بالانس کردن محور محرک: راهنمای جامع

تصور کنید که در حال رانندگی با کامیون هستید و ناگهان هنگام شتاب‌گیری یا تعویض دنده، لرزش شدیدی احساس می‌کنید یا صدای تق‌تق بلندی می‌شنوید. این چیزی بیش از یک مزاحمت است - می‌تواند نشانه‌ی عدم تعادل میل گاردان باشد. برای مهندسان و تکنسین‌ها، چنین لرزش‌ها و صداهایی نشان‌دهنده‌ی کاهش راندمان، افزایش سرعت فرسایش قطعات و در صورت عدم رسیدگی، خرابی‌های پرهزینه‌ی بالقوه است.

روی خودرو کار می‌کنید؟ ببینید: بالانس شفت محرک درون خودرو بدون خارج کردن آن.

بالانس میل‌گاردان روی خودرو: یک کار واقعی، گام‌به‌گام

عکس‌های زیر مربوط به یک کار واقعی بالانس هستند که با خودرو روی بالابر انجام شده است. میل‌گاردان هرگز جدا نشد: سنسورها به خود خودرو متصل شده‌اند، شفت توسط موتور از طریق سیستم انتقال قدرت چرخانده می‌شود و وزنهٔ اصلاحی از زیر خودرو نصب می‌شود. این روش شفت را در یاتاقان‌های خودش و در زوایای کاری خودش نگه می‌دارد، بنابراین نتیجه، نحوهٔ عملکرد واقعی مجموعه را منعکس می‌کند — چیزی که یک دستگاه بالانس رومیزی نمی‌تواند به‌طور کامل بازتولید کند.

شکل ۲۴. حسگر ارتعاش نصب‌شده روی محفظه دیفرانسیل نهایی، تا حد امکان نزدیک به یاتاقان نگهدارنده میل‌گاردان.

شکل ۲۵. دورسنج لیزری که به سمت نواری از نوار بازتابنده روی شفت هدف‌گیری شده است — این هم سرعت دوران و هم زاویه فاز عدم تعادل را فراهم می‌کند.

شکل ۲۶. وزنه اصلاحی که با یک گیره شلنگ استیل، در زاویه و جرم محاسبه‌شده توسط نرم‌افزار، به لوله شفت محکم شده است.

روش کامل — قرارگیری حسگرها، اجراهای آزمایشی ایمن، بررسی وزنه آزمایشی و ارتعاش باقیمانده — در بالانس شفت محرک درون خودرو بدون خارج کردن آن.

در این راهنمای جامع، ما راه‌حل‌های عملی برای مشکلات بالانس میل گاردان ارائه می‌دهیم. شما یاد خواهید گرفت که میل گاردان چیست و چرا به بالانس نیاز دارد، نقص‌های رایجی که باعث لرزش یا سر و صدا می‌شوند را تشخیص دهید و یک فرآیند گام به گام واضح را برای بالانس دینامیکی میل گاردان دنبال کنید. با به کارگیری این بهترین شیوه‌ها، می‌توانید در هزینه‌های تعمیرات صرفه‌جویی کنید، زمان عیب‌یابی را کاهش دهید و اطمینان حاصل کنید که ماشین‌آلات یا وسیله نقلیه شما با حداقل لرزش به طور قابل اعتمادی کار می‌کند.

فهرست مطالب

• ۱. انواع میل‌گاردان
• ۲. خرابی‌های سامانه میل‌گاردان با مفصل کاردان
• ۳. بالانس میل گاردان
• ۴. دستگاه‌های بالانس مدرن برای میل‌گاردان
• ۵. آماده‌سازی برای بالانس میل گاردان
• 6. نحوه بالانس کردن شفت محرک: روش گام‌به‌گام
• ۷. کلاس‌های دقت تعادل پیشنهادی برای روتورهای صلب

۱. انواع میل‌گاردان

سامانه مفصل کاردان (میل‌گاردان) مکانیزمی است که گشتاور را بین شفت‌هایی که در مرکز مفصل کاردان یکدیگر را قطع می‌کنند منتقل می‌کند و می‌توانند با زاویه‌ای نسبت به هم حرکت کنند. در خودرو، میل‌گاردان در آرایش کلاسیک یا چهارچرخ محرک، گشتاور را از گیربکس (یا جعبه‌تقسیم) به محورهای محرک منتقل می‌کند. در خودروهای چهارچرخ محرک، مفصل کاردان معمولاً شفت خروجی گیربکس را به شفت ورودی جعبه‌تقسیم و شفت‌های خروجی جعبه‌تقسیم را به شفت‌های محرک اکسل‌های محرک متصل می‌کند.

واحدهای نصب شده روی شاسی (مانند گیربکس و جعبه دنده کمکی) می‌توانند به دلیل تغییر شکل تکیه‌گاه‌هایشان و خود شاسی، نسبت به یکدیگر حرکت کنند. در همین حال، محورهای محرک از طریق سیستم تعلیق به شاسی متصل شده‌اند و می‌توانند به دلیل تغییر شکل عناصر الاستیک سیستم تعلیق، نسبت به شاسی و واحدهای نصب شده روی آن حرکت کنند. این حرکت نه تنها می‌تواند زاویه میل گاردان‌های متصل کننده واحدها، بلکه فاصله بین واحدها را نیز تغییر دهد.

سامانه مفصل کاردان یک عیب مهم دارد: چرخش غیریکنواخت شفت‌ها. اگر یک شفت یکنواخت بچرخد، شفت دیگر چنین نخواهد چرخید و این غیریکنواختی با افزایش زاویه بین شفت‌ها بیشتر می‌شود. این محدودیت مانع استفاده از سامانه مفصل کاردان در بسیاری از کاربردها می‌شود؛ برای مثال در سامانه انتقال قدرت خودروهای دیفرانسیل جلو که مسئله اصلی، انتقال گشتاور به چرخ‌های در حال گردش است. این عیب را می‌توان تا حدی با استفاده از دو مفصل کاردان روی یک شفت جبران کرد، به‌طوری‌که زاویه مفصل‌ها برابر (γ1 = γ2) تنظیم شود و یوک‌های دو سر شفت میانی در یک صفحه (هم‌فاز) قرار گیرند. یوک‌هایی که 90 درجه نسبت به هم فاز دارند، نوسان را خنثی نمی‌کنند — بلکه آن را تشدید می‌کنند. با این حال، در کاربردهایی که به چرخش یکنواخت نیاز دارند، معمولاً از مفصل‌های سرعت ثابت (CV joints) استفاده می‌شود. این مفصل‌ها طراحی پیشرفته‌تر اما پیچیده‌تری دارند و همان وظیفه را انجام می‌دهند.

محرک‌های مفصل کاردان می‌توانند شامل یک یا چند مفصل کاردان باشند که توسط میل‌گاردان‌ها و تکیه‌گاه‌های میانی به هم متصل شده‌اند.

شکل ۱. نمودار سامانه مفصل کاردان: ۱، ۴، ۶ — میل‌گاردان‌ها؛ ۲، ۵ — مفصل‌های کاردان؛ ۳ — اتصال جبرانی؛ u1، u2 — زاویه‌های بین شفت‌ها

به طور کلی، یک درایو مفصل یونیورسال از مفاصل یونیورسال ۲ و ۵، میل گاردان‌های ۱، ۴ و ۶ و یک اتصال جبرانی ۳ تشکیل شده است. گاهی اوقات میل گاردان روی یک تکیه‌گاه میانی متصل به عضو عرضی شاسی خودرو نصب می‌شود. مفاصل یونیورسال انتقال گشتاور بین شفت‌هایی را که محورهایشان با زاویه‌ای متقاطع هستند، تضمین می‌کنند. مفاصل یونیورسال به انواع سرعت غیر یکنواخت و سرعت ثابت تقسیم می‌شوند. مفاصل سرعت غیر یکنواخت نیز به انواع الاستیک و صلب طبقه‌بندی می‌شوند. مفاصل سرعت ثابت می‌توانند از نوع گوی با شیارهای جداکننده، نوع گوی با اهرم جداکننده و نوع بادامک باشند. آنها معمولاً در درایو چرخ‌های کنترل‌شده‌ی پیشرو نصب می‌شوند، جایی که زاویه بین شفت‌ها می‌تواند به ۴۵ درجه برسد و مرکز مفصل یونیورسال باید با نقطه تقاطع محورهای چرخش چرخ و محور چرخش آن مطابقت داشته باشد.

