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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 장치(예: 기어박스 및 트랜스퍼 케이스)는 지지대와 프레임 자체의 변형으로 인해 서로 상대적으로 움직일 수 있습니다. 한편 구동축은 서스펜션을 통해 프레임에 부착되며 서스펜션의 탄성 요소의 변형으로 인해 프레임과 프레임에 장착된 유닛에 대해 상대적으로 움직일 수 있습니다. 이러한 움직임은 유닛을 연결하는 드라이브 샤프트의 각도뿐만 아니라 유닛 사이의 거리도 변경할 수 있습니다.
유니버설 조인트 드라이브에는 샤프트의 불균일 회전이라는 중대한 단점이 있습니다. 한 샤프트가 균일하게 회전하면 다른 샤프트는 그렇지 않으며, 이러한 불균일성은 샤프트 사이의 각도에 따라 증가합니다. 이러한 제한으로 인해 전륜 구동 차량의 변속기와 같이 회전하는 바퀴에 토크를 전달하는 것이 주요 문제인 많은 응용 분야에서는 유니버셜 조인트 드라이브를 사용할 수 없습니다. 이러한 단점은 하나의 샤프트에 서로 1/4 바퀴씩 회전하는 이중 유니버셜 조인트를 사용하여 부분적으로 보완할 수 있습니다. 그러나 균일한 회전이 필요한 애플리케이션에서는 일반적으로 등속 조인트(CV 조인트)가 대신 사용됩니다. CV 조인트는 동일한 목적을 달성하기 위해 더 발전된 디자인이지만 더 복잡하기도 합니다.
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 드라이브는 유니버설 조인트 2와 5, 드라이브샤프트 1, 4, 6, 보정 연결부 3으로 구성됩니다. 드라이브샤프트가 차량 프레임 크로스 멤버에 부착된 중간 지지대에 설치되는 경우도 있습니다. 유니버설 조인트는 축이 비스듬히 교차하는 샤프트 사이의 토크 전달을 보장합니다. 유니버설 조인트는 비균일 및 등속 유형으로 나뉩니다. 비균일 속도 조인트는 탄성 및 강성 유형으로 다시 분류됩니다. 등속 조인트는 분할 홈이 있는 볼 타입, 분할 레버가 있는 볼 타입, 캠 타입이 있습니다. 일반적으로 샤프트 사이의 각도가 45°에 달할 수 있는 선행 제어 휠의 드라이브에 설치되며 유니버셜 조인트의 중심은 휠의 회전축과 회전축의 교차점과 일치해야 합니다.
탄성 유니버셜 조인트는 연결 요소의 탄성 변형으로 인해 축이 교차하는 샤프트 간에 2...3°의 각도로 토크를 전달합니다. 강성 비균일 속도 조인트는 강성 부품의 이동식 연결을 통해 한 샤프트에서 다른 샤프트로 토크를 전달합니다. 연결 요소인 크로스 4의 끝단 A, B, V, G가 베어링에 설치된 원통형 구멍에 3과 5의 두 개의 요크로 구성됩니다. 요크는 샤프트 1과 2에 단단히 연결됩니다. 요크 5는 크로스의 축 BG를 중심으로 회전할 수 있으며 동시에 크로스와 함께 축 AV를 중심으로 회전하여 한 축에서 다른 축으로 각도를 변경하면서 회전을 전달할 수 있습니다.
그림 2. 강성 비균일 속도 유니버설 조인트의 다이어그램
축 7이 축을 중심으로 α 각도만큼 회전하면 축 2는 같은 기간 동안 β 각도만큼 회전합니다. 샤프트 7과 샤프트 2의 회전 각도 사이의 관계는 다음 식에 의해 결정됩니다. 탄α = 탄β * cosγ여기서 γ는 축의 축이 위치하는 각도입니다. 이 표현은 각도 β가 때때로 각도 α보다 작거나 같거나 크다는 것을 나타냅니다. 이러한 각도의 동일성은 샤프트 7이 90° 회전할 때마다 발생합니다. 따라서 샤프트 1이 균일하게 회전하면 샤프트 2의 각속도는 비균일하며 사인 곡선 법칙에 따라 달라집니다. 샤프트 2 회전의 불균일성은 샤프트 축 사이의 각도 γ가 증가함에 따라 더욱 커집니다.
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.
