Балансирање на погонски вратила: Сеопфатен водич

Замислете дека возите камион и одеднаш почувствувате остра вибрација или слушнете гласно тропање при забрзување или менување на брзините. Ова е повеќе од само непријатност — може да биде знак за небалансирано погонско вратило. За инженерите и техничарите, таквите вибрации и звуци укажуваат на изгубена ефикасност, забрзано абење на компонентите и потенцијално скап застој доколку не се решат навреме.

Работите на возило? Видете in-vehicle driveshaft balancing without removal.

In-vehicle driveshaft balancing: a real job, step by step

The photographs below come from an actual balancing job carried out with the vehicle on a lift. The driveshaft was never removed: the sensors are attached to the vehicle itself, the shaft is spun by the engine through the drivetrain, and the correction weight is fitted from underneath. This keeps the shaft in its own bearings and at its own working angles, so the result reflects how the assembly actually runs — something a bench balancing machine cannot fully reproduce.

Figure 24. Vibration sensor mounted on the final drive housing, as close as possible to the driveshaft support bearing.

Figure 25. Laser tachometer aimed at a strip of reflective tape on the shaft — it supplies both rotation speed and the phase angle of the unbalance.

Figure 26. Correction weight secured to the shaft tube with a stainless hose clamp at the angle and mass calculated by the software.

The full procedure — sensor placement, safe test runs, trial weight and residual-vibration checks — is described in in-vehicle driveshaft balancing without removal.

Во овој сеопфатен водич даваме практични решенија за проблемите со балансот на погонското вратило. Ќе научите што е погонско вратило и зошто му е потребно балансирање, ќе ги препознаете вообичаените дефекти што предизвикуваат вибрации или бучава и ќе следите јасен процес чекор-по-чекор за динамичко балансирање на погонско вратило. Со примена на овие најдобри практики можете да заштедите пари на поправки, да го намалите времето за дијагностика и да обезбедите вашата машина или возило да работи сигурно со минимални вибрации.

Содржина

• 1. Видови на кардански вратила
• 2. Дефекти на карданскиот пренос
• 3. Балансирање на карданско вратило
• 4. Современи машини за балансирање на кардански вратила
• 5. Подготовка за балансирање на карданско вратило
• 6. Како да балансирате кардан: чекор-по-чекор постапка
• 7. Препорачани класи на точност на балансирање за крути ротори

1. Видови на кардански вратила

Карданскиот пренос (карданско вратило) е механизам што пренесува вртежен момент меѓу вратила што се сечат во центарот на карданскиот зглоб и можат да се движат едно во однос на друго под агол. Кај возилото, карданското вратило пренесува вртежен момент од менувачот (или разводната кутија) до погонските мостови, кај класична конфигурација или конфигурација со погон на сите тркала. Кај возилата со погон на сите тркала, карданскиот зглоб обично го поврзува погонуваното вратило на менувачот со погонското вратило на разводната кутија, а погонуваните вратила на разводната кутија со погонските вратила на главните предавки на погонските мостови.

Агрегатите монтирани на рамата (како менувачот и раздвојната кутија) можат да се поместуваат еден во однос на друг поради деформацијата на нивните потпори и на самата рама. Во меѓувреме, погонските мостови се прицврстени за рамата преку потпирањето и можат да се поместуваат во однос на рамата и на агрегатите монтирани на неа поради деформацијата на еластичните елементи на потпирањето. Ова поместување може да ги промени не само аглите на погонските вратила што ги поврзуваат агрегатите, туку и растојанието меѓу агрегатите.

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.

Карданските преноси можат да се состојат од еден или повеќе кардански зглобови поврзани со кардански вратила и меѓупотпори.

Слика 1. Шема на кардански пренос: 1, 4, 6 — кардански вратила; 2, 5 — кардански зглобови; 3 — компензирачка врска; u1, u2 — агли меѓу вратилата

Општо земено, карданскиот пренос се состои од кардански зглобови 2 и 5, погонски вратила 1, 4 и 6, и компензирачка врска 3. Понекогаш погонското вратило е поставено на меѓупотпора прицврстена за попречниот носач на рамата на возилото. Карданските зглобови обезбедуваат пренос на вртежниот момент меѓу вратила чиишто оски се сечат под агол. Карданските зглобови се делат на типови со нерамномерна и со постојана брзина. Зглобовите со нерамномерна брзина понатаму се класифицираат на еластични и крути типови. Зглобовите со постојана брзина можат да бидат топчести со разделни жлебови, топчести со разделна рачка и брегасти. Тие вообичаено се вградуваат во преносот на водечките управувани тркала, каде што аголот меѓу вратилата може да достигне 45°, и центарот на карданскиот зглоб мора да се поклопи со пресечната точка на оските на вртење на тркалото и неговата оска на управување.