اتصالات یونیورسال الاستیک به دلیل تغییر شکل الاستیک عناصر اتصال، گشتاور را بین شفت‌هایی با محورهای متقاطع با زاویه 2...3° منتقل می‌کنند. یک اتصال سرعت غیریکنواخت صلب، گشتاور را از یک شفت به شفت دیگر از طریق اتصال متحرک قطعات صلب منتقل می‌کند. این اتصال از دو یوغ – 3 و 5 – تشکیل شده است که در سوراخ‌های استوانه‌ای قرار دارند و انتهای A، B، C و D عنصر اتصال – صلیب 4 – روی یاتاقان‌ها نصب شده‌اند. یوغ‌ها به‌طور صلب به شفت‌های 1 و 2 متصل شده‌اند. یوغ 5 می‌تواند حول محور B–D صلیب بچرخد و همزمان، همراه با صلیب، حول محور A–C بچرخد و در نتیجه انتقال چرخش از یک شفت به شفت دیگر را با زاویهٔ متغیر بین آن‌ها امکان‌پذیر کند.

شکل ۲. نمودار یک مفصل کاردان صلب با سرعت غیریکنواخت

اگر شفت 1 حول محور خود به اندازه زاویه α بچرخد، شفت 2 در همان بازه زمانی به اندازه زاویه β خواهد چرخید. رابطه بین زاویه‌های چرخش شفت‌های 1 و 2 توسط عبارت زیر تعیین می‌شود tanα = tanβ * cosγ، که در آن γ زاویه‌ای است که محورهای شفت‌ها نسبت به آن قرار دارند. این عبارت نشان می‌دهد که زاویهٔ β گاهی کمتر، گاهی برابر و گاهی بزرگ‌تر از زاویهٔ α است. برابری این زاویه‌ها هر 90 درجه چرخش شفت 1 رخ می‌دهد. بنابراین، با چرخش یکنواخت شفت 1، سرعت زاویه‌ای شفت 2 غیریکنواخت است و طبق قانون سینوسی تغییر می‌کند. غیریکنواختی چرخش شفت 2 با افزایش زاویهٔ γ بین محورهای شفت بیشتر می‌شود.

اگر چرخش غیریکنواخت شفت ۲ به شفت‌های مجموعه‌ها منتقل شود، بارهای تپشی اضافی در سامانه انتقال ایجاد می‌شود که با افزایش زاویه γ بیشتر می‌شوند. برای جلوگیری از انتقال چرخش غیریکنواخت شفت ۲ به شفت‌های مجموعه، در سامانه مفصل کاردان از دو مفصل کاردان استفاده می‌شود. این مفصل‌ها طوری نصب می‌شوند که زاویه‌های γ1 و γ2 برابر باشند؛ شاخک‌های مفصل‌های کاردان که روی شفت ۴ با چرخش غیریکنواخت ثابت شده‌اند، باید در یک صفحه قرار گیرند.

طراحی قطعات اصلی درایوهای مفصل یونیورسال در شکل 3 نشان داده شده است. یک مفصل یونیورسال با سرعت غیر یکنواخت از دو یوغ (1) تشکیل شده است که توسط یک صلیب (3) به هم متصل شده‌اند. یکی از یوغ‌ها گاهی اوقات دارای یک فلنج است، در حالی که دیگری به لوله میل گاردان جوش داده شده یا دارای یک انتهای خاردار (6) (یا غلاف) برای اتصال به میل گاردان است. سرمحورهای صلیبی در چشم هر دو یوغ روی یاتاقان‌های سوزنی (7) نصب شده‌اند. هر یاتاقان در یک محفظه (2) قرار دارد و در چشم یوغ با یک درپوش نگه داشته می‌شود که با دو پیچ که توسط زبانه‌های روی واشر قفل شده‌اند به یوغ متصل می‌شود. در برخی موارد، یاتاقان‌ها با حلقه‌های فنری در یوغ‌ها محکم می‌شوند. برای حفظ روانکاری در یاتاقان و محافظت از آن در برابر آب و خاک، یک آب‌بندی لاستیکی خود سفت شونده وجود دارد. حفره داخلی صلیب از طریق یک اتصال گریس با گریس پر می‌شود که به یاتاقان‌ها می‌رسد. این صلیب معمولاً دارای یک شیر اطمینان است تا از آسیب دیدن آب‌بند در اثر فشار گریس پمپ شده به داخل صلیب جلوگیری کند. اتصال خاردار (6) با استفاده از اتصالات گریس (5) روغن‌کاری می‌شود.

شکل ۳. جزئیات یک مفصل کاردان صلب با سرعت غیریکنواخت

حداکثر زاویه بین محورهای شفت‌هایی که توسط مفصل‌های یونیورسال صلب با سرعت غیریکنواخت متصل شده‌اند، معمولاً از 20 درجه فراتر نمی‌رود، زیرا در زاویه‌های بزرگ‌تر بازده به‌طور محسوسی کاهش می‌یابد. اگر زاویه بین محورهای شفت در محدودهٔ 0...2 درجه تغییر کند، پیچ‌های صلیب توسط بلبرینگ‌های سوزنی تغییرشکل می‌یابند و باعث خرابی سریع مفصل یونیورسال می‌شود.

در گیربکس‌های وسایل نقلیه زنجیری پرسرعت، اغلب از اتصالات یونیورسال با انواع کوپلینگ دنده‌ای استفاده می‌شود که امکان انتقال گشتاور بین شفت‌هایی با محورهای متقاطع با زاویه تا ۱.۵...۲ درجه را فراهم می‌کنند.

میل‌گاردان‌ها معمولاً به‌صورت لوله‌ای ساخته می‌شوند و از لوله‌های بدون درز یا جوش‌داده‌شده‌ی فولادی ویژه استفاده می‌کنند. یوک‌های مفصل‌های گیرهٔی، غلاف‌های شیاردار یا نوک‌ها به لوله‌ها جوش داده می‌شوند. برای کاهش بارهای عرضی وارد بر شفت محرک، بالانس دینامیکی با مفصل‌های گیرهٔی مونتاژشده انجام می‌شود. عدم تعادل با جوشکاری صفحات بالانس روی شفت محرک یا گاهی با نصب صفحات بالانس زیر کلاهک‌های بلبرینگ مفصل‌های گیرهٔی اصلاح می‌شود. موقعیت نسبی قطعات اتصال شیاردار پس از مونتاژ و بالانس مجموعهٔ محرک مفصل‌های گیرهٔی در کارخانه معمولاً با برچسب‌های ویژه علامت‌گذاری می‌شود.

اتصال جبرانی در محرک مفصل کروی معمولاً به‌صورت یک اتصال شیاردار ساخته می‌شود که امکان حرکت محوری قطعات محرک مفصل کروی را فراهم می‌کند. این اتصال شامل یک نوک شیاردار است که در داخل غلاف شیاردار محرک مفصل کروی قرار می‌گیرد. روانکاری به داخل اتصال شیاردار از طریق یک چرب‌کن یا در حین مونتاژ وارد می‌شود و پس از استفاده‌ی طولانی‌مدت از خودرو تعویض می‌گردد. معمولاً یک آب‌بند و یک درپوش نصب می‌شوند تا از نشت گریس و آلودگی جلوگیری شود.

برای شفت‌های محرک بلند، معمولاً در سیستم‌های اتصال گویا از تکیه‌گاه‌های میانی استفاده می‌شود. تکیه‌گاه میانی معمولاً شامل یک براکت است که به تیر عرضی شاسی خودرو پیچ می‌شود و در آن یک بلبرینگ گویا درون یک حلقه لاستیکی ارتجاعی نصب شده است. این بلبرینگ از دو طرف با درپوش‌ها مهر و موم شده و دارای یک دستگاه روانکاری است. حلقه لاستیکی ارتجاعی به جبران خطاهای مونتاژ و ناهمسوئی بلبرینگ که ممکن است به‌دلیل تغییرشکل‌های شاسی رخ دهد، کمک می‌کند.

یک مفصل گویا با یاتاقان‌های سوزنی (شکل 4a) از یوک‌ها، یک صلیب، یاتاقان‌های سوزنی و آب‌بندها تشکیل شده است. فنجان‌های دارای یاتاقان سوزنی روی شاتون‌های صلیب نصب شده و با آب‌بندها آب‌بندی می‌شوند. این فنجان‌ها با حلقه‌های قفل یا درپوش‌هایی که با پیچ‌ها محکم شده‌اند، در یوک‌ها ثابت می‌شوند. مفصل‌های گویا از طریق یک چاهک گریس‌کاری و از طریق سوراخ‌های داخلی در صلیب روانکاری می‌شوند. از یک شیر اطمینان برای از بین بردن فشار روغن اضافی در مفصل استفاده می‌شود. در طول چرخش یکنواخت یوک محرک، یوک متحرک به طور غیر یکنواخت می‌چرخد: در هر دور، دو بار از یوک محرک جلو می‌افتد و دو بار عقب می‌ماند. برای از بین بردن چرخش غیر یکنواخت و کاهش بارهای اینرسی، از دو مفصل گیره استفاده می‌شود.