유니버설 조인트 드라이브의 주요 부품 설계는 그림 3에 나와 있습니다. 비균일 속도 유니버셜 조인트는 십자형(3)으로 연결된 두 개의 요크(1)로 구성됩니다. 요크 중 하나는 플랜지가 있는 경우가 있고, 다른 하나는 드라이브 샤프트 튜브에 용접되거나 드라이브 샤프트에 연결하기 위해 스플라인 끝(6)(또는 슬리브)이 있는 경우가 있습니다. 십자가의 트러니언은 니들 베어링(7)의 양쪽 요크의 눈에 설치됩니다. 각 베어링은 케이스(2)에 들어 있고 캡으로 요크의 눈에 고정되며, 와셔의 탭으로 잠긴 두 개의 볼트로 요크에 부착됩니다. 경우에 따라 베어링은 스냅 링으로 요크에 고정됩니다. 베어링에 윤활유를 유지하고 물과 먼지로부터 보호하기 위해 고무 자체 조임 씰이 있습니다. 십자가의 내부 공동은 그리스 피팅을 통해 그리스로 채워져 베어링에 도달합니다. 크로스에는 일반적으로 크로스 내부로 펌핑되는 그리스의 압력으로 인해 씰이 손상되지 않도록 보호하는 안전 밸브가 있습니다. 스플라인 연결부(6)는 그리스 피팅(5)을 사용하여 윤활됩니다.
그림 3. 강성 비균일 속도 유니버설 조인트의 세부 사항
강성 비균일 속도 유니버셜 조인트로 연결된 샤프트 축 사이의 최대 각도는 일반적으로 20°를 초과하지 않으며, 각도가 클수록 효율이 크게 감소합니다. 샤프트 축 사이의 각도가 0...2% 내에서 변화하면 니들 베어링에 의해 크로스 트러니언이 변형되어 유니버설 조인트가 빠르게 고장납니다.
고속 궤도 차량의 변속기에는 최대 1.5...2°의 각도로 교차하는 축을 가진 샤프트 간에 토크를 전달할 수 있는 기어 커플링 유형의 유니버셜 조인트가 자주 사용됩니다.
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 내축 샤프트와 일체형이며, 구동 요크는 외축 샤프트와 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 - 내축 축; 2 - 구동 요크; 3, 4 - 스터드; 5 - 구동 요크; 6 - 외축 축; 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, 여기에 두 개의 동일한 요크(9)가 양쪽 끝에 압입된 후 아크 용접으로 용접됩니다. 크로스(25)의 니들 베어링 하우징(18)은 요크(9)의 아이에 압입되고 스프링 고정 링(20)으로 고정됩니다. 각 유니버셜 조인트 베어링에는 22개의 니들(21)이 있습니다. 스탬프 캡(24)은 코르크 링(23)이 설치된 십자가의 돌출된 트러니언에 압착식으로 장착됩니다. 베어링은 십자가 중앙의 나사 구멍에 나사로 조여진 각진 그리스 피팅(17)을 사용하여 윤활되고 십자가 트러니언의 관통 채널에 연결됩니다. 유니버설 조인트 크로스의 반대쪽에는 크로스와 베어링을 채울 때 과도한 그리스를 방출하고 작동 중 크로스 내부에 압력이 쌓이는 것을 방지하도록 설계된 안전 밸브(16)가 중앙에 있습니다(밸브는 약 3.5kg/cm²의 압력에서 작동합니다). 안전 밸브를 포함해야 하는 이유는 크로스 내부의 압력이 과도하게 증가하면 코르크 씰이 손상(압출)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 유니버셜 조인트로 조립된 드라이브 샤프트는 밸런싱 플레이트(7)를 튜브에 용접하여 양쪽 끝에서 조심스럽게 동적 균형을 맞춥니다. 따라서 샤프트를 분해할 때는 모든 부품이 원래 위치에 재조립될 수 있도록 주의 깊게 표시해야 합니다. 이 지침을 따르지 않으면 샤프트의 균형이 깨져 진동이 발생하여 변속기와 차체가 손상될 수 있습니다. 개별 부품이 마모된 경우, 특히 충격으로 인해 튜브가 구부러져 조립 후 샤프트의 동적 균형을 맞출 수 없는 경우 전체 샤프트를 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-림-디스크, 11-밀리볼트미터, 12- 정류자- 정류자 축의 림, 13-자기 센서, 14-고정 스탠드, 15- 고정 스탠드, 16-지지대, 17- 고정대, 18지지대 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.