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.

Слика 2. Шема на крут кардански зглоб со нерамномерна брзина

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.

Ако нерамномерното вртење на вратилото 2 се пренесе на вратилата на агрегатите, во трансмисијата ќе се појават дополнителни пулсирачки оптоварувања што се зголемуваат со аголот γ. За да се спречи нерамномерното вртење на вратилото 2 да се пренесе на вратилата на агрегатите, во карданскиот пренос се користат два кардански зглоба. Тие се монтираат така што аглите γ1 и γ2 да бидат еднакви; вилушките на карданските зглобови, прицврстени на нерамномерно ротирачкото вратило 4, треба да бидат поставени во иста рамнина.

Конструкцијата на главните делови на карданските преноси е прикажана на Слика 3. Карданскиот зглоб со нерамномерна брзина се состои од две вилушки (1) поврзани со крст (3). Едната од вилушките понекогаш има прирабница, додека другата е заварена за цевката на погонското вратило или има жлебен крај (6) (или чаура) за поврзување со погонското вратило. Чеповите на крстот се вградени во ушите на двете вилушки на игличести лежишта (7). Секое лежиште е сместено во куќиште (2) и се држи во увото на вилушката со капак, кој е прицврстен за вилушката со две завртки осигурени со јазичиња на подлошката. Во некои случаи, лежиштата се осигурени во вилушките со сигурносни прстени. За да се задржи подмачкувањето во лежиштето и да се заштити од вода и нечистотија, постои гумена самозатегнувачка заптивка. Внатрешната шуплина на крстот се полни со маст преку маздалка, која допира до лежиштата. Крстот вообичаено има сигурносен вентил за да ја заштити заптивката од оштетување поради притисокот на маста што се вбризгува во крстот. Жлебната врска (6) се подмачкува со помош на маздалката (5).

Слика 3. Делови на крут кардански зглоб со нерамномерна брзина

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.

Во трансмисиите на брзите гасенични возила често се користат кардански зглобови со забести спојки, кои овозможуваат пренос на вртежниот момент меѓу вратила со оски што се сечат под агли до 1.5...2°.

Карданските вратила обично се изработуваат цевчести, од специјални челични безшевни или заварени цевки. Вилушките на карданските зглобови, жлебестите чаури или наставките се заваруваат за цевките. За да се намалат попречните оптоварувања што дејствуваат на карданското вратило, динамичкото балансирање се изведува со монтирани кардански зглобови. Дисбалансот се коригира со заварување балансирачки плочки на карданското вратило или понекогаш со поставување балансирачки плочки под капаците на лежиштата на карданските зглобови. Меѓусебната положба на деловите на жлебната врска по склопувањето и балансирањето на карданскиот пренос во фабриката обично се обележува со специјални ознаки.

Компензирачката врска на карданскиот пренос обично се изработува во форма на жлебна врска, што овозможува аксијално поместување на деловите на карданскиот пренос. Таа се состои од жлебеста наставка што влегува во жлебестата чаура на карданскиот пренос. Подмачкувањето се внесува во жлебната врска преку мазалка или се нанесува при склопувањето и се заменува по подолга употреба на возилото. Обично се вградуваат заптивка и капак за да се спречи истекување на маста и загадување.

Кај долгите кардански вратила, во карданските преноси обично се користат меѓупотпори. Меѓупотпората обично се состои од носач завртен за попречната греда на рамата на возилото, во кој топчестото лежиште е монтирано во еластичен гумен прстен. Лежиштето е заптиено од двете страни со капаци и има уред за подмачкување. Еластичниот гумен прстен помага да се компензираат неточностите при склопувањето и несоосноста на лежиштето што може да настане поради деформации на рамата.

