Balansiranje pogonskog vratila: Sveobuhvatni vodič

Zamislite da vozite kamion i odjednom osjetite oštru vibraciju ili čujete glasan zvuk lupanja prilikom ubrzavanja ili promjene brzina. To je više od obične smetnje - to bi mogao biti znak neuravnoteženog pogonskog vratila. Za inženjere i tehničare, takve vibracije i buka ukazuju na gubitak učinkovitosti, ubrzano trošenje komponenti i potencijalno skupe zastoje ako se ne riješe.

U ovom sveobuhvatnom vodiču nudimo praktična rješenja za probleme s balansiranjem pogonskog vratila. Naučit ćete što je pogonsko vratilo i zašto ga je potrebno balansirati, prepoznati uobičajene kvarove koji uzrokuju vibracije ili buku te slijediti jasan postupak korak po korak za dinamičko balansiranje pogonskog vratila. Primjenom ovih najboljih praksi možete uštedjeti novac na popravcima, smanjiti vrijeme rješavanja problema i osigurati da vaš stroj ili vozilo radi pouzdano s minimalnim vibracijama.

Sadržaj

• 1. Vrste kardanskih vratila
• 2. Kvarovi pogona kardana
• 3. Uravnoteženje kardana
• 4. Moderne mašine za balansiranje kardanskih vratila
• 5. Priprema za balansiranje kardana
• 6. Postupak uravnoteženja kardana
• 7. Preporučene klase točnosti uravnoteženja za krute rotore

1. Vrste kardanskih vratila

Pogon s kardanskim zglobom (kardansko vratilo) je mehanizam koji prenosi okretni moment između vratila koja se sijeku u središtu kardanskog zgloba i mogu se međusobno pomicati pod kutom. U vozilu, pogonsko vratilo prenosi okretni moment iz mjenjača (ili razdjelnog kućišta) na pogonjene osovine u slučaju klasične ili konfiguracije pogona na sva četiri kotača. Kod vozila s pogonom na sva četiri kotača, kardansko zglob obično povezuje pogonsko vratilo mjenjača s pogonskim vratilom razdjeljnog kućišta, a pogonska vratila razdjeljnog kućišta s pogonskim vratilima glavnih pogona pogonjenih osovina.

Jedinice montirane na okvir (poput mjenjača i razvodne kutije) mogu se pomicati jedna u odnosu na drugu zbog deformacije svojih nosača i samog okvira. U međuvremenu, pogonske osovine su pričvršćene na okvir putem ovjesa i mogu se pomicati u odnosu na okvir i jedinice montirane na njega zbog deformacije elastičnih elemenata ovjesa. Ovo kretanje može promijeniti ne samo kutove pogonskih vratila koja spajaju jedinice, već i udaljenost između jedinica.

Pogon s kardanskim zglobom ima značajnu manu: neujednačeno rotiranje vratila. Ako se jedno vratilo rotira ujednačeno, drugo se ne rotira, a ta neujednačenost se povećava s kutom između vratila. Ovo ograničenje sprječava upotrebu pogona s kardanskim zglobom u mnogim primjenama, kao što je prijenos snage kod automobila s prednjim pogonom, gdje je glavni problem prijenos okretnog momenta na kotače koji se okreću. Ovaj nedostatak može se djelomično nadoknaditi upotrebom dvostrukih kardanskih zglobova na jednom vratilu, koji su međusobno okrenuti za četvrtinu okreta. Međutim, u primjenama koje zahtijevaju jednolik rotaciju, umjesto njih se obično koriste zglobovi konstantne brzine (CV zglobovi). CV zglobovi su napredniji, ali i složeniji dizajn koji služi istoj svrsi.

Pogoni s kardanskim zglobovima mogu se sastojati od jednog ili više kardanskih zglobova povezanih kardanskim vratilima i međupodupirama.

Slika 1. Dijagram pogona s kardanskim zglobom: 1, 4, 6 — pogonske osovine; 2, 5 — kardanski zglobovi; 3 — kompenzacijski spoj; u1, u2 — kutovi između osovina

Općenito, pogon univerzalnog zgloba sastoji se od univerzalnih zglobova 2 i 5, pogonskih vratila 1, 4 i 6 te kompenzacijskog spoja 3. Ponekad je pogonsko vratilo ugrađeno na međunosač pričvršćen na poprečni nosač okvira vozila. Univerzalni zglobovi osiguravaju prijenos momenta između vratila čije se osi sijeku pod kutom. Univerzalni zglobovi dijele se na nejednolike i zglobove konstantne brzine. Zglobovi nejednolike brzine dalje se klasificiraju na elastične i krute. Zglobovi konstantne brzine mogu biti kuglasti s razdjelnim žljebovima, kuglasti s razdjelnom polugom i bregasti. Obično se ugrađuju u pogon vodećih upravljanih kotača, gdje kut između vratila može doseći 45°, a središte univerzalnog zgloba mora se podudarati s točkom presjeka osi rotacije kotača i njegove osi okretanja.

Elastični univerzalni zglobovi prenose moment između osovina s osima koje se sijeku pod kutom od 2...3° zbog elastične deformacije spojnih elemenata. Kruti zglob nejednolike brzine prenosi moment s jedne osovine na drugu putem pomičnog spoja krutih dijelova. Sastoji se od dva jarma – 3 i 5, u čije cilindrične rupe su na ležajevima ugrađeni krajevi A, B, V i G spojnog elementa – križa 4. Jarmovi su kruto spojeni s osovinama 1 i 2. Jaram 5 može se okretati oko osi BG križa i istovremeno se, zajedno s križem, okretati oko osi AV, čime se omogućuje prijenos rotacije s jedne osovine na drugu s promjenjivim kutom između njih.

