Équilibrage de l'arbre de transmission

Publié par Nikolai Shelkovenko sur

Table des matières

1. Types d'arbres de transmission

Un cardan (arbre de transmission) est un mécanisme qui transmet le couple entre des arbres qui se croisent au centre du cardan et qui peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre selon un certain angle. Dans un véhicule, l'arbre de transmission transmet le couple de la boîte de vitesses (ou boîte de transfert) aux essieux moteurs dans le cas d'une configuration classique ou à transmission intégrale. Pour les véhicules à transmission intégrale, le joint universel relie généralement l'arbre moteur de la boîte de vitesses à l'arbre moteur de la boîte de transfert, et les arbres moteurs de la boîte de transfert aux arbres moteurs des transmissions principales des essieux moteurs.

Les unités montées sur le châssis (telles que la boîte de vitesses et la boîte de transfert) peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres en raison de la déformation de leurs supports et du châssis lui-même. Parallèlement, les essieux moteurs sont fixés au châssis par l'intermédiaire de la suspension et peuvent se déplacer par rapport au châssis et aux unités qui y sont montées en raison de la déformation des éléments élastiques de la suspension. Ce mouvement peut modifier non seulement les angles des arbres de transmission reliant les unités, mais aussi la distance entre les unités.

La transmission par cardan présente un inconvénient important : la rotation non uniforme des arbres. Si un arbre tourne uniformément, l'autre ne le fait pas, et ce manque d'uniformité augmente avec l'angle entre les arbres. Cette limitation empêche l'utilisation d'une transmission à joint universel dans de nombreuses applications, telles que la transmission des véhicules à traction avant, où l'enjeu principal est la transmission du couple aux roues tournantes. Cet inconvénient peut être partiellement compensé par l'utilisation de doubles joints universels sur un arbre, qui sont tournés d'un quart de tour l'un par rapport à l'autre. Toutefois, dans les applications nécessitant une rotation uniforme, on utilise généralement des joints homocinétiques (CV). Les joints homocinétiques sont une conception plus avancée, mais aussi plus complexe, qui permet d'atteindre le même objectif.

Les transmissions par cardan peuvent être constituées d'un ou de plusieurs cardans reliés par des arbres de transmission et des supports intermédiaires.

Figure 1. Schéma d'une transmission à cardan : 1, 4, 6 - arbres de transmission ; 2, 5 - joints universels ; 3 - liaison de compensation ; u1, u2 - angles entre les arbres

En général, une transmission à cardan se compose des joints universels 2 et 5, des arbres de transmission 1, 4 et 6, et d'une connexion de compensation 3. Parfois, l'arbre de transmission est installé sur un support intermédiaire fixé à la traverse du châssis du véhicule. Les joints universels assurent la transmission du couple entre des arbres dont les axes se croisent en biais. Les joints universels sont divisés en deux types : ceux à vitesse non uniforme et ceux à vitesse constante. Les joints homocinétiques sont classés en deux catégories : les joints élastiques et les joints rigides. Les joints homocinétiques peuvent être du type à billes avec rainures de division, du type à billes avec levier de division et du type à cames. Ils sont généralement installés dans l'entraînement des roues directrices, où l'angle entre les arbres peut atteindre 45°, et le centre du joint universel doit coïncider avec le point d'intersection des axes de rotation de la roue et de son axe de rotation.

Les joints universels élastiques transmettent le couple entre des arbres dont les axes se croisent à un angle de 2...3° en raison de la déformation élastique des éléments de liaison. Un joint homocinétique rigide transmet le couple d'un arbre à l'autre par la liaison mobile de pièces rigides. Il se compose de deux étriers - 3 et 5, dans les trous cylindriques desquels les extrémités A, B, V et G de l'élément de liaison - la croix 4, sont installées sur des roulements. Les culasses sont rigidement reliées aux arbres 1 et 2. L'étrier 5 peut tourner autour de l'axe BG de la croix et en même temps, avec la croix, tourner autour de l'axe AV, permettant ainsi la transmission de la rotation d'un arbre à l'autre avec un changement d'angle entre eux.

Figure 2. Schéma d'un joint universel rigide à vitesse non uniforme

Si l'arbre 7 tourne autour de son axe d'un angle α, l'arbre 2 tournera d'un angle β pendant la même période. La relation entre les angles de rotation des arbres 7 et 2 est déterminée par l'expression suivante tanα = tanβ * cosγCette expression indique que l'angle β est parfois inférieur, égal ou supérieur à l'angle α. Cette expression indique que l'angle β est parfois inférieur, égal ou supérieur à l'angle α. L'égalité de ces angles se produit tous les 90° de rotation de l'arbre 7. Par conséquent, avec une rotation uniforme de l'arbre 1, la vitesse angulaire de l'arbre 2 n'est pas uniforme et varie selon une loi sinusoïdale. La non-uniformité de la rotation de l'arbre 2 est d'autant plus importante que l'angle γ entre les axes des arbres augmente.

Si la rotation non uniforme de l'arbre 2 est transmise aux arbres des unités, des charges pulsatoires supplémentaires se produiront dans la transmission, augmentant avec l'angle γ. Pour empêcher la rotation non uniforme de l'arbre 2 d'être transmise aux arbres des unités, deux joints universels sont utilisés dans la transmission à cardan. Ils sont installés de manière à ce que les angles γ1 et γ2 soient égaux ; les fourches des joints universels, fixées sur l'arbre 4 à rotation non uniforme, doivent être positionnées dans le même plan.

