איזון גל הינע: מדריך מקיף

דמיינו שאתם נוהגים במשאית ולפתע מרגישים רטט חזק או שומעים נקישה חזקה בעת האצה או החלפת הילוכים. זה יותר מסתם מטרד - זה יכול להיות סימן לגל הינע לא מאוזן. עבור מהנדסים וטכנאים, רעידות ורעשים כאלה מצביעים על אובדן יעילות, בלאי מואץ של רכיבים וזמן השבתה שעלול להיות יקר אם לא מטפלים.

במדריך מקיף זה, אנו מספקים פתרונות מעשיים לבעיות איזון גל הינע. תלמדו מהו גל הינע ומדוע הוא זקוק לאיזון, תזהו את התקלות הנפוצות הגורמות לרעידות או רעש, ותעקבו אחר תהליך ברור שלב אחר שלב לאיזון דינמי של גל הינע. על ידי יישום שיטות עבודה מומלצות אלו, תוכלו לחסוך כסף על תיקונים, להפחית את זמן פתרון הבעיות ולהבטיח שהמכונה או הרכב שלכם יפעלו בצורה אמינה עם רעידות מינימליות.

תוכן העניינים

• 1. סוגי צירים
• 2. תקלות במנגנון ההנעה של המפרק האוניברסלי
• 3. איזון ציר ההנעה
• 4. מכונות איזון מודרניות לפירים
• 5. הכנה לאיזון ציר ההנעה
• 6. נוהל איזון ציר ההנעה
• 7. דרגות דיוק איזון מומלצות עבור רוטורים קשיחים

1. סוגי צירים

הינע קרדני (גל הינע) הוא מנגנון המעביר מומנט בין צירים המצטלבים במרכז המפרק האוניברסלי ויכולים לנוע זה ביחס לזה בזווית. בכלי רכב, גל ההינע מעביר מומנט מתיבת ההילוכים (או מתיבת ההעברה) אל הסרנים המונעים בתצורה קלאסית או בתצורת הנעה לכל הגלגלים. בכלי רכב בעלי הנעה לכל הגלגלים, המפרק האוניברסלי מחבר בדרך כלל את הציר המונע של תיבת ההילוכים אל גל ההינע של תיבת ההעברה, ואת הצירים המונעים של תיבת ההעברה אל גלי ההינע של ההינעים הראשיים של הסרנים המונעים.

יחידות המותקנות על השלדה (כגון תיבת ההילוכים ותיבת ההעברה) יכולות לנוע זו ביחס לזו עקב עיוות התומכים שלהן והשלדה עצמה. בינתיים, סרני ההינע מחוברים לשלדה דרך המתלה ויכולים לנוע יחסית לשלדה וליחידות המותקנות עליה עקב עיוות האלמנטים האלסטיים של המתלה. תנועה זו יכולה לשנות לא רק את זוויות גלי ההינע המחברים את היחידות, אלא גם את המרחק בין היחידות.

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.

מערכות הנעה עם מפרקי אוניברסל יכולות לכלול מפרק אוניברסל אחד או יותר, המחוברים באמצעות צירים ותומכים ביניים.

איור 1. תרשים של מערכת הנעה עם מפרקי אוניברסל: 1, 4, 6 — צירים; 2, 5 — מפרקי אוניברסל; 3 — חיבור פיצוי; u1, u2 — זוויות בין הצירים

באופן כללי, הנעה של מפרק אוניברסלי מורכבת ממפרקים אוניברסליים 2 ו-5, צירי הנעה 1, 4 ו-6, וחיבור מפצה 3. לעיתים גל ההינע מותקן על תומך ביניים המחובר למשקוף שלדת הרכב. מפרקים אוניברסליים מבטיחים את העברת המומנט בין צירים שציריהם מצטלבים בזווית. מפרקים אוניברסליים מחולקים לסוגים לא אחידים ומהירות קבועה. מפרקים לא אחידים מסווגים עוד לסוגים אלסטיים ונוקשים. מפרקים במהירות קבועה יכולים להיות מסוג כדורי עם חריצים מפרידים, מסוג כדורי עם ידית מפרידת, וסוג זיזים. הם מותקנים בדרך כלל בהנעה של הגלגלים הנשלטים המובילים, כאשר הזווית בין הצירים יכולה להגיע ל-45°, ומרכז המפרק האוניברסלי חייב לחפוף לנקודת החיתוך של צירי הסיבוב של הגלגל וציר הסיבוב שלו.

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.

איור 2. תרשים של מפרק אוניברסלי קשיח בעל מהירות לא אחידה

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.