동적 밸런싱 중에 슬라이딩 요크가 있는 드라이브샤프트 어셈블리가 기계에 설치되고 고정됩니다. 드라이브 샤프트의 한쪽 끝은 플랜지 요크를 통해 전면 구동 주축의 플랜지에 연결되고, 다른 쪽 끝은 슬라이딩 요크의 지지 목을 통해 후면 주축의 스플라인 슬리브에 연결됩니다. 그런 다음 드라이브 샤프트의 회전 용이성을 확인하고 기계 진자 프레임의 한쪽 끝을 고정 장치를 사용하여 고정합니다. 기계를 시동한 후 정류기의 팔다리를 시계 반대 방향으로 회전시켜 밀리볼트미터 바늘을 최대 판독 값으로 가져옵니다. 밀리볼트미터 수치는 불균형의 크기에 해당합니다. 밀리볼트미터 눈금은 그램-센티미터 또는 카운터웨이트 그램 단위로 표시됩니다. 정류기 리브를 시계 반대 방향으로 계속 돌리면 밀리볼트미터 판독값이 0이 되고 기계가 정지됩니다. 정류기 리브 판독값을 기반으로 각도 변위(불균형 변위 각도)가 결정되고 구동축을 수동으로 회전시켜 이 값을 중간 샤프트 리브에 설정합니다. 밸런싱 플레이트의 용접 위치는 드라이브 샤프트의 상단에, 보정 평면에서 하단의 가중치 부분은 하단에 위치합니다. 그런 다음 밸런싱 플레이트를 용접부에서 10mm 떨어진 곳에 얇은 와이어로 부착하고 묶은 다음 기계를 시동하고 드라이브 샤프트 끝과 플레이트의 균형을 확인합니다. 불균형은 70gcm를 넘지 않아야 합니다. 그런 다음 한쪽 끝을 풀고 진자 프레임의 다른 쪽 끝을 고정 장치 스탠드로 고정하면 위에서 설명한 기술 순서에 따라 드라이브 샤프트의 다른 쪽 끝의 동적 밸런싱이 수행됩니다.
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;
- 힌지 및 스플라인 연결부의 틈새. 스플라인 연결부의 공동에 그리스가 있으면 "떠다니는" 불균형이 발생할 수 있습니다. 필요한 밸런싱 정확도를 달성하지 못하는 경우, 드라이브 샤프트는 그리스 없이 밸런싱됩니다.
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 설정되어 있습니다: 2개의 조인트가 있는 드라이브 샤프트(2-서포트)는 동적으로 균형을 맞추고, 3개의 조인트가 있는 드라이브 샤프트(3-서포트)는 중간 지지대와 함께 조립하고, 5kg 이상의 드라이브 샤프트 및 커플링의 플랜지(요크)는 샤프트 또는 커플링 조립 전에 정적으로 균형을 맞추고, 각 끝 또는 3개 조인트 드라이브 샤프트의 중간 지지대에서 구동축의 잔류 불균형 기준은 특정 불균형에 의해 평가합니다;
샤프트의 각 끝 또는 중간 지지대에서 허용되는 최대 허용 특정 잔류 불균형 규범과 밸런싱 스탠드의 모든 위치에서 3-조인트 드라이브 샤프트의 경우 승용차 및 소형 트럭(최대 1t) 및 초소형 버스 변속기의 경우 - 6 g-cm/kg, 나머지는 - 10 g-cm/kg을 초과해서는 안 됩니다. 드라이브 샤프트 또는 3조인트 드라이브 샤프트의 최대 허용 잔류 불균형 표준은 최대 차량 속도에서 변속기의 주파수에 해당하는 회전 주파수에서 밸런싱 스탠드에서 보장되어야 합니다.
적재 용량이 4t 이상인 트럭, 소형 및 대형 버스의 드라이브 샤프트 및 3조인트 드라이브 샤프트의 경우 밸런싱 스탠드의 회전 주파수를 최대 차량 속도에서 변속기 샤프트의 회전 주파수 중 70%로 낮추는 것이 허용됩니다. OST 37.001.053-74에 따르면 구동축의 밸런싱 회전 주파수는 다음과 같아야 합니다:
nb = (0.7 ... 1.0) nr,
여기서 nb - 밸런싱 회전 주파수(스탠드의 주요 기술 데이터와 일치해야 함, n=3000 분)-1; nr - 최대 작업 회전 빈도, 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.