La conception des principales pièces des transmissions à cardan est illustrée à la figure 3. Un joint universel à vitesse non uniforme se compose de deux chapes (1) reliées par une croix (3). L'un des étriers est parfois muni d'une bride, tandis que l'autre est soudé au tube de l'arbre de transmission ou possède une extrémité cannelée (6) (ou un manchon) pour la connexion à l'arbre de transmission. Les tourillons de la croix sont installés dans les œillets des deux chapes sur des roulements à aiguilles (7). Chaque roulement est logé dans un boîtier (2) et maintenu dans l'œil de l'arcade par un capuchon, qui est fixé à l'arcade par deux boulons verrouillés par les languettes de la rondelle. Dans certains cas, les roulements sont fixés dans l'arcade par des anneaux d'arrêt. Pour maintenir la lubrification dans le roulement et le protéger de l'eau et de la saleté, il y a un joint auto-serrant en caoutchouc. La cavité intérieure de la croix est remplie de graisse par l'intermédiaire d'un raccord de graissage, qui atteint les roulements. La croix est généralement équipée d'une soupape de sécurité qui protège le joint d'une détérioration due à la pression de la graisse pompée dans la croix. Le raccord cannelé (6) est lubrifié à l'aide du raccord de graissage (5).

Figure 3. Détails d'un joint universel rigide à vitesse non uniforme

L'angle maximal entre les axes des arbres reliés par des joints universels rigides à vitesse non uniforme ne dépasse généralement pas 20°, car l'efficacité diminue considérablement lorsque l'angle est plus grand. Si l'angle entre les axes des arbres varie dans une fourchette de 0...2%, les tourillons de la croix sont déformés par les roulements à aiguilles, ce qui entraîne une défaillance rapide du joint universel.

Dans les transmissions des véhicules à chenilles à grande vitesse, on utilise souvent des joints universels avec des types d'accouplement à engrenage, qui permettent la transmission du couple entre des arbres dont les axes se croisent à des angles allant jusqu'à 1,5...2°.

Les arbres de transmission sont généralement fabriqués de manière tubulaire, à l'aide de tubes en acier spécial soudés ou sans soudure. Les culasses des joints universels, des manchons cannelés ou des embouts sont soudés aux tubes. Pour réduire les charges transversales agissant sur l'arbre de transmission, l'équilibrage dynamique est effectué avec les joints universels assemblés. Le déséquilibre est corrigé en soudant des plaques d'équilibrage à l'arbre de transmission ou, parfois, en installant des plaques d'équilibrage sous les chapeaux de palier des joints universels. La position relative des pièces de raccordement cannelées après l'assemblage et l'équilibrage de la transmission à cardan en usine est généralement indiquée à l'aide d'étiquettes spéciales.

La liaison de compensation de la transmission à cardan est généralement réalisée sous la forme d'une liaison cannelée, permettant un mouvement axial des pièces de la transmission à cardan. Elle consiste en une pointe cannelée qui s'insère dans le manchon cannelé de la transmission à cardan. La lubrification est introduite dans le raccord cannelé par l'intermédiaire d'un raccord de graissage ou appliquée lors de l'assemblage et remplacée après une utilisation prolongée du véhicule. Un joint et un couvercle sont généralement installés pour éviter les fuites de graisse et la contamination.

Pour les arbres de transmission longs, des supports intermédiaires sont généralement utilisés dans les transmissions à cardan. Un support intermédiaire se compose généralement d'un support boulonné à la traverse du châssis du véhicule, dans lequel un roulement à billes est monté dans un anneau élastique en caoutchouc. Le roulement est scellé des deux côtés par des capuchons et comporte un dispositif de lubrification. L'anneau élastique en caoutchouc permet de compenser les imprécisions de montage et les défauts d'alignement des roulements qui peuvent se produire en raison des déformations du châssis.

Un joint universel avec roulements à aiguilles (figure 4a) se compose d'étriers, d'une croix, de roulements à aiguilles et de joints. Les coupelles avec les roulements à aiguilles sont montées sur les tourillons de la croix et étanchées avec des joints. Les coupelles sont fixées dans les étriers par des anneaux d'arrêt ou des capuchons fixés par des vis. Les joints universels sont lubrifiés à l'aide d'un raccord de graissage par l'intermédiaire de perçages internes dans la croix. Une soupape de sécurité est utilisée pour éliminer la pression excessive de l'huile dans le joint. Lors de la rotation uniforme de l'arcade motrice, l'arcade entraînée tourne de manière non uniforme : elle avance et recule par rapport à l'arcade motrice deux fois par tour. Pour éliminer la rotation non uniforme et réduire les charges d'inertie, deux joints universels sont utilisés.

Des joints universels homocinétiques sont installés dans l'entraînement des roues motrices avant. L'entraînement des véhicules GAZ-66 et ZIL-131 par cardan homocinétique se compose d'étriers 2, 5 (figure 4b), de quatre billes 7 et d'une bille centrale 8. La fourche motrice 2 est solidaire de l'arbre d'essieu intérieur, tandis que la fourche motrice est forgée avec l'arbre d'essieu extérieur, à l'extrémité duquel est fixé le moyeu de la roue. Le couple moteur de l'étrier 2 à l'étrier 5 est transmis par les billes 7, qui se déplacent le long de rainures circulaires dans les étriers. La bille centrale 8 sert à centrer les culasses et est maintenue en place par les goujons 3, 4. La fréquence de rotation des chapes 2 et 5 est la même en raison de la symétrie du mécanisme par rapport aux chapes. La modification de la longueur de l'arbre est assurée par les connexions cannelées libres des arcades avec l'arbre.

