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 балансирање на погонско вратило во возило без демонтажа.

Балансирање погонско вратило во возило: реална работа, чекор по чекор

Фотографиите подолу доаѓаат од вистинска работа за балансирање изведена додека возилото беше на дигалка. Погонското вратило никогаш не беше отстрането: сензорите се прицврстени на самото возило, вратилото го врти моторот преку погонскиот систем, а корективниот тег се поставува одоздола. Ова го задржува вратилото во сопствените лежишта и под сопствените работни агли, така што резултатот го одразува тоа како склопот навистина функционира — нешто што стационарна машина за балансирање не може целосно да го репродуцира.

Слика 24. Сензор за вибрации монтиран на куќиштето на главниот пренос, што е можно поблизу до потпорното лежиште на погонското вратило.

Слика 25. Ласерски тахометар насочен кон парче рефлектирачка лента на вратилото — обезбедува и брзина на ротација и фазен агол на небалансот.

Слика 26. Корекциски тег прицврстен на цевката на вратилото со нерѓосувачка обујмица за црево, под аголот и масата пресметани од софтверот.

Целосната постапка — поставување на сензори, безбедни пробни вртежи, пробен тег и проверки на преостанатата вибрација — е опишана во балансирање на погонско вратило во возило без демонтажа.

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.

Погонот со крстовидна спојка (кардански зглоб) има значаен недостаток: нерамномерното вртење на вратилата. Ако едното вратило се врти рамномерно, другото не се врти, и оваа нерамномерност се зголемува со аголот меѓу вратилата. Ова ограничување го спречува користењето на погон со крстовидна спојка во многу примени, како во трансмисијата на возила со преден погон, каде главниот проблем е пренесувањето на моментот на вртење до тркалата што вртат. Овој недостаток може делумно да се компензира со користење на две крстовидни спојки на едно вратило, поставени на еднакви агли на спојката (γ1 = γ2), при што виљушките на двата краја на меѓувратилото се во иста рамнина (во фаза). Виљушките фазно поместени за 90° не ја поништуваат осцилацијата — тие ја зголемуваат. Меѓутоа, во примени што бараат рамномерно вртење, обично наместо тоа се користат хомокинетички зглобови (CV зглобови). CV зглобовите се понапредна, но и посложена конструкција што служи на истата намена.

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.

Еластичните крстовидни спојки пренесуваат момент на вртење меѓу вратила со оски што се сечат под агол од 2...3° поради еластичната деформација на поврзувачките елементи. Крутата спојка со неурамномерна брзина пренесува момент на вртење од едно вратило на друго преку подвижна врска на крути делови. Се состои од две виљушки – 3 и 5, во чии цилиндрични отвори краевите A, B, C и D на поврзувачкиот елемент – крстот 4, се поставени на лежишта. Виљушките се круто поврзани со вратилата 1 и 2. Виљушката 5 може да се врти околу оската B–D на крстот и истовремено, заедно со крстот, да се врти околу оската A–C, овозможувајќи го пренесувањето на вртењето од едно вратило на друго со промена на аголот меѓу нив.

Слика 2. Шема на крут кардански зглоб со нерамномерна брзина

Ако вратилото 1 се врти околу својата оска за агол α, тогаш вратилото 2 ќе се заврти за агол β во истиот период. Односот меѓу аглите на ротација на вратилата 1 и 2 е определен со изразот tanα = tanβ * cosγ, каде γ е аголот под кој се поставени оските на вратилата. Овој израз покажува дека аголот β понекогаш е помал од, еднаков на, или поголем од аголот α. Еднаквост на овие агли се случува на секои 90° од вртењето на вратилото 1. Според тоа, при рамномерно вртење на вратилото 1, аголната брзина на вратилото 2 е нерамномерна и се менува според синусоиден закон. Нерамномерноста на вртењето на вратилото 2 станува позначајна како што се зголемува аголот γ меѓу оските на вратилата.

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

Максималниот агол меѓу оските на вратилата поврзани со крути зглобови на неурамномерна брзина обично не надминува 20°, бидејќи ефикасноста значително опаѓа при поголеми агли. Ако аголот меѓу оските на вратилата варира во опсег 0...2°, рукавците на крстот се деформираат од игличестите лежишта, што предизвикува брз дефект на универзалниот зглоб.

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.

