드라이브 샤프트 밸런싱: 종합 가이드

트럭을 운전하다가 갑자기 심한 진동을 느끼거나 가속이나 기어 변속 시 쿵 하는 소리가 들린다고 상상해 보세요. 이는 단순한 불편함을 넘어 드라이브샤프트 불균형의 징후일 수 있습니다. 엔지니어와 기술자에게 이러한 진동과 소음은 효율 저하, 부품 마모 가속화, 그리고 방치할 경우 심각한 다운타임을 초래할 수 있음을 의미합니다.

이 종합 가이드에서는 드라이브샤프트 밸런스 문제에 대한 실질적인 해결책을 제시합니다. 드라이브샤프트의 정의와 밸런스 조정이 필요한 이유를 알아보고, 진동이나 소음을 유발하는 일반적인 오작동을 파악하며, 동적 드라이브샤프트 밸런스 조정을 위한 명확한 단계별 절차를 안내합니다. 이러한 모범 사례를 적용하면 수리 비용을 절감하고, 문제 해결 시간을 단축하며, 기계 또는 차량이 최소한의 진동으로 안정적으로 작동하도록 할 수 있습니다.

목차

• 1. 드라이브샤프트의 종류
• 2. 유니버설 조인트 드라이브 오작동
• 3. 드라이브샤프트 밸런싱
• 4. 드라이브샤프트용 최신 밸런싱 머신
• 5. 드라이브 샤프트 밸런싱 준비
• 6. 드라이브샤프트 밸런싱 절차
• 7. 리지드 로터에 권장되는 밸런싱 정확도 등급

1. 드라이브샤프트의 종류

유니버설 조인트 드라이브(드라이브샤프트)는 유니버설 조인트의 중심에서 교차하는 샤프트 사이에 토크를 전달하고 서로 비스듬히 움직일 수 있는 메커니즘입니다. 차량에서 드라이브샤프트는 클래식 또는 전륜 구동 구성의 경우 기어박스(또는 트랜스퍼 케이스)에서 구동축으로 토크를 전달합니다. 전륜 구동 차량의 경우 유니버셜 조인트는 일반적으로 기어박스의 구동축을 트랜스퍼 케이스의 구동축에 연결하고 트랜스퍼 케이스의 구동축을 구동축의 메인 드라이브의 구동축에 연결합니다.

프레임에 장착된 유닛(예: 기어박스 및 트랜스퍼 케이스)은 지지대와 프레임 자체의 변형으로 인해 서로 상대적으로 움직일 수 있습니다. 한편, 구동축은 서스펜션을 통해 프레임에 고정되어 있으며, 서스펜션의 탄성 요소의 변형으로 인해 프레임과 프레임에 장착된 유닛에 대해 상대적으로 움직일 수 있습니다. 이러한 움직임은 유닛을 연결하는 구동축의 각도뿐만 아니라 유닛 간의 거리도 변화시킬 수 있습니다.

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.

유니버설 조인트 드라이브는 드라이브 샤프트와 중간 지지대로 연결된 하나 이상의 유니버설 조인트로 구성될 수 있습니다.

그림 1. 유니버셜 조인트 드라이브의 다이어그램: 1, 4, 6 - 드라이브 샤프트; 2, 5 - 유니버셜 조인트; 3 - 보정 연결; U1, U2 - 샤프트 간 각도

일반적으로 유니버설 조인트 구동 장치는 유니버설 조인트 2와 5, 구동축 1, 4, 6, 그리고 보상 연결부 3으로 구성됩니다. 때때로 구동축은 차량 프레임 크로스 멤버에 부착된 중간 지지대에 설치됩니다. 유니버설 조인트는 축이 각도를 이루며 교차하는 샤프트 사이의 토크 전달을 보장합니다. 유니버설 조인트는 비등속 및 등속 유형으로 나뉩니다. 비등속 조인트는 탄성 및 강성 유형으로 더 분류됩니다. 등속 조인트는 분할 홈이 있는 볼 유형, 분할 레버가 있는 볼 유형, 그리고 캠 유형일 수 있습니다. 일반적으로 선도 제어 휠의 구동 장치에 설치되며, 샤프트 사이의 각도는 45°에 도달할 수 있으며 유니버설 조인트의 중심은 휠의 회전 축과 회전 축의 교차점과 일치해야 합니다.

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.

그림 2. 강성 비균일 속도 유니버설 조인트의 다이어그램

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.