최대 4200mm 길이, 최대 400kg 무게의 드라이브 샤프트용 밸런싱 머신
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 - 밸런싱 항목(드라이브 샤프트); 2 - 기계 베이스; 3 - 기계 지지대; 4 - 기계 드라이브; 기계 지지대의 구조적 요소는 그림 9에 나와 있습니다.
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
Balanset-4 측정 시스템을 예로 들어 밸런싱 머신에서 드라이브 샤프트 밸런싱 프로세스를 살펴봅니다. Balanset-4는 자체 베어링에서 회전하거나 밸런싱 머신에 장착된 로터의 1, 2, 3, 4 보정 평면에서 밸런싱을 위해 설계된 휴대용 밸런싱 키트입니다. 이 장치에는 최대 4개의 진동 센서, 위상각 센서, 4채널 측정 장치 및 휴대용 컴퓨터가 포함되어 있습니다.
보정 분동의 크기와 위치에 대한 정보의 측정, 처리 및 표시를 포함한 전체 밸런싱 프로세스는 자동으로 수행되며 사용자는 제공된 지침 외에 추가적인 기술이나 지식이 필요하지 않습니다. 모든 밸런싱 작업의 결과는 밸런싱 아카이브에 저장되며 필요한 경우 보고서로 인쇄할 수 있습니다. Balanset-4는 밸런싱 외에도 일반 진동 타코미터로도 사용할 수 있어 총 진동의 평균제곱근(RMS) 값, 진동 회전 성분의 RMS, 로터 회전 주파수 제어의 4개 채널에서 측정할 수 있습니다.
또한 진동 속도별 시간 함수 및 진동 스펙트럼 그래프를 표시할 수 있어 밸런스드 머신의 기술 상태를 평가하는 데 유용합니다.
그림 16. 드라이브샤프트 밸런싱 머신의 측정 및 컴퓨팅 시스템으로 사용하기 위한 Balanset-4 장치의 외부 모습
그림 17. Balanset-4 장치를 드라이브샤프트 밸런싱 머신의 측정 및 컴퓨팅 시스템으로 사용한 사례
그림 18. Balanset-4 디바이스의 사용자 인터페이스
Balanset-4 장치에는 진동(진동 가속도) 측정을 위한 진동 가속도계와 힘 센서의 두 가지 유형의 센서를 장착할 수 있습니다. 진동 센서는 공진 후형 밸런싱 기기에서 작동하는 데 사용되며, 힘 센서는 공진 전형 기기에서 사용됩니다.
그림 19. 밸런싱 머신의 지지대에 Balanset-4 진동 센서 설치
센서의 감도 축 방향은 지지대의 진동 변위 방향(이 경우 수평)과 일치해야 합니다. 센서 설치에 대한 자세한 내용은 작동 조건에서 로터 밸런싱을 참조하세요. 힘 센서의 설치는 기계의 설계 기능에 따라 다릅니다.
- 밸런싱 머신의 지지대에 진동 센서 1, 2, 3, 4를 설치합니다.
- 진동 센서를 커넥터 X1, X2, X3, X4에 연결합니다.
- 위상각 센서(레이저 타코미터) 5를 설치하여 밸런스드 로터의 방사형(또는 끝) 표면과 센서 하우징 사이의 공칭 간격이 10~300mm 범위가 되도록 합니다.
- 로터 표면에 최소 10~15mm 너비의 반사 테이프 마크를 부착합니다.
- 위상각 센서를 커넥터 X5에 연결합니다.
- 측정 장치를 컴퓨터의 USB 포트에 연결합니다.
- 주 전원을 사용하는 경우 컴퓨터를 전원 공급 장치에 연결합니다.
- 전원 공급 장치를 220V, 50Hz 네트워크에 연결합니다.
- 컴퓨터를 켜고 "BalCom-4" 프로그램을 선택합니다.
- "F12-four-plane" 버튼(또는 컴퓨터 키보드의 F12 기능 키)을 눌러 측정 장치의 입력 X1, X2, X3, X4에 각각 연결된 진동 센서 1, 2, 3, 4를 사용하여 4개의 평면에서 동시에 진동을 측정하는 모드를 선택합니다.