Карданскиот зглоб со игличести лежишта (Слика 4a) се состои од вилушки, крстина, игличести лежишта и заптивки. Чашките со игличести лежишта се насадуваат на ракавците на крстината и се заптиваат со заптивки. Чашките се прицврстуваат во вилушките со осигурителни прстени или капаци прицврстени со завртки. Карданските зглобови се подмачкуваат преку мазалка низ внатрешни канали во крстината. За отстранување на вишокот притисок на маслото во зглобот се користи сигурносен вентил. При рамномерно вртење на погонската вилушка, погонуваната вилушка се врти нерамномерно: таа предничи и заостанува зад погонската вилушка двапати за еден вртеж. За да се отстрани нерамномерното вртење и да се намалат инерцијалните оптоварувања, се користат два кардански зглоба.

Кај погонот на предните погонски тркала се вградуваат хомокинетички кардански зглобови. Хомокинетичкиот зглобен пренос кај возилата GAZ-66 и ZIL-131 се состои од вилушки 2, 5 (Слика 4b), четири топчиња 7 и едно централно топче 8. Погонската вилушка 2 е изработена во едно парче со внатрешното полувратило, додека погонуваната вилушка е искована заедно со надворешното полувратило, на чиј крај е фиксирана главчината на тркалото. Погонскиот момент од вилушката 2 на вилушката 5 се пренесува преку топчињата 7, кои се движат по кружни жлебови во вилушките. Централното топче 8 служи за центрирање на вилушките и се задржува на своето место со чивиите 3, 4. Фреквенцијата на вртење на вилушките 2, 5 е иста поради симетријата на механизмот во однос на вилушките. Промената на должината на вратилото се обезбедува со слободните жлебни врски на вилушките со вратилото.

Слика 4. Кардански зглобови: a — кардански зглоб: 1 — капак; 2 — чашка; 3 — игличесто лежиште; 4 — заптивка; 5, 9 — вилушки; 6 — сигурносен вентил; 7 — крстина; 8 — мазалка; 10 — завртка; b — хомокинетички кардански зглоб: 1 — внатрешно полувратило; 2 — погонска вилушка; 3, 4 — чивии; 5 — погонувана вилушка; 6 — надворешно полувратило; 7 — топчиња; 8 — централно топче

2. Дефекти на карданскиот пренос

Дефектите на карданскиот пренос обично се манифестираат како остри удари (тропање) во карданските зглобови што настануваат кога возилото се движи, особено при менување на брзините и нагло зголемување на бројот на вртежи на коленестото вратило на моторот (на пример, при премин од сопирање со моторот кон забрзување). Знак за неисправност на карданскиот зглоб може да биде неговото загревање до висока температура (над 100°C). Ова се случува поради значително абење на чаурите и ракавците на карданскиот зглоб, игличестите лежишта, крстините и жлебните врски, што доведува до несоосност на карданскиот зглоб и значителни ударни аксијални оптоварувања на игличестите лежишта. Оштетувањето на плутените заптивки на крстината на карданскиот зглоб доведува до брзо абење на ракавецот и неговото лежиште.

При одржувањето, карданскиот пренос се проверува со нагло вртење на карданското вратило со рака во двете насоки. Степенот на слободно вртење на вратилото го одредува абењето на карданските зглобови и жлебните врски. На секои 8-10 илјади километри се проверува состојбата на завртените врски на прирабниците на погонуваното вратило на менувачот и погонското вратило на главната предавка со прирабниците на крајните кардански зглобови, како и прицврстувањето на меѓупотпората на карданското вратило. Исто така се проверува состојбата на гумените навлаки на жлебните врски и плутените заптивки на крстината на карданскиот зглоб. Сите завртки за прицврстување мора да бидат целосно затегнати (момент на затегнување 8-10 kgf·m).

Игличестите лежишта на карданските зглобови се подмачкуваат со течно масло што се користи за преносните агрегати; жлебните врски кај повеќето возила се подмачкуваат со мастила (US-1, US-2, 1-13, итн.); употребата на маст за подмачкување на игличестите лежишта е строго забранета. Кај некои возила, жлебните врски се подмачкуваат со трансмисиско масло. Лежиштето на меѓупотпората, монтирано во гумена чаура, практично не бара подмачкување, бидејќи се подмачкува при склопувањето во фабриката. Лежиштето на потпората кај возилото ZIL-130 се подмачкува со маст преку мазалка под притисок при редовното одржување (на секои 1100-1700 km).