אם הסיבוב הלא אחיד של ציר 2 מועבר לצירים של היחידות, ייווצרו עומסים פועמים נוספים במערכת ההעברה, אשר יגדלו עם הזווית γ. כדי למנוע את העברת הסיבוב הלא אחיד של ציר 2 לצירים של היחידות, נעשה שימוש בשני מפרקי אוניברסל במערכת ההנעה עם מפרקי אוניברסל. הם מותקנים כך שהזוויות γ1 ו-γ2 יהיו שוות; יש למקם את המזלגות של המפרקים האוניברסליים, הקבועים על הפיר 4 המסתובב באופן לא אחיד, באותו מישור.

תכנון החלקים העיקריים של מפרק אוניברסלי מוצג באיור 3. מפרק אוניברסלי בעל מהירות לא אחידה מורכב משני עולים (1) המחוברים באמצעות צלב (3). לאחד העולים יש לפעמים אוגן, בעוד שהשני מרותך לצינור גל ההינע או בעל קצה חריץ (6) (או שרוול) לחיבור לגל ההינע. גלגלי הצלב מותקנים בעיניים של שני העולים על גבי מיסבי מחט (7). כל מיסב נמצא בתוך מארז (2) ומוחזק בעיני העול בעזרת מכסה, המחובר לעול בעזרת שני ברגים הנעולים על ידי לשוניות על דיסקית. במקרים מסוימים, המסבים מאובטחים בעולים בעזרת טבעות הצמדה. כדי לשמור על חומר הסיכה במיסב ולהגן עליו מפני מים ולכלוך, יש אטם גומי הידוק עצמי. החלל הפנימי של הצלב ממולא בגריז דרך צינור גריז, המגיע למסבים. לצלב יש בדרך כלל שסתום בטיחות כדי להגן על האטם מפני נזק עקב לחץ הגריז הנשאב לתוך הצלב. החיבור החריץ (6) משומן באמצעות צינור הגריז (5).

איור 3. פרטים של מפרק אוניברסלי קשיח בעל מהירות לא אחידה

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.

בתיבות הילוכים של כלי רכב זחלי במהירות גבוהה, משתמשים לעתים קרובות במפרקים אוניברסליים עם צימוד הילוכים, המאפשרים העברת מומנט בין צירים עם צירים המצטלבים בזוויות של עד 1.5...2°.

צירי ההנעה מיוצרים בדרך כלל בצורת צינורות, תוך שימוש בצינורות פלדה מיוחדים, חלקים או מרותכים. הצלעות של המפרקים האוניברסליים, השרוולים המחורצים או הקצוות מרותכים לצינורות. כדי להפחית את העומסים הרוחביים הפועלים על ציר ההנעה, מתבצע איזון דינמי כאשר המפרקים האוניברסליים מורכבים. חוסר האיזון מתוקן על ידי ריתוך לוחות איזון לציר ההנעה או, לעיתים, על ידי התקנת לוחות איזון מתחת למכסי המסבים של המפרקים האוניברסליים. המיקום היחסי של חלקי החיבור המחורצים לאחר ההרכבה והאיזון של מנגנון ההנעה עם המפרקים האוניברסליים במפעל מסומן בדרך כלל בתוויות מיוחדות.

החיבור המפצה של מנגנון המפרק האוניברסלי מתבצע בדרך כלל בצורת חיבור מחורץ, המאפשר תנועה צירית של חלקי המנגנון. הוא מורכב מקצה מחורץ המתחבר לשרוול המחורץ של מנגנון המפרק האוניברסלי. השמן מוחדר לחיבור המחורץ באמצעות פיית שימון או מוחל במהלך ההרכבה, ומוחלף לאחר שימוש ממושך ברכב. בדרך כלל מותקנים אטם וכיסוי כדי למנוע דליפת שמן וזיהום.

בצירי הנעה ארוכים, נעשה בדרך כלל שימוש בתומכים ביניים במערכות הנעה עם מפרקי אוניברסל. תומך ביניים מורכב בדרך כלל מתושבת המוברגת לקורת הרוחב של שלדת הרכב, שבתוכה מותקן מיסב כדור בתוך טבעת גומי אלסטית. המיסב אטום משני צדיו באמצעות מכסים ומצויד במנגנון שימון. טבעת הגומי האלסטית מסייעת לפצות על אי-דיוקים בהרכבה ועל חוסר יישור של המיסב העלולים להיווצר עקב עיוותים בשלדה.

מפרק אוניברסלי עם מיסבי מחט (איור 4א) מורכב ממזלגות, צלב, מיסבי מחט ואטמים. הכוסות עם מיסבי המחט מותקנות על צירים של הצלב ואטומות באמצעות אטמים. הכוסות מהודקות במזלגות באמצעות טבעות תפס או מכסים המהודקים בברגים. שימון המפרקים האוניברסליים מתבצע באמצעות נקודת שימון דרך חורים פנימיים בצלב. שסתום בטיחות משמש לסילוק לחץ שמן עודף במפרק. במהלך סיבוב אחיד של הצמד המניע, הצמד המונע מסתובב בצורה לא אחידה: הוא מתקדם ונותר מאחור ביחס לצמד המניע פעמיים בכל סיבוב. כדי לבטל את הסיבוב הלא אחיד ולהפחית את העומסים האינרציאליים, נעשה שימוש בשני מפרקים אוניברסליים.

