Vetoakselin tasapainotus: Kattava opas

Kuvittele ajavasi kuorma-autoa ja yhtäkkiä tunnet kovaa tärinää tai kuulet kovan kolinaa kiihdyttäessäsi tai vaihdetta vaihtaessasi. Tämä on enemmän kuin vain häiriö – se voi olla merkki epätasapainoisesta vetoakselista. Insinööreille ja teknikoille tällaiset tärinät ja äänet kertovat tehon menetyksestä, komponenttien kiihtyneestä kulumisesta ja mahdollisesti kalliista seisokeista, jos niitä ei korjata.

Tässä kattavassa oppaassa tarjoamme käytännön ratkaisuja vetoakselin tasapainotusongelmiin. Opit, mikä vetoakseli on ja miksi se tarvitsee tasapainotusta, tunnistat yleiset tärinää tai melua aiheuttavat toimintahäiriöt ja noudatat selkeää vaiheittaista prosessia dynaamiseen vetoakselin tasapainotukseen. Näitä parhaita käytäntöjä soveltamalla voit säästää rahaa korjauksissa, lyhentää vianetsintäaikaa ja varmistaa, että koneesi tai ajoneuvosi toimii luotettavasti ja minimoi tärinän.

Sisällysluettelo

• 1. Vetoakselityypit
• 2. Nivelakselin toimintahäiriöt
• 3. Vetoakselin tasapainotus
• 4. Nykyaikaiset vetoakselien tasapainotuskoneet
• 5. Vetoakselin tasapainottamisen valmistelu
• 6. Vetoakselin tasapainotusmenettely
• 7. Jäykkien roottoreiden suositellut tasapainotustarkkuusluokat

1. Vetoakselityypit

Nivelakseli (vetoakseli) on mekanismi, joka välittää vääntömomentin nivelakselien välillä, jotka leikkaavat toisensa nivelakselin keskipisteessä ja voivat liikkua toisiinsa nähden kulmassa. Ajoneuvossa vetoakseli siirtää vääntömomentin vaihteistosta (tai siirtokotelosta) vetäville akseleille, jos kyseessä on klassinen tai nelivetokokoonpano. Täysvetoisissa ajoneuvoissa kardaaninivel yhdistää tavallisesti vaihteiston vetoakselin siirtokotelon vetoakseliin ja siirtokotelon vetoakselit vetoakselien pääakselien vetoakseleihin.

Runkoon asennetut yksiköt (kuten vaihteisto ja jakovaihteisto) voivat liikkua toisiinsa nähden tukiensa ja itse rungon muodonmuutoksen vuoksi. Vetoakselit puolestaan on kiinnitetty runkoon jousituksen kautta ja voivat liikkua runkoon ja siihen asennettuihin yksiköihin nähden jousituksen elastisten elementtien muodonmuutoksen vuoksi. Tämä liike voi muuttaa paitsi yksiköitä yhdistävien vetoakselien kulmia myös yksiköiden välistä etäisyyttä.

The universal joint drive has a significant disadvantage: the non-uniform rotation of the shafts. If one shaft rotates uniformly, the other does not, and this non-uniformity increases with the angle between the shafts. This limitation prevents the use of a universal joint drive in many applications, such as in the transmission of front-wheel-drive vehicles, where the main issue is transmitting torque to the turning wheels. This disadvantage can be partially compensated by using two universal joints on one shaft, set to equal joint angles (γ1 = γ2) with the yokes at both ends of the intermediate shaft in the same plane (in phase). Yokes phased 90° apart do not cancel the fluctuation — they add to it. However, in applications requiring uniform rotation, constant velocity joints (CV joints) are typically used instead. CV joints are a more advanced but also more complex design serving the same purpose.

Nivelakselit voivat koostua yhdestä tai useammasta nivelakselista, jotka on yhdistetty vetoakseleilla ja välitukilla.

Kuva 1. Kaavio nivelakselista: 1, 4, 6 - vetoakselit; 2, 5 - kardaaninivelet; 3 - tasausliitos; u1, u2 - akselien väliset kulmat.

Yleisesti ottaen kardaaninivelen käyttö koostuu kardaaninivelistä 2 ja 5, vetoakseleista 1, 4 ja 6 sekä tasausliitoksesta 3. Joskus kardaaniakseli asennetaan ajoneuvon rungon poikkipalkkiin kiinnitettyyn välitukeen. Kardaaninivelet varmistavat vääntömomentin siirron akseleiden välillä, joiden akselit leikkaavat toisensa kulmassa. Kardaaninivelet jaetaan epätasaisen nopeuden ja vakionopeuksisiin niveliin. Epätasaisen nopeuden nivelet luokitellaan edelleen elastisiin ja jäykkiin niveliin. Vakionopeusnivelet voivat olla kuulaniveliä jakourilla, kuulaniveliä jakovivulla ja nokkaniveliä. Ne asennetaan tyypillisesti etupyörien käyttöön, jossa akselien välinen kulma voi olla jopa 45°, ja kardaaninivelen keskipisteen on oltava samassa kohdassa pyörän pyörimisakselin ja sen kääntöakselin leikkauspistettä.

Elastic universal joints transmit torque between shafts with intersecting axes at an angle of 2...3° due to the elastic deformation of the connecting elements. A rigid non-uniform velocity joint transmits torque from one shaft to another through the movable connection of rigid parts. It consists of two yokes – 3 and 5, into the cylindrical holes of which the ends A, B, C, and D of the connecting element – the cross 4, are installed on bearings. The yokes are rigidly connected to shafts 1 and 2. Yoke 5 can rotate around axis B–D of the cross and at the same time, along with the cross, rotate around axis A–C, thereby enabling the transmission of rotation from one shaft to another with a changing angle between them.

Kuva 2. Kaavio jäykästä epätasaisen nopeuden yleisnivelestä.

If shaft 1 rotates around its axis by an angle α, then shaft 2 will rotate by an angle β over the same period. The relationship between the rotation angles of shafts 1 and 2 is determined by the expression tanα = tanβ * cosγ, where γ is the angle at which the axes of the shafts are positioned. This expression indicates that the angle β is sometimes less than, equal to, or greater than angle α. Equality of these angles occurs every 90° of rotation of shaft 1. Therefore, with uniform rotation of shaft 1, the angular velocity of shaft 2 is non-uniform and varies according to a sinusoidal law. The non-uniformity of shaft 2's rotation becomes more significant as the angle γ between the shaft axes increases.