Slika 2. Dijagram krute univerzalne spojke s neujednačenom brzinom

Ako se vratilo 7 okrene oko svoje osi za kut α, vratilo 2 će se za isti period okrenuti za kut β. Odnos između kutova rotacije vratila 7 i 2 određen je izrazom tanα = tanβ * cosγ, gdje je γ kut pod kojim su postavljene osi vratila. Ovaj izraz pokazuje da je kut β ponekad manji, jednak ili veći od kuta α. Jednakost tih kutova javlja se svakih 90° rotacije vratila 7. Stoga, kod jednolike rotacije vratila 1, kutna brzina vratila 2 nije jednolika i mijenja se prema sinusoidnom zakonu. Nejednolikost rotacije vratila 2 postaje značajnija kako se povećava kut γ između osi vratila.

Ako se neujednačena rotacija vratila 2 prenese na vratila jedinica, u prijenosu će se pojaviti dodatna pulsirajuća opterećenja koja rastu s kutom γ. Kako bi se spriječilo prenošenje neujednačene rotacije vratila 2 na vratila jedinica, u pogonu s kardanskim zglobovima koriste se dva kardanska zgloba. Postavljeni su tako da su kutovi γ1 i γ2 jednaki; vilice kardanskih zglobova, pričvršćene na neujednačeno rotirajući vrat 4, trebaju biti postavljene u istoj ravnini.

Dizajn glavnih dijelova kardanskih zglobnih pogona prikazan je na slici 3. Kardanski zglob s nejednolikom brzinom sastoji se od dva jarma (1) spojena križem (3). Jedan od jarmova ponekad ima prirubnicu, dok je drugi zavaren na cijev pogonskog vratila ili ima užljebljeni kraj (6) (ili čahuru) za spajanje na pogonsko vratilo. Zglobovi križa ugrađeni su u ušice oba jarma na igličastim ležajevima (7). Svaki ležaj smješten je u kućištu (2) i pričvršćen je u ušici jarma poklopcem koji je pričvršćen na jaram s dva vijka osigurana jezičcima na podlošci. U nekim slučajevima ležajevi su u jaramovima pričvršćeni uskočnim prstenovima. Za zadržavanje podmazivanja u ležaju i zaštitu od vode i prljavštine, nalazi se gumena samozatezna brtva. Unutarnja šupljina križa ispunjena je mašću kroz maznicu, koja dopire do ležajeva. Križ obično ima sigurnosni ventil za zaštitu brtve od oštećenja zbog tlaka masti koja se pumpa u križ. Zupčasti spoj (6) podmazuje se pomoću mazalice (5).

Slika 3. Detalji krute univerzalne spojke s neujednačenom brzinom

Maksimalni kut između osi vratila spojenih krutim univerzalnim zglobovima s nejednolikom brzinom obično ne prelazi 20°, jer se učinkovitost značajno smanjuje pri većim kutovima. Ako se kut između osi vratila mijenja unutar 0...2%, zglobovi križa se deformiraju igličastim ležajevima, što uzrokuje brzi otkaz univerzalnog zgloba.

U mjenjačima brzih gusjeničnih vozila često se koriste univerzalni zglobovi s tipovima zupčastih spojnica, koji omogućuju prijenos momenta između osovina s osima koje se sijeku pod kutovima do 1,5...2°.

Pogonske osovine obično su izrađene kao cijevne, koristeći posebne čelične bešavne ili zavarene cijevi. Nosači kardanskih zglobova, navlake s nazubljenjem ili nastavci zavaruju se na cijevi. Kako bi se smanjila poprečna opterećenja na pogonskom vratilu, dinamičko balansiranje izvodi se s montiranim kardanskim zglobovima. Neravnoteža se ispravlja zavarivanjem balansnih ploča na pogonsko vratilo ili ponekad postavljanjem balansnih ploča ispod poklopaca ležajeva kardanskih zglobova. Relativni položaj dijelova nazubljenog spoja nakon sklapanja i balansiranja pogona kardanskog zgloba u tvornici obično se označava posebnim etiketama.

Kompenzacijsko spajanje pogona kardana obično se izvodi u obliku navojnog spoja, što omogućuje aksijalno pomicanje dijelova pogona kardana. Sastoji se od navojnog vrha koji se ugrađuje u navojnu navlaku pogona kardana. Podmazivanje se uvodi u navojni spoj putem masne čahure ili se nanosi tijekom montaže, a zamjenjuje se nakon dulje uporabe vozila. Obično se ugrađuju brtva i poklopac kako bi se spriječilo istjecanje masti i kontaminacija.

Za duga kardanskim vratila obično se u pogonima s kardanskim zglobovima koriste međupodupore. Međupodpora obično se sastoji od nosača pričvršćenog vijcima na poprečnu gredu šasije vozila, u kojem je kuglični ležaj montiran u elastičnom gumeni prstenu. Ležaj je na obje strane zapečaćen čepovima i ima uređaj za podmazivanje. Elastični gumeni prsten pomaže kompenzirati netočnosti pri montaži i neporavnanje ležaja koje se može pojaviti zbog deformacija šasije.

Univerzalni zglob s igličastim ležajevima (Slika 4a) sastoji se od krakova, križa, igličastih ležajeva i brtvila. Šalice s igličastim ležajevima montiraju se na vratila križa i brtve se brtvilima. Šalice su učvršćene u krakovima pomoću sigurnosnih prstenova ili čepova pričvršćenih vijcima. Univerzalni zglobovi podmazuju se kroz mastnicu kroz unutarnje bušotine u križu. Sigurnosni ventil služi za uklanjanje viška tlaka ulja u zglobu. Tijekom jednolikog okretanja pogonske krame, pokretana krama rotira neujednačeno: dvaput po krugu zaostaje, a zatim sustiže pogonsku kramu. Kako bi se uklonila neujednačena rotacija i smanjila inercijska opterećenja, koriste se dva kardansko-igličasta zgloba.