샤프트 2의 불균일 회전이 유닛의 샤프트에 전달되면 변속기에 추가 맥동 하중이 발생하여 각도 γ에 따라 증가합니다. 샤프트 2의 불균일 회전이 유닛 샤프트에 전달되는 것을 방지하기 위해 유니버셜 조인트 드라이브에는 두 개의 유니버셜 조인트가 사용됩니다. 각도 γ1과 γ2가 같도록 설치되며, 균일하지 않게 회전하는 샤프트 4에 고정된 유니버셜 조인트의 포크는 동일한 평면에 위치해야 합니다.

그림 3은 유니버설 조인트 구동 장치의 주요 부품 설계를 보여줍니다. 비균일 속도 유니버설 조인트는 십자형(3)으로 연결된 두 개의 요크(1)로 구성됩니다. 요크 중 하나에는 플랜지가 있는 경우가 있고 다른 하나는 드라이브 샤프트 튜브에 용접되거나 드라이브 샤프트에 연결하기 위한 스플라인 끝(6)(또는 슬리브)이 있습니다. 십자형의 트러니언은 니들 베어링(7)의 두 요크의 눈에 설치됩니다. 각 베어링은 케이스(2)에 들어 있으며 캡으로 요크의 눈에 고정되어 있으며, 캡은 와셔의 탭으로 잠긴 두 개의 볼트로 요크에 부착됩니다. 어떤 경우에는 베어링이 스냅 링으로 요크에 고정됩니다. 베어링의 윤활을 유지하고 물과 먼지로부터 보호하기 위해 고무 자체 조임 씰이 있습니다. 십자형의 내부 캐비티는 베어링에 도달하는 그리스 피팅을 통해 그리스로 채워집니다. 크로스에는 일반적으로 그리스가 크로스에 주입될 때 발생하는 압력으로 인해 씰이 손상되는 것을 방지하기 위한 안전 밸브가 있습니다. 스플라인 연결부(6)는 그리스 피팅(5)을 사용하여 윤활됩니다.

그림 3. 강성 비균일 속도 유니버설 조인트의 세부 사항

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.

고속 궤도 차량의 변속장치에는 기어 커플링 유형의 유니버설 조인트가 자주 사용됩니다. 이는 축이 최대 1.5...2° 각도로 교차하는 샤프트 사이의 토크 전달을 허용합니다.

드라이브 샤프트는 일반적으로 특수 강철 이음매가 없거나 용접된 튜브를 사용하여 튜브형으로 제작됩니다. 유니버설 조인트의 요크, 스플라인 슬리브 또는 팁은 튜브에 용접됩니다. 드라이브 샤프트에 작용하는 횡방향 하중을 줄이기 위해 유니버설 조인트가 조립된 상태에서 동적 밸런싱이 수행됩니다. 밸런싱 플레이트를 드라이브 샤프트에 용접하거나 유니버설 조인트의 베어링 캡 아래에 밸런싱 플레이트를 설치하여 불균형을 보정하기도 합니다. 공장에서 유니버설 조인트 드라이브의 조립 및 밸런싱 후 스플라인 연결 부품의 상대적 위치는 일반적으로 특수 라벨로 표시되어 있습니다.

유니버설 조인트 드라이브의 보정 연결은 일반적으로 스플라인 연결 형태로 이루어지며 유니버설 조인트 드라이브 부품의 축 방향 이동을 허용합니다. 유니버설 조인트 드라이브의 스플라인 슬리브에 맞는 스플라인 팁으로 구성됩니다. 윤활은 그리스 피팅을 통해 스플라인 연결부에 주입되거나 조립 중에 도포되며 차량을 장기간 사용한 후에는 교체됩니다. 일반적으로 그리스 누출 및 오염을 방지하기 위해 씰과 커버가 설치됩니다.

긴 드라이브샤프트의 경우 일반적으로 유니버설 조인트 드라이브에 중간 지지대가 사용됩니다. 중간 지지대는 일반적으로 볼 베어링이 고무 탄성 링에 장착된 차량 프레임 크로스 부재에 볼트로 고정된 브래킷으로 구성됩니다. 베어링은 양쪽이 캡으로 밀봉되어 있으며 윤활 장치가 있습니다. 탄성 고무 링은 프레임 변형으로 인해 발생할 수 있는 조립 부정확성 및 베어링 정렬 불량을 보정하는 데 도움이 됩니다.