Слика 5. Кардански пренос: 1 — прирабница за прицврстување на карданското вратило; 2 — крстина на карданскиот зглоб; 3 — вилушка на карданскиот зглоб; 4 — лизгачка вилушка; 5 — цевка на карданското вратило; 6 — игличесто лежиште со затворен крај

Карданскиот пренос се состои од два кардански зглоба со игличести лежишта, поврзани со шупливо вратило, и лизгачка вилушка со еволвентни жлебови. За да се обезбеди сигурна заштита од нечистотии и добро подмачкување на жлебната врска, лизгачката вилушка (6), поврзана со секундарното вратило (2) на менувачот, е сместена во наставок (1) прицврстен на куќиштето на менувачот. Дополнително, ова сместување на жлебната врска (надвор од зоната меѓу зглобовите) значително ја зголемува крутоста на карданскиот пренос и ја намалува веројатноста за вибрации на вратилото кога лизгачката жлебна врска ќе се истроши.

Погонското вратило е изработено од тенкоѕидна електрозаварена цевка (8), во која на секој крај се напресувани две идентични вилушки (9), а потоа заварени со електролачно заварување. Куќиштата на игличестите лежишта (18) на крстот (25) се напресувани во ушите на вилушките (9) и се осигурени со пружински осигурувачки прстени (20). Секое лежиште на карданскиот зглоб содржи 22 иглички (21). Штанцаните капаци (24) се напресувани на испакнатите чепови на крстовите, во кои се вградени плутени прстени (23). Лежиштата се подмачкуваат со помош на аглеста маздалка (17) завртена во навоен отвор во центарот на крстот, поврзана со проодни канали во чеповите на крстот. На спротивната страна на карданскиот крст, во неговиот центар се наоѓа сигурносен вентил (16), наменет да ја испушти вишокот маст при полнење на крстот и лежиштата и да спречи пораст на притисокот во крстот при работа (вентилот се активира при притисок од околу 3.5 kg/cm²). Потребата од вградување сигурносен вентил произлегува од фактот дека прекумерниот пораст на притисокот во крстот може да доведе до оштетување (истиснување) на плутените заптивки.

Слика 6. Склоп на карданското вратило: 1 — наставок на менувачот; 2 — секундарно вратило на менувачот; 3 и 5 — одбивачи на нечистотии; 4 — гумени заптивки; 6 — лизгачка вилушка; 7 — балансирачка плочка; 8 — цевка на карданското вратило; 9 — вилушка; 10 — прирабничка вилушка; 11 — завртка; 12 — прирабница на погонскиот запченик на задниот мост; 13 — пружинска подлошка; 14 — навртка; 15 — заден мост; 16 — сигурносен вентил; 17 — аголна мазалка; 18 — игличесто лежиште; 19 — уво на вилушката; 20 — осигурителен пружински прстен; 21 — игла; 22 — подлошка со тороидален крај; 23 — плутен прстен; 24 — штанцуван капак; 25 — крстина

Погонското вратило, склопено со двата кардански зглоба, се балансира внимателно динамички на двата краја со заварување балансни плочи (7) на цевката. Затоа, при расклопување на вратилото, сите негови делови мора внимателно да се обележат за да можат повторно да се склопат во своите првобитни положби. Непочитувањето на ова упатство го нарушува балансот на вратилото, предизвикувајќи вибрации што можат да ги оштетат трансмисијата и каросеријата на возилото. Ако одделни делови се истрошат, особено ако цевката се искриви поради удар и стане невозможно вратилото да се балансира динамички по склопувањето, целото вратило мора да се замени.