U pogonu prednjih pokretačkih kotača ugrađeni su univerzalni zglobovi konstantne brzine. Pogon zgloba konstantne brzine na vozilima GAZ-66 i ZIL-131 sastoji se od krakova 2 i 5 (Slika 4b), četiri kuglice 7 i središnje kuglice 8. Pokretački koljenac 2 čvrsto je spojen s unutarnjom osovinom, dok je pokretani koljenac kovan zajedno s vanjskom osovinom na čijem je kraju pričvršćen čvor kotača. Okretni moment s koljenaca 2 na koljenac 5 prenosi se kuglicama 7 koje se kreću po kružnim utorima u koljenacima. Središnja kugla 8 služi za centriranje vilica i držana je na mjestu pomoću šipki 3 i 4. Frekvencija rotacije vilica 2 i 5 ista je zbog simetrije mehanizma u odnosu na vilice. Promjenu duljine vratila omogućuju slobodni navojni spojevi vilica s vratilom.

Slika 4. Kardansko zglob: a — kardansko zglob: 1 — čep; 2 — šalica; 3 — igličasti ležaj; 4 — brtva; 5, 9 — krakovi; 6 — sigurnosni ventil; 7 — križ; 8 — mastnica; 10 — vijak; b — kardansko zglob stalne brzine: 1 — unutarnja osovina; 2 — pogonska kraka; 3, 4 — šipke; 5 — potisna kraka; 6 — vanjska osovina; 7 — kuglice; 8 — središnja kuglica

2. Kvarovi pogona kardana

Kvarovi pogona kardana obično se očituju oštrim udarcima u kardanskim zglobovima koji se javljaju dok se vozilo kreće, osobito tijekom promjene brzina i naglog povećanja brzine motornog vratila (na primjer, pri prelasku s kočenja motorom na ubrzavanje). Znak kvara kardanskog zgloba može biti njegovo zagrijavanje na visoku temperaturu (preko 100 °C). To se događa zbog značajnog trošenja uložaka i vratila kardanskog zgloba, igličastih ležajeva, križaca i nazubljenih spojeva, što dovodi do neusklađenosti kardanskog zgloba i značajnih udarnih aksijalnih opterećenja na igličaste ležajeve. Oštećenje plutenih brtvi križca kardanskog zgloba dovodi do brzog trošenja vratila i njegovog ležaja.

Tijekom održavanja provjerava se pogon kardana oštro ručnim okretanjem kardanskog vratila u oba smjera. Razina slobodnog okretanja vratila određuje stepen habanja kardanskih zglobova i navojnih spojeva. Svakih 8-10 tisuća kilometara provjerava se stanje zavarenih spojeva prirubnica pogonskog vratila mjenjača i kardanskog vratila glavnog prijenosa s prirubnicama krajnjih kardanskih zglobova te učvršćenje srednjeg ležaja kardanskog vratila. Provjerava se i stanje gumenih navlaka na splineskim spojevima te plutaćih brtvi križnog zgloba. Svi vijačni spojevi moraju biti potpuno zategnuti (moment zatezanja 8-10 kgf·m).

Igleni ležajevi kardanskih zglobova podmazuju se tekućim uljem koje se koristi za prijenosne jedinice; navojni spojevi u većini vozila podmazuju se mastima (US-1, US-2, 1-13 itd.); uporaba masti za podmazivanje iglenih ležajeva strogo je zabranjena. U nekim se vozilima splineski spojevi podmazuju uljem za prijenos. Ležaj međuoslonca, montiran u gumenom navlaku, praktički ne zahtijeva podmazivanje jer je podmazan tijekom montaže u tvornici. Podupirački ležaj vozila ZIL-130 podmazuje se mastima kroz prirubnicu pod tlakom tijekom redovitog održavanja (svakih 1100–1700 km).

Slika 5. Pogon kardana: 1 — prirubnica za pričvršćivanje pogonske osovine; 2 — kardanski križ; 3 — kardanski vilica; 4 — klizna vilica; 5 — cijev pogonske osovine; 6 — igličasti valjkasti ležaj s zatvorenim krajem

Pogon kardana sastoji se od dva kardana s iglenim ležajevima, povezana šupljim vratilom i kliznog nosača s uvojnim zupcima. Kako bi se osigurala pouzdana zaštita od prljavštine i omogućilo dobro podmazivanje zupčanog spoja, klizni nosač (6), povezan s pomoćnim vratilom (2) mjenjača, postavljen je u produžetak (1) pričvršćen na kućište mjenjača. Dodatno, ova lokacija splineskog spoja (izvan zone između zglobova) značajno povećava krutost pogona kardana i smanjuje vjerojatnost vibracija osovine kada se klizni splineski spoj istroši.

Pogonsko vratilo izrađeno je od tankostijene električno zavarene cijevi (8), u koju su na svakom kraju utisnuta dva identična jarma (9), a zatim zavarena elektrolučnim zavarivanjem. Kućišta igličastih ležajeva (18) križa (25) utisnuta su u ušice jarmova (9) i osigurana su opružnim prstenovima (20). Svaki ležaj univerzalnog zgloba sadrži 22 igle (21). Utisnute kapice (24) utisnute su na izbočene zupce križa, u koje su ugrađeni prstenovi od pluta (23). Ležajevi se podmazuju pomoću kutne mazalice (17) uvrnute u navojni otvor u središtu križa, spojene na prolazne kanale u zupcima križa. Na suprotnoj strani križa univerzalnog zgloba, u njegovom središtu nalazi se sigurnosni ventil (16), dizajniran za ispuštanje viška masti prilikom punjenja križa i ležajeva te za sprječavanje nakupljanja tlaka unutar križa tijekom rada (ventil se aktivira pri tlaku od oko 3,5 kg/cm²). Nužnost ugradnje sigurnosnog ventila proizlazi iz činjenice da pretjerani porast tlaka unutar križa može dovesti do oštećenja (ekstruzije) plutenih brtvi.