Во текот на динамичкото балансирање, склопот на погонското вратило со лизгачка виљушка се поставува и се прицврстува на машината. Едниот крај на погонското вратило е поврзан преку прирабница-виљушка со прирабницата на предната погонска глава, а другиот крај — преку потпорниот врат на лизгачката виљушка — со назабениот тулец на задната глава. Потоа се проверува леснотијата на вртење на погонското вратило, а едниот крај на нишалната рамка на машината се фиксира со фиксатор. По стартувањето на машината, лимбот на исправувачот се врти спротивно од стрелките на часовникот, доведувајќи ја стрелката на миливолтметарот до максимално отчитување. Отчитувањето на миливолтметарот одговара на големината на неурамнотеженоста. Скалата на миливолтметарот е градуирана во грам-центиметри или грамови противтег. Продолжувајќи да го вртите лимбот на исправувачот спротивно од стрелките на часовникот, отчитувањето на миливолтметарот се доведува до нула, а машината се запира. Врз основа на отчитувањето на лимбот на исправувачот се одредува аголното поместување (агол на поместување на неурамнотеженоста), и со рачно вртење на погонското вратило, оваа вредност се поставува на лимбот на меѓувратилото. Местото на заварување на балансирната плоча ќе биде на врвот на погонското вратило, а отежнетиот дел на дното, во корекциската рамнина. Потоа балансирната плоча се прицврстува и се врзува со тенка жица на растојание од 10 mm од заварот, машината се стартува, и се проверува балансот на крајот на погонското вратило со плочата. Неурамнотеженоста не смее да биде поголема од 70 g·cm (700 g·mm). Потоа, ослободувајќи го едниот крај и прицврстувајќи го другиот крај на нишалната рамка со држач на фиксаторот, динамичкото балансирање на другиот крај на погонското вратило се изведува според технолошката низа опишана погоре.

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.

Забелешка: OST 37.001.053-74 е советски стандард од автомобилската индустрија од 1974 година и е наведен овде како историска референца. Со модерни термини, 6 g·cm/kg на 3,000 rpm одговара на околу G 19, а 10 g·cm/kg на околу G 31 — барањето на OST се наоѓа меѓу G 16 и G 40, во согласност со класите на ISO 21940-11 (порано ISO 1940-1) за погонски вратила. За нова работа наведувајте класи според ISO 21940-11.

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 – Предмет за балансирање (погонско вратило); 2 – Основа на машината; 3 – Потпори на машината; 4 – Погон на машината; Структурните елементи на потпорите на машината се прикажани на Слика 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

Кој комплет ми е потребен? Машина со две потпори што коригира во две рамнини (Слика 8) бара двоканален Balanset-1A. Машина со четири потпори што коригира истовремено во четири рамнини (Слика 9, и постапката подолу) бара четвороканален Balanset-4A. Текот на мерење и пресметка е идентичен; само бројот на канали се разликува. Постапката подолу е опишана за поставка со четири рамнини, додека снимките од екранот на софтверот го прикажуваат истиот тек на работа на дворамнинскиот Balanset-1A — на Balanset-4A истите екрани едноставно додаваат рамнини 3 и 4.

Процесот на балансирање на погонско вратило на машина за балансирање ќе биде разгледан на примерот на мерниот систем Balanset-4A. Balanset-4A е преносен комплет за балансирање наменет за балансирање во една, две, три и четири корекциски рамнини на ротори, без разлика дали се вртат во сопствените лежишта или се монтирани на машина за балансирање. Уредот вклучува до четири сензори за вибрации, сензор за фазен агол, четвороканална мерна единица, и преносен компјутер.

Целиот процес на балансирање, вклучувајќи мерење, обработка и прикажување на информации за големината и локацијата на корективните тегови, се изведува автоматски и не бара од корисникот дополнителни вештини и знаења надвор од дадените упатства. Резултатите од сите операции на балансирање се зачувуваат во Архивата за балансирање (Balancing Archive) и по потреба можат да се отпечатат како извештаи. Освен за балансирање, Balanset-4A може да се користи и како обичен вибро-тахометар, овозможувајќи мерење на четири канали на ефективната (RMS) вредност на вкупната вибрација, RMS на ротационата компонента на вибрацијата, и контрола на фреквенцијата на вртење на роторот.

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.

Слика 16. Надворешен изглед на уредот Balanset-4A за употреба како мерно-пресметковен систем на машината за балансирање погонски вратила

Слика 17. Пример за употреба на уредот Balanset-4A како мерно-пресметковен систем на машината за балансирање погонски вратила

Слика 18. Главен прозорец на софтверот Balanset: F1 – За програмата, F5 – Мерач на вибрации, F7 – Балансирање, F8 – Графикони, F6 – Извештаи

Уредот Balanset-4A се испорачува со сензори за вибрации. Сензорите се засновани на акцелерометар; софтверот го интегрира нивниот сигнал и ја прикажува брзината на вибрација во mm/s RMS.