Jos akselin 2 epätasainen pyöriminen siirtyy yksiköiden akseleille, voimansiirrossa syntyy sykkiviä lisäkuormia, jotka kasvavat kulman γ myötä. Jotta akselin 2 epätasainen pyöriminen ei siirtyisi yksiköiden akseleille, kardaanivetojärjestelmässä käytetään kahta ristiniveltä. Ne asennetaan siten, että kulmat γ1 ja γ2 ovat yhtä suuret; epätasaisesti pyörivään akseliin 4 kiinnitettyjen ristinivelten haarukoiden on oltava samassa tasossa.

Kuvassa 3 on esitetty kardaaninivelten pääosien rakenne. Epätasaisen nopeuden kardaaninivel koostuu kahdesta ristillä (3) yhdistetystä haarukasta (1). Toisessa haarukassa on joskus laippa, kun taas toinen on hitsattu vetoakselin putkeen tai siinä on uritettu pää (6) (tai holkki) vetoakseliin liittämistä varten. Ristin tapit on asennettu molempien haarukoiden silmukoihin neulalaakereilla (7). Kumpikin laakeri on kotelossa (2) ja kiinnitetty haarukan silmukkaan kannella, joka on kiinnitetty haarukkaan kahdella pultilla, jotka on lukittu aluslevyn kielekkeillä. Joissakin tapauksissa laakerit on kiinnitetty haarukoihin lukkorenkailla. Laakerin voitelun säilyttämiseksi ja sen suojaamiseksi vedeltä ja lialta on käytössä itsekiristyvä kuminen tiiviste. Ristin sisäontelo on täytetty rasvalla rasvanipan kautta, joka ulottuu laakereihin. Ristissä on tyypillisesti varoventtiili, joka suojaa tiivistettä vaurioilta, jotka johtuvat ristiin pumpattavan rasvan paineesta. Uritettu liitos (6) voidellaan rasvanipan (5) avulla.

Kuva 3. Jäykän epäyhtenäisen nopeuden yleisnivelen yksityiskohdat.

The maximum angle between the axes of shafts connected by rigid non-uniform velocity universal joints usually does not exceed 20°, as efficiency significantly decreases at larger angles. If the angle between the shaft axes varies within 0...2°, the trunnions of the cross are deformed by the needle bearings, causing the universal joint to fail quickly.

Nopeiden telaketjuajoneuvojen vaihteistoissa käytetään usein hammaspyöräkytkentätyyppisiä murrosniveliä, jotka mahdollistavat vääntömomentin siirron akseleiden välillä, joiden akselit leikkaavat toisiaan jopa 1,5...2° kulmassa.

Vetoakselit valmistetaan tyypillisesti putkimaiseen muotoon käyttäen erikoisteräksestä valmistettuja saumattomia tai hitsattuja putkia. Nivelakselien, hammastettujen holkkien tai kärkien nivelet hitsataan putkiin. Vetoakseliin kohdistuvien poikittaiskuormitusten vähentämiseksi suoritetaan dynaaminen tasapainotus, kun kardaaninivelet on asennettu. Epätasapaino korjataan hitsaamalla tasapainotuslevyt vetoakseliin tai joskus asentamalla tasapainotuslevyt kardaaninivelten laakerikorkkien alle. Nivelakselin liitososien suhteellinen sijainti nivelakselin kokoonpanon ja tasapainotuksen jälkeen tehtaalla merkitään yleensä erityisin tarroin.

Kardaaninivelen kompensointiliitos on yleensä tehty hammastetun liitoksen muodossa, mikä mahdollistaa kardaaninivelen käyttöosien aksiaalisen liikkeen. Se koostuu hammastetusta kärjestä, joka sopii nivelakselin hammastettuun holkkiin. Voiteluaine syötetään kiilaliitokseen rasvanipan kautta tai se levitetään kokoonpanon aikana ja vaihdetaan ajoneuvon pitkäaikaisen käytön jälkeen. Rasvan vuotamisen ja saastumisen estämiseksi asennetaan yleensä tiiviste ja kansi.

Pitkissä vetoakseleissa nivelakseleissa käytetään yleensä välitukia. Välituki koostuu tyypillisesti ajoneuvon rungon poikkipalkkiin pultattavasta kannattimesta, jossa kuulalaakeri on asennettu kumiseen elastiseen renkaaseen. Laakeri on tiivistetty molemmin puolin korkilla ja siinä on voitelulaite. Joustava kumirengas auttaa kompensoimaan asennuksen epätarkkuutta ja laakerin virheasentoa, joita voi esiintyä rungon muodonmuutosten vuoksi.

Yleisnivel, jossa on neulalaakerit (kuva 4a), koostuu haarukoista, rististä, neulalaakereista ja tiivisteistä. Neulalaakeroidut kupit asennetaan ristin tappeihin ja tiivistetään tiivisteillä. Kupit on kiinnitetty haarukoihin kiristysrenkailla tai ruuveilla kiinnitetyillä suojuksilla. Nivelet voidellaan rasvanipan avulla ristiin tehtyjen sisäisten porausten kautta. Varoventtiiliä käytetään poistamaan liiallinen öljynpaine nivelessä. Vetävän haarukan pyöriessä tasaisesti vedetty haarukka pyörii epätasaisesti: se etenee ja jää jälkeen vetävästä haarukasta kaksi kertaa kierrosta kohti. Epätasaisen pyörimisen poistamiseksi ja inertiakuormituksen vähentämiseksi käytetään kahta ristiniveltä.