בהינע אל הגלגלים הקדמיים המניעים מותקנים מפרקים אוניברסליים בעלי מהירות קבועה. הינע המפרק בעל המהירות הקבועה ברכבי GAZ-66 ו-ZIL-131 מורכב ממזלגות 2, 5 (איור 4ב), ארבעה כדורים 7 וכדור מרכזי 8. המזלג המניע 2 הוא חלק בלתי נפרד מציר הסרן הפנימי, בעוד שהמזלג המונע מחושל יחד עם ציר הסרן החיצוני, שבקצהו קבוע טבור הגלגל. מומנט ההנעה ממזלג 2 למזלג 5 מועבר דרך הכדורים 7, הנעים לאורך חריצים מעגליים במזלגות. הכדור המרכזי 8 משמש למירכוז המזלגות ומוחזק במקומו באמצעות פינים 3, 4. תדירות הסיבוב של המזלגות 2, 5 זהה בשל הסימטריה של המנגנון ביחס למזלגות. שינוי אורך הציר מובטח באמצעות החיבורים המשוננים החופשיים של המזלגות עם הציר.

איור 4. מפרקים אוניברסליים: א — מפרק אוניברסלי: 1 — מכסה; 2 — כוס; 3 — מיסב מחט; 4 — אטם; 5, 9 — מזלגות; 6 — שסתום בטיחות; 7 — צלב; 8 — פיית שימון; 10 — בורג; ב — מפרק אוניברסלי בעל מהירות קבועה: 1 — ציר סרן פנימי; 2 — מזלג מניע; 3, 4 — פינים; 5 — מזלג מונע; 6 — ציר סרן חיצוני; 7 — כדורים; 8 — כדור מרכזי

2. תקלות במנגנון ההנעה של המפרק האוניברסלי

תקלות במנגנון ההנעה של המפרקים האוניברסליים מתבטאות בדרך כלל בדפיקות חדות במפרקים האוניברסליים המתרחשות בעת תנועת הרכב, במיוחד בעת החלפת הילוכים ועליות פתאומיות בסל"ד של גל הארכובה (למשל, במעבר מבלימת מנוע להאצה). סימן לתקלה במפרק אוניברסלי יכול להיות התחממותו לטמפרטורה גבוהה (מעל 100°C). זה קורה עקב בלאי משמעותי של התותבים והצירים של המפרק האוניברסלי, מיסבי המחט, הצלבים והחיבורים המחורצים, מה שמביא לחוסר יישור של המפרק האוניברסלי ולעומסים ציריים משמעותיים על מיסבי המחט. נזק לאטמי השעם של הצלב במפרק האוניברסלי מוביל לבלאי מהיר של הציר והמיסב שלו.

במהלך התחזוקה, נבדק מנגנון ההנעה של המפרקים האוניברסליים על ידי סיבוב חד של ציר ההנעה ביד לשני הכיוונים. מידת הסיבוב החופשי של הציר קובעת את מידת הבלאי של המפרקים האוניברסליים ושל חיבורי השיניים. כל 8,000–10,000 ק"מ נבדק מצבם של חיבורי הברגים בין אוגני הציר המונע של תיבת ההילוכים וציר ההנעה של תיבת ההילוכים הראשית לבין אוגני המפרקים האוניברסליים הקצהיים, וכן תקינות ההידוק של התומך הביניים של ציר ההנעה. כמו כן נבדק מצב מגפי הגומי על החיבורים המחורצים ואטמי הפקק של צלב המפרק האוניברסלי. יש להדק את כל ברגי ההידוק עד הסוף (מומנט הידוק 8-10 ק"ג-מטר).

מיסבי המחט של המפרקים האוניברסליים משומנים בשמן נוזלי המשמש ליחידות תיבת הילוכים; חיבורים מחורצים ברוב הרכבים משומנים בגריזים (US-1, US-2, 1-13 וכו'); השימוש בגריז לשימון מיסבי מחט אסור בהחלט. בכמה כלי רכב, חיבורים מחורצים משומנים בשמן תיבת הילוכים. מיסב התמיכה הביניים, המותקן בתוך שרוול גומי, כמעט ואינו דורש שימון, שכן הוא משומן במהלך ההרכבה במפעל. מיסב התמיכה של רכב ZIL-130 משומן בגריז דרך מחבר לחץ במהלך תחזוקה שוטפת (כל 1100-1700 ק"מ).