Figure 4. Joints universels : a - joint universel : 1 - capuchon ; 2 - coupelle ; 3 - roulement à aiguilles ; 4 - joint ; 5, 9 - culasses ; 6 - soupape de sécurité ; 7 - croix ; 8 - raccord de graissage ; 10 - vis ; b - joint universel à vitesse constante : 1 - arbre d'essieu intérieur ; 2 - culasse motrice ; 3, 4 - goujons ; 5 - culasse motrice ; 6 - arbre d'essieu extérieur ; 7 - billes ; 8 - bille centrale

2. Dysfonctionnements de l'entraînement du joint universel

Les dysfonctionnements de la transmission par cardan se manifestent généralement par des chocs violents dans les joints universels qui se produisent lorsque le véhicule est en mouvement, en particulier lors des changements de vitesse et des augmentations soudaines de la vitesse du vilebrequin (par exemple, lors de la transition entre le freinage et l'accélération). Un signe de dysfonctionnement du joint universel peut être son échauffement à une température élevée (plus de 100°C). Ce phénomène est dû à une usure importante des bagues et des tourillons du joint universel, des roulements à aiguilles, des croix et des raccords cannelés, ce qui entraîne un désalignement du joint universel et des charges axiales d'impact importantes sur les roulements à aiguilles. L'endommagement des joints en liège de la croix du joint universel entraîne une usure rapide du tourillon et de son roulement.

Lors de l'entretien, l'entraînement du joint universel est vérifié en faisant tourner l'arbre de transmission à la main dans les deux sens. Le degré de rotation libre de l'arbre détermine l'usure des joints universels et des raccords cannelés. Tous les 8 à 10 000 kilomètres, l'état des raccords boulonnés des brides de l'arbre entraîné de la boîte de vitesses et de l'arbre d'entraînement de la transmission principale avec les brides des joints universels d'extrémité et la fixation du support intermédiaire de l'arbre de transmission sont vérifiés. L'état des bottes en caoutchouc des raccords cannelés et des joints en liège de la croix du joint universel est également vérifié. Tous les boulons de fixation doivent être serrés à fond (couple de serrage 8-10 kgf-m).

Les roulements à aiguilles des joints universels sont lubrifiés avec l'huile liquide utilisée pour les unités de transmission ; les raccords cannelés de la plupart des véhicules sont lubrifiés avec des graisses (US-1, US-2, 1-13, etc.) ; l'utilisation de graisse pour lubrifier les roulements à aiguilles est strictement interdite. Dans certains véhicules, les raccords cannelés sont lubrifiés avec de l'huile de transmission. Le roulement de support intermédiaire, monté dans un manchon en caoutchouc, n'a pratiquement pas besoin d'être lubrifié, car il est lubrifié lors du montage en usine. Le roulement de support du véhicule ZIL-130 est lubrifié avec de la graisse à travers un raccord à pression lors de l'entretien régulier (tous les 1100-1700 km).

Figure 5. Entraînement par cardan : 1 - bride de fixation de l'arbre de transmission ; 2 - croix du joint universel ; 3 - étrier du joint universel ; 4 - étrier coulissant ; 5 - tube de l'arbre de transmission ; 6 - roulement à aiguilles avec extrémité fermée.

La transmission par cardan se compose de deux cardans avec roulements à aiguilles, reliés par un arbre creux, et d'un étrier coulissant avec cannelures en développante. Pour assurer une protection fiable contre la saleté et une bonne lubrification de la connexion cannelée, l'arcade mobile (6), reliée à l'arbre secondaire (2) de la boîte de vitesses, est placée dans une extension (1) fixée au carter de la boîte de vitesses. En outre, cet emplacement de la connexion cannelée (en dehors de la zone entre les joints) augmente considérablement la rigidité de la transmission à cardan et réduit la probabilité de vibrations de l'arbre lorsque la connexion cannelée coulissante s'use.

L'arbre de transmission est constitué d'un tube électrosoudé à paroi mince (8), dans lequel deux chapes identiques (9) sont montées à la presse à chaque extrémité, puis soudées à l'arc. Les paliers à aiguilles (18) de la croix (25) sont montés à la presse dans les œillets des culasses (9) et sont fixés par des anneaux de retenue à ressort (20). Chaque palier de joint universel contient 22 aiguilles (21). Des capuchons estampés (24) sont montés à la presse sur les tourillons saillants des croix, dans lesquels des anneaux de liège (23) sont installés. Les roulements sont lubrifiés à l'aide d'un raccord de graissage angulaire (17) vissé dans un trou fileté au centre de la croix, relié à des canaux de passage dans les tourillons de la croix. Du côté opposé de la croix de cardan, une soupape de sécurité (16) est située en son centre, conçue pour libérer l'excès de graisse lors du remplissage de la croix et des roulements, et pour empêcher l'accumulation de pression à l'intérieur de la croix pendant le fonctionnement (la soupape s'active à une pression d'environ 3,5 kg/cm²). La nécessité d'inclure une soupape de sécurité est due au fait qu'une augmentation excessive de la pression à l'intérieur de la croix peut entraîner une détérioration (extrusion) des joints en liège.