در انتقال نیرو به چرخ‌های محرک جلو، از مفاصل همگام (سرعت ثابت) استفاده می‌شود. سیستم انتقال نیرو با مفصل همگام در خودروهای GAZ-66 و ZIL-131 شامل یوک‌های ۲ و ۵ (شکل ۴ب)، چهار گوی ۷ و یک گوی مرکزی ۸ است. یوک محرک ۲ به‌طور یکپارچه با محور داخلی متصل است، در حالی که یوک متحرک همراه با محور خارجی آهنگری شده است که در انتهای آن هاب چرخ ثابت شده است. گشتاور محرک از یوک ۲ به یوک ۵ از طریق توپچه‌های ۷ منتقل می‌شود که در شیارهای دایره‌ای‌شکل یوک‌ها حرکت می‌کنند. توپ مرکزی ۸ برای مرکزگیری یوک‌ها عمل می‌کند و توسط پین‌های ۳ و ۴ در جای خود نگه داشته می‌شود. فرکانس چرخش یوک‌های ۲ و ۵ به دلیل تقارن مکانیزم نسبت به یوک‌ها یکسان است. تغییر طول شفت توسط اتصالات رزوه‌ای آزاد یوک‌ها با شفت تأمین می‌شود.

شکل ۴. مفصل‌های یوونیورسال: الف — مفصل یوونیورسال: ۱ — درپوش؛ ۲ — فنجان؛ ۳ — یاتاقان سوزنی؛ ۴ — آب‌بند؛ ۵، ۹ — یوک‌ها؛ ۶ — شیر اطمینان؛ ۷ — صلیبی؛ ۸ — محل چرب‌کاری؛ ۱۰ — پیچ؛ ب — مفصل کروی همگام: ۱ — شفت داخلی؛ ۲ — یوک محرک؛ ۳، ۴ — میل‌پیچ‌ها؛ ۵ — یوک متحرک؛ ۶ — شفت خارجی؛ ۷ — گوی‌ها؛ ۸ — گوی مرکزی

۲. خرابی‌های سامانه میل‌گاردان با مفصل کاردان

خرابی‌های سیستم محرک مفصل کاردان معمولاً به صورت ضربه‌های تند در مفصل‌های کاردان بروز می‌کنند که هنگام حرکت خودرو، به‌ویژه در هنگام تعویض دنده‌ها و افزایش ناگهانی سرعت میل‌لنگ موتور (برای مثال هنگام تغییر از ترمز موتور به شتاب‌گیری) رخ می‌دهند. نشانه‌ای از خرابی یاتاقان همگرا، گرم شدن آن تا دمای بالا (بیش از ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد) است. این امر به دلیل سایش قابل توجه بوش‌ها و شفت‌های یاتاقان همگرا، بلبرینگ‌های سوزنی، صلیب‌ها و اتصالات شیاردار رخ می‌دهد که منجر به ناهمسو شدن یاتاقان همگرا و وارد آمدن بارهای محوری ضربه‌ای قابل توجه بر بلبرینگ‌های سوزنی می‌شود. آسیب به آب‌بندهای چوب‌پنبه‌ای صلیب یاتاقان همگرا منجر به سایش سریع شفت و بلبرینگ آن می‌شود.

در حین تعمیر و نگهداری، عملکرد یاتاقان یکپارچه با چرخاندن سریع میل‌گردان به دست در هر دو جهت بررسی می‌شود. میزان چرخش آزاد میل‌گردان، میزان سایش یاتاقان‌های یکپارچه و اتصالات رزوه‌ای را تعیین می‌کند. هر ۸ تا ۱۰ هزار کیلومتر، وضعیت اتصالات پیچ‌شده فلنج‌های میل‌کشیده گیربکس و فلنج‌های یاتاقان‌های یکپارچه انتهایی، و همچنین بست‌های تکیه‌گاه میانی میل‌گردان بررسی می‌شود. وضعیت غلاف‌های لاستیکی روی اتصالات شیاردار و درپوش‌های چوب‌پنبه‌ای محور یونیورسال نیز بررسی می‌شود. تمام پیچ‌های اتصال باید کاملاً سفت شوند (گشتاور سفت کردن ۸-۱۰ کیلوگرم‌فورس‌متر).

بلبرینگ‌های سوزنی‌یویو با روغن مایع مورد استفاده در واحدهای انتقال نیرو روانکاری می‌شوند؛ اتصالات مخروطی در اکثر خودروها با گریس‌ها (US-1، US-2، 1-13 و غیره) روانکاری می‌شوند؛ استفاده از گریس برای روانکاری بلبرینگ‌های سوزنی به‌شدت ممنوع است. در برخی خودروها، اتصالات شیاردار با روغن گیربکس روانکاری می‌شوند. یاتاقان تکیه‌گاه میانی که در یک غلاف لاستیکی نصب شده است، عملاً نیازی به روانکاری ندارد، زیرا در حین مونتاژ در کارخانه روانکاری شده است. یاتاقان تکیه‌گاه خودروی ZIL-130 در سرویس‌های دوره‌ای (هر ۱۱۰۰ تا ۱۷۰۰ کیلومتر) از طریق یک اتصال تحت فشار با گریس روانکاری می‌شود.

شکل ۵. محرک مفصل کروی: ۱ — فلنج برای محکم‌کردن شفت محرک؛ ۲ — صلیب مفصل کروی؛ ۳ — یوک مفصل کروی؛ ۴ — یوک لغزنده؛ ۵ — لوله شفت محرک؛ ۶ — یاتاقان غلتکی سوزنی با انتهای بسته

محرک مفصل یوونیورسال شامل دو مفصل یوونیورسال با یاتاقان‌های سوزنی است که توسط یک شفت توخالی به هم متصل شده‌اند و یک یوک لغزنده با شیارهای اینولوئیت است. برای اطمینان از محافظت مطمئن در برابر آلودگی و تأمین روانکاری مناسب اتصال شیاردار، یوک لغزنده (۶)، که به شفت ثانویه (۲) جعبه دنده متصل است، در یک امتداد (۱) که به بدنه جعبه دنده متصل است، قرار می‌گیرد. علاوه بر این، این محل قرارگیری اتصال شیاردار (خارج از ناحیه بین مفاصل) به طور قابل توجهی سفتی سیستم محرک یونیورسال را افزایش داده و احتمال لرزش شفت را هنگام فرسودگی اتصال شیاردار لغزنده کاهش می‌دهد.

میل گاردان از یک لوله نازک دیواره جوش داده شده با برق (8) ساخته شده است که دو یوغ یکسان (9) در هر انتها به صورت پرسی در آن قرار گرفته و سپس با جوش قوسی جوش داده می‌شوند. محفظه‌های یاتاقان سوزنی (18) صلیب (25) به صورت پرسی در سوراخ‌های یوغ (9) قرار گرفته و با حلقه‌های نگهدارنده فنر (20) محکم شده‌اند. هر یاتاقان با مفصل یونیورسال شامل 22 سوزن (21) است. درپوش‌های مهر و موم شده (24) به صورت پرسی بر روی سرستون‌های بیرون زده صلیب‌ها قرار می‌گیرند که حلقه‌های چوب پنبه‌ای (23) در آنها نصب شده‌اند. یاتاقان‌ها با استفاده از یک اتصال گریس زاویه‌دار (17) که به یک سوراخ رزوه‌دار در مرکز صلیب پیچ شده و به کانال‌های درون سرستون‌های صلیب متصل است، روغن‌کاری می‌شوند. در طرف مقابل صلیب اتصال جهانی، یک شیر اطمینان (16) در مرکز آن قرار دارد که برای تخلیه گریس اضافی هنگام پر کردن صلیب و یاتاقان‌ها و جلوگیری از افزایش فشار داخل صلیب در حین کار طراحی شده است (شیر با فشار حدود 3.5 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع فعال می‌شود). ضرورت تعبیه شیر اطمینان به این دلیل است که افزایش بیش از حد فشار در داخل صلیب می‌تواند منجر به آسیب (بیرون زدگی) آب‌بندی‌های چوب پنبه‌ای شود.