איור 5. הינע קרדני: 1 — אוגן לחיבור גל ההינע; 2 — צלב המפרק האוניברסלי; 3 — מזלג המפרק האוניברסלי; 4 — מזלג מחליק; 5 — צינור גל ההינע; 6 — מיסב מחט גלילי בעל קצה סגור

הינע קרדני מורכב משני מפרקים אוניברסליים עם מיסבי מחט, המחוברים באמצעות פיר חלול, וממזלג מחליק עם חריצים אינוולוטיים. כדי להבטיח הגנה אמינה מפני לכלוך ולספק שימון טוב של החיבור המשונן, המזלג המחליק (6), המחובר לציר המשני (2) של תיבת ההילוכים, ממוקם בתוך שלוחה (1) המחוברת לבית תיבת ההילוכים. בנוסף, מיקום זה של החיבור המשונן (מחוץ לאזור שבין המפרקים) מגביר באופן משמעותי את קשיחות ההינע הקרדני ומפחית את הסבירות לרטט בפיר כאשר החיבור המשונן המחליק נשחק.

גל ההינע עשוי מצינור בעל דופן דקה המופעלת באמצעות ריתוך חשמלי (8), שאליו שני עולים זהים (9) מחוברים בלחץ בכל קצה ולאחר מכן מרותכים בריתוך קשת. בתי מיסב המחטים (18) של הצלב (25) מחוברים בלחץ לתוך עיניות העולים (9) ומאובטחים באמצעות טבעות קפיציות (20). כל מיסב מפרק אוניברסלי מכיל 22 מחטים (21). מכסים חתומים (24) מחוברים בלחץ על גלגלי החיבור הבולטים של הצלבים, שאליהם מותקנות טבעות שעם (23). המסבים משומנים באמצעות מחבר גריז זוויתי (17) המוברג לחור הברגה במרכז הצלב, המחובר דרך תעלות בגלגלי החיבור של הצלב. בצד הנגדי של צלב המפרק האוניברסלי, ממוקם שסתום בטיחות (16) במרכזו, שנועד לשחרר עודפי גריז בעת מילוי הצלב והמיסבים, ולמנוע הצטברות לחץ בתוך הצלב במהלך הפעולה (השסתום מופעל בלחץ של כ-3.5 ק"ג/ס"מ²). הצורך לכלול שסתום בטיחות נובע מהעובדה שעלייה מוגזמת בלחץ בתוך הצלב עלולה לגרום נזק (בליטה) של אטמי השעם.

איור 6. מכלול גל ההינע: 1 — שלוחת תיבת ההילוכים; 2 — הציר המשני של תיבת ההילוכים; 3 ו-5 — מסיטי לכלוך; 4 — אטמי גומי; 6 — מזלג מחליק; 7 — לוחית איזון; 8 — צינור גל ההינע; 9 — מזלג; 10 — מזלג אוגן; 11 — בורג; 12 — אוגן גלגל השיניים המניע של הסרן האחורי; 13 — דיסקית קפיצית; 14 — אום; 15 — סרן אחורי; 16 — שסתום בטיחות; 17 — פיית שימון זוויתית; 18 — מיסב מחט; 19 — עין המזלג; 20 — טבעת תפס קפיצית; 21 — מחט; 22 — דיסקית עם קצה טורואידי; 23 — טבעת שעם; 24 — מכסה מוטבע; 25 — צלב

גל ההינע, המורכב עם שני המפרקים האוניברסליים, מאוזן בקפידה באופן דינמי בשני קצותיו על ידי ריתוך לוחות איזון (7) לצינור. לכן, בעת פירוק הגל, יש לסמן בקפידה את כל חלקיו כדי שניתן יהיה להרכיבם מחדש במיקומיהם המקוריים. אי הקפדה על הוראות אלה משבשת את איזון הגל, וגורמת לרעידות שעלולות לפגוע בתיבת ההילוכים ובגוף הרכב. אם חלקים בודדים נשחקים, במיוחד אם הצינור מתכופף עקב פגיעה ואי אפשר לאזן את הגל באופן דינמי לאחר ההרכבה, יש להחליף את הגל כולו.