Slika 6. Skup zavojnice: 1 — produžetak mjenjača; 2 — sekundarna osovina mjenjača; 3 i 5 — zaštitnici od prljavštine; 4 — gumene brtve; 6 — klizni krak; 7 — pločica za uravnoteženje; 8 — cijev zavojnice; 9 — koljenica; 10 — ležajna glava; 11 — vijak; 12 — ležajna glava stražnjeg pogonskog kotača; 13 — opružna podloška; 14 — matica; 15 — stražnja osovina; 16 — sigurnosni ventil; 17 — kutni mastibak; 18 — igličasti ležaj; 19 — oko radilice; 20 — opružni držač; 21 — igla; 22 — podloška s toroidnim krajem; 23 — prsten od plute; 24 — utisnuta kapica; 25 — križ

Pogonsko vratilo, sastavljeno s oba univerzalna zgloba, pažljivo je dinamički uravnoteženo na oba kraja zavarivanjem balansirajućih ploča (7) na cijev. Stoga se prilikom rastavljanja vratila svi njegovi dijelovi moraju pažljivo označiti kako bi se mogli ponovno sastaviti u izvorne položaje. Nepoštivanje ove upute narušava ravnotežu vratila, uzrokujući vibracije koje mogu oštetiti mjenjač i karoseriju vozila. Ako se pojedini dijelovi istroše, posebno ako se cijev savije zbog udara i postane nemoguće dinamički uravnotežiti vratilo nakon sastavljanja, mora se zamijeniti cijelo vratilo.

Mogući kvarovi kardana, njihovi uzroci i rješenja

Uzrok neispravnosti	Rješenje
Vibracija kardana
1. Savijanje osovine zbog prepreke	1. Ispravite i dinamički uravnotežite sastavljenu osovinu ili je zamijenite
2. Habanje ležaja i križnog prstena	2. Zamijenite ležajeve i križne osigurače te dinamički uravnotežite sastavljenu osovinu
3. Istrošenost produžnih čahura i kliznog jarma	3. Zamijenite produžetak i klizni jaram te dinamički uravnotežite sastavljenu osovinu
Udari pri pokretanju i pri vožnji na prazan hod
1. Istrošenost žlijebova kliznog jarmu ili sekundarne osovine mjenjača	1. Zamijenite istrošene dijelove. Prilikom zamjene kliznog vratila, dinamički uravnotežite sastavljeno vratilo.
2. Otpušteni vijci koji pričvršćuju spojnicu prirubnice na zupčanicu pogonske osovine	2. Zategnite vijke
Iscurenje ulja iz brtvica kardanskog zgloba
Istrošenost plutenih prstenova u brtvama kardanskog zgloba	Zamijenite pluto prstenove, održavajući relativni položaj svih dijelova kardana tijekom ponovnog sastavljanja. Ako su križevi i ležajevi istrošeni, zamijenite ležajeve i križeve te dinamički uravnotežite sastavljeni kardan.

3. Uravnoteženje kardana

Nakon popravka i sastavljanja kardana, on se dinamički uravnotežuje na stroju. Jedan dizajn uravnotežnog stroja prikazan je na slici 7. Stroj se sastoji od ploče (18), ramena klata (8) montiranog na četiri vertikalne elastične šipke (3), koje osiguravaju njegovo njihanje u horizontalnoj ravnini. Nosač i prednji glavni ležaj (9), pričvršćeni na nosač (4), montirani su na uzdušne cijevi okvira klata (8). Stražnji glavni ležaj (6) nalazi se na pomičnoj prečki (5), što omogućuje dinamičko balansiranje kardanskih vratila različitih duljina. Vretena glavnih ležajeva montirana su na preciznim kugličnim ležajevima. Vreteno prednjeg glavnog ležaja (9) pogonjen je električnim motorom ugrađenim u postolje stroja, preko remenice V-remena i međuvratila na koje je montirana obručna ploča (10) (disk s podjelom). Dodatno, na radnoj ploči (18) postavljena su dva stalka (15) s uvlačivim osiguračima (17), koji osiguravaju fiksaciju prednjeg i stražnjeg kraja okvira klatna, ovisno o balansiranju prednjeg ili stražnjeg kraja pogonske osovine.

Slika 7. Mašina za dinamičko balansiranje kardanskih vratila

1—stezaljka; 2—prigušivači; 3—elastična šipka; 4—nosač; 5—pokretna poprečna greda; 6—stražnji glavni ležaj; 7—poprečna greda; 8—okvir klackala; 9—prednji pogonski glavni ležaj; 10—limb-disk; 11—milivoltmetar; 12—limb vratila komutatora-ispravljača; 13—magnetoelektrični senzor; 14—fiksni stalak; 15—stalak fiksatora; 16—oslonac; 17—fiksator; 18—podložna ploča

Fiksni stalci (14) montirani su na stražnjoj strani mašinske ploče, a na njima su ugrađeni magneto-električni senzori (13), s šipkama povezanim na krajeve okvira klackalice. Kako bi se spriječile rezonantne vibracije okvira, ispod nosača (4) ugrađeni su prigušivači (2) napunjeni uljem.