니들 베어링이 있는 유니버설 조인트(그림 4a)는 요크, 크로스, 니들 베어링 및 씰로 구성됩니다. 니들 베어링이 있는 컵은 십자가의 트러니언에 장착되고 씰로 밀봉됩니다. 컵은 스냅 링 또는 나사로 고정된 캡으로 요크에 고정됩니다. 범용 조인트는 크로스의 내부 드릴링을 통해 그리스 피팅을 통해 윤활됩니다. 안전 밸브는 조인트의 과도한 오일 압력을 제거하기 위해 사용됩니다. 구동 요크가 균일하게 회전하는 동안 피구동 요크는 불균일하게 회전합니다. 즉, 회전당 두 번씩 구동 요크보다 전진 및 후진합니다. 불균일 회전을 없애고 관성 하중을 줄이기 위해 두 개의 유니버셜 조인트가 사용됩니다.

앞 구동 바퀴에 대한 드라이브에는 등속 유니버셜 조인트가 설치됩니다. GAZ-66 및 ZIL-131 차량의 등속 조인트 드라이브는 요크 2, 5(그림 4b), 4개의 볼 7 및 중앙 볼 8로 구성됩니다. 구동 요크 2는 내측 차축과 일체형이며, 피구동 요크는 외측 차축과 함께 단조되며 그 끝에 휠 허브가 고정되어 있습니다. 요크 2에서 요크 5까지의 구동 모멘트는 요크의 원형 홈을 따라 움직이는 볼 7을 통해 전달됩니다. 중앙 볼 8은 요크의 중심을 잡는 역할을 하며 스터드 3, 4에 의해 제자리에 고정됩니다. 요크 2, 5의 회전 주파수는 요크에 대한 메커니즘의 대칭성으로 인해 동일합니다. 샤프트 길이의 변화는 요크와 샤프트의 자유로운 스플라인 연결에 의해 보장됩니다.

그림 4. 유니버설 조인트: a - 유니버설 조인트: 1 - 캡; 2 - 컵; 3 - 니들 베어링; 4 - 씰; 5, 9 - 요크; 6 - 안전 밸브; 7 - 크로스; 8 - 그리스 피팅; 10 - 나사; b - 등속 유니버설 조인트: 1 - 내측 차축; 2 - 구동 요크; 3, 4 - 스터드; 5 - 피구동 요크; 6 - 외측 차축; 7 - 볼; 8 - 중앙 볼

2. 유니버설 조인트 드라이브 오작동

유니버설 조인트 드라이브 오작동은 일반적으로 차량이 움직일 때, 특히 기어를 변속하거나 엔진 크랭크축 속도가 갑자기 증가할 때(예: 엔진 제동에서 가속으로 전환할 때) 발생하는 유니버설 조인트의 날카로운 노킹으로 나타납니다. 유니버설 조인트 오작동의 징후는 고온(100°C 이상)으로 가열될 수 있습니다. 이는 유니버설 조인트의 부싱과 트러니언, 니들 베어링, 크로스 및 스플라인 연결부의 심각한 마모로 인해 발생하며, 이로 인해 유니버설 조인트의 정렬이 잘못되고 니들 베어링에 상당한 충격 축 방향 하중이 가해집니다. 유니버설 조인트 크로스의 코르크 씰이 손상되면 트러니언과 베어링이 빠르게 마모됩니다.

유지보수 중에는 드라이브 샤프트를 양방향으로 손으로 급격히 회전시켜 유니버셜 조인트 드라이브를 점검합니다. 샤프트의 자유 회전 정도에 따라 유니버설 조인트와 스플라인 연결부의 마모가 결정됩니다. 8-10,000km마다 기어박스의 구동축 플랜지와 메인 변속기 기어의 구동축과 엔드 유니버셜 조인트의 플랜지의 볼트 연결 상태 및 구동축의 중간 지지대 고정 상태를 점검합니다. 스플라인 연결부의 고무 부츠 상태와 유니버설 조인트 크로스의 코르크 씰 상태도 점검합니다. 모든 고정 볼트는 완전히 조여야 합니다(조임 토크 8-10 kgf-m).

유니버셜 조인트의 니들 베어링은 변속기 장치에 사용되는 액체 오일로 윤활되고, 대부분의 차량의 스플라인 연결부는 그리스(US-1, US-2, 1-13 등)로 윤활되며, 니들 베어링 윤활에 그리스를 사용하는 것은 엄격히 금지되어 있습니다. 일부 차량의 경우, 스플라인 연결부는 변속기 오일로 윤활됩니다. 고무 슬리브에 장착된 중간 지지 베어링은 공장에서 조립하는 동안 윤활되기 때문에 실제로 윤활이 필요하지 않습니다. ZIL-130 차량의 서포트 베어링은 정기 정비 시(1100~1700km마다) 압력 피팅을 통해 그리스로 윤활됩니다.