תקלות אפשריות בציר ההנעה, הגורמים להן והפתרונות

סיבת התקלה	פתרון
רטט בציר ההנעה
1. כיפוף הפיר עקב מכשול	1. יש ליישר את הפיר המורכב ולאזן אותו באופן דינמי, או להחליף את הפיר המורכב
2. בלאי של מיסבים וצמתים	2. להחליף את המסבים והצמתים ולבצע איזון דינמי של הפיר המורכב
3. בלאי של תותבי הארכה ושל מוט ההחלקה	3. החזירו את התושבת ואת המוט הזז למקומם ובצעו איזון דינמי של הפיר המורכב
נקישות בעת התנעה ובנסיעה בהילוך סרק
1. בלאי של שיני הציר המחבר או של ציר תיבת ההילוכים המשנית	1. החליפו חלקים בלים. בעת החלפת המזלג הזז, יש לבצע איזון דינמי של הפיר המורכב
2. ברגים רופפים המחברים את תושבת האוגן לאוגן גלגל השיניים של הציר האחורי	2. להדק את הברגים
דליפת שמן מאטמי מפרק אוניברסלי
בלאי של טבעות פקק באטמי מפרקי אוניברסליים	החליפו את טבעות השעם, תוך שמירה על המיקום היחסי של כל חלקי גל ההינע במהלך ההרכבה מחדש. אם יש בלאי בצלבים ובמיסבים, החליפו את המיסבים ואת הצלבים ובצעו איזון דינמי של הגל המורכב

3. איזון ציר ההנעה

לאחר תיקון והרכבת גל ההינע, הוא מאוזן דינמית במכונה. אחת מתצורותיה של מכונת איזון מוצגת באיור 7. המכונה מורכבת מלוחית (18) וממסגרת מטוטלת (8) המותקנת על ארבעה מוטות אלסטיים אנכיים (3), המבטיחים את תנודתה במישור האופקי. על הצינורות האורכיים של מסגרת המטוטלת (8) מותקנים תושבת וראש קדמי מניע (9), המקובעים על תושבת (4). הראש האחורי (6) נמצא על קורה רוחבית נעה (5), המאפשרת איזון דינמי של גלי הינע באורכים שונים. צירי הראשים מותקנים על מיסבי כדור מדויקים. ציר הראש הקדמי (9) מונע על ידי מנוע חשמלי המותקן בבסיס המכונה, דרך תמסורת רצועת V ופיר ביניים, שעליו מותקן לוח שנתות (10). בנוסף, על לוחית המכונה (18) מותקנים שני מעמדים (15) עם פיני נעילה נשלפים (17), המבטיחים את קיבוע הקצוות הקדמי והאחורי של מסגרת המטוטלת בהתאם לאיזון הקצה הקדמי או האחורי של גל ההינע.

איור 7. מכונת איזון דינמית לפירים

1—מהדק; 2—משככים; 3—מוט אלסטי; 4—תושבת; 5—קורה רוחבית נעה; 6—ראש אחורי; 7—קורה רוחבית; 8—מסגרת מטוטלת; 9—ראש קדמי מניע; 10—לוח שנתות; 11—מיליוולטמטר; 12—לוח שנתות של ציר הממית-מיישר; 13—חיישן מגנטו-חשמלי; 14—מעמד קבוע; 15—מעמד המקבע; 16—תומך; 17—מקבע; 18—לוחית תמיכה

התומכים הקבועים (14) מותקנים בחלק האחורי של לוחית המכונה, ועליהם מותקנים חיישנים מגנטו-אלקטריים (13), עם מוטות המחוברים לקצות מסגרת המטוטלת. כדי למנוע תנודות תהודה של המסגרת, מותקנים מתחת לתושבות (4) בולמי זעזועים (2) המלאים בשמן.

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.

לצירי הנעה יש מספר מאפייני איזון. ברוב המקרים, הבסיס לאיזון דינמי הוא צווארי התמיכה (למשל, רוטורים של מנועים חשמליים, טורבינות, צירים, גל ארכובה וכו'), אך עבור צירים, הבסיס הוא האוגנים. במהלך ההרכבה, קיימים רווחים בלתי נמנעים בחיבורים השונים, המובילים לחוסר איזון. אם לא ניתן להשיג את חוסר האיזון המינימלי במהלך האיזון, הציר נפסל. על דיוק האיזון משפיעים הגורמים הבאים:

• מרווח בחיבור בין חגורת המושב של אוגן גל ההינע לבין החור הפנימי של אוגן ההידוק של ראשי התמיכה השמאלי והימני;
• סטייה רדיאלית וסטייה צירית של משטחי הבסיס של האוגן;
• פערים בחיבורי הציר והמחברים. נוכחות של גריז בחלל החיבור המחובר יכולה להוביל לחוסר איזון "צף". אם זה מונע השגת דיוק האיזון הנדרש, גל ההינע מאוזן ללא גריז.

ייתכן שחלק מהחוסר האיזון אינו ניתן לתיקון כלל. אם מתגלה חיכוך מוגבר במפרקי הציר של ציר ההנעה, ההשפעה ההדדית של מישורי התיקון גוברת. דבר זה מוביל לירידה בביצועים ובדיוק של האיזון.