Etuvetävien pyörien voimansiirtoon asennetaan vakionopeusnivelet. GAZ-66- ja ZIL-131-ajoneuvojen vakionopeusnivelten voimansiirto koostuu haarukoista 2, 5 (kuva 4b), neljästä kuulasta 7 ja keskimmäisestä kuulasta 8. Vetohaarukka 2 on kiinteä osa sisäistä akseliakselia, kun taas vedetty haarukka on taottu yhteen ulkoisen akseliakselin kanssa, jonka päähän pyörän napa on kiinnitetty. Vetomomentti haarukasta 2 haarukkaan 5 siirretään pallojen 7 välityksellä, jotka liikkuvat haarukoissa olevia pyöreitä uria pitkin. Keskimmäinen kuula 8 keskittää haarukat, ja sitä pitävät paikallaan nastat 3, 4. Haarukoiden 2 ja 5 pyörimistaajuus on sama, koska mekanismi on symmetrinen suhteessa haarukoihin. Akselin pituuden muuttaminen varmistetaan haarukoiden ja akselin vapaalla hammastuksella varustetuilla liitoksilla.

Kuva 4. Nivelnivelet: a - Nivelnivel: 1 - korkki; 2 - kuppi; 3 - neulalaakeri; 4 - tiiviste; 5, 9 - haarukka; 6 - varoventtiili; 7 - risti; 8 - rasvanippa; 10 - ruuvi; b - vakionopeuksinen nivelnivel: 1 - sisäinen akseliakseli; 2 - vetävä haarukka; 3, 4 - nastat; 5 - vedetty haarukka; 6 - ulkoinen akseliakseli; 7 - kuulat; 8 - keskikuula.

2. Nivelakselin toimintahäiriöt

Kardaanivaihteiden toimintahäiriöt ilmenevät tyypillisesti terävinä kolhuina kardaaninivelissä, jotka esiintyvät ajoneuvon liikkuessa, erityisesti vaihteiden välillä vaihdettaessa ja moottorin kampiakselin kierrosluvun äkillisissä nousuissa (esimerkiksi siirryttäessä moottorijarrutuksesta kiihdytykseen). Merkkinä kardaaninivelen toimintahäiriöstä voi olla sen kuumeneminen korkeaan lämpötilaan (yli 100 °C). Tämä tapahtuu kardaaninivelen holkkien ja nivelten, neulalaakereiden, ristien ja hammasliitosten huomattavan kulumisen vuoksi, mikä johtaa kardaaninivelen virheasentoon ja neulalaakereihin kohdistuviin huomattaviin aksiaalisiin iskukuormituksiin. Kardaaninivelen ristin korkkitiivisteiden vaurioituminen johtaa nivelakselin ja sen laakerin nopeaan kulumiseen.

Huollon aikana kardaaninivelen voimansiirto tarkistetaan pyörittämällä voimansiirtoakselia voimakkaasti käsin molempiin suuntiin. Akselin vapaan pyörimisen aste määrittää kardaaninivelten ja hammastettujen liitosten kulumisen. 8-10 tuhannen kilometrin välein tarkistetaan vaihteiston vetoakselin laippojen ja päävaihteiston vetoakselin ruuviliitosten kunto päätyjen kardaaninivelten laippojen kanssa sekä vetoakselin välituen kiinnitys. Lisäksi tarkastetaan hammasnivelen liitosten kumisaappaiden ja ristinivelen korkkitiivisteiden kunto. Kaikki kiinnityspultit on kiristettävä kokonaan (kiristysmomentti 8-10 kgf-m).

Nivelnivelten neulalaakerit voidellaan voimansiirtoyksiköissä käytettävällä nestemäisellä öljyllä; useimmissa ajoneuvoissa olevat hammasliitokset voidellaan rasvoilla (US-1, US-2, 1-13 jne.); rasvan käyttö neulalaakerien voiteluun on ehdottomasti kielletty. Joissakin ajoneuvoissa hammastetut liitokset voidellaan vaihteistoöljyllä. Kumiholkkiin asennettu välitukilaakeri ei käytännössä tarvitse voitelua, koska se voidellaan tehtaalla kokoonpanon yhteydessä. ZIL-130-ajoneuvon tukilaakeri voidellaan rasvalla paineliitännän kautta määräaikaishuollon yhteydessä (1100-1700 km:n välein).

Kuva 5. Nivelakseli: 1 - laippa vetoakselin kiinnittämistä varten; 2 - ristinivelen risti; 3 - ristinivelen haarukka; 4 - liukuhaarukka; 5 - vetoakselin putki; 6 - suljettu neulalaakeri.

Kardaaniveto koostuu kahdesta neulalaakeroidusta kardaaninivelestä, jotka on yhdistetty toisiinsa onttoakselilla, ja liukuhaarukasta, jossa on evolventtihammastus. Jotta varmistetaan luotettava suojaus lialta ja hammasliitoksen hyvä voitelu, vaihteiston toissijaiseen akseliin (2) liitetty liukuhaarukka (6) on sijoitettu vaihteistokoteloon kiinnitettyyn jatkokappaleeseen (1). Lisäksi tämä kiilaliitoksen sijainti (nivelten välisen vyöhykkeen ulkopuolella) lisää merkittävästi kardaanivaihteen jäykkyyttä ja vähentää akselin värähtelyn todennäköisyyttä liukuvan kiilaliitoksen kulumisen yhteydessä.

Vetoakseli on valmistettu ohutseinäisestä sähköhitsatusta putkesta (8), johon on puristettu kaksi identtistä haarukkaa (9) molemmista päistä ja hitsattu sitten kaarihitsaamalla. Ristin (25) neulalaakeripesät (18) on puristettu haarukoiden (9) silmukoihin ja kiinnitetty jousikiinnitysrenkailla (20). Jokainen nivellaakeri sisältää 22 neulaa (21). Leimatut korkit (24) on puristettu ristien ulkoneviin tappeihin, joihin on asennettu korkkirenkaat (23). Laakerit voidellaan ristin keskellä olevaan kierteitettyyn reikään ruuvatulla kulmikkaalla rasvanipalla (17), joka on yhdistetty ristin tappien läpivientikanaviin. Nivelristin vastakkaisella puolella keskellä on varoventtiili (16), jonka tarkoituksena on vapauttaa ylimääräinen rasva ristiä ja laakereita täytettäessä ja estää paineen muodostuminen ristin sisään käytön aikana (venttiili aktivoituu noin 3,5 kg/cm² paineessa). Varoventtiilin sisällyttämisen tarve johtuu siitä, että liiallinen paineen nousu ristikon sisällä voi johtaa korkkitiivisteiden vaurioitumiseen (puristumiseen).