그림 5. 유니버설 조인트 드라이브: 1 - 드라이브 샤프트 고정용 플랜지, 2 - 유니버설 조인트 크로스, 3 - 유니버설 조인트 요크, 4 - 슬라이딩 요크, 5 - 드라이브 샤프트 튜브, 6 - 끝이 닫힌 니들 롤러 베어링

유니버셜 조인트 드라이브는 중공축으로 연결된 니들 베어링이 있는 두 개의 유니버셜 조인트와 인벌 류트 스플라인이 있는 슬라이딩 요크로 구성됩니다. 먼지로부터 안전하게 보호하고 스플라인 연결부의 윤활을 원활하게 하기 위해 기어박스의 보조 샤프트(2)에 연결된 슬라이딩 요크(6)는 기어박스 하우징에 부착된 연장부(1)에 배치됩니다. 또한, 스플라인 연결부의 이러한 위치(조인트 사이의 영역 외부)는 유니버설 조인트 드라이브의 강성을 크게 증가시키고 슬라이딩 스플라인 연결부가 마모될 때 샤프트 진동 가능성을 줄입니다.

구동축은 얇은 벽의 전기 용접 튜브(8)로 만들어지며, 두 개의 동일한 요크(9)가 각 끝에 압입된 후 아크 용접으로 용접됩니다.십자형(25)의 니들 베어링 하우징(18)은 요크(9)의 구멍에 압입되고 스프링 고정 링(20)으로 고정됩니다.각 유니버설 조인트 베어링에는 22개의 니들(21)이 들어 있습니다.스탬핑 캡(24)은 코르크 링(23)이 설치된 십자형의 돌출된 트러니언에 압입됩니다.베어링은 십자형 중앙의 나사 구멍에 나사로 고정된 각도 그리스 피팅(17)을 사용하여 윤활되며 십자형 트러니언의 채널을 통해 연결됩니다. 유니버설 조인트 크로스 반대편 중앙에는 안전 밸브(16)가 있습니다. 이 밸브는 크로스와 베어링에 그리스를 채울 때 과도한 그리스를 배출하고 작동 중 크로스 내부 압력 상승을 방지합니다(밸브는 약 3.5kg/cm²의 압력에서 작동합니다). 안전 밸브가 필요한 이유는 크로스 내부 압력이 과도하게 상승하면 코르크 씰이 손상(분출)될 수 있기 때문입니다.

그림 6. 구동축 어셈블리: 1 - 기어박스 익스텐션, 2 - 기어박스의 보조 샤프트, 3 및 5 - 먼지 디플렉터, 4 - 고무 씰, 6 - 슬라이딩 요크, 7 - 밸런싱 플레이트, 8 - 드라이브샤프트 튜브, 9 - 요크, 10 - 플랜지 요크, 11 - 볼트, 12 - 리어 액슬 드라이브 기어의 플랜지; 13-스프링 와셔; 14-너트; 15-리어 액슬; 16-안전 밸브; 17-각 그리스 피팅; 18-니들 베어링; 19-요크 아이; 20-스프링 고정 링; 21-바늘; 22-토로이드 끝이있는 와셔; 23-코르크 링; 24-스탬프 캡; 25-십자형

양쪽 유니버설 조인트로 조립된 구동축은 튜브에 밸런싱 플레이트(7)를 용접하여 양쪽 끝단의 동적 밸런싱을 정밀하게 수행합니다. 따라서 샤프트를 분해할 때는 모든 부품에 표시를 하여 원래 위치에 다시 조립할 수 있도록 해야 합니다. 이 지침을 따르지 않으면 샤프트의 밸런싱이 깨져 진동이 발생하여 변속기와 차체가 손상될 수 있습니다. 개별 부품이 마모된 경우, 특히 충격으로 인해 튜브가 휘어져 조립 후 샤프트의 동적 밸런싱이 불가능해진 경우, 샤프트 전체를 교체해야 합니다.