شکل ۶. مجموعه شفت محرک: ۱ — امتداد گیربکس؛ ۲ — شفت ثانویه گیربکس؛ ۳ و ۵ — محافظ‌های آلودگی؛ ۴ — آب‌بندهای لاستیکی؛ ۶ — یوک لغزنده؛ ۷ — صفحه بالانس؛ ۸ — لوله شفت محرک؛ ۹ — یوک؛ ۱۰ — یوک فلنجی؛ ۱۱ — پیچ؛ ۱۲ — فلنج چرخ‌دنده محرک محور عقب؛ ۱۳ — واشر فنری؛ ۱۴ — مهره؛ ۱۵ — محور عقب؛ ۱۶ — شیر اطمینان؛ ۱۷ — چنگک گریس‌کاری زاویه‌ای؛ ۱۸ — یاتاقان سوزنی؛ ۱۹ — چشم یوک؛ ۲۰ — حلقه نگهدارنده فنر؛ ۲۱ — سوزن؛ ۲۲ — واشر با انتهای حلقوی؛ ۲۳ — حلقه چوب‌پنبه‌ای؛ ۲۴ — درپوش نوردی؛ ۲۵ — صلیبی

میل گاردان، که با هر دو مفصل یونیورسال مونتاژ شده است، با جوش دادن صفحات متعادل کننده (7) به لوله، در هر دو انتها به دقت به صورت دینامیکی متعادل می‌شود. بنابراین، هنگام جداسازی شفت، تمام قطعات آن باید به دقت علامت گذاری شوند تا بتوان آنها را در موقعیت‌های اصلی خود دوباره مونتاژ کرد. عدم رعایت این دستورالعمل، تعادل شفت را مختل می‌کند و باعث لرزش‌هایی می‌شود که می‌تواند به گیربکس و بدنه خودرو آسیب برساند. اگر قطعات جداگانه فرسوده شوند، به خصوص اگر لوله به دلیل ضربه خم شود و متعادل کردن دینامیکی شفت پس از مونتاژ غیرممکن شود، کل شفت باید تعویض شود.

ایرادات احتمالی شفت محرک، علل و راه‌حل‌های آن‌ها

علت نقص عملکرد	راه حل
لرزش میل‌محور
خم‌شدگی شفت به دلیل مانع	۱. شفت مونتاژشده را صاف و متعادل‌سازی دینامیکی کنید یا شفت مونتاژشده را تعویض کنید.
۲. سایش یاتاقان و کراس	۲. یاتاقان‌ها و کراس‌ها را تعویض کرده و شفت مونتاژشده را به صورت دینامیکی بالانس کنید.
۳. سایش بوش‌های امتداددهنده و یوک لغزنده	۳. اکستنشن و یوک لغزنده را تعویض کرده و شفت مونتاژشده را به صورت دینامیکی بالانس کنید.
صدای تق‌تق هنگام استارت و حرکت آزاد
سایش شیارهای یوک لغزنده یا شفت ثانویه گیربکس	۱. قطعات فرسوده را تعویض کنید. هنگام تعویض یوک کشویی، شفت مونتاژشده را به‌صورت دینامیکی بالانس کنید.
۲. شل بودن پیچ‌های متصل‌کننده یوک فلنج به فلنج چرخ‌دندهٔ محرک محور عقب	۲. سفت کردن پیچ‌ها
نشت روغن از آب‌بندهای مفصل کاردان
سایش حلقه‌های چوب‌پنبه‌ای در آب‌بندهای مفصل کاردان	حلقه‌های چوب‌پنبه‌ای را تعویض کنید و در حین مونتاژ مجدد، موقعیت نسبی تمام قطعات شفت محرک را حفظ کنید. اگر کراس‌شفت‌ها و یاتاقان‌ها فرسوده باشند، آن‌ها را تعویض کرده و شفت مونتاژشده را به‌صورت دینامیکی بالانس کنید.

۳. بالانس میل گاردان

پس از تعمیر و مونتاژ میل‌گاردان، آن را به‌صورت دینامیکی روی یک دستگاه بالانس می‌کنند. یکی از طرح‌های چنین دستگاهی در شکل ۷ نشان داده شده است. این دستگاه از یک صفحه (18) و یک قاب آونگی (8) تشکیل شده که روی چهار میله ارتجاعی عمودی (3) نصب شده و نوسان آن را در صفحه افقی تضمین می‌کند. روی لوله‌های طولی قاب آونگی (8)، براکت و کله‌گی جلویی (9) که روی براکت (4) ثابت شده‌اند نصب می‌شوند. کله‌گی عقب (6) روی یک تیر عرضی متحرک (5) قرار دارد که امکان بالانس دینامیکی میل‌گاردان‌هایی با طول‌های مختلف را فراهم می‌کند. اسپیندل‌های کله‌گی‌ها روی یاتاقان‌های ساچمه‌ای دقیق نصب شده‌اند. اسپیندل کله‌گی جلویی (9) به‌وسیله یک موتور الکتریکی نصب‌شده در پایه دستگاه، از طریق محرک تسمه V و یک شفت واسط که روی آن یک دیسک مدرج (10) نصب شده است، به حرکت درمی‌آید. علاوه بر این، دو پایه (15) با پین‌های قفل‌کننده جمع‌شونده (17) روی صفحه دستگاه (18) نصب شده‌اند که بسته به بالانس انتهای جلو یا عقب میل‌گاردان، تثبیت انتهای جلو و عقب قاب آونگی را تضمین می‌کنند.

شکل ۷. دستگاه تراز دینامیکی برای میل‌گاردان‌ها

۱—گیره؛ ۲—میراگرها؛ ۳—میله ارتجاعی؛ ۴—براکت؛ ۵—تیر عرضی متحرک؛ ۶—کله‌گی عقب؛ ۷—تیر عرضی؛ ۸—قاب آونگی؛ ۹—کله‌گی محرک جلو؛ ۱۰—دیسک مدرج؛ ۱۱—میلی‌ولت‌متر؛ ۱۲—دیسک مدرج شفت کموتاتور-یکسوساز؛ ۱۳—حسگر مغناطوالکتریک؛ ۱۴—پایه ثابت؛ ۱۵—پایه قفل‌کننده؛ ۱۶—تکیه‌گاه؛ ۱۷—قفل‌کننده؛ ۱۸—صفحه تکیه‌گاه

پایه‌های ثابت (۱۴) در پشت صفحهٔ ماشین نصب می‌شوند و حسگرهای مغناطیس‌الکتریکی (۱۳) روی آن‌ها قرار می‌گیرند، به‌طوری‌که میله‌هایی به انتهای قاب آونگ متصل شده‌اند. برای جلوگیری از ارتعاشات تشدیدی قاب، میراگرهای (۲) پرشده با روغن زیر براکت‌ها (۴) نصب می‌شوند.

در طول بالانس دینامیکی، مجموعه میل‌گاردان به همراه یوک لغزنده روی دستگاه نصب و محکم می‌شود. یک سر میل‌گاردان توسط یک یوک-فلنجی به فلنج سرسیلندر محرک جلویی و سر دیگر توسط گردن نگهدارنده یوک لغزنده به بوش شیاردار سرسیلندر عقب متصل می‌شود. سپس سهولت چرخش میل‌گاردان بررسی می‌شود و یک سر قاب آونگی دستگاه با استفاده از فیکساتور ثابت می‌شود. پس از راه‌اندازی دستگاه، شاخهٔ یکسوساز در خلاف جهت عقربه‌های ساعت چرخانده می‌شود تا عقربهٔ میلی‌ولت‌متر به حداکثر مقدار خود برسد. مقدار میلی‌ولت‌متر متناظر با اندازهٔ عدم تعادل است. مقیاس میلی‌ولت‌متر بر حسب گرم-سانتی‌متر یا گرم وزنهٔ تعادل درجه‌بندی شده است. با ادامهٔ چرخش شاخهٔ یکسوساز در خلاف جهت عقربه‌های ساعت، مقدار میلی‌ولت‌متر به صفر می‌رسد و دستگاه متوقف می‌شود. بر اساس مقدار شاخهٔ یکسوساز، جابه‌جایی زاویه‌ای (زاویهٔ جابه‌جایی عدم تعادل) تعیین می‌شود و با چرخاندن دستی میل‌گاردان، این مقدار روی شاخهٔ شفت میانی تنظیم می‌شود. محل جوشِ صفحهٔ بالانس در بالای میل‌گاردان و بخش وزنه‌دار در پایین، در صفحهٔ اصلاح، قرار خواهد گرفت. سپس صفحهٔ بالانس متصل و در فاصلهٔ 10 mm از محل جوش با سیم نازک بسته می‌شود، دستگاه راه‌اندازی می‌شود و بالانس انتهای میل‌گاردان همراه با صفحه بررسی می‌شود. عدم تعادل نباید بیش از 70 g·cm (700 g·mm) باشد. سپس، با آزاد کردن یک سر و محکم کردن سر دیگر قاب آونگی با پایهٔ فیکساتور، بالانس دینامیکی انتهای دیگر میل‌گاردان طبق توالی فناورانهٔ توضیح‌داده‌شده در بالا انجام می‌شود.