- 그림 16과 같이 4개의 측정 채널에서 동시에 진동을 측정하는 과정(또는 4개의 평면에서 균형을 맞추는 과정)을 보여주는 니모닉 다이어그램이 컴퓨터 디스플레이에 나타납니다.
밸런싱을 수행하기 전에 진동계 모드(F5 버튼)에서 측정하는 것이 좋습니다.
그림 20. 진동계 모드 측정
총 진동 크기 V1s(V2s)가 회전 구성 요소 크기 V1o(V2o)와 거의 일치하면 메커니즘의 진동에 대한 주요 원인이 로터 불균형 때문이라고 가정할 수 있습니다. 총 진동 크기 V1s(V2s)가 회전 성분 V1o(V2o)를 크게 초과하는 경우 메커니즘을 검사하는 것이 좋습니다. 베어링 상태를 확인하고, 기초에 안전하게 장착되어 있는지 확인하고, 회전 중에 로터가 고정된 부품에 닿지 않는지 확인하고, 다른 메커니즘의 진동 영향 등을 고려해야 합니다.
'그래프-스펙트럼 분석' 모드에서 얻은 시간 함수 그래프와 진동 스펙트럼을 연구하는 것이 유용할 수 있습니다.
그림 21. 진동 시간 함수 및 스펙트럼 그래프
그래프는 진동 수준이 가장 높은 주파수를 보여줍니다. 이러한 주파수가 밸런스드 메커니즘의 로터의 회전 주파수와 다른 경우 밸런싱하기 전에 이러한 진동 성분의 원인을 파악하고 이를 제거하기 위한 조치를 취해야 합니다.
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.
"기본" 모드에서 4면 밸런싱을 수행할 때는 밸런싱된 기계에 대해 5회의 보정 실행과 최소 1회의 확인 실행이 필요합니다. 시용 분동 없이 처음 기계를 실행하는 동안 진동 측정은 "4-평면 밸런싱" 작업 공간에서 수행됩니다. 후속 실행은 각 보정 평면(각 밸런싱 기계 지지대 영역)의 드라이브 샤프트에 순차적으로 설치된 시험 중량을 사용하여 수행됩니다.
이후 각 실행 전에 다음 단계를 수행해야 합니다:
- 밸런스드 머신의 로터 회전을 중지합니다.
- 이전에 설치한 체험판 웨이트를 제거합니다.
- 다음 평면에 시험용 추를 설치합니다.
그림 23. 4-플레인 밸런싱 작업 공간
각 측정이 완료되면 로터의 회전 주파수 결과(Nob)와 RMS 값(Vo1, Vo2, Vo3, Vo4)와 위상(F1, F2, F3, F4) 밸런싱된 로터의 회전 주파수에서 진동의 값은 프로그램 창의 해당 필드에 저장됩니다. 다섯 번째 실행(평면 4의 무게) 후 "균형 무게" 작업 공간(그림 24 참조)이 나타나 계산된 질량 값(M1, M2, M3, M4) 및 설치 각도(f1, f2, f3, f4)의 불균형을 보정하기 위해 로터에 4개의 평면에 보정 추를 설치해야 합니다.
그림 24. 네 개의 평면에서 보정 가중치 파라미터가 계산된 작업 공간
주목!: 밸런스드 머신의 다섯 번째 실행 중에 측정 프로세스를 완료한 후에는 로터의 회전을 중지하고 이전에 설치한 시험 분동을 제거해야 합니다. 그 후에야 로터에 보정 분동을 설치(또는 제거)할 수 있습니다.
극좌표계에서 로터에 보정 분동을 추가(또는 제거)하기 위한 각도 위치는 시험 분동 설치 위치에서 측정합니다. 각도 측정 방향은 로터의 회전 방향과 일치합니다. 블레이드에 의한 밸런싱의 경우, 조건부로 1번째 블레이드로 간주되는 밸런스 로터의 블레이드가 시제품 무게추 설치 위치와 일치합니다. 컴퓨터 디스플레이에 표시되는 블레이드의 번호 방향은 로터의 회전 방향을 따릅니다.