Можни дефекти на карданското вратило, нивните причини и решенија

Причина за дефектот	Решение
Вибрации на карданското вратило
1. Свиткување на вратилото поради пречка	1. Исправете го и динамички избалансирајте го склопеното вратило или заменете го склопеното вратило
2. Абење на лежиштето и крстината	2. Заменете ги лежиштата и крстините и динамички избалансирајте го склопеното вратило
3. Абење на чаурите на наставокот и на лизгачката вилушка	3. Заменете го наставокот и лизгачката вилушка и динамички избалансирајте го склопеното вратило
Тропање при тргнување и движење по инерција
1. Абење на жлебовите на лизгачката вилушка или на секундарното вратило на менувачот	1. Заменете ги истрошените делови. При замена на лизгачката вилушка, динамички избалансирајте го склопеното вратило
2. Олабавени завртки што ја прицврстуваат прирабничката вилушка за прирабницата на погонскиот запченик на задниот мост	2. Затегнете ги завртките
Исфрлање на масло од заптивките на крстестите зглобови
Абење на плутените прстени во заптивките на крстестите зглобови	Заменете ги плутените прстени, задржувајќи ја заемната положба на сите делови на карданското вратило при повторното склопување. Ако има абење на крстаците и лежиштата, заменете ги лежиштата и крстаците и динамички избалансирајте го склопеното вратило

3. Балансирање на карданско вратило

По поправката и склопувањето, карданското вратило се балансира динамички на машина. Една изведба на машина за балансирање е прикажана на Слика 7. Машината се состои од плоча (18), нишална рамка (8) поставена на четири вертикални еластични прачки (3), што обезбедува нејзино осцилирање во хоризонталната рамнина. На надолжните цевки на нишалната рамка (8) се монтирани конзола и преден вретенарник (9), прицврстени на конзола (4). Задниот вретенарник (6) е на подвижна траверза (5), што овозможува динамичко балансирање на кардански вратила со различна должина. Вретената на вретенарниците се поставени на прецизни топчести лежишта. Вретеното на предниот вретенарник (9) го погонува електромотор вграден во постолјето на машината, преку клинест ременски пренос и меѓувратило, на кое е поставен лимб (10) (градуиран диск). Дополнително, на плочата на машината (18) се монтирани две постоља (15) со прибирливи запирни клинови (17), што обезбедуваат фиксирање на предниот и задниот крај на нишалната рамка во зависност од балансирањето на предниот или задниот крај на карданското вратило.

Слика 7. Машина за динамичко балансирање на кардански вратила

1—стега; 2—амортизери; 3—еластична прачка; 4—конзола; 5—подвижна траверза; 6—заден вретенарник; 7—попречна греда; 8—нишална рамка; 9—преден погонски вретенарник; 10—лимб-диск; 11—миливолтметар; 12—лимб на вратилото на комутаторот-исправувачот; 13—магнетоелектричен сензор; 14—фиксно постоље; 15—постоље на фиксаторот; 16—потпора; 17—фиксатор; 18—потпорна плоча

Фиксните постоља (14) се монтирани на задниот дел од плочата на машината, а на нив се поставени магнетоелектрични сензори (13), со прачки поврзани со краевите на нишалната рамка. За да се спречат резонантни вибрации на рамката, под конзолите (4) се поставени амортизери (2) полни со масло.

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.

Карданските вратила имаат некои особености при балансирањето. Кај повеќето делови, база за динамичко балансирање се потпорните вратови (на пр., ротори на електромотори, турбини, вретена, коленести вратила итн.), но кај карданските вратила тоа се прирабниците. При склопувањето, неизбежни се зазорите во различните споеви што доведуваат до дебаланс. Ако при балансирањето не може да се постигне минималниот дебаланс, вратилото се отфрла. На точноста на балансирањето влијаат следниве фактори:

• Зазор во споето меѓу налегнувачкиот појас на прирабницата на карданското вратило и внатрешниот отвор на стезната прирабница на левиот и десниот потпорен вретенарник;
• Радијално и аксијално биење на базните површини на прирабницата;
• Зазори во зглобните и жлебните врски. Присуството на маст во шуплината на жлебната врска може да доведе до „лебдечки“ дебаланс. Ако тоа спречува постигнување на бараната точност на балансирање, погонското вратило се балансира без маст.

Некои дебаланси може да бидат целосно неотстранливи. Ако се забележи зголемено триење во крстестите зглобови на карданското вратило, заемното влијание на корекциските рамнини се зголемува. Тоа доведува до намалување на продуктивноста и точноста на балансирањето.