شفت‌های محرک دارای برخی ویژگی‌های بالانس هستند. برای اکثر قطعات، مبنای بالانس دینامیکی گردنه‌های تکیه‌گاهی (مثلاً روتورهای موتورهای الکتریکی، توربین‌ها، اسپیندل‌ها، میل‌لنگ‌ها و غیره) است، اما برای میل‌گاردان‌ها، فلنج‌ها هستند. در حین مونتاژ، شکاف‌های اجتناب‌ناپذیری در اتصالات مختلف ایجاد می‌شوند که منجر به عدم تعادل می‌گردد. اگر حداقل عدم تعادل در حین بالانس حاصل نشود، شفت رد می‌شود. دقت بالانس تحت تأثیر عوامل زیر قرار دارد:

• لقی در اتصال بین نشیمن فلنج میل‌گاردان و سوراخ داخلی فلنج گیره‌ای کله‌گی‌های تکیه‌گاهی چپ و راست؛
• ران‌آوت شعاعی و محوری سطوح پایه فلنج؛
• شکاف در اتصالات لولا و خاردار. وجود گریس در حفره اتصال خاردار می‌تواند منجر به عدم تعادل "شناور" شود. اگر این امر مانع از دستیابی به دقت بالانس مورد نیاز شود، محور محرک بدون گریس بالانس می‌شود.

برخی عدم تعادل‌ها ممکن است کاملاً غیرقابل اصلاح باشند. اگر اصطکاک افزایش‌یافته در مفاصل گوی‌گردانی میل‌محور مشاهده شود، تأثیر متقابل سطوح اصلاحی افزایش می‌یابد. این امر منجر به کاهش عملکرد و دقت بالانس می‌شود.

طبق OST 37.001.053-74، استانداردهای عدم تعادل زیر تعیین شده‌اند: میل‌لنگ‌های محرک با دو مفصل (دو تکیه‌گاه) به صورت دینامیکی بالانس می‌شوند و با سه مفصل (سه تکیه‌گاه) - با تکیه‌گاه میانی مونتاژ می‌شوند؛ فلنج‌ها (یوک‌ها) میل‌لنگ‌های محرک و کوپلینگ‌هایی که وزن آنها بیش از 5 کیلوگرم است، قبل از مونتاژ شفت یا کوپلینگ به صورت استاتیکی بالانس می‌شوند؛ هنجارهای عدم تعادل باقیمانده برای میل‌لنگ‌های محرک در هر انتها یا در تکیه‌گاه میانی میل‌لنگ‌های محرک سه مفصلی با عدم تعادل خاص ارزیابی می‌شوند؛

حداکثر مقدار مجاز ویژه عدم تعادل باقیمانده در هر انتهای شفت یا در تکیه‌گاه میانی، و همچنین برای میل‌لنگ‌های محرک سه مفصلی در هر موقعیتی روی پایه تعادل، نباید از مقادیر زیر تجاوز کند: برای گیربکس‌های خودروهای سواری و کامیون‌های کوچک (تا 1 تن) و اتوبوس‌های بسیار کوچک - 6 گرم بر سانتی‌متر مربع بر کیلوگرم، برای بقیه - 10 گرم بر سانتی‌متر مربع بر کیلوگرم. حداکثر مقدار مجاز عدم تعادل باقیمانده میل‌لنگ یا میل‌لنگ محرک سه مفصلی باید روی پایه تعادل با فرکانس چرخشی مطابق با فرکانس‌های آنها در گیربکس در حداکثر سرعت خودرو تضمین شود.

توجه: OST 37.001.053-74 یک استاندارد صنعت خودروسازی شوروی از سال 1974 است و در اینجا صرفاً به‌عنوان یک مرجع تاریخی ذکر شده است. در اصطلاحات امروزی، 6 g·cm/kg در 3,000 دور در دقیقه تقریباً معادل G 19 و 10 g·cm/kg تقریباً معادل G 31 است — الزام OST بین G 16 و G 40 قرار می‌گیرد که با کلاس‌های ISO 21940-11 (پیش‌تر ISO 1940-1) برای میل‌گاردان‌ها سازگار است. برای کارهای جدید از کلاس‌های ISO 21940-11 استفاده کنید.

برای میل گاردان‌ها و میل گاردان‌های سه مفصلی کامیون‌هایی با ظرفیت بار ۴ تن و بالاتر، اتوبوس‌های کوچک و بزرگ، کاهش فرکانس چرخش روی پایه تعادل به ۷۰% فرکانس چرخش شفت‌های گیربکس در حداکثر سرعت خودرو مجاز است. طبق OST 37.001.053-74، فرکانس چرخش متعادل کننده میل گاردان‌ها باید برابر باشد با:

n_b = (0.7 ... 1.0) ن_r,

که در آن n_b – فرکانس چرخش متعادل (باید با مشخصات فنی اصلی پایه مطابقت داشته باشد، n=3000 دقیقه^-1); n_r - حداکثر فرکانس چرخش کاری، حداقل^-1.

در عمل، به‌دلیل وجود فاصله در اتصالات و پیوست‌های شیاردار، شفت محرک نمی‌تواند در فرکانس چرخش توصیه‌شده متعادل شود. در این صورت، فرکانس چرخش دیگری انتخاب می‌شود که در آن متعادل می‌گردد.

۴. دستگاه‌های بالانس مدرن برای میل‌گاردان

شکل ۸. دستگاه بالانس میل‌گاردان تا طول ۲ متر و وزن تا ۵۰۰ کیلوگرم

این مدل دارای دو پایه است و امکان تعادل در دو صفحه اصلاح را فراهم می‌کند.

شکل ۹. دستگاه بالانس میل‌گاردان تا طول ۴۲۰۰ میلی‌متر و وزن تا ۴۰۰ کیلوگرم

این مدل دارای چهار پایه است و امکان تراز در چهار صفحه اصلاحی به‌طور هم‌زمان را فراهم می‌کند.

شکل ۱۰. دستگاه بالانسینگ یاتاقان سخت افقی برای بالانس دینامیکی شفت‌های محرک

1 – قطعه در حال بالانس (میل‌گاردان)؛ 2 – پایه ماشین؛ 3 – تکیه‌گاه‌های ماشین؛ 4 – محرک ماشین؛ اجزای سازه‌ای تکیه‌گاه‌های ماشین در شکل 11 نشان داده شده‌اند.

شکل ۱۱. اجزای تکیه‌گاه دستگاه برای بالانس دینامیکی میل‌گاردان‌ها

۱ – تکیه‌گاه چپ غیرقابل تنظیم؛ ۲ – تکیه‌گاه میانی قابل تنظیم (۲ عدد)؛ ۳ – تکیه‌گاه ثابت راست غیرقابل تنظیم؛ ۴ – دسته‌ی قفل قاب تکیه‌گاه؛ ۵ – سکوی تکیه‌گاهی متحرک؛ ۶ – مهره تنظیم عمودی تکیه‌گاه؛ ۷ – دسته‌های قفل موقعیت عمودی؛ ۸ – براکت گیره‌ای تکیه‌گاه؛ ۹ – گیره متحرک یاتاقانی میانی؛ ۱۰ – دسته قفل گیره؛ ۱۱ – قفل براکت گیره‌ای؛ ۱۲ – شفت محرک (اصلی) برای نصب قطعه؛ ۱۳ – شفت متحرک

۵. آماده‌سازی برای بالانس میل گاردان

در ادامه، چیدمان تکیه‌گاه‌های ماشین و نصب قطعهٔ متعادل‌کننده (شفت محرک چهار تکیه‌گاهی) روی تکیه‌گاه‌های ماشین را بررسی خواهیم کرد.

شکل ۱۲. نصب فلنج‌های انتقالی روی اسپیندل‌های دستگاه بالانس

شکل ۱۳. نصب شفت محرک بر روی تکیه‌گاه‌های دستگاه ترازو

شکل ۱۴. تراز کردن افقی میل‌گاردان روی تکیه‌گاه‌های دستگاه بالانس با استفاده از تراز حبابی

شکل ۱۵. ثابت کردن تکیه‌گاه‌های میانی ماشین بالانس برای جلوگیری از جابجایی عمودی شفت محرک

برای چرخش کامل، قطعه را به‌صورت دستی بچرخانید. مطمئن شوید که به‌آسانی و بدون گیر کردن روی تکیه‌گاه‌ها می‌چرخد. پس از این، بخش مکانیکی دستگاه راه‌اندازی شده و نصب قطعه کامل می‌شود.