이 버전의 프로그램에서는 기본적으로 보정 무게가 로터에 추가되는 것으로 가정합니다. 이는 "추가" 필드에 설정된 표시로 표시됩니다. 무게추를 제거하여 불균형을 수정해야 하는 경우(예: 드릴링) 마우스를 사용하여 "제거" 필드에 표시를 설정하면 수정 무게추의 각도 위치가 자동으로 180도 변경됩니다.
밸런싱된 로터에 보정 분동을 설치한 후 "종료 - F10" 버튼(또는 컴퓨터 키보드의 F10 기능 키)을 눌러 이전 "4면 밸런싱" 작업 공간으로 돌아가 밸런싱 작업의 효과를 확인합니다. 확인 실행을 완료하면 로터의 회전 주파수 결과(Nob)와 RMS 값(Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) 및 위상(F1, F2, F3, F4) 밸런싱된 로터의 회전 주파수에서 진동이 저장됩니다. 동시에 "4면 밸런싱" 작업 공간 위에 "밸런싱 무게추" 작업 공간(그림 21 참조)이 나타나 잔류 불균형을 보정하기 위해 로터에 설치(또는 제거)해야 하는 추가 보정 무게추의 계산된 매개변수를 표시합니다. 또한 이 작업 공간에는 밸런싱 후 달성한 잔류 불균형 값이 표시됩니다. 밸런싱된 로터의 잔류 진동 및/또는 잔류 불균형 값이 기술 문서에 명시된 허용 오차 요구 사항을 충족하면 밸런싱 프로세스를 완료할 수 있습니다. 그렇지 않으면 밸런싱 프로세스를 계속 진행할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 밸런싱된 로터에 보정 추를 설치(제거)할 때 발생할 수 있는 오류를 연속적인 근사치를 통해 수정할 수 있습니다.
밸런싱 프로세스가 계속되면 '밸런싱 추' 작업 공간에 지정된 매개변수에 따라 밸런싱된 로터에 추가 보정 추를 설치(또는 제거)해야 합니다.
"계수 - F8" 버튼(또는 컴퓨터 키보드의 F8 기능 키)을 사용하여 5번의 캘리브레이션 실행 결과에서 계산된 로터 균형 계수(동적 영향 계수)를 보고 컴퓨터 메모리에 저장할 수 있습니다.
7. 리지드 로터에 권장되는 밸런싱 정확도 등급
표 2. 리지드 로터에 권장되는 밸런싱 정확도 등급.
리지드 로터에 권장되는 밸런싱 정확도 등급
| 기계 유형(로터) | 밸런싱 정확도 클래스 | Ω mm/s당 값 |
|---|---|---|
| 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 |
| 자동차 부품: 휠, 휠 림, 휠셋, 변속기 | ||
| 진동 차단기의 구동 크랭크샤프트(구조적으로 균형 잡힌) | G 40 | 40 |
| 농업 기계 | G 16 | 16 |
| 견고한 지지대에 구동 크랭크샤프트(밸런스드) 장착 | ||
| 크러셔 | ||
| 드라이브 샤프트(드라이브 샤프트, 나사 샤프트) | ||
| 항공기 가스 터빈 | G 6.3 | 6.3 |
| 원심분리기(분리기, 침전기) | ||
| 최대 공칭 회전 속도가 최대 950분인 전기 모터 및 발전기(샤프트 높이 80mm 이상)-1 | ||
| 샤프트 높이가 80mm 미만인 전기 모터 | ||
| 팬 | ||
| 기어 드라이브 | ||
| 범용 기계 | ||
| 금속 절단기 | ||
| 제지 기계 | ||
| 펌프 | ||
| 터보차저 | ||
| 수력 터빈 | ||
| 압축기 | ||
| 컴퓨터 제어 드라이브 | G 2.5 | 2.5 |
| 최대 공칭 회전 속도가 950분 이상인 전기 모터 및 발전기(샤프트 높이 80mm 이상)-1 | ||
| 가스 및 증기 터빈 | ||
| 금속 절단기 드라이브 | ||
| 섬유 기계 | ||
| 오디오 및 비디오 장비 드라이브 | G 1 | 1 |
| 연삭기 드라이브 | ||
| 고정밀 장비의 스핀들 및 드라이브 | G 0.4 | 0.4 |
KO 
EN 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
EL 
HU 
ID 
IT 
JA 
LV 
LT 
NB 
PL 
PT_BR 
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