Според OST 37.001.053-74, се утврдени следните стандарди за дебаланс: погонските вратила со два зглоба (двопотпорни) се балансираат динамички, а со три (трипотпорни) – склопени со меѓупотпората; прирабниците (вилушките) на погонските вратила и спојките со тежина над 5 kg се балансираат статички пред склопување на вратилото или спојката; нормите за резидуален дебаланс на погонските вратила на секој крај или на меѓупотпората на трозглобните погонски вратила се оценуваат според специфичниот дебаланс;

Максимално дозволената норма на специфичен резидуален дебаланс на секој крај на вратилото или на меѓупотпората, како и за трозглобните погонски вратила во која било положба на балансниот сталак, не треба да надминува: за трансмисии на патнички автомобили и лесни камиони (до 1 t) и многу мали автобуси – 6 g-cm/kg, за останатите – 10 g-cm/kg. Максимално дозволената норма на резидуален дебаланс на погонското вратило или трозглобното погонско вратило треба да се обезбеди на балансниот сталак при фреквенција на вртење што одговара на нивните фреквенции во трансмисијата при максималната брзина на возилото.

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.

За погонски вратила и трозглобни погонски вратила на камиони со носивост од 4 t и повеќе, мали и големи автобуси, се дозволува намалување на фреквенцијата на вртење на балансниот сталак до 70% од фреквенцијата на вртење на трансмисиските вратила при максималната брзина на возилото. Според OST 37.001.053-74, балансната фреквенција на вртење на погонските вратила треба да биде еднаква на:

n_b = (0.7 ... 1.0) n_r,

каде што n_b – балансна фреквенција на вртење (треба да одговара на главните технички податоци на сталакот, n=3000 min^-1); n_r – максимална работна фреквенција на вртење, min^-1.

Во практика, поради зазорот во зглобовите и жлебестите споеви, карданското вратило не може да се балансира на препорачаната фреквенција на вртење. Во тој случај се избира друга фреквенција на вртење, при која тоа се балансира.

4. Современи машини за балансирање на кардански вратила

Слика 8. Машина за балансирање на кардански вратила долги до 2 метри, со тежина до 500 kg

Моделот има 2 постоља и овозможува балансирање во 2 корекциски рамнини.

Слика 9. Машина за балансирање на кардански вратила долги до 4200 mm, со тежина до 400 kg

Моделот има 4 постоља и овозможува балансирање во 4 корекциски рамнини истовремено.

Слика 10. Хоризонтална машина со крути потпори за динамичко балансирање на кардански вратила

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.

Слика 11. Елементи на потпорите на машината за динамичко балансирање на кардански вратила

1 – Лева неподесива потпора; 2 – Подесива меѓупотпора (2 бр.); 3 – Десна неподесива фиксна потпора; 4 – Рачка за заклучување на рамката на потпорите; 5 – Подвижна платформа на потпората; 6 – Навртка за вертикално подесување на потпората; 7 – Рачки за заклучување на вертикалната положба; 8 – Стезен носач на потпората; 9 – Подвижна стега на меѓулежиштето; 10 – Рачка за заклучување на стегата; 11 – Заклучување на стезниот носач; 12 – Погонско (водечко) вретено за поставување на предметот; 13 – Погонувано вретено

5. Подготовка за балансирање на карданско вратило

Подолу ќе ги разгледаме поставувањето на потпорите на машината и монтирањето на предметот за балансирање (карданско вратило со четири потпори) на потпорите на машината.

Слика 12. Монтирање на преодните прирабници на вретената на машината за балансирање

Слика 13. Монтирање на карданското вратило на потпорите на машината за балансирање

Слика 14. Хоризонтално нивелирање на карданското вратило на потпорите на машината за балансирање со помош на либела

Слика 15. Фиксирање на меѓупотпорите на машината за балансирање за спречување на вертикално поместување на карданското вратило

Свртете го предметот рачно за цел вртеж. Проверете дали се врти слободно и без заглавување на потпорите. По ова, механичкиот дел од машината е поставен, а монтирањето на предметот е завршено.

6. Како да балансирате кардан: чекор-по-чекор постапка

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.

Понатаму, уредот овозможува прикажување графици на временската функција и спектарот на вибрациите по брзина на вибрации, што може да биде корисно при проценка на техничката состојба на балансираната машина.