Tijekom dinamičkog balansiranja, sklop pogonskog vratila s kliznim jarmom se postavlja i pričvršćuje na stroj. Jedan kraj pogonskog vratila spojen je prirubnicom-jarmom na prirubnicu prednjeg pogonskog vretena, a drugi kraj potpornim vratom kliznog jarma na užljebljenu čahuru stražnjeg vretena. Zatim se provjerava lakoća okretanja pogonskog vratila, a jedan kraj okvira njihala stroja se fiksira pomoću fiksatora. Nakon pokretanja stroja, grana ispravljača se okreće suprotno od kazaljke na satu, dovodeći iglu milivoltmetra do maksimalnog očitanja. Očitavanje milivoltmetra odgovara veličini neravnoteže. Skala milivoltmetra graduirana je u gram-centimetrima ili gramima protuutega. Nastavkom okretanja grane ispravljača u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, očitanje milivoltmetra se dovodi na nulu i stroj se zaustavlja. Na temelju očitanja grane ispravljača određuje se kutni pomak (kut pomaka neravnoteže), a ručnim okretanjem pogonskog vratila ta se vrijednost postavlja na međugranu vratila. Mjesto zavarivanja balansirajuće ploče bit će na vrhu pogonskog vratila, a uteženi dio na dnu u korekcijskoj ravnini. Zatim se balansirajuća ploča pričvršćuje i veže tankom žicom na udaljenosti od 10 mm od zavara, pokreće se stroj i provjerava se ravnoteža kraja pogonskog vratila s pločom. Neravnoteža ne smije biti veća od 70 g cm. Zatim se, otpuštanjem jednog kraja i pričvršćivanjem drugog kraja okvira njihala stalkom za fiksiranje, izvodi dinamičko balansiranje drugog kraja pogonskog vratila prema gore opisanom tehnološkom slijedu.

Pogonske osovine imaju neke značajke uravnoteženja. Za većinu dijelova, osnova za dinamičko balansiranje su potporni vratovi (npr. rotori električnih motora, turbine, vretena, radilice itd.), ali kod kardanskih vratova to su prirubnice. Tijekom sastavljanja neizbježne su praznine u različitim spojevima koje dovode do neuravnoteženosti. Ako se minimalna neuravnoteženost ne može postići tijekom balansiranja, vrat se odbacuje. Točnost balansiranja utječu sljedeći čimbenici:

• Razmak u spoju između slijetnog prstena prirubnice kardanskog vratila i unutarnje rupe stezne prirubnice lijevog i desnog glavnog ležaja;
• Radijalni i aksijalni odmak osnovnih površina prirubnice;
• Praznine u šarnirima i žljebnim spojevima. Prisutnost masti u šupljini žljebnog spoja može dovesti do "lebdeće" neravnoteže. Ako to sprječava postizanje potrebne točnosti balansiranja, pogonsko vratilo se balansira bez masti.

Neki neravnoteži mogu biti potpuno nepopravljivi. Ako se u kardanskim zglobovima pogonskog vratila uoči povećano trenje, međusobni utjecaj ravnina korekcije se povećava. To dovodi do smanjenja učinkovitosti i točnosti balansiranja.

Prema OST 37.001.053-74, utvrđeni su sljedeći standardi neravnoteže: pogonska vratila s dva zgloba (dvostruka) dinamički se balansiraju, a s tri (trostruka) - sastavljena s međunosačem; prirubnice (jarmovi) pogonskih vratila i spojnica težine veće od 5 kg statički se balansiraju prije sastavljanja vratila ili spojnice; norme preostale neravnoteže za pogonska vratila na svakom kraju ili na međunosaču trozglobnih pogonskih vratila procjenjuju se specifičnom neravnotežom;

Najveća dopuštena specifična norma preostale neravnoteže na svakom kraju osovine ili na međuosloncu, kao i za trozglobna pogonska vratila u bilo kojem položaju na balansirajućem postolju, ne smije prelaziti: za mjenjače osobnih automobila i kamiona malih tereta (do 1 t) i vrlo malih autobusa – 6 g-cm/kg, za ostale – 10 g-cm/kg. Najveća dopuštena norma preostale neravnoteže pogonskog vratila ili trozglobnog pogonskog vratila treba se osigurati na balansirajućem postolju pri frekvenciji vrtnje koja odgovara njihovim frekvencijama u mjenjaču pri najvećoj brzini vozila.

Za kardanska vratila i trozglobna kardanska vratila kamiona nosivosti 4 t i više, malih i velikih autobusa, dopušteno je smanjenje frekvencije vrtnje na balansirajućem stalku na 70% frekvencije vrtnje prijenosnih vratila pri maksimalnoj brzini vozila. Prema OST 37.001.053-74, frekvencija vrtnje balansirajućih kardanskih vratila treba biti jednaka:

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

Gdje je N_b – frekvencija rotacije za uravnoteženje (treba odgovarati glavnim tehničkim podacima stalka, n=3000 min-1^-1; n_r – maksimalna radna frekvencija rotacije, min^-1.

U praksi, zbog zazora u spojevima i splinesanih veza, kardansko vratilo se ne može uravnotežiti pri preporučenoj frekvenciji rotacije. U tom se slučaju odabire druga frekvencija rotacije pri kojoj se uravnotežuje.

4. Moderne mašine za balansiranje kardanskih vratila

Slika 8. Uravnoteživačka mašina za kardanske osovine duljine do 2 metra i težine do 500 kg

Model ima dva stalka i omogućuje balansiranje u dvije korektivne ravnine.

Uravnoteživačka mašina za kardanske osovine do 4200 mm duljine i težine do 400 kg

Slika 9. Uravnoteživačka mašina za pogonske osovine duljine do 4200 mm i težine do 400 kg

Model ima 4 stalka i omogućuje balansiranje u 4 korektivna ravni istovremeno.

Slika 10. Horizontalna balansna mašina s tvrdim ležajevima za dinamičko balansiranje kardanskih vratila

1 – Uravnotežujući element (srednji nosač pogonskog vratila); 2 – Baza stroja; 3 – Nosači stroja; 4 – Pogon stroja; Strukturni elementi nosača stroja prikazani su na slici 9.