가능한 드라이브 샤프트 오작동, 원인 및 해결 방법

오작동 원인	솔루션
구동축 진동
1. 장애물로 인한 샤프트 구부러짐	1. 조립된 샤프트를 곧게 펴고 동적 균형을 맞추거나 조립된 샤프트를 교체합니다.
2. 베어링 및 교차 마모	2. 베어링과 크로스를 교체하고 조립된 샤프트의 동적 균형을 맞춥니다.
3. 익스텐션 부싱 및 슬라이딩 요크의 마모	3. 익스텐션과 슬라이딩 요크를 교체하고 조립된 샤프트의 동적 균형을 맞춥니다.
출발 및 코스팅 시 노크
1. 슬라이딩 요크 스플라인 또는 보조 기어박스 샤프트의 마모	1. 마모된 부품을 교체합니다. 슬라이딩 요크를 교체할 때 조립된 샤프트의 균형을 동적으로 조정합니다.
2. 플랜지 요크를 리어 액슬 드라이브 기어 플랜지에 고정하는 볼트를 느슨하게 합니다.	2. 볼트를 조입니다.
유니버설 조인트 씰에서 오일 유출
유니버설 조인트 씰의 코르크 링 마모	재조립하는 동안 모든 드라이브 샤프트 부품의 상대적 위치를 유지하면서 코르크 링을 교체합니다. 크로스와 베어링이 마모된 경우 베어링과 크로스를 교체하고 조립된 샤프트의 균형을 동적으로 조정합니다.

3. 드라이브샤프트 밸런싱

드라이브 샤프트를 수리하고 조립한 후 기계에서 동적으로 균형을 맞춥니다. 밸런싱 머신의 한 가지 설계가 그림 7에 나와 있습니다. 이 기계는 플레이트(18), 4개의 수직 탄성봉(3)에 장착된 진자 프레임(8)으로 구성되어 수평면에서의 진동을 보장합니다. 브래킷(4)에 고정된 브래킷과 전면 주축대(9)는 진자 프레임(8)의 세로 튜브에 장착됩니다. 후면 주축대(6)는 이동식 트래버스(5)에 있어 길이가 다른 드라이브 샤프트의 동적 균형을 맞출 수 있습니다. 주축대 스핀들은 정밀 볼 베어링에 장착되어 있습니다. 전면 주축대(9)의 스핀들은 기계 베이스에 설치된 전기 모터에 의해 구동되며, V-벨트 드라이브와 중간 샤프트를 통해 림브(10)(눈금 디스크)가 장착됩니다. 또한 기계 플레이트(18)에는 개폐식 잠금 핀(17)이 있는 두 개의 스탠드(15)가 설치되어 구동축의 앞쪽 또는 뒤쪽 끝의 균형에 따라 진자 프레임의 앞쪽과 뒤쪽 끝을 고정합니다.

그림 7. 드라이브 샤프트용 다이내믹 밸런싱 머신

1-클램프, 2-댐퍼, 3-탄성 로드, 4-브라켓, 5-가동식 트래버스, 6-후방 주축, 7-크로스바, 8-진자 프레임, 9-앞 구동 주축, 10-림브 디스크, 11-밀리볼트미터, 12-정류자-정류기 축의 림브, 13-자기전기식 센서, 14-고정 스탠드, 15-고정 스탠드, 16-지지대, 17-고정대, 18-지지대 플레이트.

고정 스탠드(14)는 기계 플레이트 후면에 장착되며, 그 위에 자기 전기 센서(13)가 설치되고 진자 프레임의 끝에 막대가 연결됩니다. 프레임의 공진 진동을 방지하기 위해 오일로 채워진 댐퍼(2)가 브래킷(4) 아래에 설치됩니다.

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.

드라이브 샤프트에는 몇 가지 밸런싱 기능이 있습니다. 대부분의 부품에서 동적 밸런싱의 기반은 서포트 넥(예: 전기 모터의 로터, 터빈, 스핀들, 크랭크샤프트 등)이지만 드라이브샤프트의 경우 플랜지입니다. 조립 과정에서 서로 다른 연결부에 피할 수 없는 틈이 생겨 불균형이 발생합니다. 밸런싱 중에 최소 불균형을 달성할 수 없으면 샤프트는 불합격 처리됩니다. 밸런싱의 정확도는 다음 요인에 의해 영향을 받습니다:

• 구동축 플랜지의 랜딩 벨트와 왼쪽 및 오른쪽 지지대 헤드스톡의 클램핑 플랜지 내부 구멍 사이의 연결부에 틈이 있습니다;
• 플랜지 베이스 표면의 방사형 및 끝단 런아웃;
• 힌지와 스플라인 연결부에 틈이 있습니다. 스플라인 연결부 공동에 그리스가 있으면 "부동" 불균형이 발생할 수 있습니다. 필요한 밸런싱 정확도를 달성하지 못하는 경우, 그리스 없이 드라이브샤프트 밸런싱을 실시합니다.

일부 불균형은 완전히 교정할 수 없을 수도 있습니다. 드라이브 샤프트의 유니버셜 조인트에서 마찰이 증가하면 보정 평면의 상호 영향이 증가합니다. 이로 인해 밸런싱의 성능과 정확도가 저하됩니다.

