasenwinkelsensor an den Anschluss X5 an.
6. Schließen Sie das Messgerät an den USB-Anschluss des Computers an.
7. Wenn Sie den Computer mit Netzstrom betreiben, schließen Sie ihn an das Netzgerät an.
8. Schließen Sie das Netzgerät an ein 220 V, 50 Hz Netz an.
9. Schalten Sie den Computer ein und wählen Sie das Programm "BalCom-4".
10. Drücken Sie die Taste "F12-vier-Ebenen" (oder die Funktionstaste F12 auf der Computertastatur), um den Modus für die gleichzeitige Messung von Schwingungen in vier Ebenen mit den Schwingungssensoren 1, 2, 3, 4 auszuwählen, die jeweils an die Eingänge X1, X2, X3 und X4 der Messeinheit angeschlossen sind.
11. Auf dem Computerbildschirm erscheint ein mnemonisches Diagramm, das den Vorgang der gleichzeitigen Schwingungsmessung auf vier Messkanälen (oder den Vorgang des Auswuchtens in vier Ebenen) veranschaulicht (siehe Abbildung 16).

Vor dem Auswuchten empfiehlt es sich, Messungen im Vibrometermodus (Taste F5) durchzuführen.

Abbildung 20. Messungen im Vibrometermodus

Wenn die Gesamtschwingungsgröße V1s (V2s) ungefähr der Größe der Rotationskomponente V1o (V2o) entspricht, kann davon ausgegangen werden, dass der Hauptbeitrag zur Schwingung des Mechanismus auf die Unwucht des Rotors zurückzuführen ist. Wenn die Gesamtschwingungsgröße V1s (V2s) die Rotationskomponente V1o (V2o) deutlich übersteigt, wird empfohlen, den Mechanismus zu inspizieren - den Zustand der Lager zu überprüfen, eine sichere Befestigung auf dem Fundament zu gewährleisten, sicherzustellen, dass der Rotor während der Rotation keine stationären Teile berührt, und den Einfluss von Schwingungen aus anderen Mechanismen zu berücksichtigen usw.

Die Untersuchung der Zeitfunktionsgraphen und der Schwingungsspektren, die im Modus "Graphen-Spektralanalyse" erhalten werden, kann hier hilfreich sein.

Abbildung 21. Schwingungszeitfunktion und Spektraldiagramme

Die Grafik zeigt, bei welchen Frequenzen die Schwingungen am stärksten sind. Weichen diese Frequenzen von der Drehfrequenz des Rotors des ausgewuchteten Mechanismus ab, müssen die Quellen dieser Schwingungskomponenten ermittelt und vor dem Auswuchten Maßnahmen zu ihrer Beseitigung getroffen werden.

Es ist auch wichtig, auf die Stabilität der Messwerte im Vibrometermodus zu achten - Amplitude und Phase der Schwingung sollten sich während der Messung nicht um mehr als 10-15% ändern. Andernfalls könnte der Mechanismus in der Nähe eines Resonanzbereichs arbeiten. In diesem Fall sollte die Rotordrehzahl angepasst werden.

Beim Vier-Ebenen-Auswuchten im Modus "Primär" sind fünf Kalibrierläufe und mindestens ein Verifikationslauf der ausgewuchteten Maschine erforderlich. Die Schwingungsmessung während des ersten Maschinenlaufs ohne Prüfgewicht wird im Arbeitsbereich "Vier-Ebenen-Auswuchten" durchgeführt. Die nachfolgenden Läufe werden mit einem Prüfgewicht durchgeführt, das nacheinander in jeder Ausgleichsebene (im Bereich der jeweiligen Wuchtmaschinenstütze) auf der Antriebswelle angebracht wird.

Vor jedem weiteren Lauf sollten die folgenden Schritte durchgeführt werden:

• Stoppen Sie die Drehung des Rotors der ausgewuchteten Maschine.
• Entfernen Sie das zuvor installierte Prüfgewicht.
• Montieren Sie das Testgewicht in der nächsten Ebene.

Abbildung 23. Vier-Ebenen-Ausgleichsarbeitsbereich

Nach Abschluss jeder Messung werden die Ergebnisse der Rotationsfrequenz des Rotors (N_ob), sowie die RMS-Werte (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) und die Phasen (F₁, F₂, F₃, F₄) der Schwingung bei der Drehfrequenz des ausgewuchteten Rotors werden in den entsprechenden Feldern des Programmfensters gespeichert. Nach dem fünften Lauf (Gewicht in Ebene 4) erscheint der Arbeitsbereich "Auswuchtgewichte" (siehe Abbildung 24), in dem die berechneten Werte der Massen (M₁, M₂, M₃, M₄) und die Aufstellwinkel (f₁, f₂, f₃, f₄) der Ausgleichsgewichte, die auf dem Rotor in vier Ebenen angebracht werden müssen, um seine Unwucht auszugleichen.

Abbildung 24. Arbeitsbereich mit berechneten Parametern der Korrekturgewichte in vier Ebenen

Achtung!: Nach Abschluss des Messvorgangs während des fünften Laufs der ausgewuchteten Maschine muss die Drehung des Rotors gestoppt und das zuvor installierte Prüfgewicht entfernt werden. Erst danach können Sie mit der Montage (oder Demontage) der Ausgleichsgewichte auf dem Rotor fortfahren.

Die Winkelposition für das Hinzufügen (oder Entfernen) des Ausgleichsgewichts auf dem Rotor wird im Polarkoordinatensystem von der Stelle aus gemessen, an der das Prüfgewicht installiert wurde. Die Richtung der Winkelmessung stimmt mit der Drehrichtung des Rotors überein. Beim Auswuchten nach Schaufeln fällt die Schaufel des ausgewuchteten Rotors, die als 1. Schaufel gilt, mit dem Ort der Probemontage zusammen. Die auf dem Computerdisplay angezeigte Nummerierungsrichtung der Blätter folgt der Drehrichtung des Rotors.