Slika 11. Nosivi elementi za dinamičko uravnoteženje kardanskih vratila

1 – Lijeva nepodstavljiva potpora; 2 – Srednja podesiva potpora (2 kom.); 3 – Desna nepodstavljiva fiksna potpora; 4 – Ručka za zaključavanje okvira potpore; 5 – Pokretna platforma potpore; 6 – Matica za vertikalno podešavanje potpore; 7 – Ručke za zaključavanje vertikalnog položaja; 8 – Stezni nosač potpore; 9 – Srednji ležaj pokretne stezaljke; 10 – Ručka za zaključavanje stezaljke; 11 – Zaključavanje steznog nosača; 12 – Pogonski (prednji) vreteno za montažu dijela; 13 – Poklopno vreteno

5. Priprema za balansiranje kardana

U nastavku ćemo razmotriti postavljanje ležajeva stroja i ugradnju balansiranog dijela (pogonske osovine s četiri ležaja) na ležajeve stroja.

Slika 12. Ugradnja prijelaznih prirubnica na vretena balirnog stroja

Slika 13. Montaža kardana na nosače balansirne stroja

Slika 14. Horizontalno poravnavanje kardana na nosačima balirnice pomoću libele

Slika 15. Fiksiranje međupodupirača balansne mašine radi sprječavanja vertikalnog pomaka pogonskog vratila

Rotirajte predmet ručno za puni okretaj. Provjerite da se predmet slobodno okreće i da se ne zapinje na nosačima. Nakon toga je mehanički dio stroja postavljen, a ugradnja predmeta je dovršena.

6. Postupak uravnoteženja kardana

Proces uravnoteženja kardanskog vratila na balansirnoj mašini razmatrat će se uz primjer mjernog sustava Balanset-4. Balanset-4 je prijenosni balanserski komplet namijenjen balansiranju rotora u jednoj, dvjema, trima i četiri korektivne ravnini, bilo da se rotori vrte u vlastitim ležajevima ili su montirani na balansirnoj mašini. Uređaj uključuje do četiri senzora vibracija, senzor faznog kuta, četverokanalnu mjernu jedinicu i prijenosno računalo.

Cijeli proces uravnoteženja, uključujući mjerenje, obradu i prikaz informacija o veličini i položaju korektivnih utega, izvodi se automatski i ne zahtijeva od korisnika dodatne vještine i znanja osim onih navedenih u uputama. Rezultati svih operacija uravnoteženja spremaju se u Arhivu uravnoteženja i po potrebi se mogu ispisati kao izvješća. Osim za balansiranje, Balanset-4 se može koristiti i kao obični vibracijski tahometar, što omogućuje mjerenje na četiri kanala vrijednosti kvadratičnog korijena srednje vrijednosti (RMS) ukupne vibracije, RMS-a rotacijske komponente vibracije i kontrolu frekvencije rotacije rotora.

Nadalje, uređaj omogućuje prikaz grafikona vremenske funkcije i spektra vibracija prema brzini vibracija, što može biti korisno pri procjeni tehničkog stanja uravnotežene mašine.

Slika 16. Vanjski prikaz uređaja Balanset-4 za upotrebu kao mjerni i računalni sustav stroja za balansiranje kardana

Slika 17. Primjer korištenja uređaja Balanset-4 kao mjernog i računalnog sustava za stroj za balansiranje kardanskog vratila

Slika 18. Korisničko sučelje uređaja Balanset-4

Uređaj Balanset-4 može biti opremljen s dvije vrste senzora – akcelerometrima vibracija za mjerenje vibracija (ubrzanje vibracija) i senzorima sile. Senzori vibracija koriste se za rad na strojevima za balansiranje nakon rezonancije, dok se senzori sile koriste za strojeve prije rezonancije.

Slika 19. Ugradnja Balanset-4 senzora vibracija na nosače balansne mašine

Smjer osi osjetljivosti senzora trebao bi odgovarati smjeru pomaka vibracija nosača, u ovom slučaju - horizontalnom. Za dodatne informacije o ugradnji senzora pogledajte BALANSIRANJE ROTORA U RADNIM UVJETIMA. Ugradnja senzora sile ovisi o konstrukcijskim značajkama stroja.

1. Ugradite senzore vibracija 1, 2, 3 i 4 na nosače balirnice.
2. Povežite senzore vibracija na priključke X1, X2, X3 i X4.
3. Ugradite senzor faznog kuta (laserski tahometar) 5 tako da nominalni razmak između radijalne (ili krajnje) površine uravnoteženog rotora i kućišta senzora bude u rasponu od 10 do 300 mm.
4. Pričvrstite reflektirajuću traku širine najmanje 10–15 mm na površinu rotora.
5. Povežite senzor faznog kuta na konektor X5.
6. Povežite mjernu jedinicu na USB priključak računala.
7. Prilikom korištenja mrežne napajne struje, povežite računalo na napajno jedinicu.
8. Povežite napajanje na mrežu od 220 V, 50 Hz.
9. Uključite računalo i odaberite program "BalCom-4".
10. Pritisnite tipku "F12-četiri ravnine" (ili funkcijsku tipku F12 na tipkovnici računala) kako biste odabrali način istovremenog mjerenja vibracija u četiri ravnine pomoću senzora vibracija 1, 2, 3 i 4, priključenih na ulaze X1, X2, X3 i X4 mjernog uređaja.
11. Mnemotehnički dijagram koji ilustrira proces istovremenog mjerenja vibracija na četiri mjerna kanala (ili proces balansiranja u četiri ravnine) pojavljuje se na zaslonu računala, kao što je prikazano na slici 16.

Prije izvođenja balansiranja preporučuje se mjerenje u načinu vibrometra (tipka F5).

Slika 20. Modna mjerenja vibrometrom

Ako ukupna magnituda vibracija V1s (V2s) približno odgovara magnitudi rotacijske komponente V1o (V2o), može se pretpostaviti da je glavni doprinos vibracijama mehanizma posljedica neravnoteže rotora. Ako ukupna magnituda vibracija V1s (V2s) značajno premašuje rotacijsku komponentu V1o (V2o), preporučuje se pregled mehanizma - provjera stanja ležajeva, osiguranje sigurne montaže na temelj, provjera da rotor ne dodiruje nepokretne dijelove tijekom rotacije i razmatranje utjecaja vibracija drugih mehanizama itd.