Слика 19. Инсталирање на сензорите за вибрации на Balanset-4A на потпорите на машината за балансирање

Насоката на оската на осетливост на сензорите треба да се поклопува со насоката на поместувањето на вибрацијата на потпората, во овој случај – хоризонтално. За дополнителни информации за инсталација на сензорите, видете БАЛАНСИРАЊЕ РОТОРИ ВО РАБОТНИ УСЛОВИ.

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. Вклучете го компјутерот и стартувајте го софтверот Balanset.
10. Отворете го работниот простор за балансирање со копчето „F7 - Balancing“ и поставете го потребниот број на корекциски рамнини во полето „Plane count“, така што вибрацијата се мери истовремено од сензорите за вибрации поврзани на влезовите на мерната единица.
11. Мнемонички дијаграм што ја илустрира врската на сензорите и мерната единица се појавува на екранот на компјутерот, како што е прикажано на Слика 18.

Пред да се изврши балансирање, се препорачува да се направат мерења во режимот на виброметар (копче F5).

Слика 20. Режим Мерач на вибрации (F5): вкупна вибрација V1s, V2s и ротациони компоненти V1o, V2o со фази F1, F2, прикажани како брзина на вибрации во 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.

Проучувањето на графиците на временската функција и спектрите на вибрации во режимот графикони („F8 - Charts“, картичка „F5-Спектар (Hz)“) може да биде корисно овде.

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.

Читање на спектарот на погонско вратило: 1x е небаланс, 2x може да биде самиот зглоб. Доминантен врв на фреквенцијата на ротација (1x) укажува на небаланса — тоа е она што балансирањето го отстранува. Доминантен врв на двојната фреквенција на ротација (2x), особено заедно со силна аксијална вибрација, укажува на аглите на зглобот, истрошени крстови или назабени врски, или неосовиненост: универзален (кардан) зглоб кој работи под агол γ прави управуваната виљушка да предничи и заостанува двапати по вртеж, така што произведува 2x компонента дури и кога вратилото е совршено балансирано. Балансирањето нема да го отстрани тоа — прво изедначете ги аглите на зглобовите (γ1 = γ2) и проверете ги зглобовите. Во режимот на графикони („F8 - Charts”) картичката „F5-Spectrum (Hz)” го прикажува спектарот, а картичката „F3-1x vibration” ротационата компонента; на 3000 min^-1 1x = 50 Hz и 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.

При изведување на балансирање во четири рамнини на нов ротор, потребни се пет калибрациски вртења и најмалку едно завршно вртење (Run T) на балансираната машина. Мерењето на вибрации за време на првото вртење на машината без пробен тег се изведува како Run 0 во работниот простор за балансирање. Наредните вртења се изведуваат со пробен тег, поставен последователно на погонското вратило во секоја корекциска рамнина (во зоната на секоја потпора на машината за балансирање).

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.

Слика 22. Работен простор за балансирање („F7 - Balancing“) за време на мерно вртење: Run 0 - Почетно, вртежи со пробна маса Run 1 и Run 2, и вртежот за дотерување 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) на вибрацијата на фреквенцијата на ротација на балансираниот ротор се зачувуваат во соодветните полиња во прозорецот на програмата. По петтата работа (Weight in Plane 4), се појавуваат резултатите од балансирањето со поларниот дијаграм (види Слика 23), прикажувајќи ги пресметаните вредности на масите (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.

Слика 23. Поларен дијаграм на резултатот од балансирањето: пресметани корекциски маси и агли за секоја рамнина, мерени од позицијата на пробниот тег во насока на вртењето

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.

Во оваа верзија на програмата, стандардно се претпоставува дека корективниот тег ќе биде додаден на роторот. Ова е означено со ознаката поставена во полето „Add mass”. Ако е потребно да се коригира неурамнотеженоста со отстранување на тегот (на пр. со дупчење), поставете ја ознаката во полето „Remove mass” со глушецот, по што аголната позиција на корективниот тег автоматски ќе се промени за 180 степени.