In dieser Version des Programms wird standardmäßig davon ausgegangen, dass das Korrekturgewicht zum Rotor hinzugefügt wird. Dies wird durch die im Feld "Hinzufügen" gesetzte Markierung angezeigt. Ist eine Korrektur der Unwucht durch Entfernen des Gewichts (z.B. durch Bohren) erforderlich, setzen Sie mit der Maus die Markierung im Feld "Entfernen", woraufhin sich die Winkelposition des Ausgleichsgewichts automatisch um 180 Grad ändert.

Nachdem Sie die Ausgleichsgewichte auf dem ausgewuchteten Rotor angebracht haben, drücken Sie die Schaltfläche "Beenden - F10" (oder die Funktionstaste F10 auf der Computertastatur), um zum vorherigen Arbeitsbereich "Vier-Ebenen-Auswuchten" zurückzukehren und die Wirksamkeit des Auswuchtvorgangs zu überprüfen. Nach Abschluss des Prüflaufs werden die Ergebnisse der Rotationsfrequenz des Rotors (N_ob) und die RMS-Werte (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) und Phasen (F₁, F₂, F₃, F₄) der Schwingung bei der Drehfrequenz des ausgewuchteten Rotors werden gespeichert. Gleichzeitig erscheint über dem Arbeitsbereich "Vier-Ebenen-Auswuchten" der Arbeitsbereich "Auswuchtgewichte" (siehe Abbildung 21), in dem die berechneten Parameter der zusätzlichen Ausgleichsgewichte angezeigt werden, die auf dem Rotor installiert (oder entfernt) werden müssen, um seine Restunwucht zu kompensieren. Zusätzlich zeigt dieser Arbeitsbereich die Werte der nach dem Auswuchten erreichten Restunwucht an. Wenn die Werte der Restschwingung und/oder Restunwucht des ausgewuchteten Rotors den in der technischen Dokumentation angegebenen Toleranzanforderungen entsprechen, kann der Auswuchtvorgang abgeschlossen werden. Andernfalls kann der Auswuchtvorgang fortgesetzt werden. Diese Methode ermöglicht es, mögliche Fehler durch sukzessive Annäherungen zu korrigieren, die beim Anbringen (Entfernen) des Ausgleichsgewichts auf dem ausgewuchteten Rotor auftreten können.

Wenn der Auswuchtvorgang fortgesetzt wird, müssen zusätzliche Ausgleichsgewichte auf dem ausgewuchteten Rotor entsprechend den im Arbeitsbereich "Auswuchtgewichte" angegebenen Parametern angebracht (oder entfernt) werden.

Mit der Schaltfläche "Koeffizienten - F8" (oder der Funktionstaste F8 auf der Computertastatur) können Sie die aus den Ergebnissen der fünf Kalibrierungsläufe berechneten Rotor-Ausgleichskoeffizienten (dynamische Einflusskoeffizienten) anzeigen und im Speicher des Computers speichern.

7. Empfohlene Auswucht-Genauigkeitsklassen für starre Rotoren

Tabelle 2. Empfohlene Auswucht-Genauigkeitsklassen für starre Rotoren.

Empfohlene Auswucht-Genauigkeitsklassen für starre Rotoren

Arten von Maschinen (Rotoren)	Auswuchtgenauigkeitsklasse	Wert eper Ω mm/s
Antriebskurbelwellen (strukturell ungewuchtet) für langsam laufende Schiffsdieselmotoren (Kolbengeschwindigkeit unter 9 m/s)	G 4000	4000
Antriebskurbelwellen (strukturgewuchtet) für langsamlaufende Großdieselmotoren für die Schifffahrt (Kolbengeschwindigkeit weniger als 9 m/s)	G 1600	1600
Antriebskurbelwellen (strukturell ungewuchtet) auf Schwingungsisolatoren	G 630	630
Antriebskurbelwellen (strukturell ungewuchtet) auf starren Trägern	G 250	250
Hubkolbenmotoren für Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Lokomotiven	G 100	100
Kraftfahrzeugteile: Räder, Felgen, Radsätze, Getriebe
Antriebskurbelwellen (strukturgewuchtet) auf Schwingungsisolatoren	G 40	40
Landwirtschaftliche Maschinen	G 16	16
Antriebskurbelwellen (ausgewuchtet) auf starren Trägern
Brecher
Antriebswellen (Kardanwellen, Schraubenwellen)
Gasturbinen für Flugzeuge	G 6.3	6.3
Zentrifugen (Abscheider, Absetzer)
Elektromotoren und Generatoren (mit einer Wellenhöhe von mindestens 80 mm) mit einer maximalen Nenndrehzahl von bis zu 950 min-1
Elektromotoren mit einer Wellenhöhe von weniger als 80 mm
Fans
Zahnradantriebe
Maschinen für allgemeine Zwecke
Zerspanungsmaschinen
Maschinen für die Papierherstellung
Pumpen
Turbolader
Wasserturbinen
Kompressoren
Computergesteuerte Antriebe	G 2.5	2.5
Elektromotoren und Generatoren (mit einer Wellenhöhe von mindestens 80 mm) mit einer maximalen Nenndrehzahl von über 950 min-1
Gas- und Dampfturbinen
Antriebe für Zerspanungsmaschinen
Textilmaschinen
Laufwerke für Audio- und Videogeräte	G 1	1
Antriebe von Schleifmaschinen
Spindeln und Antriebe von Hochpräzisionsgeräten	G 0.4	0.4

 

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