Figure 6. Assemblage de l'arbre de transmission : 1 - extension de la boîte de vitesses ; 2 - arbre secondaire de la boîte de vitesses ; 3 et 5 - déflecteurs de saleté ; 4 - joints en caoutchouc ; 6 - étrier coulissant ; 7 - plaque d'équilibrage ; 8 - tube de l'arbre de transmission ; 9 - étrier ; 10 - étrier à bride ; 11 - boulon ; 12 - bride du pignon d'entraînement de l'essieu arrière ; 13 - rondelle élastique ; 14 - écrou ; 15 - essieu arrière ; 16 - soupape de sécurité ; 17 - raccord de graissage angulaire ; 18 - roulement à aiguilles ; 19 - anneau de l'arcade ; 20 - anneau de retenue du ressort ; 21 - aiguille ; 22 - rondelle avec extrémité torique ; 23 - anneau de liège ; 24 - capuchon estampé ; 25 - croix

L'arbre de transmission, assemblé avec les deux joints universels, est soigneusement équilibré dynamiquement aux deux extrémités en soudant des plaques d'équilibrage (7) au tube. Par conséquent, lors du démontage de l'arbre, toutes ses pièces doivent être soigneusement marquées afin de pouvoir être remontées dans leur position d'origine. Le non-respect de cette consigne perturbe l'équilibre de l'arbre et provoque des vibrations qui peuvent endommager la transmission et la carrosserie du véhicule. En cas d'usure de certaines pièces, notamment si le tube se déforme sous l'effet d'un choc et qu'il devient impossible d'équilibrer dynamiquement l'arbre après son montage, l'arbre entier doit être remplacé.

Dysfonctionnements possibles de l'arbre de transmission, leurs causes et leurs solutions

Cause du dysfonctionnement Solution
Vibrations de l'arbre de transmission
1. Flexion de l'arbre due à un obstacle 1. Redresser et équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé ou remplacer l'arbre assemblé
2. Usure des roulements et des croix 2. Remplacer les roulements et les croix et équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé.
3. Usure des bagues d'extension et de l'étrier coulissant 3. Remettre en place l'extension et l'étrier coulissant et équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé.
Cliquetis au démarrage et en roue libre
1. Usure des cannelures de l'arcade coulissante ou de l'arbre du réducteur secondaire 1. Remplacer les pièces usées. Lors du remplacement de l'étrier coulissant, équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé.
2. Desserrer les boulons qui fixent l'étrier à la bride du pignon d'entraînement de l'essieu arrière. 2. Serrer les boulons
Projection d'huile des joints de cardan
Usure des anneaux de liège dans les joints de joints universels Remplacer les anneaux de liège en maintenant la position relative de toutes les pièces de l'arbre de transmission pendant le remontage. En cas d'usure des croisillons et des paliers, remplacer les paliers et les croisillons et équilibrer dynamiquement l'arbre assemblé.

3. Équilibrage de l'arbre de transmission

Après avoir été réparé et assemblé, l'arbre de transmission est équilibré dynamiquement sur une machine. Un modèle de machine d'équilibrage est illustré à la figure 7. La machine se compose d'une plaque (18), d'un cadre pendulaire (8) monté sur quatre tiges élastiques verticales (3), assurant son oscillation dans le plan horizontal. Un support et une poupée avant (9), fixés sur un support (4), sont montés sur les tubes longitudinaux du cadre pendulaire (8). La poupée arrière (6) est montée sur une traverse mobile (5), permettant l'équilibrage dynamique d'arbres de transmission de différentes longueurs. Les broches des poupées sont montées sur des roulements à billes de précision. La broche de la poupée avant (9) est entraînée par un moteur électrique installé dans la base de la machine, par l'intermédiaire d'une courroie trapézoïdale et d'un arbre intermédiaire, sur lequel est montée une branche (10) (disque gradué). En outre, deux béquilles (15) avec des goupilles de verrouillage rétractables (17) sont installées sur le plateau de la machine (18), assurant la fixation des extrémités avant et arrière du cadre du pendule en fonction de l'équilibrage de l'extrémité avant ou arrière de l'arbre d'entraînement.

Figure 7. Machine d'équilibrage dynamique pour arbres de transmission

1-pince ; 2-amortisseurs ; 3-tige élastique ; 4-étrier ; 5-traverse mobile ; 6-pointe arrière ; 7-barre transversale ; 8-bâti pendulaire ; 9-pointe motrice avant ; 10-disque de bras ; 11-millivoltmètre ; 12-bras de l'arbre collecteur-rectificateur ; 13-capteur magnéto-électrique ; 14-standard fixe ; 15-standard fixateur ; 16-support ; 17-fixateur ; 18-plaque d'appui

Les supports fixes (14) sont montés à l'arrière de la plaque de la machine et des capteurs magnétoélectriques (13) y sont installés, avec des tiges reliées aux extrémités du cadre du pendule. Pour éviter les vibrations de résonance du cadre, des amortisseurs (2) remplis d'huile sont installés sous les supports (4).