Kuva 6. Vetoakselin kokoonpano: 1 - vaihdelaatikon jatke; 2 - vaihdelaatikon toissijainen akseli; 3 ja 5 - lianpoistajat; 4 - kumitiivisteet; 6 - liukuhaarukka; 7 - tasapainotuslevy; 8 - vetoakselin putki; 9 - haarukka; 10 - laippahaarukka; 11 - pultti; 12 - taka-akselin voimansiirtovaihteen laippa; 13 - jousialuslevy; 14 - mutteri; 15 - taka-akseli; 16 - varoventtiili; 17 - kulmavoitelulaite; 18 - neulalaakeri; 19 - haarukan silmä; 20 - jousen pidätinrengas; 21 - neula; 22 - aluslevy, jossa on torusmainen pää; 23 - korkkirengas; 24 - leimattu korkki; 25 - risti.

Molemmilla murrosnivelillä koottu vetoakseli on huolellisesti dynaamisesti tasapainotettu molemmista päistä hitsaamalla tasapainotuslevyt (7) putkeen. Siksi akselia purettaessa kaikki sen osat on merkittävä huolellisesti, jotta ne voidaan koota takaisin alkuperäisille paikoilleen. Tämän ohjeen noudattamatta jättäminen häiritsee akselin tasapainoa ja aiheuttaa tärinää, joka voi vahingoittaa vaihteistoa ja ajoneuvon koria. Jos yksittäiset osat kuluvat, varsinkin jos putki taipuu iskun vuoksi ja akselin dynaaminen tasapainottaminen kokoonpanon jälkeen tulee mahdottomaksi, koko akseli on vaihdettava.

Vetoakselin mahdolliset toimintahäiriöt, niiden syyt ja ratkaisut

Toimintahäiriön syy	Ratkaisu
Vetoakselin tärinä
1. Akselin taipuminen esteen vuoksi	1. Suorista ja tasapainota koottu akseli dynaamisesti tai vaihda koottu akseli.
2. Laakerin ja ristin kuluminen	2. Vaihda laakerit ja ristit ja tasapainota koottu akseli dynaamisesti.
3. Jatkoholkkien ja liukujohteen kuluminen.	3. Vaihda jatko-osa ja liukujohde ja tasapainota koottu akseli dynaamisesti.
Koputukset käynnistettäessä ja ajettaessa
1. Liukuhaaran urat tai toissijaisen vaihdelaatikon akselin kuluminen.	1. Vaihda kuluneet osat. Kun vaihdat liukuhaaraa, tasapainota koottu akseli dynaamisesti.
2. Löysät pultit, jotka kiinnittävät laippahaaran taka-akselin vetopyörän laippaan.	2. Kiristä pultit
Öljyn roiskuminen yleisnivelen tiivisteistä
Korkkirenkaiden kuluminen yleisnivelen tiivisteissä	Korkkirenkaat vaihdetaan, ja kaikki vetoakselin osat säilytetään kokoonpanon aikana oikeassa asennossa. Jos ristit ja laakerit kuluvat, vaihda laakerit ja ristit ja tasapainota koottu akseli dynaamisesti.

3. Vetoakselin tasapainotus

Kun vetoakseli on korjattu ja koottu, se tasapainotetaan dynaamisesti koneessa. Kuvassa 7 esitetään yksi tasapainotuskoneen malli. Kone koostuu levystä (18) ja heilurikehikosta (8), joka on kiinnitetty neljään pystysuoraan kimmoiseen sauvaan (3), mikä varmistaa heilurin heilumisen vaakatasossa. Heilurikehyksen (8) pitkittäisputkiin on asennettu kannattimeen (4) kiinnitetty kannatin ja etupää (9). Takimmainen päätyakseli (6) on siirrettävän traverssin (5) varassa, mikä mahdollistaa eripituisten vetoakselien dynaamisen tasapainottamisen. Pääkannattimen karat on asennettu tarkkuuskuulalaakereihin. Etupään kara (9) saa käyttövoimansa koneen jalustaan asennetusta sähkömoottorista kiilahihnavetoisen ja väliakselin kautta, johon on asennettu asteikkolevy (10) (nonius). Lisäksi konelevyyn (18) on asennettu kaksi jalustaa (15), joissa on sisäänvedettävät lukitustapit (17), jotka varmistavat heilurikehikon etu- ja takapään kiinnittämisen vetoakselin etu- tai takapään tasapainotuksen mukaan.

Kuva 7. Vetoakselien dynaaminen tasapainotuskoneisto

1-puristin; 2-vaimentimet; 3-joustava tanko; 4-kiinnike; 5-siirrettävä traverssi; 6-takainen päätyakseli; 7-ristikkotanko; 8-heilurikehys; 9-etummainen vetävä päätyakseli; 10-asteikkolevy; 11-millivoltmittari; 12-kommutaattorin tasasuuntaajan akselin asteikkolevy; 13-magneettisähköinen anturi; 14-kiinteä jalusta; 15-lukitusjalusta; 16-jalusta; 17-lukitsin; 18-tukilevy.

Kiinteät jalustat (14) on asennettu konelevyn takaosaan, ja niihin on asennettu magneettisähköiset anturit (13), joiden tangot on liitetty heilurikehikon päihin. Rungon resonanssivärähtelyjen estämiseksi kannattimien (4) alle on asennettu öljyllä täytetyt vaimentimet (2).

During dynamic balancing, the driveshaft assembly with the sliding yoke is installed and secured on the machine. One end of the driveshaft is connected by a flange-yoke to the flange of the front driving headstock, and the other end by the support neck of the sliding yoke to the splined sleeve of the rear headstock. Then the ease of rotation of the driveshaft is checked, and one end of the machine's pendulum frame is fixed using the fixator. After starting the machine, the limb of the rectifier is rotated counterclockwise, bringing the millivoltmeter needle to its maximum reading. The millivoltmeter reading corresponds to the magnitude of the imbalance. The millivoltmeter scale is graduated in gram-centimeters or grams of counterweight. Continuing to rotate the rectifier limb counterclockwise, the millivoltmeter reading is brought to zero, and the machine is stopped. Based on the rectifier limb reading, the angular displacement (angle of imbalance displacement) is determined, and by manually rotating the driveshaft, this value is set on the intermediate shaft limb. The welding place of the balancing plate will be on the top of the driveshaft, and the weighted part at the bottom in the correction plane. Then the balancing plate is attached and tied with thin wire at a distance of 10 mm from the weld, the machine is started, and the balance of the driveshaft end with the plate is checked. The imbalance should be no more than 70 g·cm (700 g·mm). Then, releasing one end and securing the other end of the pendulum frame with the fixator stand, dynamic balancing of the other end of the driveshaft is performed according to the technological sequence described above.