OST 37.001.053-74에 따르면, 다음과 같은 불균형 표준이 설정되었습니다. 두 개의 조인트(2-지지대)가 있는 구동축은 동적으로 균형을 이루고, 세 개(3-지지대)가 있는 경우 중간 지지대와 조립됩니다. 무게가 5kg을 넘는 구동축과 커플링의 플랜지(요크)는 샤프트 또는 커플링을 조립하기 전에 정적으로 균형을 이룹니다. 3-조인트 구동축의 각 끝이나 중간 지지대에서 구동축의 잔류 불균형 규범은 특정 불균형에 의해 평가됩니다.

샤프트 양단 또는 중간 지지대, 그리고 밸런싱 스탠드의 모든 위치에서 3관절 구동축의 최대 허용 잔류 불균형 기준은 다음을 초과해서는 안 됩니다. 승용차, 소형 트럭(최대 1톤) 및 초소형 버스의 변속기는 6g·cm/kg, 그 외의 경우 10g·cm/kg. 구동축 또는 3관절 구동축의 최대 허용 잔류 불균형 기준은 밸런싱 스탠드에서 변속기의 회전 주파수와 동일한 회전 주파수로 최대 차량 속도에서 확보되어야 합니다.

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.

적재 용량 4톤 이상의 트럭, 소형 및 대형 버스의 구동축 및 3조인트 구동축의 경우, 밸런싱 스탠드의 회전 주파수를 최대 차량 속도에서 변속기 축 회전 주파수의 70%로 낮출 수 있습니다. OST 37.001.053-74에 따라 구동축의 밸런싱 회전 주파수는 다음과 같아야 합니다.

n_b = (0.7 ... 1.0) n_r,

여기서 n_b – 회전 주파수 균형 조정(스탠드의 주요 기술 데이터와 일치해야 함, n=3000분)^-1); n_r – 최대 작동 회전 주파수, 최소^-1.

실제로는 조인트와 스플라인 연결부의 간격으로 인해 드라이브 샤프트가 권장 회전 주파수에서 균형을 맞출 수 없습니다. 이 경우 다른 회전 주파수를 선택하여 균형을 맞춥니다.

4. 드라이브샤프트용 최신 밸런싱 머신

그림 8. 최대 2미터 길이, 최대 500kg 무게의 드라이브 샤프트용 밸런싱 머신

이 모델에는 2개의 스탠드가 있으며 2개의 보정 평면에서 균형을 맞출 수 있습니다.

그림 9. 최대 4200mm 길이, 최대 400kg 무게의 드라이브 샤프트용 밸런싱 머신

이 모델에는 4개의 스탠드가 있으며 4개의 보정 평면에서 동시에 균형을 맞출 수 있습니다.

그림 10. 드라이브 샤프트의 동적 밸런싱을 위한 수평 하드 베어링 밸런싱 머신

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.

그림 11. 구동축의 동적 밸런싱을 위한 기계 지원 요소

1 - 왼쪽 조절 불가 지지대, 2 - 중간 조절 가능 지지대(2개), 3 - 오른쪽 조절 불가 고정 지지대, 4 - 지지 프레임 잠금 핸들, 5 - 이동식 지지대, 6 - 지지대 수직 조절 너트, 7 - 수직 위치 잠금 핸들, 8 - 지지대 클램핑 브래킷, 9 - 중간 베어링 이동식 클램프, 10 - 클램프 잠금 핸들, 11 - 클램프 브래킷 잠금, 12 - 물품 설치용 구동(선행) 스핀들, 13 - 구동형 스핀들

5. 드라이브 샤프트 밸런싱 준비

아래에서는 기계 지지대의 설정과 기계 지지대에 밸런싱 항목(4지지 드라이브 샤프트)을 설치하는 방법을 고려합니다.

그림 12. 밸런싱 머신의 스핀들에 과도기적 플랜지 설치

그림 13. 밸런싱 머신의 지지대에 드라이브 샤프트 설치

그림 14. 버블 레벨을 사용하여 밸런싱 머신의 지지대에 드라이브 샤프트 수평 맞추기

그림 15. 드라이브 샤프트의 수직 변위를 방지하기 위해 밸런싱 머신의 중간 지지대 고정하기

항목을 수동으로 한 바퀴 완전히 돌립니다. 지지대에 걸리지 않고 자유롭게 회전하는지 확인합니다. 이렇게 하면 기계의 기계적인 부분이 설정되고 아이템 설치가 완료됩니다.

6. 드라이브샤프트 밸런싱 절차

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.