6. نحوه بالانس کردن شفت محرک: روش گام‌به‌گام

به کدام کیت نیاز دارم؟ یک دستگاه دوتکیه‌گاهی که در دو صفحه اصلاح می‌کند (شکل ۸) به Balanset-1A دوکاناله نیاز دارد. یک دستگاه چهارتکیه‌گاهی که به‌طور همزمان در چهار صفحه اصلاح می‌کند (شکل ۹، و روال زیر) به Balanset-4A چهارکاناله نیاز دارد. روند اندازه‌گیری و محاسبه یکسان است؛ تنها تعداد کانال‌ها متفاوت است. روال زیر برای پیکربندی چهارصفحه‌ای شرح داده شده است، در حالی‌که تصاویر صفحهٔ نرم‌افزار همان روند را روی Balanset-1A دوصفحه‌ای نشان می‌دهند — در Balanset-4A، همان صفحات تنها صفحات ۳ و ۴ را اضافه می‌کنند.

فرآیند بالانس میل‌گاردان روی دستگاه بالانس با استفاده از سامانهٔ اندازه‌گیری Balanset-4A به‌عنوان نمونه بررسی خواهد شد. Balanset-4A یک کیت بالانس قابل‌حمل است که برای بالانس روتورها در یک، دو، سه و چهار صفحهٔ اصلاحی طراحی شده است، چه در یاتاقان‌های خودشان بچرخند و چه روی یک دستگاه بالانس نصب شده باشند. این دستگاه شامل حداکثر چهار سنسور ارتعاش، یک سنسور زاویهٔ فاز، یک واحد اندازه‌گیری چهارکاناله و یک رایانهٔ قابل‌حمل است.

کل فرآیند بالانس، شامل اندازه‌گیری، پردازش و نمایش اطلاعات در مورد مقدار و محل وزنه‌های اصلاحی، به‌طور خودکار انجام می‌شود و نیازی به مهارت و دانش اضافی کاربر فراتر از دستورالعمل‌های ارائه‌شده ندارد. نتایج تمام عملیات بالانس در آرشیو بالانس ذخیره شده و در صورت لزوم قابل چاپ به‌عنوان گزارش هستند. علاوه بر بالانس، Balanset-4A می‌تواند به‌عنوان یک ویبروتاکومتر معمولی نیز استفاده شود که امکان اندازه‌گیری در چهار کانال از مقدار جذر میانگین مربعات (RMS) کل ارتعاش، RMS مؤلفهٔ چرخشی ارتعاش و کنترل فرکانس چرخش روتور را فراهم می‌کند.

علاوه بر این، این دستگاه امکان نمایش نمودارهای تابع زمان و طیف ارتعاش بر اساس سرعت ارتعاش را فراهم می‌کند که می‌تواند در ارزیابی وضعیت فنی ماشین متعادل مفید باشد.

شکل ۱۶. نمای بیرونی دستگاه Balanset-4A برای استفاده به‌عنوان سامانه اندازه‌گیری و محاسباتی دستگاه بالانس میل‌گاردان

شکل ۱۷. نمونه‌ای از استفاده از دستگاه Balanset-4A به‌عنوان سامانه اندازه‌گیری و محاسباتی دستگاه بالانس میل‌گاردان

شکل ۱۸. پنجره اصلی نرم‌افزار Balanset: F1 - About، F5 - Vibration Meter، F7 - Balancing، F8 - Charts، F6 - Reports

دستگاه Balanset-4A همراه با حسگرهای ارتعاش عرضه می‌شود. حسگرها مبتنی بر شتاب‌سنج هستند؛ نرم‌افزار سیگنال آن‌ها را انتگرال‌گیری می‌کند و سرعت ارتعاش را بر حسب mm/s RMS نمایش می‌دهد.

شکل ۱۹. نصب حسگرهای ارتعاش Balanset-4A روی تکیه‌گاه‌های دستگاه بالانس

جهت محور حساسیت حسگرها باید با جهت جابجایی ارتعاشی تکیه‌گاه مطابقت داشته باشد، در این مورد – افقی. برای اطلاعات بیشتر درباره نصب حسگر، به بالانس روتورها در شرایط بهره‌برداری.

1. سنسورهای لرزش ۱، ۲، ۳ و ۴ را روی پایه‌های دستگاه ترازکننده نصب کنید.
2. سنسورهای لرزش را به کانکتورهای X1، X2، X3 و X4 متصل کنید.
3. سنسور زاویه فاز (تاکومتر لیزری) ۵ را طوری نصب کنید که فاصله اسمی بین سطح شعاعی (یا انتهایی) روتور متعادل و محفظه سنسور در محدوده ۱۰ تا ۳۰۰ میلی‌متر باشد.
4. یک نوار شبرنگ با عرض حداقل ۱۰ تا ۱۵ میلی‌متر را به سطح روتور متصل کنید.
5. سنسور زاویه فاز را به کانکتور X5 متصل کنید.
6. واحد اندازه‌گیری را به پورت USB کامپیوتر متصل کنید.
7. هنگام استفاده از برق شهری، کامپیوتر را به واحد منبع تغذیه متصل کنید.
8. واحد منبع تغذیه را به یک شبکهٔ ۲۲۰ ولت و ۵۰ هرتز متصل کنید.
9. کامپیوتر را روشن کنید و نرم‌افزار Balanset را اجرا کنید.
10. فضای کاری بالانس را با دکمه “F7 - Balancing” باز کنید و تعداد مورد نیاز صفحات اصلاح را در فیلد “Plane count” تنظیم کنید، به‌طوری‌که ارتعاش به‌طور هم‌زمان توسط حسگرهای ارتعاش متصل به ورودی‌های واحد اندازه‌گیری، اندازه‌گیری شود.
11. یک نمودار نمادین که اتصال حسگرها و واحد اندازه‌گیری را نشان می‌دهد، روی نمایشگر کامپیوتر ظاهر می‌شود، همان‌طور که در شکل ۱۸ آمده است.

پیش از انجام بالانس، توصیه می‌شود اندازه‌گیری‌ها را در حالت ویبرومتر (دکمه F5) انجام دهید.

شکل 20. حالت Vibration Meter (F5): ارتعاش کل V1s، V2s و مؤلفه‌های دورانی V1o، V2o همراه با فازهای F1، F2، نمایش‌داده‌شده به‌صورت سرعت ارتعاش بر حسب mm/s RMS

اگر مقدار کل ارتعاش V1s (V2s) تقریباً با مقدار مولفه چرخشی V1o (V2o) مطابقت داشته باشد، می‌توان فرض کرد که سهم اصلی در ارتعاش مکانیزم به دلیل عدم تعادل روتور است. اگر مقدار کل ارتعاش V1s (V2s) به طور قابل توجهی از مولفه چرخشی V1o (V2o) بیشتر باشد، توصیه می‌شود مکانیزم بررسی شود - وضعیت یاتاقان‌ها بررسی شود، از نصب ایمن روی فونداسیون اطمینان حاصل شود، تأیید شود که روتور در حین چرخش با قطعات ثابت تماس نداشته باشد و تأثیر ارتعاشات سایر مکانیزم‌ها و غیره در نظر گرفته شود.

مطالعه نمودارهای تابع زمان و طیف‌های ارتعاش در حالت نمودارها (“F8 - Charts”، تب “F5-Spectrum (Hz)”) می‌تواند در اینجا مفید باشد.

شکل ۲۱. نمودارهای تابع زمان ارتعاش و طیف

نمودار نشان می‌دهد که در کدام فرکانس‌ها، سطح ارتعاش بالاترین است. اگر این فرکانس‌ها با فرکانس چرخش روتور مکانیزم متعادل متفاوت باشند، لازم است منابع این اجزای ارتعاش شناسایی شده و قبل از متعادل‌سازی، اقداماتی برای از بین بردن آنها انجام شود.

خواندن طیف یک میل‌گاردان: 1x عدم تعادل است، 2x ممکن است خود مفصل باشد. یک قله غالب در فرکانس دوران (1x) نشان‌دهنده عدم تعادل است — این همان چیزی است که بالانس‌کردن آن را برطرف می‌کند. یک قله غالب در دو برابر فرکانس دوران (2x)، به‌ویژه همراه با ارتعاش محوری قوی، نشان‌دهنده زاویه‌های مفصل، صلیب‌ها یا اسپلاین‌های فرسوده، یا ناهم‌ترازی: یک مفصل یونیورسال (کاردان) که در زاویهٔ γ کار می‌کند باعث می‌شود یوک محرک‌شونده در هر دور، دو بار جلو و عقب بیفتد، بنابراین حتی وقتی شفت کاملاً بالانس باشد، یک مؤلفهٔ 2x تولید می‌کند. بالانس آن را حذف نمی‌کند — ابتدا زاویه‌های مفصل را برابر کنید (γ1 = γ2) و مفصل‌ها را بررسی کنید. در حالت نمودارها (“F8 - Charts”) تب “F5-Spectrum (Hz)” طیف را نشان می‌دهد و تب “F3-1x vibration” مؤلفهٔ چرخشی را؛ در 3000 min^-1 1x = 50 Hz و 2x = 100 Hz.