Vetoakseleilla on joitakin tasapainotusominaisuuksia. Useimmissa osissa dynaamisen tasapainotuksen perustana ovat tukikaulat (esim. sähkömoottoreiden roottorit, turbiinit, karat, kampiakselit jne.), mutta vetoakseleissa se on laipat. Kokoonpanon aikana eri liitoksissa on väistämättä aukkoja, jotka johtavat epätasapainoon. Jos tasapainotuksen aikana ei voida saavuttaa minimipoikkeamaa, akseli hylätään. Tasapainotuksen tarkkuuteen vaikuttavat seuraavat tekijät:

• Vetoakselin laipan laskuhihnan ja vasemman ja oikean tukipään kannattimien kiinnityslaipan sisäreiän välisessä liitoksessa oleva rako;
• Laipan pohjapintojen säteittäinen ja päätypoikkeama;
• Sarana- ja uraliitoksissa on raot. Rasvan läsnäolo uraliitoksen ontelossa voi johtaa "kelluvaan" epätasapainoon. Jos se estää vaaditun tasapainotustarkkuuden saavuttamisen, vetoakseli tasapainotetaan ilman rasvaa.

Jotkin epätasapainotilat voivat olla täysin korjaamattomia. Jos vetoakselin kardaaninivelissä havaitaan lisääntynyttä kitkaa, korjaustasojen keskinäinen vaikutus kasvaa. Tämä johtaa tasapainotuksen suorituskyvyn ja tarkkuuden heikkenemiseen.

OST 37.001.053-74:n mukaan epätasapainolle on asetettu seuraavat standardit: kahdella nivelellä (kaksituelliset) varustetut vetoakselit tasapainotetaan dynaamisesti ja kolmella nivelellä (kolmituelliset) varustetut – kootaan välituen avulla; yli 5 kg painavien vetoakselien ja kytkimien laipat (haarukat) tasapainotetaan staattisesti ennen akselin tai kytkimen kokoamista; kolminivelisten vetoakselien kummassakin päässä tai välituella olevien vetoakselien jäännösepätasapainon normit arvioidaan ominaisepätasapainon perusteella.

Akselin kummassakin päässä tai välituella, samoin kuin kolminivelisten vetoakseleiden missä tahansa asennossa tasapainotustelineellä olevan jäännösepätasapainon suurin sallittu arvo ei saa ylittää: henkilöautojen ja pienten kuorma-autojen (enintään 1 t) sekä erittäin pienten linja-autojen vaihteistoissa – 6 g-cm/kg, muissa – 10 g-cm/kg. Vetoakselin tai kolminivelisen vetoakselin suurin sallittu jäännösepätasapainon normi on varmistettava tasapainotustelineessä pyörimistaajuudella, joka vastaa niiden taajuuksia vaihteistossa ajoneuvon suurimmalla nopeudella.

Note: OST 37.001.053-74 is a Soviet automotive-industry standard from 1974 and is quoted here as a historical reference. In modern terms, 6 g·cm/kg at 3,000 rpm corresponds to about G 19 and 10 g·cm/kg to about G 31 — the OST requirement sits between G 16 and G 40, consistent with the ISO 21940-11 (formerly ISO 1940-1) grades for drive shafts. Specify new work in ISO 21940-11 grades.

Kuorma-autojen, joiden kantavuus on vähintään 4 tonnia, sekä pienten ja suurten linja-autojen vetoakseleiden ja kolminivelisten vetoakseleiden osalta tasapainotustelineessä sallittua voimansiirtoakselien pyörimistaajuutta voidaan alentaa arvoon 70% ajoneuvon suurimmalla nopeudella. OST 37.001.053-74:n mukaan vetoakseleiden tasapainotuspyörimistaajuuden tulisi olla:

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

jossa n_b – tasapainottava pyörimistaajuus (tulisi vastata jalustan tärkeimpiä teknisiä tietoja, n=3000 min^-1); n_r – suurin työkierrostaajuus, min^-1.

Käytännössä vetoakselia ei voida tasapainottaa suositellulla kierrosluvulla, koska nivelissä ja hammastetuissa liitoksissa on rako. Tällöin valitaan toinen pyörimisnopeus, jolla se tasapainottuu.

4. Nykyaikaiset vetoakselien tasapainotuskoneet

Kuva 8. Tasapainotuskone enintään 2 metriä pitkille ja 500 kg:n painoisille vetoakseleille.

Mallissa on 2 jalustaa, ja se mahdollistaa tasapainottamisen kahdessa korjaustasossa.

Kuva 9. Tasapainotuskone enintään 4200 mm:n pituisille ja 400 kg:n painoisille vetoakseleille.

Mallissa on 4 jalustaa, ja se mahdollistaa tasapainottamisen neljässä korjaustasossa samanaikaisesti.

Kuva 10. Vaakasuora kovan laakerin tasapainotuskone vetoakselien dynaamista tasapainotusta varten.

1 – Balancing item (driveshaft); 2 – Machine base; 3 – Machine supports; 4 – Machine drive; The structural elements of the machine supports are shown in Figure 11.

Kuva 11. Koneen tukielementit vetoakselien dynaamista tasapainottamista varten.

1 - Vasen säätämätön tuki; 2 - Säädettävä välituki (2 kpl); 3 - Oikea säätämätön kiinteä tuki; 4 - Tukikehyksen lukituskahva; 5 - Liikuteltava tukialusta; 6 - Tuen pystysuuntainen säätömutteri; 7 - Pystysuuntaisen asennon lukituskahvat; 8 - Tuen kiinnityskannatin; 9 - Välilaakeroitu siirrettävä kiinnitin; 10 - Kiinnittimen lukituskahva; 11 - Kiinnityskannattimen lukitus; 12 - Vetävä (johtava) kara kohteen asennusta varten; 13 - Vedetty kara.