또한 진동 속도별 시간 함수 및 진동 스펙트럼 그래프를 표시할 수 있어 밸런스드 머신의 기술 상태를 평가하는 데 유용합니다.

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. 밸런싱 머신의 지지대에 진동 센서 1, 2, 3, 4를 설치합니다.
2. 진동 센서를 커넥터 X1, X2, X3, X4에 연결합니다.
3. 위상각 센서(레이저 타코미터) 5를 설치하여 밸런스드 로터의 방사형(또는 끝) 표면과 센서 하우징 사이의 공칭 간격이 10~300mm 범위가 되도록 합니다.
4. 로터 표면에 최소 10~15mm 너비의 반사 테이프 마크를 부착합니다.
5. 위상각 센서를 커넥터 X5에 연결합니다.
6. 측정 장치를 컴퓨터의 USB 포트에 연결합니다.
7. 주 전원을 사용하는 경우 컴퓨터를 전원 공급 장치에 연결합니다.
8. 전원 공급 장치를 220V, 50Hz 네트워크에 연결합니다.
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.

밸런싱을 수행하기 전에 진동계 모드(F5 버튼)에서 측정하는 것이 좋습니다.

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

총 진동 크기 V1s(V2s)가 회전 성분 크기 V1o(V2o)와 거의 일치하면, 메커니즘 진동의 주요 원인은 로터 불균형이라고 추정할 수 있습니다. 총 진동 크기 V1s(V2s)가 회전 성분 V1o(V2o)를 크게 초과하는 경우, 메커니즘을 점검하는 것이 좋습니다. 베어링 상태를 점검하고, 기초에 안전하게 장착되었는지 확인하고, 회전 중 로터가 고정 부품에 닿지 않는지 확인하고, 다른 메커니즘의 진동 영향을 고려하는 등의 점검이 필요합니다.

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

그림 21. 진동 시간 함수 및 스펙트럼 그래프

그래프는 진동 레벨이 가장 높은 주파수를 보여줍니다. 이 주파수가 평형 메커니즘 로터의 회전 주파수와 다를 경우, 평형을 조정하기 전에 진동 요소의 원인을 파악하고 이를 제거하기 위한 조치를 취해야 합니다.

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 정렬 불량: 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.

진동계 모드에서 측정값의 안정성에 주의하는 것도 중요합니다. 측정 중에 진동의 진폭과 위상이 10-15% 이상 변하지 않아야 합니다. 그렇지 않으면 메커니즘이 공진 영역 근처에서 작동하고 있을 수 있습니다. 이 경우 로터 속도를 조정해야 합니다.

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).

이후 각 실행 전에 다음 단계를 수행해야 합니다:

• 균형 잡힌 기계의 로터 회전을 멈춥니다.
• 이전에 설치한 시험 추를 제거합니다.
• 다음 평면에 시험용 추를 설치합니다.

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

각 측정을 완료한 후, 로터의 회전 주파수(N)의 결과는 다음과 같습니다._ob)와 RMS 값(V_o1, V_o2, V_o3, V_o4)와 위상(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) 및 설치 각도(f₁, f₂, f₃, f₄)의 불균형을 보정하기 위해 로터에 4개의 평면에 보정 추를 설치해야 합니다.

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

주목! 균형 측정기의 다섯 번째 작동 중 측정 과정을 완료한 후에는 로터의 회전을 멈추고 이전에 설치된 시험용 추를 제거해야 합니다. 이 과정을 거친 후에야 로터에 교정용 추를 설치(또는 제거)할 수 있습니다.

극좌표계에서 로터에 보정 추를 추가(또는 제거)하는 각도 위치는 시험 추 설치 위치로부터 측정됩니다. 각도 측정 방향은 로터의 회전 방향과 일치합니다. 블레이드로 밸런싱하는 경우, 조건부로 첫 번째 블레이드로 간주되는 밸런싱된 로터의 블레이드는 시험 추 설치 위치와 일치합니다. 컴퓨터 디스플레이에 표시되는 블레이드의 번호 방향은 로터의 회전 방향을 따릅니다.

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)와 RMS 값(V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) 및 위상(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. 리지드 로터에 권장되는 밸런싱 정확도 등급

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_당·Ω, where e_당 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_당 = 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.

표 2. 리지드 로터에 권장되는 밸런싱 정확도 등급.