בהתאם ל-OST 37.001.053-74, נקבעו תקני חוסר האיזון הבאים: גלי הינע עם שני מפרקים (דו-תמיכה) מאוזנים באופן דינמי, ועם שלושה (שלוש-תמיכה) - מורכבים עם תמיכת ביניים; האוגנים (יוקים) של גלי הינע ומצמדים במשקל של יותר מ-5 ק"ג מאוזנים באופן סטטי לפני הרכבת הציר או המצמד; תקני חוסר האיזון השיורי עבור גלי הינע בכל קצה או בתמיכת הביניים של גלי הינע בעלי שלושה מפרקים מוערכים על ידי חוסר איזון ספציפי;

נורמת חוסר האיזון השיורי הספציפי המותרת בכל קצה של הציר או בתמיכה הביניים, כמו גם עבור גלי הנעה בעלי שלושה מפרקים בכל מיקום על מעמד האיזון, לא תעלה על: עבור תיבות הילוכים של מכוניות נוסעים ומשאיות קטנות (עד 1 טון) ואוטובוסים קטנים מאוד - 6 גרם-סמ"ר/ק"ג, עבור השאר - 10 גרם-סמ"ר/ק"ג. נורמת חוסר האיזון השיורי המותרת המרבית של גל ההינע או גל ההינע בעל שלושת המפרקים צריכה להיות מובטחת על מעמד האיזון בתדר סיבוב התואם לתדרים שלהם בתיבת ההילוכים במהירות הרכב המרבית.

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.

עבור גלי הינע וגירי הינע תלת-מפרקיים של משאיות עם כושר נשיאה של 4 טון ומעלה, אוטובוסים קטנים וגדולים, מותרת הפחתה של תדירות הסיבוב על מעמד האיזון ל-70% של תדירות הסיבוב של צירי ההילוכים במהירות המרבית של הרכב. על פי OST 37.001.053-74, תדירות הסיבוב של צירי ההינע צריכה להיות שווה ל:

n_b = (0.7 ... 1.0) n_r,

כאשר n_b – תדירות סיבוב איזון (צריכה להתאים לנתונים הטכניים העיקריים של המעמד, n=3000 דקות)^-1); n_r – תדירות סיבוב עבודה מקסימלית, מינימום^-1.

בפועל, בשל המרווח במפרקים ובחיבורים המשולבים, לא ניתן לאזן את ציר ההנעה בתדר הסיבוב המומלץ. במקרה זה, נבחר תדר סיבוב אחר, שבו הוא מאוזן.

4. מכונות איזון מודרניות לפירים

איור 8. מכונת איזון לפירים באורך של עד 2 מטרים ומשקל של עד 500 ק"ג

לדגם יש שני מעמדים והוא מאפשר איזון בשני מישורי תיקון.

איור 9. מכונת איזון לפירים באורך של עד 4200 מ"מ ומשקל של עד 400 ק"ג

לדגם יש 4 תומכים והוא מאפשר איזון ב-4 מישורי תיקון בו-זמנית.

איור 10. מכונת איזון אופקית עם מיסבים קשיחים לאיזון דינמי של צירים מונעים

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.

איור 11. רכיבי תמיכה מכניים לאיזון דינמי של צירים מונעים

1 – תומך שמאלי קבוע שאינו מתכוונן; 2 – תומך ביניים מתכוונן (2 יח'); 3 – תומך ימני קבוע שאינו מתכוונן; 4 – ידית נעילת מסגרת התומך; 5 – משטח תומך נע; 6 – אום כוונון אנכי של התומך; 7 – ידיות נעילת המצב האנכי; 8 – תושבת הידוק של התומך; 9 – מהדק נע של מיסב הביניים; 10 – ידית נעילת המהדק; 11 – נעילת תושבת ההידוק; 12 – ציר מניע (מוביל) להתקנת הפריט; 13 – ציר מונע

5. הכנה לאיזון ציר ההנעה

בהמשך, נבחן את התקנת תומכי המכונה ואת הרכבת מרכיב האיזון (ציר הנעה בעל ארבעה תומכים) על תומכי המכונה.

איור 12. התקנת אוגני מעבר על צירים של מכונת האיזון

איור 13. התקנת ציר ההנעה על תומכי מכונת האיזון

איור 14. יישור גל ההינע במישור האופקי על תומכי מכונת האיזון באמצעות פלס בועה

איור 15. קיבוע התומכים הביניים של מכונת האיזון כדי למנוע תזוזה אנכית של ציר ההנעה

סובבו את הפריט ביד סיבוב שלם. ודאו שהוא מסתובב בחופשיות וללא תקלות בתומכים. לאחר מכן, החלק המכני של המכונה מותקן, והתקנת הפריט הושלמה.

6. נוהל איזון ציר ההנעה

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.

בנוסף, המכשיר מאפשר להציג גרפים של פונקציית הזמן ושל ספקטרום הרטט לפי מהירות הרטט, דבר שיכול לסייע בהערכת מצבו הטכני של הפריט המאוזן.