5. Vetoakselin tasapainottamisen valmistelu

Seuraavassa tarkastellaan koneen tukien asennusta ja tasapainotuskappaleen (nelitukinen vetoakseli) asentamista koneen tukiin.

Kuva 12. Siirtymälaippojen asentaminen tasapainotuskoneen karoihin.

Kuva 13. Vetoakselin asentaminen tasapainotuskoneen kannattimiin.

Kuva 14. Vetoakselin vaaitus vaakasuoraan tasapainotuskoneen kannattimille kuplavaa'an avulla.

Kuva 15. Tasapainotuskoneen välitukien kiinnittäminen vetoakselin pystysuuntaisen siirtymisen estämiseksi.

Pyöritä esinettä käsin koko kierros. Varmista, että se pyörii vapaasti ja jumittumatta tukiin. Tämän jälkeen koneen mekaaninen osa on asennettu, ja kappaleen asennus on valmis.

6. Vetoakselin tasapainotusmenettely

Which kit do I need? A two-support machine correcting in two planes (Figure 8) needs the two-channel Balanset-1A. A four-support machine correcting in four planes simultaneously (Figure 9, and the procedure below) needs the four-channel Balanset-4A. The measurement and calculation workflow is identical; only the channel count differs. The procedure below is described for a four-plane setup, while the software screenshots show the same workflow on the two-plane Balanset-1A — on the Balanset-4A the same screens simply add planes 3 and 4.

The process of driveshaft balancing on the balancing machine will be considered using the Balanset-4A measuring system as an example. The Balanset-4A is a portable balancing kit designed for balancing in one, two, three, and four correction planes of rotors, either rotating in their own bearings or mounted on a balancing machine. The device includes up to four vibration sensors, a phase angle sensor, a four-channel measuring unit, and a portable computer.

The entire balancing process, including measurement, processing, and display of information on the magnitude and location of corrective weights, is performed automatically and does not require the user to have additional skills and knowledge beyond the provided instructions. The results of all balancing operations are saved in the Balancing Archive and can be printed as reports if necessary. In addition to balancing, the Balanset-4A can also be used as a regular vibro-tachometer, allowing measurement on four channels of the root mean square (RMS) value of total vibration, RMS of the rotational component of vibration, and control of rotor rotation frequency.

Lisäksi laitteella voidaan näyttää aikafunktion ja värähtelyspektrin kuvaajat värähtelynopeuden mukaan, mikä voi olla hyödyllistä tasapainotetun koneen teknisen kunnon arvioinnissa.

Figure 16. External View of the Balanset-4A Device for Use as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 17. Example of Using the Balanset-4A Device as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 18. Main window of the Balanset software: F1 - About, F5 - Vibration Meter, F7 - Balancing, F8 - Charts, F6 - Reports

The Balanset-4A device is supplied with vibration sensors. The sensors are accelerometer-based; the software integrates their signal and displays vibration velocity in mm/s RMS.

Figure 19. Installation of Balanset-4A Vibration Sensors on the Supports of the Balancing Machine

The direction of the sensors' sensitivity axis should match the direction of the support's vibration displacement, in this case – horizontal. For additional information on sensor installation, see BALANCING ROTORS IN OPERATING CONDITIONS.

1. Asenna tärinäanturit 1, 2, 3 ja 4 tasapainotuskoneen tukiin.
2. Kytke tärinäanturit liittimiin X1, X2, X3 ja X4.
3. Asenna vaihekulma-anturi (lasertakometri) 5 siten, että tasapainotetun roottorin säteittäisen pinnan (tai päädyn) ja anturikotelon välinen nimellinen väli on 10-300 mm.
4. Kiinnitä roottorin pintaan vähintään 10-15 mm leveä heijastinnauhamerkki.
5. Kytke vaihekulma-anturi liittimeen X5.
6. Liitä mittausyksikkö tietokoneen USB-porttiin.
7. Kun käytät verkkovirtaa, liitä tietokone virtalähteeseen.
8. Kytke virtalähde 220 V, 50 Hz verkkoon.
9. Turn on the computer and start the Balanset software.
10. Open the balancing workspace with the “F7 - Balancing” button and set the required number of correction planes in the “Plane count” field, so that vibration is measured simultaneously by the vibration sensors connected to the inputs of the measuring unit.
11. A mnemonic diagram illustrating the connection of the sensors and the measuring unit appears on the computer display, as shown in Figure 18.

Ennen tasapainotuksen suorittamista on suositeltavaa tehdä mittaukset vibrometritilassa (F5-painike).

Figure 20. Vibration Meter mode (F5): total vibration V1s, V2s and rotational components V1o, V2o with phases F1, F2, displayed as vibration velocity in mm/s RMS

Jos kokonaisvärähtelyn suuruus V1s (V2s) vastaa suunnilleen pyörimiskomponentin suuruutta V1o (V2o), voidaan olettaa, että mekanismin värähtelyn pääasiallinen aiheuttaja on roottorin epätasapaino. Jos kokonaisvärähtelyn suuruus V1s (V2s) ylittää merkittävästi pyörimiskomponentin V1o (V2o), on suositeltavaa tarkastaa mekanismi – tarkistaa laakereiden kunto, varmistaa niiden tukeva kiinnitys alustaan, varmistaa, ettei roottori kosketa kiinteitä osia pyörimisen aikana, ja ottaa huomioon muiden mekanismien värähtelyjen vaikutus jne.

Studying the time function graphs and vibration spectra in the charts mode (“F8 - Charts”, the “F5-Spectrum (Hz)” tab) can be useful here.

Kuva 21. Värähtelyaikafunktion ja spektrin kuvaajat

Kaavio näyttää, millä taajuuksilla värähtelytasot ovat korkeimmat. Jos nämä taajuudet poikkeavat tasapainotetun mekanismin roottorin pyörimistaajuudesta, on tarpeen tunnistaa näiden värähtelykomponenttien lähteet ja ryhtyä toimenpiteisiin niiden poistamiseksi ennen tasapainottamista.