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. Монтирајте ги вибрационите сензори 1, 2, 3, 4 на потпорите на машината за балансирање.
2. Поврзете ги вибрационите сензори на конекторите X1, X2, X3, X4.
3. Монтирајте го сензорот за фазен агол (ласерски тахометар) 5 така што номиналниот зазор меѓу радијалната (или челната) површина на балансираниот ротор и куќиштето на сензорот да биде во опсег од 10 до 300 mm.
4. Залепете на површината на роторот ознака од рефлектирачка лента со ширина од најмалку 10-15 mm.
5. Поврзете го сензорот за фазен агол на конекторот X5.
6. Поврзете го мерниот блок на USB-портата на компјутерот.
7. При користење напојување од мрежа, поврзете го компјутерот на напојувачкиот блок.
8. Поврзете го напојувачкиот блок на мрежа од 220 V, 50 Hz.
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.

Пред да се изврши балансирање, се препорачува да се направат мерења во режимот на виброметар (копче 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

Ако вкупната големина на вибрацијата V1s (V2s) приближно се совпаѓа со големината на ротациската компонента V1o (V2o), може да се претпостави дека главниот придонес кон вибрацијата на механизмот се должи на дисбалансот на роторот. Ако вкупната големина на вибрацијата V1s (V2s) значително ја надминува ротациската компонента V1o (V2o), се препорачува да се прегледа механизмот – да се провери состојбата на лежиштата, да се обезбеди сигурно прицврстување на темелот, да се потврди дека роторот не доаѓа во контакт со неподвижните делови при вртењето, и да се земе предвид влијанието на вибрациите од други механизми, итн.

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

Слика 21. Графици на временската функција и спектарот на вибрациите

Графиконот покажува на кои фреквенции нивоата на вибрации се највисоки. Ако овие фреквенции се разликуваат од фреквенцијата на вртење на роторот на балансираниот механизам, потребно е да се идентификуваат изворите на овие вибрациски компоненти и да се преземат мерки за нивно отстранување пред балансирањето.

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 неосовиненост: 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.

Исто така е важно да се обрне внимание на стабилноста на отчитувањата во режим на виброметар – амплитудата и фазата на вибрациите не треба да се менуваат за повеќе од 10-15% во текот на мерењето. Во спротивно, механизмот можеби работи во близина на резонантна област. Во тој случај, треба да се коригира брзината на вртење на роторот.

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).

Пред секое наредно пуштање, треба да се преземат следниве чекори:

• Запрете го вртењето на роторот на балансираната машина.
• Отстранете го претходно поставениот пробен тег.
• Поставете го пробниот тег во следната рамнина.

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

По завршувањето на секое мерење, резултатите од фреквенцијата на вртење на роторот (N_ob), како и RMS вредностите (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) и фазите (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) и аглите на поставување (f₁, f₂, f₃, f₄) на корективните тегови што треба да се постават на роторот во четири рамнини за да се компензира неговиот дисбаланс.

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

Внимание! По завршувањето на процесот на мерење при петтото пуштање на балансираната машина, потребно е да се запре вртењето на роторот и да се отстрани претходно поставениот пробен тег. Само по ова може да продолжите со поставување (или отстранување) на корективните тегови на роторот.

Аголната положба за додавање (или отстранување) на корективниот тег на роторот во поларниот координатен систем се мери од местото на поставување на пробниот тег. Насоката на мерење на аголот се совпаѓа со насоката на вртење на роторот. Во случај на балансирање по лопатки, лопатката на балансираниот ротор условно сметана за 1-ва лопатка се совпаѓа со местото на поставување на пробниот тег. Насоката на нумерирање на лопатките прикажана на компјутерскиот екран ја следи насоката на вртење на роторот.

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) и RMS вредностите (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) и фазите (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. Препорачани класи на точност на балансирање за крути ротори

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_по·Ω, where e_по 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_по = 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.

Табела 2. Препорачани класи на точност на балансирање за крути ротори.