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. התקן חיישני רעידות 1, 2, 3, 4 על התומכים של מכונת האיזון.
2. חבר את חיישני הרטט למחברים X1, X2, X3, X4.
3. התקן את חיישן זווית הפאזה (מד טכומטר לייזר) 5 כך שהפער הנומינלי בין המשטח הרדיאלי (או הקצה) של הרוטור המאוזן לבין בית החיישן יהיה בטווח של 10 עד 300 מ"מ.
4. הדביקו על פני הרוטור סימון מסרט מחזיר אור ברוחב של לפחות 10-15 מ"מ.
5. חבר את חיישן זווית הפאזה למחבר X5.
6. חבר את יחידת המדידה ליציאת ה-USB של המחשב.
7. בעת שימוש בחשמל, חבר את המחשב ליחידת אספקת החשמל.
8. חבר את יחידת אספקת החשמל לרשת 220 וולט, 50 הרץ.
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.

לפני ביצוע איזון, מומלץ לבצע מדידות במצב ויברומטר (כפתור F5).

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

אם גודל התנודה הכולל V1s (V2s) תואם בקירוב לגודל הרכיב הסיבובי V1o (V2o), ניתן להניח שהתרומה העיקרית לתנודת המנגנון נובעת מחוסר איזון ברוטור. אם גודל התנודה הכולל V1s (V2s) עולה באופן משמעותי על הרכיב הסיבובי V1o (V2o), מומלץ לבדוק את המנגנון - לבדוק את מצב המיסבים, לוודא הרכבה בטוחה על היסוד, לוודא שהרוטור אינו נוגע בחלקים נייחים במהלך הסיבוב, ולשקול את השפעת התנודות ממנגנונים אחרים וכו'.

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

איור 21. גרפים של פונקציית הזמן של הרטט ושל ספקטרום הרטט

הגרף מראה באילו תדרים רמות הרטט הן הגבוהות ביותר. אם תדרים אלה שונים מתדר הסיבוב של הרוטור של המנגנון המאוזן, יש צורך לזהות את מקורות רכיבי הרטט הללו ולנקוט צעדים לביטולם לפני האיזון.

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 אי-יישור: 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.

חשוב לשים לב גם ליציבות הקריאות במצב ויברומטר - המשרעת והפאזה של הרטט לא אמורים להשתנות ביותר מ-10-15% במהלך המדידה. אחרת, המנגנון עשוי לפעול ליד אזור תהודה. במקרה זה, יש להתאים את מהירות הרוטור.

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).

לפני כל ריצה שלאחר מכן, יש לבצע את הצעדים הבאים:

• עצור את סיבוב הרוטור של המכונה המאוזנת.
• הסר את משקל הניסיון שהותקן קודם לכן.
• התקן את משקל הניסיון במישור הבא.

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

לאחר השלמת כל מדידה, תוצאות תדר הסיבוב של הרוטור (N_ob), כמו גם ערכי RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) ואת הפאזות (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) וזוויות ההתקנה (f₁, f₂, f₃, f₄) של המשקולות המתקנות שצריך להתקין על הרוטור בארבעה מישורים כדי לפצות על חוסר האיזון שלו.

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

שימו לב! לאחר השלמת תהליך המדידה במהלך הריצה החמישית של המכונה המאוזנת, יש צורך לעצור את סיבוב הרוטור ולהסיר את משקולת הניסיון שהותקנה קודם לכן. רק לאחר מכן ניתן להמשיך בהתקנה (או הסרה) של משקולות התיקון על הרוטור.

המיקום הזוויתי להוספה (או הסרה) של המשקל המתקן על הרוטור במערכת הקואורדינטות הקוטביות נמדד ממיקום התקנת משקולת הניסיון. כיוון מדידת הזווית תואם את כיוון הסיבוב של הרוטור. במקרה של איזון באמצעות להבים, להב הרוטור המאוזן, הנחשב בתנאי כלהב הראשון, תואם את מיקום התקנת משקולת הניסיון. כיוון המספור של הלהבים המצוין על צג המחשב עוקב אחר כיוון הסיבוב של הרוטור.

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) וערכי RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) ושלבים (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. דרגות דיוק איזון מומלצות עבור רוטורים קשיחים

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_לְכָל·Ω, where e_לְכָל 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_לְכָל = 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.

טבלה 2. שיעורי דיוק איזון מומלצים עבור רוטורים קשיחים.