Reading the spectrum of a driveshaft: 1x is unbalance, 2x may be the joint itself. A dominant peak at the rotational frequency (1x) points to unbalance — this is what balancing removes. A dominant peak at twice the rotational frequency (2x), especially together with strong axial vibration, points to the joint angles, worn crosses or splines, or epäkohdistus: a universal (cardan) joint working at an angle γ makes the driven yoke lead and lag twice per revolution, so it produces a 2x component even when the shaft is perfectly balanced. Balancing will not remove it — equalise the joint angles (γ1 = γ2) and check the joints first. In the charts mode (“F8 - Charts”) the “F5-Spectrum (Hz)” tab shows the spectrum and the “F3-1x vibration” tab the rotational component; at 3000 min^-1 1x = 50 Hz and 2x = 100 Hz.

On myös tärkeää kiinnittää huomiota lukemien vakauteen vibrometrimoodissa - värähtelyn amplitudi ja vaihe eivät saa muuttua yli 10-15% mittauksen aikana. Muussa tapauksessa mekanismi saattaa toimia lähellä resonanssialuetta. Tällöin roottorin nopeutta olisi säädettävä.

When performing four-plane balancing of a new rotor, five calibration runs and at least one trim run (Run T) of the balanced machine are required. Vibration measurement during the first machine run without a trial weight is performed as Run 0 in the balancing workspace. Subsequent runs are performed with a trial weight, sequentially installed on the driveshaft in each correction plane (in the area of each balancing machine support).

Ennen jokaista seuraavaa ajoa on suoritettava seuraavat toimenpiteet:

• Pysäytä tasapainotetun koneen roottorin pyöriminen.
• Poista aiemmin asennettu koepaino.
• Asenna koepaino seuraavaan tasoon.

Figure 22. Balancing workspace (“F7 - Balancing”) during a measurement run: Run 0 - Initial, trial-mass runs Run 1 and Run 2, and the trim run Run T

Kunkin mittauksen jälkeen roottorin pyörimistaajuuden (N_ob) sekä RMS-arvot (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) ja vaiheet (F₁, F₂, F₃, F₄) of the vibration at the rotational frequency of the balanced rotor are saved in the corresponding fields in the program window. After the fifth run (Weight in Plane 4), the balancing results with the polar plot (see Figure 23) appear, displaying the calculated values of the masses (M₁, M₂, M₃, M₄) ja asennuskulmat (f₁, f₂, f₃, f₄) korjauspainoista, jotka on asennettava roottoriin neljässä tasossa sen epätasapainon kompensoimiseksi.

Figure 23. Polar plot of the balancing result: calculated correction masses and angles for each plane, measured from the trial weight position in the direction of rotation

Huomio! Kun tasapainotetun koneen viidennen ajokerran mittausprosessi on suoritettu, on roottorin pyöriminen pysäytettävä ja aiemmin asennettu koepaino poistettava. Vasta tämän jälkeen voit jatkaa korjauspainojen asentamista (tai poistamista) roottorista.

Korjauspainon lisäämisen (tai poistamisen) kulma-asento roottorissa polaarikoordinaatistossa mitataan koepainon asennuspaikasta. Kulman mittaussuunta on sama kuin roottorin pyörimissuunta. Jos tasapainotus tapahtuu lapojen avulla, ehdollisesti 1. lapoksi katsotun tasapainotetun roottorin lapo on sama kuin koepainon asennuspaikka. Tietokoneen näytöllä näkyvä lapojen numerointisuunta seuraa roottorin pyörimissuuntaa.

In this version of the program, it is assumed by default that the corrective weight will be added to the rotor. This is indicated by the mark set in the “Add mass” field. If correcting the imbalance by removing the weight (e.g., by drilling) is necessary, set the mark in the “Remove mass” field using the mouse, after which the angular position of the corrective weight will automatically change by 180 degrees.

After installing the corrective weights on the balanced rotor, carry out the trim run (Run T) to check the effectiveness of the balancing operation. After completing the trim run, the results of the rotor's rotation frequency (N_ob) ja RMS-arvot (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) ja vaiheet (F₁, F₂, F₃, F₄) of the vibration at the rotational frequency of the balanced rotor are saved. Simultaneously, the balancing results (see Figure 23) are updated, displaying the calculated parameters of additional corrective weights that need to be installed (or removed) on the rotor to compensate for its residual imbalance. Additionally, this workspace shows the values of the residual imbalance achieved after balancing. If the values of residual vibration and/or residual imbalance of the balanced rotor meet the tolerance requirements specified in the technical documentation, the balancing process can be completed. Otherwise, the balancing process can be continued. This method allows for correcting possible errors through successive approximations that may occur when installing (removing) the corrective weight on the balanced rotor.

If the balancing process continues, additional corrective weights must be installed (or removed) on the balanced rotor according to the calculated parameters shown in the balancing results.

The rotor balancing coefficients (dynamic influence coefficients) calculated from the results of the five calibration runs are saved in the computer's memory and can be reused with the “Load Coefficients” function when balancing rotors of the same type.

7. Jäykkien roottoreiden suositellut tasapainotustarkkuusluokat

The grades below are the balance quality grades G of ISO 1940-1, superseded without change of values by ISO 21940-11:2016. The grade is defined as G = e_per·Ω, where e_per is the permissible specific residual unbalance (g·mm/kg = µm) and Ω = 2πn/60 is the service angular velocity (rad/s). The permissible residual unbalance follows as U_per = 9549·G·M/n [g·mm], split between the correction planes. See our ISO 1940-1 glossary entry.

The default grade for a road-vehicle driveshaft is G 40; G 16 applies when the drawing or the OEM specification calls for special requirements. Note that residual unbalance and vibration are separate acceptance criteria: the vibration of the assembled machine is assessed to ISO 20816 (formerly ISO 10816) — see our ISO 10816-1 glossary entry.

The G-grade table applies to rigid rotors only — rotors whose service speed stays below roughly 0.5…0.7 of the first bending critical speed. Long driveshafts (2 m and above, and any shaft with an intermediate support) can approach that limit: check the shaft's first critical speed against both the service speed and the balancing speed. If the shaft is flexible at speed, use a modal / multi-speed procedure (ISO 21940-12) — a two-plane rigid-rotor correction will not hold.