Pendant l'équilibrage dynamique, l'arbre de transmission avec l'étrier coulissant est installé et fixé sur la machine. L'une des extrémités de l'arbre de transmission est reliée par une bride à la bride de la tête d'entraînement avant, et l'autre extrémité par le col de support de l'étrier coulissant à la douille cannelée de la tête d'entraînement arrière. La facilité de rotation de l'arbre de transmission est ensuite vérifiée et une extrémité du cadre pendulaire de la machine est fixée à l'aide du fixateur. Après le démarrage de la machine, la branche du redresseur est tournée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ce qui amène l'aiguille du millivoltmètre à sa valeur maximale. La lecture du millivoltmètre correspond à l'ampleur du déséquilibre. L'échelle du millivoltmètre est graduée en grammes-centimètres ou en grammes de contrepoids. En continuant à tourner la branche du redresseur dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, la lecture du millivoltmètre est ramenée à zéro et la machine est arrêtée. Sur la base de la lecture de la branche du redresseur, le déplacement angulaire (déplacement de l'angle de déséquilibre) est déterminé et, en tournant manuellement l'arbre de transmission, cette valeur est réglée sur la branche de l'arbre intermédiaire. Le point de soudure de la plaque d'équilibrage se situe en haut de l'arbre de transmission, et la partie pondérée en bas dans le plan de correction. La plaque d'équilibrage est ensuite fixée et attachée avec un fil de fer fin à une distance de 10 mm de la soudure, la machine est mise en marche et l'équilibre de l'extrémité de l'arbre de transmission avec la plaque est vérifié. Le déséquilibre ne doit pas dépasser 70 g cm. Ensuite, en libérant une extrémité et en fixant l'autre extrémité du cadre du pendule avec le support du fixateur, l'équilibrage dynamique de l'autre extrémité de l'arbre de transmission est effectué conformément à la séquence technologique décrite ci-dessus.

Les arbres de transmission présentent certaines caractéristiques d'équilibrage. Pour la plupart des pièces, la base de l'équilibrage dynamique est constituée par les cols de support (par exemple, les rotors des moteurs électriques, les turbines, les broches, les vilebrequins, etc. ), mais pour les arbres de transmission, ce sont les brides. Lors de l'assemblage, il y a inévitablement des écarts entre les différentes connexions, ce qui entraîne un déséquilibre. Si le déséquilibre minimal ne peut être atteint lors de l'équilibrage, l'arbre est rejeté. La précision de l'équilibrage est influencée par les facteurs suivants :

  • Espace dans la connexion entre la courroie d'atterrissage de la bride de l'arbre de transmission et le trou intérieur de la bride de serrage des poupées de support gauche et droite ;
  • Faux-rond radial et d'extrémité des surfaces de base de la bride ;
  • Lacunes dans la charnière et les connexions cannelées. La présence de graisse dans la cavité de la connexion cannelée peut entraîner un déséquilibre "flottant". Si cela empêche d'obtenir la précision d'équilibrage requise, l'arbre de transmission est équilibré sans graisse.

Certains déséquilibres peuvent être totalement impossibles à corriger. Si l'on observe un frottement accru dans les joints universels de l'arbre de transmission, l'influence mutuelle des plans de correction augmente. Cela entraîne une diminution des performances et de la précision de l'équilibrage.

Selon l'OST 37.001.053-74, les normes de déséquilibre suivantes sont établies : les arbres de transmission à deux articulations (à deux supports) sont équilibrés dynamiquement, et à trois articulations (à trois supports) - assemblés avec le support intermédiaire ; les brides (empiècements) des arbres de transmission et des accouplements pesant plus de 5 kg sont équilibrées statiquement avant l'assemblage de l'arbre ou de l'accouplement ; les normes de déséquilibre résiduel pour les arbres de transmission à chaque extrémité ou au support intermédiaire des arbres de transmission à trois articulations sont évaluées par un déséquilibre spécifique ;

La norme maximale admissible de déséquilibre résiduel spécifique à chaque extrémité de l'arbre ou au support intermédiaire, ainsi que pour les arbres de transmission à trois articulations dans n'importe quelle position sur le banc d'équilibrage, ne doit pas dépasser : pour les transmissions des voitures particulières et des camions de petite charge (jusqu'à 1 t) et des très petits autobus - 6 g-cm/kg, pour les autres - 10 g-cm/kg. Le déséquilibre résiduel maximal admissible de l'arbre de transmission ou de l'arbre de transmission à trois articulations doit être assuré sur le banc d'équilibrage à une fréquence de rotation correspondant à leurs fréquences dans la transmission à la vitesse maximale du véhicule.

Pour les arbres de transmission et les arbres de transmission à trois articulations des camions d'une capacité de charge de 4 t et plus, des petits et grands autobus, une réduction de la fréquence de rotation sur le banc d'équilibrage à 70% de la fréquence de rotation des arbres de transmission à la vitesse maximale du véhicule est autorisée. Selon l'OST 37.001.053-74, la fréquence de rotation d'équilibrage des arbres de transmission doit être égale à :

nb = (0.7 ... 1.0) nr,

où nb - la fréquence de rotation de l'équilibrage (doit correspondre aux principales données techniques du stand, n=3000 min).-1; nr - fréquence de rotation maximale de travail, min-1.

Dans la pratique, en raison de l'écart entre les joints et les raccords cannelés, l'arbre de transmission ne peut pas être équilibré à la fréquence de rotation recommandée. Dans ce cas, une autre fréquence de rotation est choisie, à laquelle il s'équilibre.