همچنین مهم است که به پایداری قرائت‌ها در حالت ویبرومتر توجه شود – دامنه و فاز ارتعاش نباید در طول اندازه‌گیری بیش از ۱۰–۱۵٪ تغییر کند. در غیر این صورت، ممکن است مکانیزم در نزدیکی ناحیهٔ تشدید کار کند. در این حالت، باید سرعت روتور تنظیم شود.

هنگام انجام بالانس چهارصفحه‌ای یک روتور جدید، پنج اجرای کالیبراسیون و حداقل یک اجرای تریم (اجرای T) از ماشین بالانس‌شده لازم است. اندازه‌گیری ارتعاش در حین اولین اجرای ماشین بدون وزنهٔ آزمایشی، به‌صورت اجرای ۰ در فضای کاری بالانس انجام می‌شود. اجراهای بعدی با وزنهٔ آزمایشی انجام می‌شوند که به‌ترتیب در هر صفحهٔ اصلاحی (در ناحیهٔ هر تکیه‌گاه دستگاه بالانس) روی میل‌گاردان نصب می‌شود.

قبل از هر اجرای بعدی، مراحل زیر باید انجام شود:

• چرخش روتور دستگاه متعادل را متوقف کنید.
• وزن آزمایشی نصب‌شده قبلی را بردارید.
• وزن آزمایشی را در صفحهٔ بعدی نصب کنید.

شکل ۲۲. فضای کاری بالانس (“F7 - Balancing”) در حین یک اجرای اندازه‌گیری: Run 0 - Initial، اجراهای وزنه آزمایشی Run 1 و Run 2، و اجرای تریم Run T

پس از تکمیل هر اندازه‌گیری، نتایج فرکانس چرخش روتور (N)_ob)، و همچنین مقادیر RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) و فازها (F₁, F₂, F₃, F₄) از ارتعاش در فرکانس چرخشی روتور بالانس‌شده، در فیلدهای متناظر پنجرهٔ برنامه ذخیره می‌شوند. پس از پنجمین اجرا (Weight in Plane 4)، نتایج بالانس همراه با نمودار قطبی (شکل ۲۳ را ببینید) نمایش داده می‌شود و مقادیر محاسبه‌شدهٔ جرم‌ها (M₁, M₂, M₃, M₄) و زوایای نصب (f₁, f₂, f₃, f₄) از وزنه‌های اصلاحی که باید در چهار صفحه روی روتور نصب شوند تا عدم تعادل آن جبران شود.

شکل 23. نمودار قطبی نتیجه بالانس: جرم‌ها و زاویه‌های اصلاحی محاسبه‌شده برای هر صفحه، اندازه‌گیری‌شده از موقعیت وزنه آزمایشی در جهت چرخش

توجه! پس از تکمیل فرآیند اندازه‌گیری در طول پنجمین اجرای دستگاه متوازن، لازم است چرخش روتور متوقف شده و وزنه آزمایشی نصب شده قبلی برداشته شود. تنها پس از این کار می‌توانید وزنه‌های اصلاحی را روی روتور نصب (یا بردارید) کنید.

موقعیت زاویه‌ای برای اضافه کردن (یا برداشتن) وزنه اصلاحی روی روتور در سیستم مختصات قطبی از محل نصب وزنه آزمایشی اندازه‌گیری می‌شود. جهت اندازه‌گیری زاویه با جهت چرخش روتور مطابقت دارد. در صورت بالانس شدن توسط پره‌ها، پره روتور بالانس شده که به طور مشروط به عنوان پره اول در نظر گرفته می‌شود، با محل نصب وزنه آزمایشی مطابقت دارد. جهت شماره‌گذاری پره‌ها که روی صفحه نمایش کامپیوتر نشان داده شده است، از جهت چرخش روتور پیروی می‌کند.

در این نسخه از برنامه، به‌طور پیش‌فرض فرض می‌شود که وزنهٔ اصلاحی به روتور اضافه خواهد شد. این موضوع با علامت تنظیم‌شده در فیلد «Add mass» نشان داده می‌شود. اگر لازم باشد عدم تعادل با برداشتن وزنه (مثلاً با سوراخ‌کاری) اصلاح شود، علامت را با ماوس در فیلد «Remove mass» قرار دهید، که پس از آن موقعیت زاویه‌ای وزنهٔ اصلاحی به‌طور خودکار 180 درجه تغییر خواهد کرد.

پس از نصب وزنه‌های اصلاحی روی روتور بالانس‌شده، اجرای تریم (Run T) را برای بررسی اثربخشی عملیات بالانس انجام دهید. پس از تکمیل اجرای تریم، نتایج فرکانس دوران روتور (N_ob) و مقادیر RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) و فازها (F₁, F₂, F₃, F₄) از ارتعاش در فرکانس چرخشی روتور بالانس‌شده ذخیره می‌شوند. هم‌زمان، نتایج بالانس (شکل ۲۳ را ببینید) به‌روزرسانی می‌شوند و پارامترهای محاسبه‌شدهٔ وزنه‌های اصلاحی اضافی را که باید روی روتور نصب (یا از آن برداشته) شوند تا عدم تعادل باقیمانده جبران شود، نمایش می‌دهند. علاوه بر این، این فضای کاری مقادیر عدم تعادل باقیمانده به‌دست‌آمده پس از بالانس را نیز نشان می‌دهد. اگر مقادیر ارتعاش باقیمانده و/یا عدم تعادل باقیمانده روتور بالانس‌شده الزامات تلورانس مشخص‌شده در مستندات فنی را برآورده کنند، فرآیند بالانس را می‌توان کامل کرد. در غیر این صورت، فرآیند بالانس را می‌توان ادامه داد. این روش امکان اصلاح خطاهای احتمالی را که ممکن است هنگام نصب (برداشتن) وزنهٔ اصلاحی روی روتور بالانس‌شده رخ دهد، از طریق تقریب‌های متوالی فراهم می‌کند.

اگر فرآیند بالانس ادامه یابد، باید وزنه‌های اصلاحی اضافی طبق پارامترهای محاسبه‌شده نشان‌داده‌شده در نتایج بالانس، روی روتور بالانس‌شده نصب (یا برداشته) شوند.

ضرایب بالانس روتور (ضرایب تأثیر دینامیکی) که از نتایج پنج اجرای کالیبراسیون محاسبه شده‌اند، در حافظه کامپیوتر ذخیره می‌شوند و می‌توانند با استفاده از عملکرد “Load Coefficients” هنگام بالانس روتورهای هم‌نوع دوباره استفاده شوند.

۷. کلاس‌های دقت تعادل پیشنهادی برای روتورهای صلب

درجات زیر، درجات کیفیت بالانس G طبق ISO 1940-1 هستند که بدون تغییر مقادیر توسط ISO 21940-11:2016 جایگزین شده‌اند. درجه به‌صورت G = e تعریف می‌شود_{به ازای هر}·Ω، که در آن e_{به ازای هر} عدم تعادل باقی‌مانده مجاز ویژه است (g·mm/kg = µm) و Ω = 2πn/60 سرعت زاویه‌ای کارکرد است (rad/s). عدم تعادل باقی‌مانده مجاز به‌صورت U_{به ازای هر} = 9549·G·M/n [g·mm]، بین صفحات اصلاح تقسیم می‌شود. ببینید ایزو ۱۹۴۰-۱ مدخل واژه‌نامه.

کلاس پیش‌فرض برای میل‌گاردان خودروهای جاده‌ای G 40 است؛ G 16 زمانی کاربرد دارد که نقشه یا مشخصات OEM الزامات ویژه‌ای مطرح کند. توجه داشته باشید که عدم تعادل باقیمانده و ارتعاش، دو معیار پذیرش جداگانه هستند: ارتعاش ماشین مونتاژشده طبق ISO 20816 (پیش‌تر ISO 10816) ارزیابی می‌شود — به ISO 10816-1 مدخل واژه‌نامه.