Proučavanje grafova vremenskih funkcija i vibracijskih spektara dobivenih u načinu rada "Grafovi-Spektralna analiza" ovdje može biti korisno.

Slika 21. Vremenski dijagram vibracija i grafovi spektra

Grafikon prikazuje na kojim su frekvencijama razine vibracija najviše. Ako se te frekvencije razlikuju od frekvencije rotacije rotora uravnoteženog mehanizma, potrebno je identificirati izvore tih komponenti vibracija i poduzeti mjere za njihovo uklanjanje prije uravnoteženja.

Također je važno obratiti pažnju na stabilnost očitanja u načinu rada vibrometra – amplituda i faza vibracije ne bi smjele varirati za više od 10–15 % tijekom mjerenja. U suprotnom bi mehanizam mogao raditi blizu rezonantne regije. U tom slučaju treba prilagoditi brzinu rotora.

Prilikom izvođenja balansiranja u četiri ravnine u načinu rada "Primarno", potrebno je pet kalibracijskih vožnji i barem jedna verifikacijska vožnja balansiranog stroja. Mjerenje vibracija tijekom prve vožnje stroja bez probnog utega provodi se u radnom prostoru "Balansiranje u četiri ravnine". Naknadne vožnje izvode se s probnim utegom, sekvencijalno postavljenim na pogonsko vratilo u svakoj korekcijskoj ravnini (u području svakog nosača balansirajućeg stroja).

Prije svake sljedeće izvedbe treba poduzeti sljedeće korake:

• Zaustavite rotaciju rotora uravnoteženog stroja.
• Uklonite prethodno instaliranu probnu težinu.
• Postavite probnu težinu u sljedećoj ravnini.

Slika 23. Radni prostor za balansiranje na četiri ravnine

Nakon završetka svakog mjerenja, rezultati frekvencije vrtnje rotora (N_ob), kao i vrijednosti RMS-a (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) i faze (F₁, F₂, F₃, F₄) vibracija na frekvenciji rotacije uravnoteženog rotora spremaju se u odgovarajuća polja u prozoru programa. Nakon petog pokretanja (Težina u ravnini 4), pojavljuje se radni prostor "Utezi za uravnoteženje" (vidi sliku 24) koji prikazuje izračunate vrijednosti masa (M₁, M₂, M₃, M₄) i kutovi instalacije (f₁, f₂, f₃, f₄) korektivnih utega koji se moraju postaviti na rotor u četiri ravnine kako bi se kompenzirala njegova neuravnoteženost.

Slika 24. Radni prostor s izračunatim parametrima korektivnih težina u četiri ravnine

Pažnja! Nakon završetka postupka mjerenja tijekom petog pokretanja uravnoteženog stroja, potrebno je zaustaviti rotaciju rotora i ukloniti prethodno postavljeni probni uteg. Tek nakon toga možete nastaviti s postavljanjem (ili uklanjanjem) korektivnih utega na rotor.

Kutni položaj za dodavanje (ili uklanjanje) korektivnog utega na rotoru u polarnom koordinatnom sustavu mjeri se od mjesta ugradnje probnog utega. Smjer mjerenja kuta podudara se sa smjerom rotacije rotora. U slučaju balansiranja lopaticama, lopatica uravnoteženog rotora koja se uvjetno smatra prvom lopaticom podudara se s mjestom ugradnje probnog utega. Smjer numeriranja lopatica prikazan na zaslonu računala prati smjer rotacije rotora.

U ovoj verziji programa, prema zadanim postavkama pretpostavlja se da će korektivni uteg biti dodan rotoru. To je naznačeno oznakom postavljenom u polju "Dodaj". Ako je potrebno ispraviti neravnotežu uklanjanjem utega (npr. bušenjem), postavite oznaku u polje "Ukloni" pomoću miša, nakon čega će se kutni položaj korektivnog utega automatski promijeniti za 180 stupnjeva.

Nakon postavljanja korektivnih utega na uravnoteženi rotor, pritisnite tipku "Izlaz – F10" (ili funkcijsku tipku F10 na tipkovnici računala) za povratak na prethodni radni prostor "Balansiranje u četiri ravnine" i provjeru učinkovitosti operacije balansiranja. Nakon završetka provjere, rezultati frekvencije vrtnje rotora (N_ob) i RMS vrijednosti (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) i faze (F₁, F₂, F₃, F₄) vibracija na frekvenciji vrtnje uravnoteženog rotora se spremaju. Istovremeno se radni prostor "Uravnotežavanje utega" (vidi sliku 21) pojavljuje iznad radnog prostora "Uravnoteženje u četiri ravnine", prikazujući izračunate parametre dodatnih korektivnih utega koje je potrebno ugraditi (ili ukloniti) na rotor kako bi se kompenzirala njegova preostala neravnoteža. Osim toga, ovaj radni prostor prikazuje vrijednosti preostale neravnoteže postignute nakon balansiranja. Ako vrijednosti preostale vibracije i/ili preostale neravnoteže uravnoteženog rotora zadovoljavaju zahtjeve tolerancije navedene u tehničkoj dokumentaciji, proces balansiranja može se dovršiti. U suprotnom, proces balansiranja može se nastaviti. Ova metoda omogućuje ispravljanje mogućih pogrešaka putem uzastopnih aproksimacija koje se mogu pojaviti prilikom ugradnje (uklanjanja) korektivne utege na uravnoteženom rotoru.

Ako se proces balansiranja nastavi, na balansirani rotor potrebno je ugraditi (ili ukloniti) dodatne korektivne utege prema parametrima navedenim u radnom prostoru "Balansirni utezi".

Tipka "Koeficijenti – F8" (ili funkcijska tipka F8 na tipkovnici računala) koristi se za pregled i spremanje u memoriju računala koeficijenata uravnoteženja rotora (koeficijenata dinamičkog utjecaja) izračunatih iz rezultata pet kalibracijskih ciklusa.