4. Machines modernes d'équilibrage des arbres de transmission

Figure 8. Machine à équilibrer pour arbres de transmission d'une longueur maximale de 2 mètres et d'un poids maximal de 500 kg

Le modèle a 2 pieds et permet l'équilibrage dans 2 plans de correction.

Machine à équilibrer pour arbres de transmission d'une longueur maximale de 4200 mm et d'un poids maximal de 400 kg

Figure 9. Machine à équilibrer pour arbres de transmission d'une longueur maximale de 4 200 mm et d'un poids maximal de 400 kg

Le modèle dispose de 4 supports et permet l'équilibrage dans 4 plans de correction simultanément.

Figure 10. Machine horizontale à équilibrer les roulements durs pour l'équilibrage dynamique des arbres de transmission

1 - Elément d'équilibrage (arbre de transmission) ; 2 - Base de la machine ; 3 - Supports de la machine ; 4 - Entraînement de la machine ; Les éléments structurels des supports de la machine sont illustrés à la figure 9.

Figure 11. Éléments de support de la machine pour l'équilibrage dynamique des arbres de transmission

1 - Support gauche non réglable ; 2 - Support intermédiaire réglable (2 pièces) ; 3 - Support droit fixe non réglable ; 4 - Poignée de verrouillage du cadre de support ; 5 - Plate-forme de support mobile ; 6 - Écrou de réglage vertical du support ; 7 - Poignées de verrouillage de la position verticale ; 8 - Support de serrage du support ; 9 - Pince mobile à palier intermédiaire ; 10 - Poignée de verrouillage de la pince ; 11 - Verrouillage du support de serrage ; 12 - Broche d'entraînement pour l'installation de l'article ; 13 - Broche d'entraînement

5. Préparation de l'équilibrage de l'arbre de transmission

Nous examinerons ci-dessous la mise en place des supports de la machine et l'installation de l'élément d'équilibrage (arbre de transmission à quatre supports) sur les supports de la machine.

Figure 12. Installation des brides de transition sur les broches de la machine à équilibrer

Figure 13. Installation de l'arbre de transmission sur les supports de la machine à équilibrer

Figure 14. Mise à niveau horizontale de l'arbre de transmission sur les supports de l'équilibreuse à l'aide d'un niveau à bulle

Figure 15. Fixation des supports intermédiaires de la machine à équilibrer pour empêcher le déplacement vertical de l'arbre de transmission

Faites tourner l'article manuellement d'un tour complet. Assurez-vous qu'il tourne librement et qu'il ne se bloque pas sur les supports. Ensuite, la partie mécanique de la machine est mise en place et l'installation de l'article est terminée.

6. Procédure d'équilibrage de l'arbre de transmission

Le processus d'équilibrage de l'arbre de transmission sur la machine à équilibrer sera examiné en utilisant le système de mesure Balanset-4 comme exemple. Le Balanset-4 est un kit d'équilibrage portable conçu pour l'équilibrage dans un, deux, trois et quatre plans de correction des rotors, qu'ils tournent sur leurs propres roulements ou qu'ils soient montés sur une machine à équilibrer. L'appareil comprend jusqu'à quatre capteurs de vibrations, un capteur d'angle de phase, une unité de mesure à quatre canaux et un ordinateur portable.

L'ensemble du processus d'équilibrage, y compris la mesure, le traitement et l'affichage des informations sur l'ampleur et l'emplacement des poids correctifs, est effectué automatiquement et ne nécessite pas de compétences ou de connaissances supplémentaires de la part de l'utilisateur, au-delà des instructions fournies. Les résultats de toutes les opérations d'équilibrage sont enregistrés dans les archives d'équilibrage et peuvent être imprimés sous forme de rapports si nécessaire. Outre l'équilibrage, le Balanset-4 peut également être utilisé comme un vibro-tachomètre classique, permettant de mesurer sur quatre canaux la valeur quadratique moyenne (RMS) de la vibration totale, la valeur RMS de la composante rotative de la vibration et le contrôle de la fréquence de rotation du rotor.

En outre, l'appareil permet d'afficher des graphiques de la fonction temporelle et du spectre de vibration par vitesse de vibration, ce qui peut être utile pour évaluer l'état technique de la machine équilibrée.

Figure 16. Vue extérieure du dispositif Balanset-4 utilisé comme système de mesure et de calcul de la machine à équilibrer les arbres de transmission

Figure 17. Exemple d'utilisation du Balanset-4 comme système de mesure et de calcul de la machine à équilibrer les arbres de transmission

Figure 18. Interface utilisateur de l'appareil Balanset-4

L'appareil Balanset-4 peut être équipé de deux types de capteurs : des accéléromètres pour mesurer les vibrations (accélération des vibrations) et des capteurs de force. Les capteurs de vibrations sont utilisés pour les machines d'équilibrage de type post-résonance, tandis que les capteurs de force sont utilisés pour les machines de type pré-résonance.

Figure 19. Installation des capteurs de vibrations Balanset-4 sur les supports de la machine à équilibrer

La direction de l'axe de sensibilité des capteurs doit correspondre à la direction du déplacement de la vibration du support, dans ce cas - horizontale. Pour plus d'informations sur l'installation des capteurs, voir la section ÉQUILIBRAGE DES ROTORS EN CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT. L'installation des capteurs de force dépend des caractéristiques de conception de la machine.