По инсталирањето на корекциските тегови на балансираниот ротор, извршете ја корекциската работа (Run T) за да ја проверите ефикасноста на операцијата за балансирање. По завршувањето на корекциската работа, резултатите за фреквенцијата на ротација на роторот (N_ob) и RMS вредностите (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) и фазите (F₁, F₂, F₃, F₄) од вибрацијата на фреквенцијата на вртење на балансираниот ротор се зачувуваат. Истовремено, резултатите од балансирањето (види Слика 23) се ажурираат, прикажувајќи ги пресметаните параметри на дополнителните корективни тегови што треба да се постават (или отстранат) на роторот за да се компензира неговата резидуална неурамнотеженост. Дополнително, овој работен простор ги прикажува вредностите на резидуалната неурамнотеженост постигната по балансирањето. Ако вредностите на резидуалната вибрација и/или резидуалната неурамнотеженост на балансираниот ротор ги исполнуваат барањата за толеранција наведени во техничката документација, процесот на балансирање може да се заврши. Во спротивно, процесот на балансирање може да продолжи. Овој метод овозможува исправање на можни грешки преку последователни апроксимации кои можат да се појават при поставувањето (отстранувањето) на корективниот тег на балансираниот ротор.

Ако процесот на балансирање продолжува, потребно е да се инсталираат (или отстранат) дополнителни корекциски тегови на балансираниот ротор според пресметаните параметри прикажани во резултатите од балансирањето.

Коефициентите за балансирање на роторот (динамички коефициенти на влијание) пресметани од резултатите на петте калибрациски работи се зачувуваат во меморијата на компјутерот и можат повторно да се користат со функцијата „Load Coefficients“ при балансирање ротори од ист тип.

7. Препорачани класи на точност на балансирање за крути ротори

Класите подолу се класите на квалитет на балансирање G од ISO 1940-1, заменети без промена на вредностите со ISO 21940-11:2016. Класата е дефинирана како G = e_per·Ω, каде e_per е дозволената специфична преостаната неурамнотеженост (g·mm/kg = µm), а Ω = 2πn/60 е работната аголна брзина (rad/s). Дозволената преостаната неурамнотеженост произлегува како U_per = 9549·G·M/n [g·mm], поделено меѓу рамнините на корекција. Погледнете го нашиот ISO 1940-1 запис во речник.

Стандардната класа за погонско вратило на патничко возило е G 40; G 16 се применува кога цртежот или спецификацијата на производителот (OEM) бара посебни услови. Забележете дека резидуалната неурамнотеженост и вибрацијата се посебни критериуми за прифаќање: вибрацијата на склопената машина се оценува според ISO 20816 (порано ISO 10816) — видете го нашиот ISO 10816-1 запис во речник.

Табелата со G-класи се однесува само на крути ротори — ротори чија работна брзина останува под приближно 0.5…0.7 од првата свиткувачка критична брзина. Долги погонски вратила (2 m и повеќе, и секое вратило со меѓупотпора) можат да се приближат до таа граница: проверете ја првата критична брзина на вратилото и во однос на работната брзина и во однос на брзината на балансирање. Ако вратилото е флексибилно при работна брзина, користете модална / повеќебрзинска процедура (ISO 21940-12) — корекција на крут ротор во две рамнини нема да издржи.

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

Типови машини (ротори)	Класа на точност на балансирање	Класа на квалитет на балансирање G = eper·Ω, mm/s
Погонски коленести вратила (структурно небалансирани) за големи бавноодни бродски дизел мотори (брзина на клипот помала од 9 m/s)	G 4000	4000
Погонски коленести вратила (структурно балансирани) за големи бавноодни 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 вибрациски изолатори	G 40	40
Автомобилски тркала, наплатки, склопови тркала, погонски вратила (кардански вратила)	G 40	40
Земјоделски машини	G 16	16
Погонски коленести вратила (балансирани) на крути потпори	G 16	16
Дробилки	G 16	16
Погонски вратила (кардански вратила) со посебни барања	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?

Балансирањето на погонско вратило обично се врши со специјализирана машина за балансирање. Погонското вратило се монтира и се врти на голема брзина додека сензорите откриваат каква било неурамнотеженост. Техничарот потоа прицврстува мали тегови на погонското вратило (или отстранува материјал) на одредени позиции врз основа на отчитувањата на машината. Овој процес се повторува сè додека погонското вратило не се врти без значителна вибрација. Модерните системи како Balanset-4A можат да го водат овој процес и прецизно да пресметаат каде и колку тег да се додаде за прецизно балансирање.

Заклучок

Како заклучок, правилното балансирање на карданското вратило е од суштинско значење за безбедноста, перформансите и заштедата на трошоци. Со откривање и коригирање на небалансата, спречувате непотребно трошење на деловите, избегнувате штетни дефекти и одржувате оптимални перформанси на машината. Модерните системи за балансирање како нашите уреди Balanset-1A и Balanset-4A го прават процесот ефикасен, помагајќи дури и на мали работилници да постигнат професионални резултати.

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.