Типови машини (ротори)	Класа на точност на балансирање	Balance quality grade G = eпо·Ω, mm/s
Погонски коленести вратила (структурно небалансирани) за големи бавнооодни бродски дизел мотори (брзина на клипот помала од 9 m/s)	G 4000	4000
Погонски коленести вратила (структурно балансирани) за големи бавнооодни бродски дизел мотори (брзина на клипот помала од 9 m/s)	G 1600	1600
Погонски коленести вратила (структурно небалансирани) на вибрациски изолатори	G 630	630
Погонски коленести вратила (структурно небалансирани) на крути потпори	G 250	250
Склопени клипни мотори за патнички автомобили, камиони и локомотиви	G 100	100
Погонски коленести вратила (структурно балансирани) на вибрационни изолатори	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Земјоделски машини	G 16	16
Погонски коленести вратила (балансирани) на крути потпори	G 16	16
Дробилки	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
Авионски гасни турбини	G 6.3	6.3
Центрифуги (сепаратори, таложници)	G 6.3	6.3
Електрични мотори и генератори (со висина на вратилото од најмалку 80 mm) со максимална номинална брзина на вртење до 950 min-1	G 6.3	6.3
Електрични мотори со висина на вратилото помала од 80 mm	G 6.3	6.3
Вентилатори	G 6.3	6.3
Зупчести преноси	G 6.3	6.3
Машини за општа намена	G 6.3	6.3
Металорежечки машини	G 6.3	6.3
Машини за производство на хартија	G 6.3	6.3
Пумпи	G 6.3	6.3
Турбополначи	G 6.3	6.3
Водни турбини	G 6.3	6.3
Компресори	G 6.3	6.3
Компјутерски управувани погони	G 2.5	2.5
Електрични мотори и генератори (со висина на вратилото од најмалку 80 mm) со максимална номинална брзина на вртење над 950 min-1	G 2.5	2.5
Гасни и парни турбини	G 2.5	2.5
Погони на металорежечки машини	G 2.5	2.5
Текстилни машини	G 2.5	2.5
Погони на аудио и видео опрема	G 1	1
Погони на машини за брусење	G 1	1
Вретена и погони на високопрецизна опрема	G 0.4	0.4

Често поставувани прашања за балансирање на карданско вратило

Што е балансирање на карданско вратило?

Балансирањето на карданското вратило е процес на коригирање на секаков масен дисбаланс во карданското вратило така што тоа се врти рамномерно без да предизвикува вибрации. Ова вклучува мерење каде вратилото е потешко од едната страна, а потоа додавање или отстранување на мали количини тежина (на пример, заварување на тегови за балансирање) за да се неутрализира тој дисбаланс. Балансираното карданско вратило работи рамномерно, што спречува прекумерни вибрации и абење на компонентите на возилото.

Зошто е важно балансирањето на карданското вратило?

Небалансираното карданско вратило може да доведе до силни вибрации, особено при одредени брзини, и може да предизвика тропотливи звуци при забрзување или менување на брзини. Со текот на времето, овие вибрации може да ги оштетат лежиштата, карданските зглобови и другите компоненти на трансмисијата. Балансирањето на карданското вратило ги отстранува овие вибрации, обезбедувајќи помазно возење, намалувајќи го оптоварувањето на деловите и спречувајќи скапи оштетувања или застои.

Кои се вообичаените симптоми на небалансирано карданско вратило?

Типичните симптоми на небалансирано или неисправно карданско вратило вклучуваат забележливи вибрации или треперење што се чувствуваат во подот или седиштето на возилото, особено како што се зголемува брзината. Може да слушнете и звуци на чукање или штракање при менување на брзини или при забрзување и забавување. Во некои случаи, карданскиот зглоб може да се прегрее поради дисбалансот. Ако ги забележите овие знаци, најверојатно карданското вратило треба да се балансира или поправи.

Како се балансира карданско вратило?

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.

Заклучок

Како заклучок, правилното балансирање на карданското вратило е од суштинско значење за безбедноста, перформансите и заштедата на трошоци. 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.

Ако се соочувате со упорни вибрации на карданското вратило или ви треба сигурно решение за балансирање, не двоумете се да преземете акција. Применете ги чекорите наведени во ова упатство или консултирајте се со нашите експерти за помош. Со правилен пристап и опрема, може да обезбедите вашето карданско вратило да работи мазно и сигурно многу години. Контактирајте нè за да дознаете повеќе или да ја разгледате најдобрата опрема за балансирање на карданско вратило за вашите потреби.