  1. Installer les capteurs de vibrations 1, 2, 3, 4 sur les supports de la machine à équilibrer.
  2. Connecter les capteurs de vibrations aux connecteurs X1, X2, X3, X4.
  3. Installer le capteur d'angle de phase (tachymètre laser) 5 de manière à ce que l'écart nominal entre la surface radiale (ou d'extrémité) du rotor équilibré et le boîtier du capteur soit compris entre 10 et 300 mm.
  4. Fixez une marque de ruban réfléchissant d'une largeur d'au moins 10 à 15 mm sur la surface du rotor.
  5. Connecter le capteur d'angle de phase au connecteur X5.
  6. Connectez l'appareil de mesure au port USB de l'ordinateur.
  7. Lorsque vous utilisez l'alimentation secteur, connectez l'ordinateur au bloc d'alimentation.
  8. Branchez le bloc d'alimentation sur un réseau 220 V, 50 Hz.
  9. Allumez l'ordinateur et sélectionnez le programme "BalCom-4".
  10. La touche "F12-four-plane" (ou la touche de fonction F12 du clavier de l'ordinateur) permet de sélectionner le mode de mesure simultanée des vibrations dans quatre plans à l'aide des capteurs de vibrations 1, 2, 3, 4, connectés respectivement aux entrées X1, X2, X3, et X4 de l'unité de mesure.
  11. Un schéma mnémotechnique illustrant le processus de mesure simultanée des vibrations sur quatre canaux de mesure (ou le processus d'équilibrage sur quatre plans) apparaît sur l'écran de l'ordinateur, comme le montre la figure 16.

Avant de procéder à l'équilibrage, il est recommandé de prendre des mesures en mode vibromètre (touche F5).

Figure 20. Mesures en mode vibromètre

Si la magnitude de la vibration totale V1s (V2s) correspond approximativement à la magnitude de la composante rotative V1o (V2o), on peut supposer que la principale contribution à la vibration du mécanisme est due au déséquilibre du rotor. Si la magnitude totale des vibrations V1s (V2s) dépasse de manière significative la composante de rotation V1o (V2o), il est recommandé d'inspecter le mécanisme - vérifier l'état des roulements, assurer un montage sûr sur les fondations, vérifier que le rotor n'entre pas en contact avec des parties fixes pendant la rotation, et prendre en compte l'influence des vibrations provenant d'autres mécanismes, etc.

L'étude des graphiques de la fonction temporelle et des spectres de vibration obtenus dans le mode "Graphiques - Analyse spectrale" peut s'avérer utile dans ce cas.

Logiciel pour l'équilibreuse et l'analyseur de vibrations portable Balanset-1A. Diagrammes de spectre de vibration.

Figure 21. Graphiques de la fonction temporelle et du spectre des vibrations

Le graphique montre à quelles fréquences les niveaux de vibration sont les plus élevés. Si ces fréquences diffèrent de la fréquence de rotation du rotor du mécanisme équilibré, il est nécessaire d'identifier les sources de ces composantes vibratoires et de prendre des mesures pour les éliminer avant l'équilibrage.

Il est également important de veiller à la stabilité des relevés en mode vibromètre - l'amplitude et la phase de la vibration ne doivent pas varier de plus de 10-15% pendant la mesure. Dans le cas contraire, le mécanisme pourrait fonctionner à proximité d'une zone de résonance. Dans ce cas, la vitesse du rotor doit être ajustée.

Lors de l'exécution de l'équilibrage sur quatre plans en mode "Primaire", cinq cycles d'étalonnage et au moins un cycle de vérification de la machine équilibrée sont nécessaires. La mesure des vibrations lors du premier passage de la machine sans masse d'essai est effectuée dans l'espace de travail "Equilibrage sur quatre plans". Les essais suivants sont effectués avec une masse d'essai, installée séquentiellement sur l'arbre de transmission dans chaque plan de correction (dans la zone de chaque support de la machine d'équilibrage).

Avant chaque exécution ultérieure, les mesures suivantes doivent être prises :

  • Arrêter la rotation du rotor de la machine équilibrée.
  • Retirer le poids d'essai précédemment installé.
  • Installer le poids d'essai dans l'avion suivant.

Figure 23. Espace de travail de l'équilibrage à quatre plans

Après chaque mesure, les résultats de la fréquence de rotation du rotor (Nob), ainsi que les valeurs efficaces (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) et les phases (F1, F2, F3, F4) de la vibration à la fréquence de rotation du rotor équilibré sont enregistrées dans les champs correspondants de la fenêtre du programme. Après la cinquième exécution (Poids dans le plan 4), l'espace de travail "Balancing Weights" (voir Figure 24) apparaît, affichant les valeurs calculées des masses (M1, M2, M3, M4) et les angles d'installation (f1, f2, f3, f4) des poids correcteurs qui doivent être installés sur le rotor dans quatre plans pour compenser son déséquilibre.

Figure 24. Espace de travail avec les paramètres calculés des poids correcteurs dans quatre plans

Attention !: Après avoir terminé le processus de mesure lors du cinquième passage de la machine équilibrée, il est nécessaire d'arrêter la rotation du rotor et d'enlever le poids d'essai précédemment installé. Ce n'est qu'après cela que vous pouvez procéder à l'installation (ou à l'enlèvement) des poids correctifs sur le rotor.