기계 유형(로터)	밸런싱 정확도 클래스	Balance quality grade G = e당·Ω, mm/s
대형 저속 선박용 디젤 엔진(피스톤 속도 9m/s 미만)을 위한 구동 크랭크샤프트(구조적 불균형)	G 4000	4000
대형 저속 선박용 디젤 엔진(피스톤 속도 9m/s 미만)을 위한 구동 크랭크샤프트(구조적으로 균형 잡힌)	G 1600	1600
진동 차단기의 구동 크랭크 샤프트(구조적으로 불균형)	G 630	630
견고한 지지대에서 크랭크축 구동(구조적으로 불균형)	G 250	250
승용차, 트럭 및 기관차용으로 조립된 왕복 엔진	G 100	100
진동 차단기의 구동 크랭크샤프트(구조적으로 균형 잡힌)	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
농업 기계	G 16	16
강성 지지대의 구동 크랭크샤프트(밸런싱됨)	G 16	16
크러셔	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
항공기 가스 터빈	G 6.3	6.3
원심분리기(분리기, 침전기)	G 6.3	6.3
최대 공칭 회전 속도가 최대 950분인 전기 모터 및 발전기(샤프트 높이 80mm 이상)-1	G 6.3	6.3
샤프트 높이가 80mm 미만인 전기 모터	G 6.3	6.3
팬	G 6.3	6.3
기어 드라이브	G 6.3	6.3
범용 기계	G 6.3	6.3
금속 절단기	G 6.3	6.3
제지 기계	G 6.3	6.3
펌프	G 6.3	6.3
터보차저	G 6.3	6.3
수력 터빈	G 6.3	6.3
압축기	G 6.3	6.3
컴퓨터 제어 드라이브	G 2.5	2.5
최대 공칭 회전 속도가 950분 이상인 전기 모터 및 발전기(샤프트 높이 80mm 이상)-1	G 2.5	2.5
가스 및 증기 터빈	G 2.5	2.5
금속 절단기 드라이브	G 2.5	2.5
섬유 기계	G 2.5	2.5
오디오 및 비디오 장비 드라이브	G 1	1
연삭기 드라이브	G 1	1
고정밀 장비의 스핀들 및 드라이브	G 0.4	0.4

드라이브 샤프트 밸런싱에 대한 자주 묻는 질문

드라이브 샤프트 밸런싱이란 무엇입니까?

구동축 밸런싱은 구동축의 질량 불균형을 교정하여 진동 없이 부드럽게 회전하도록 하는 과정입니다. 이는 한쪽 축의 무게가 더 무거운 부분을 측정한 후, 불균형을 상쇄하기 위해 소량의 무게를 추가하거나 제거합니다(예: 밸런싱 웨이트 용접). 균형 잡힌 구동축은 균등하게 작동하여 차량 부품의 과도한 진동과 마모를 방지합니다.

드라이브 샤프트 밸런싱이 중요한 이유는 무엇입니까?

구동축의 불균형은 특히 특정 속도에서 심한 진동을 유발할 수 있으며, 가속이나 기어 변속 시 덜컹거리는 소음을 유발할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 진동은 베어링, 유니버설 조인트 및 기타 구동계 부품을 손상시킬 수 있습니다. 구동축의 균형을 맞추면 이러한 진동을 제거하여 더욱 부드러운 승차감을 제공하고, 부품의 부담을 줄이며, 값비싼 손상이나 다운타임을 방지할 수 있습니다.

드라이브 샤프트 불균형의 일반적인 증상은 무엇입니까?

드라이브 샤프트 불균형 또는 결함의 일반적인 증상으로는 차량 바닥이나 시트에서 느껴지는 진동이나 떨림이 있으며, 특히 속도가 증가할 때 더욱 그렇습니다. 기어를 변속하거나 가속 및 감속할 때 노킹이나 덜거덕거리는 소리가 들릴 수도 있습니다. 경우에 따라 불균형으로 인해 유니버설 조인트가 과열될 수 있습니다. 이러한 징후가 나타나면 드라이브 샤프트의 균형을 맞추거나 수리해야 할 가능성이 높습니다.

드라이브 샤프트의 균형을 어떻게 맞추나요?

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.

결론

결론적으로, 적절한 드라이브 샤프트 밸런싱은 안전, 성능 및 비용 절감에 필수적입니다. 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.

드라이브샤프트 진동이 지속되거나 안정적인 밸런싱 솔루션이 필요하시다면 주저하지 말고 조치를 취하십시오. 이 가이드에 설명된 단계를 따르거나 전문가에게 도움을 요청하십시오. 적절한 접근 방식과 장비를 사용하면 드라이브샤프트가 앞으로 수년간 원활하고 안정적으로 작동하도록 보장할 수 있습니다. 문의하기 자세한 내용을 알아보거나 귀하의 필요에 맞는 최고의 드라이브 샤프트 밸런싱 장비를 살펴보세요.