סוגי מכונות (רוטורים)	דרגת דיוק איזון	Balance quality grade G = eלְכָל·Ω, mm/s
גלי ארכובה מניעים (בלתי מאוזנים מבחינה מבנית) עבור מנועי דיזל ימיים גדולים איטיי-סיבוב (מהירות בוכנה פחות מ-9 m/s)	G 4000	4000
גלי ארכובה מניעים (מאוזנים מבחינה מבנית) עבור מנועי דיזל ימיים גדולים איטיי-סיבוב (מהירות בוכנה פחות מ-9 m/s)	G 1600	1600
גלי ארכובה מניעים (בלתי מאוזנים מבחינה מבנית) על מבודדי רעידות	G 630	630
גלי ארכובה מניעים (בלתי מאוזנים מבחינה מבנית) על תומכים קשיחים	G 250	250
מנועים הדדיים המורכבים עבור מכוניות נוסעים, משאיות וקטרים	G 100	100
גלי ארכובה מניעים (מאוזנים מבחינה מבנית) על מבודדי רעידות	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
מכונות חקלאיות	G 16	16
גלי ארכובה מניעים (מאוזנים) על תומכים קשיחים	G 16	16
מגרסות	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
טורבינות גז למטוסים	G 6.3	6.3
צנטריפוגות (מפרידים, מתנחלים)	G 6.3	6.3
מנועים חשמליים וגנרטורים (עם גובה ציר של לפחות 80 מ"מ) בעלי מהירות סיבוב נומינלית מרבית של עד 950 min-1	G 6.3	6.3
מנועים חשמליים עם גובה פיר של פחות מ-80 מ"מ	G 6.3	6.3
מאווררים	G 6.3	6.3
כונני הילוכים	G 6.3	6.3
מכונות לשימוש כללי	G 6.3	6.3
מכונות חיתוך מתכת	G 6.3	6.3
מכונות לייצור נייר	G 6.3	6.3
משאבות	G 6.3	6.3
מגדשי טורבו	G 6.3	6.3
טורבינות מים	G 6.3	6.3
מדחסים	G 6.3	6.3
כוננים נשלטי מחשב	G 2.5	2.5
מנועים חשמליים וגנרטורים (עם גובה ציר של לפחות 80 מ"מ) בעלי מהירות סיבוב נומינלית מרבית מעל 950 min-1	G 2.5	2.5
טורבינות גז וקיטור	G 2.5	2.5
כונני מכונות חיתוך מתכת	G 2.5	2.5
מכונות טקסטיל	G 2.5	2.5
כונני ציוד אודיו ווידאו	G 1	1
כונני מכונות השחזה	G 1	1
צירים וכוננים של ציוד בעל דיוק גבוה	G 0.4	0.4

שאלות נפוצות על איזון גל הינע

מהו איזון ציר ההינע?

איזון גל ההינע הוא תהליך של תיקון כל חוסר איזון במסה בגל ההינע כך שיסתובב בצורה חלקה מבלי לגרום לרעידות. זה כרוך במדידת היכן הגל כבד יותר בצד אחד ולאחר מכן הוספה או הסרה של כמויות קטנות של משקל (לדוגמה, ריתוך על משקולות איזון) כדי לנטרל את חוסר האיזון הזה. גל הינע מאוזן פועל באופן שווה, מה שמונע רעידות מוגזמות ובלאי של רכיבי הרכב.

מדוע איזון גל ההינע חשוב?

גל הנעה לא מאוזן יכול להוביל לתנודות חזקות, במיוחד במהירויות מסוימות, ועלול לגרום לרעשי נקישה במהלך האצה או החלפת הילוכים. עם הזמן, תנודות אלו עלולות לפגוע במסבים, במפרקים אוניברסליים וברכיבים אחרים של מערכת ההינע. איזון גל ההינע מבטל את התנודות הללו, מבטיח נסיעה חלקה יותר, מפחית את העומס על החלקים ומונע נזק יקר או זמן השבתה.

מהם התסמינים הנפוצים של גל הינע לא מאוזן?

התסמינים האופייניים של גל הינע לא מאוזן או פגום כוללים רטט מורגש או רעידות ברצפת הרכב או במושב, במיוחד ככל שהמהירות עולה. ייתכן שתשמעו גם קולות נקישה או רטטו בעת העברת הילוכים או במהלך האצה והאטה. במקרים מסוימים, המפרק האוניברסלי עלול להתחמם יתר על המידה עקב חוסר איזון. אם אתם מבחינים בסימנים אלה, סביר להניח שגל ההינע זקוק לאיזון או תיקון.

איך מאזנים גל הינע?

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.

סיכום

לסיכום, איזון נכון של גל ההינע חיוני לבטיחות, ביצועים וחיסכון בעלויות. 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.

אם אתם מתמודדים עם רעידות מתמשכות בגל ההינע או זקוקים לפתרון איזון אמין, אל תהססו לפעול. יש ליישם את השלבים המפורטים במדריך זה או להתייעץ עם המומחים שלנו לקבלת סיוע. בעזרת הגישה והציוד הנכונים, תוכלו להבטיח שגל ההינע שלכם יפעל בצורה חלקה ואמינה במשך שנים רבות. צרו קשר למידע נוסף או לחקור את ציוד איזון גל ההינע הטוב ביותר לצרכים שלך.