La position angulaire pour ajouter (ou enlever) le poids correcteur sur le rotor dans le système de coordonnées polaires est mesurée à partir de l'emplacement de l'installation du poids d'essai. Le sens de mesure de l'angle coïncide avec le sens de rotation du rotor. Dans le cas d'un équilibrage par pales, la pale du rotor équilibré considérée conditionnellement comme la première pale coïncide avec l'emplacement de l'installation de la masse d'essai. Le sens de numérotation des pales indiqué sur l'écran de l'ordinateur suit le sens de rotation du rotor.

Dans cette version du programme, il est supposé par défaut que le poids correctif sera ajouté au rotor. Ceci est indiqué par la marque définie dans le champ "Ajouter". S'il est nécessaire de corriger le déséquilibre en enlevant le poids (par exemple, en perçant), il faut marquer le champ "Enlever" à l'aide de la souris, après quoi la position angulaire du poids correcteur changera automatiquement de 180 degrés.

Après avoir installé les poids correcteurs sur le rotor équilibré, appuyez sur le bouton "Quitter - F10" (ou sur la touche de fonction F10 du clavier de l'ordinateur) pour revenir à l'espace de travail précédent "Equilibrage à quatre plans" et vérifier l'efficacité de l'opération d'équilibrage. Après avoir effectué la vérification, les résultats de la fréquence de rotation du rotor (Nob) et les valeurs efficaces (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) et les phases (F1, F2, F3, F4) de la vibration à la fréquence de rotation du rotor équilibré sont enregistrés. Simultanément, l'espace de travail "Balancing Weights" (voir Figure 21) apparaît au-dessus de l'espace de travail "Four-Plane Balancing", affichant les paramètres calculés des poids correctifs supplémentaires qui doivent être installés (ou retirés) sur le rotor pour compenser son déséquilibre résiduel. En outre, cet espace de travail affiche les valeurs du déséquilibre résiduel obtenu après l'équilibrage. Si les valeurs de vibration résiduelle et/ou de déséquilibre résiduel du rotor équilibré respectent les exigences de tolérance spécifiées dans la documentation technique, le processus d'équilibrage peut être achevé. Dans le cas contraire, le processus d'équilibrage peut être poursuivi. Cette méthode permet de corriger d'éventuelles erreurs par approximations successives qui peuvent se produire lors de la pose (dépose) du poids correcteur sur le rotor équilibré.

Si le processus d'équilibrage se poursuit, des poids correcteurs supplémentaires doivent être installés (ou retirés) sur le rotor équilibré en fonction des paramètres spécifiés dans l'espace de travail "Poids d'équilibrage".

Le bouton "Coefficients - F8" (ou la touche de fonction F8 du clavier de l'ordinateur) permet de visualiser et d'enregistrer dans la mémoire de l'ordinateur les coefficients d'équilibrage du rotor (coefficients d'influence dynamique) calculés à partir des résultats des cinq calibrages.

7. Classes de précision d'équilibrage recommandées pour les rotors rigides

Tableau 2. Classes de précision d'équilibrage recommandées pour les rotors rigides.

Fig. 7.34. Fenêtre de calcul de la tolérance d'équilibrage

Classes de précision d'équilibrage recommandées pour les rotors rigides

Types de machines (rotors) Classe de précision de l'équilibrage Valeur eper Ω mm/s
Vilebrequins d'entraînement (structurellement déséquilibrés) pour grands moteurs diesel marins à faible vitesse (vitesse du piston inférieure à 9 m/s) G 4000 4000
Vilebrequins d'entraînement (structurellement équilibrés) pour grands moteurs diesel marins à faible vitesse (vitesse du piston inférieure à 9 m/s) G 1600 1600
Vilebrequins d'entraînement (structurellement déséquilibrés) sur isolateurs de vibrations G 630 630
Vilebrequins d'entraînement (structurellement déséquilibrés) sur des supports rigides G 250 250
Moteurs à piston assemblés pour voitures particulières, camions et locomotives G 100 100
Pièces automobiles : roues, jantes, essieux, transmissions
Vilebrequins d'entraînement (structurellement équilibrés) sur isolateurs de vibrations G 40 40
Machines agricoles G 16 16
Vilebrequins d'entraînement (équilibrés) sur supports rigides
Concasseurs
Arbres de transmission (arbres de transmission, arbres à vis)
Turbines à gaz pour avions G 6.3 6.3
Centrifugeuses (séparateurs, décanteurs)
Moteurs électriques et générateurs (avec une hauteur d'arbre d'au moins 80 mm) avec une vitesse de rotation nominale maximale de 950 min-1
Moteurs électriques dont la hauteur d'arbre est inférieure à 80 mm
Les fans
Entraînements par engrenages
Machines à usage général
Machines de découpe des métaux
Machines à papier
Pompes
Turbocompresseurs
Turbines hydrauliques
Compresseurs
Entraînements commandés par ordinateur G 2.5 2.5
Moteurs électriques et générateurs (avec une hauteur d'arbre d'au moins 80 mm) avec une vitesse de rotation nominale maximale supérieure à 950 min-1
Turbines à gaz et à vapeur
Entraînements de machines à découper le métal
Machines textiles
Conducteurs d'équipements audio et vidéo G 1 1
Entraînements de machines à rectifier
Broches et entraînements d'équipements de haute précision G 0.4 0.4

 

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