Taulukko 2. Jäykkien roottoreiden suositellut tasapainotustarkkuusluokat.

Konetyypit (roottorit)	Tasapainotuksen tarkkuusluokka	Balance quality grade G = eper·Ω, mm/s
Suurten hidaskäyntisten laivadieselmoottoreiden (männän nopeus alle 9 m/s) kampiakselit (rakenteellisesti epätasapainoiset)	G 4000	4000
Vetokampiakselit (rakenteellisesti tasapainotetut) suurille hidaskäyntisille laivadieselmoottoreille (männän nopeus alle 9 m/s)	G 1600	1600
Vetävät kampiakselit (rakenteellisesti epätasapainossa olevat) tärinäneristimillä.	G 630	630
Jäykillä tuilla olevat kampiakselit (rakenteellisesti epätasapainossa olevat)	G 250	250
Henkilöautoihin, kuorma-autoihin ja vetureihin kootut mäntämoottorit.	G 100	100
Vetävät kampiakselit (rakenteellisesti tasapainotetut) tärinäneristimillä.	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Maatalouskoneet	G 16	16
Jäykillä tuilla olevat (tasapainotetut) kampiakselit	G 16	16
Murskaimet	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
Ilma-alusten kaasuturbiinit	G 6.3	6.3
Sentrifugit (erottimet, laskeuttimet)	G 6.3	6.3
Sähkömoottorit ja -generaattorit (akselin korkeus vähintään 80 mm), joiden suurin nimelliskierrosnopeus on enintään 950 min.-1	G 6.3	6.3
Sähkömoottorit, joiden akselin korkeus on alle 80 mm	G 6.3	6.3
Tuulettimet	G 6.3	6.3
Vaihteet	G 6.3	6.3
Yleiskäyttöiset koneet	G 6.3	6.3
Metallin leikkauskoneet	G 6.3	6.3
Paperinvalmistuskoneet	G 6.3	6.3
Pumput	G 6.3	6.3
Turboahtimet	G 6.3	6.3
Vesiturbiinit	G 6.3	6.3
Kompressorit	G 6.3	6.3
Tietokoneohjatut käytöt	G 2.5	2.5
Sähkömoottorit ja -generaattorit (akselin korkeus vähintään 80 mm), joiden suurin nimellispyörimisnopeus on yli 950 min.-1	G 2.5	2.5
Kaasu- ja höyryturbiinit	G 2.5	2.5
Metallinleikkauskoneen käytöt	G 2.5	2.5
Tekstiilikoneet	G 2.5	2.5
Audio- ja videolaitteiden käytöt	G 1	1
Hiontakoneiden käyttölaitteet	G 1	1
Korkean tarkkuuden laitteiden karat ja käytöt	G 0.4	0.4

Usein kysytyt kysymykset vetoakselin tasapainotuksesta

Mitä on vetoakselin tasapainotus?

Vetoakselin tasapainottaminen on prosessi, jolla korjataan vetoakselin massaepätasapaino niin, että se pyörii tasaisesti aiheuttamatta tärinää. Tämä tapahtuu mittaamalla, missä akseli on painavampi toisella puolella, ja sitten lisäämällä tai poistamalla pieniä määriä painoa (esimerkiksi hitsaamalla tasapainotuspainoja) epätasapainon kompensoimiseksi. Tasapainotettu vetoakseli pyörii tasaisesti, mikä estää liiallista tärinää ja ajoneuvon osien kulumista.

Miksi vetoakselin tasapainotus on tärkeää?

Epätasapainoinen vetoakseli voi aiheuttaa voimakkaita tärinöitä, erityisesti tietyillä nopeuksilla, ja voi aiheuttaa kolinaa kiihdytyksen tai vaihteiden vaihdon aikana. Ajan myötä nämä tärinät voivat vahingoittaa laakereita, murrosniveliä ja muita voimansiirron osia. Vetoakselin tasapainottaminen poistaa nämä tärinät, mikä varmistaa tasaisemman ajon, vähentää osien rasitusta ja estää kalliita vahinkoja tai seisokkeja.

Mitkä ovat epätasapainoisen vetoakselin yleisiä oireita?

Tyypillisiä oireita epätasapainoisesta tai viallisesta vetoakselista ovat huomattava tärinä tai tärinätunne ajoneuvon lattiassa tai istuimessa, erityisesti nopeuden kasvaessa. Saatat myös kuulla kolinaa tai kolinaa vaihdettaessa vaihteita tai kiihdytyksen ja hidastuksen aikana. Joissakin tapauksissa murrosnivel voi ylikuumentua epätasapainon vuoksi. Jos huomaat näitä merkkejä, vetoakseli on todennäköisesti tasapainotettava tai korjattava.

Miten tasapainotat vetoakselin?

Drive shaft balancing is usually done using a specialized balancing machine. The drive shaft is mounted and spun at high speed while sensors detect any imbalance. A technician then attaches small weights to the drive shaft (or removes material) at specific positions based on the machine's readings. This process is repeated until the drive shaft rotates without significant vibration. Modern systems like the Balanset-4A can guide this process and calculate exactly where and how much weight to add for precise balancing.

Päätelmä

Yhteenvetona voidaan todeta, että oikeanlainen vetoakselin tasapainotus on olennaista turvallisuuden, suorituskyvyn ja kustannussäästöjen kannalta. By detecting and correcting imbalance, you prevent unnecessary wear on parts, avoid damaging breakdowns, and maintain optimal machine performance. Modern balancing systems like our Balanset-1A and Balanset-4A devices make the process efficient, helping even small workshops achieve professional results.

Jos kohtaat jatkuvia vetoakselin tärinöitä tai tarvitset luotettavan tasapainotusratkaisun, älä epäröi toimia. Noudata tässä oppaassa esitettyjä ohjeita tai ota yhteyttä asiantuntijoihimme saadaksesi apua. Oikealla lähestymistavalla ja laitteilla voit varmistaa, että vetoakselisi toimii sujuvasti ja luotettavasti tulevina vuosina. Ota yhteyttä saadaksesi lisätietoja tai tutustuaksesi parhaisiin vetoakselin tasapainotuslaitteisiin tarpeisiisi.