7. Preporučene klase točnosti uravnoteženja za krute rotore

Tablica 2. Preporučene klase točnosti balansiranja za krute rotore.

Preporučene klase točnosti balansiranja za krute rotore

Vrste strojeva (rotori)	Razred preciznosti uravnoteženja	Vrijednost eper Ω mm/s
Pogonski radilice (strukturalno neuravnotežene) za velike morske dizelske motore niske brzine (brzina klipa manja od 9 m/s)	G 4000	4000
Pogonski radilice (strukturalno uravnotežene) za velike morske dizelske motore niske brzine (brzina klipa manja od 9 m/s)	G 1600	1600
Pogonske radilice (strukturalno neuravnotežene) na izolatorima protiv vibracija	G 630	630
Pogonske radilice (strukturalno neuravnotežene) na krutim ležajevima	G 250	250
Klipni motori sastavljeni za putničke automobile, kamione i lokomotive	G 100	100
Automobilski dijelovi: kotači, felge, sklopovi kotača, mjenjači
Pogonske radilice (strukturalno uravnotežene) na izolatorima protiv vibracija	G 40	40
Poljoprivredni strojevi	G 16	16
Pogonske radilice (uravnotežene) na krutim ležajevima
drobilice
Pogonske osovine (pogonske osovine, vijačne osovine)
Plinske turbine za zrakoplove	G 6.3	6.3
Centrifuge (separatori, taložnici)
Električni motori i generatori (s visinom vratila od najmanje 80 mm) s maksimalnom nominalnom brzinom rotacije do 950 min-1
Električni motori s visinom vratila manjom od 80 mm
Ventilatori
Zupčasti pogoni
Mašine opće namjene
Strojevi za rezanje metala
Mašine za proizvodnju papira
Pumpe
Turbo punjači
Vodene turbine
Kompresori
Računalno upravljani pogoni	G 2,5	2.5
Električni motori i generatori (s visinom vratila od najmanje 80 mm) s maksimalnom nominalnom brzinom rotacije većom od 950 min⁻¹-1
Gasne i parne turbine
Pogoni za strojeve za rezanje metala
Tekstilne strojeve
Pogoni za audio i video opremu	G 1	1
Pogoni brusilica
Vretena i pogoni visokoprecizne opreme	G 0,4	0.4

Često postavljana pitanja o balansiranju pogonskog vratila

Što je balansiranje pogonskog vratila?

Balansiranje pogonskog vratila je proces ispravljanja bilo kakve neravnoteže mase u pogonskom vratilu kako bi se ono glatko okretalo bez uzrokovanja vibracija. To uključuje mjerenje gdje je vratilo teže na jednoj strani, a zatim dodavanje ili uklanjanje malih količina težine (na primjer, zavarivanje utega za balansiranje) kako bi se suprotstavilo toj neravnoteži. Uravnoteženo pogonsko vratilo radi ravnomjerno, što sprječava prekomjerne vibracije i trošenje komponenti vozila.

Zašto je važno balansiranje pogonskog vratila?

Neuravnotežena pogonska osovina može dovesti do jakih vibracija, posebno pri određenim brzinama, i može uzrokovati zvukove lupanja tijekom ubrzanja ili mijenjanja brzina. Vremenom te vibracije mogu oštetiti ležajeve, univerzalne zglobove i druge komponente pogonskog sklopa. Balansiranje pogonske osovine uklanja te vibracije, osiguravajući glatkiju vožnju, smanjujući opterećenje dijelova i sprječavajući skupa oštećenja ili zastoje.

Koji su uobičajeni simptomi nebalansiranog pogonskog vratila?

Tipični simptomi nebalansiranog ili neispravnog pogonskog vratila uključuju primjetne vibracije ili podrhtavanje u podu vozila ili sjedalu, posebno s povećanjem brzine. Također možete čuti zvukove kucanja ili zveckanja prilikom mijenjanja brzina ili tijekom ubrzanja i usporavanja. U nekim slučajevima, kardanski zglob se može pregrijati zbog neravnoteže. Ako primijetite ove znakove, vjerojatno je potrebno balansiranje ili popravak pogonskog vratila.

Kako se balansira pogonsko vratilo?

Balansiranje pogonskog vratila obično se vrši pomoću specijaliziranog stroja za balansiranje. Pogonsko vratilo se montira i okreće velikom brzinom dok senzori detektiraju bilo kakvu neravnotežu. Tehničar zatim pričvršćuje male utege na pogonsko vratilo (ili uklanja materijal) na određenim pozicijama na temelju očitanja stroja. Ovaj se postupak ponavlja sve dok se pogonsko vratilo ne okreće bez značajnih vibracija. Moderni sustavi poput Balanset-4 mogu voditi ovaj proces i točno izračunati gdje i koliko utega treba dodati za precizno balansiranje.

Zaključak

Zaključno, pravilno balansiranje pogonskog vratila ključno je za sigurnost, performanse i uštedu troškova. Otkrivanjem i ispravljanjem neravnoteže sprječavate nepotrebno trošenje dijelova, izbjegavate štetne kvarove i održavate optimalne performanse stroja. Moderni sustavi za balansiranje poput naših uređaja Balanset-1 i Balanset-4 čine proces učinkovitim, pomažući čak i malim radionicama da postignu profesionalne rezultate.

Ako se suočavate s upornim vibracijama pogonskog vratila ili vam je potrebno pouzdano rješenje za balansiranje, ne oklijevajte djelovati. Primijenite korake navedene u ovom vodiču ili se obratite našim stručnjacima za pomoć. Uz pravi pristup i opremu, možete osigurati da vaše pogonsko vratilo radi glatko i pouzdano dugi niz godina. Kontaktirajte nas kako biste saznali više ili istražili najbolju opremu za balansiranje pogonskog vratila za vaše potrebe.