جدول کلاس G تنها برای روتورهای صلب کاربرد دارد — روتورهایی که سرعت کاری آن‌ها زیر تقریباً 0.5 تا 0.7 اولین سرعت بحرانی خمشی باقی می‌ماند. میل‌گاردان‌های بلند (2 متر و بیشتر، و هر شفتی که تکیه‌گاه میانی داشته باشد) می‌توانند به این حد نزدیک شوند: اولین سرعت بحرانی شفت را هم با سرعت کاری و هم با سرعت بالانس مقایسه کنید. اگر شفت در سرعت کاری انعطاف‌پذیر باشد، از روال مودال/چندسرعته (ISO 21940-12) استفاده کنید — اصلاح دوصفحه‌ای روتور صلب در این حالت کارساز نخواهد بود.

جدول ۲. کلاس‌های دقت تعادل پیشنهادی برای روتورهای صلب.

انواع ماشین‌ها (روتورها)	کلاس دقت تعادل	رده کیفیت بالانس G = eبه ازای هر·Ω, mm/s
میل‌لنگ‌های محرک (از نظر ساختاری نامتعادل) برای موتورهای دیزل دریایی بزرگ با دور پایین (سرعت پیستون کمتر از ۹ متر بر ثانیه)	جی ۴۰۰۰	4000
میل‌لنگ‌های محرک (از نظر ساختاری متعادل) برای موتورهای دیزل دریایی بزرگ با دور پایین (سرعت پیستون کمتر از ۹ متر بر ثانیه)	جی ۱۶۰۰	1600
میل‌لنگ‌های محرک (ساختاریاً نامتعادل) روی عایق‌های لرزشی	جی ۶۳۰	630
میل‌لنگ‌های محرک (ساختاریاً نامتعادل) روی تکیه‌گاه‌های صلب	جی ۲۵۰	250
موتورهای رفت و برگشتی مونتاژشده برای خودروهای سواری، کامیون‌ها و لوکوموتیوها	جی ۱۰۰	100
میل‌لنگ‌های محرک (ساختاریاً متعادل) روی عایق‌های لرزه‌ای	جی ۴۰	40
چرخ‌های خودرو، رینگ‌های چرخ، مجموعه‌های چرخ، شفت‌های محرک (گاردان)	جی ۴۰	40
ماشین‌های کشاورزی	G 16	16
میل‌لنگ‌های محرک (متعادل) روی تکیه‌گاه‌های صلب	G 16	16
خردکن‌ها	G 16	16
شفت‌های محرک (شفت‌های ملخ / گاردان) با الزامات ویژه	G 16	16
توربین‌های گازی هواپیما	G 6.3	6.3
سانترفیوژها (جداسازها، رسوب‌گیرها)	G 6.3	6.3
موتورهای الکتریکی و ژنراتورها (با ارتفاع شفت حداقل ۸۰ میلی‌متر) با حداکثر سرعت دورانی نامی تا ۹۵۰ دور در دقیقه-1	G 6.3	6.3
موتورهای الکتریکی با ارتفاع شفت کمتر از ۸۰ میلی‌متر	G 6.3	6.3
فن‌ها	G 6.3	6.3
چرخ دنده ها	G 6.3	6.3
ماشین‌های همه‌منظوره	G 6.3	6.3
ماشین‌های برش فلز	G 6.3	6.3
ماشین‌های کاغذسازی	G 6.3	6.3
پمپ‌ها	G 6.3	6.3
توربوشارژرها	G 6.3	6.3
توربین‌های آبی	G 6.3	6.3
کمپرسورها	G 6.3	6.3
محرک‌های کنترل‌شده توسط کامپیوتر	G 2.5	2.5
موتورهای الکتریکی و ژنراتورها (با ارتفاع شفت حداقل ۸۰ میلی‌متر) با حداکثر سرعت دورانی اسمی بیش از ۹۵۰ دور در دقیقه-1	G 2.5	2.5
توربین‌های گاز و بخار	G 2.5	2.5
محرک‌های دستگاه برش فلز	G 2.5	2.5
ماشین‌آلات نساجی	G 2.5	2.5
درایوهای تجهیزات صوتی و تصویری	G 1	1
محرک‌های ماشین تراشش	G 1	1
اسپیندل‌ها و محرک‌های تجهیزات با دقت بالا	G 0.4	0.4

سوالات متداول در مورد بالانس کردن میل گاردان

بالانس کردن میل گاردان چیست؟

بالانس کردن میل گاردان فرآیندی است که در آن هرگونه عدم تعادل جرمی در میل گاردان اصلاح می‌شود تا بدون ایجاد لرزش، به نرمی بچرخد. این کار شامل اندازه‌گیری محل سنگین‌تر بودن میل گاردان در یک طرف و سپس اضافه یا کم کردن مقادیر کمی وزن (به عنوان مثال، جوشکاری روی وزنه‌های تعادل) برای خنثی کردن آن عدم تعادل است. یک میل گاردان متعادل به طور یکنواخت کار می‌کند که از لرزش بیش از حد و سایش قطعات خودرو جلوگیری می‌کند.

چرا بالانس کردن میل گاردان مهم است؟

یک میل گاردان نامتعادل می‌تواند منجر به ارتعاشات شدید، به خصوص در سرعت‌های خاص، شود و ممکن است باعث ایجاد صداهای تق‌تق در هنگام شتاب‌گیری یا تعویض دنده شود. با گذشت زمان، این ارتعاشات می‌توانند به یاتاقان‌ها، اتصالات یونیورسال و سایر اجزای سیستم انتقال قدرت آسیب برسانند. بالانس کردن میل گاردان این ارتعاشات را از بین می‌برد، رانندگی نرم‌تری را تضمین می‌کند، فشار روی قطعات را کاهش می‌دهد و از آسیب‌های پرهزینه یا خرابی جلوگیری می‌کند.

علائم رایج عدم تعادل میل گاردان چیست؟

علائم معمول یک میل گاردان نامتعادل یا معیوب شامل لرزش یا تکان‌های قابل توجه در کف یا صندلی خودرو، به ویژه با افزایش سرعت است. همچنین ممکن است هنگام تعویض دنده یا در هنگام شتاب‌گیری و کاهش سرعت، صدای ضربه یا تق‌تق بشنوید. در برخی موارد، مفصل یونیورسال ممکن است به دلیل عدم تعادل بیش از حد گرم شود. اگر این علائم را مشاهده کردید، احتمالاً میل گاردان نیاز به بالانس یا تعمیر دارد.

چگونه یک محور محرک را متعادل می‌کنید؟

بالانس میل‌گاردان معمولاً با استفاده از یک دستگاه بالانس تخصصی انجام می‌شود. میل‌گاردان نصب و با سرعت بالا چرخانده می‌شود در حالی‌که سنسورها هرگونه عدم تعادل را تشخیص می‌دهند. سپس یک تکنسین بر اساس قرائت‌های دستگاه، وزنه‌های کوچکی را در موقعیت‌های مشخصی به میل‌گاردان اضافه می‌کند (یا از آن ماده برمی‌دارد). این فرآیند تا زمانی که میل‌گاردان بدون ارتعاش قابل توجه بچرخد، تکرار می‌شود. سامانه‌های مدرنی مانند Balanset-4A می‌توانند این فرآیند را هدایت کنند و دقیقاً محاسبه کنند که برای بالانس دقیق، در کجا و چه مقدار وزنه باید اضافه شود.

نتیجه‌گیری

در نتیجه، بالانس صحیح محور محرک برای ایمنی، عملکرد و صرفه‌جویی در هزینه ضروری است. با شناسایی و اصلاح عدم تعادل، از سایش غیرضروری قطعات جلوگیری می‌کنید، از خرابی‌های آسیب‌زا اجتناب می‌کنید و عملکرد بهینهٔ ماشین را حفظ می‌کنید. سامانه‌های مدرن بالانس مانند دستگاه‌های Balanset-1A و Balanset-4A ما این فرآیند را کارآمد می‌کنند و به کارگاه‌های کوچک نیز کمک می‌کنند تا به نتایج حرفه‌ای دست یابند.

اگر با لرزش‌های مداوم میل گاردان مواجه هستید یا به یک راه‌حل بالانس قابل اعتماد نیاز دارید، در اقدام تردید نکنید. مراحل ذکر شده در این راهنما را به کار بگیرید یا برای کمک با متخصصان ما مشورت کنید. با رویکرد و تجهیزات مناسب، می‌توانید اطمینان حاصل کنید که میل گاردان شما برای سال‌های آینده روان و قابل اعتماد کار می‌کند. تماس با ما برای کسب اطلاعات بیشتر یا بررسی بهترین تجهیزات بالانس شفت درایو برای نیازهای شما.