Pengimbangan Aci Pemacu: Panduan Komprehensif

Bayangkan anda sedang memandu trak dan tiba-tiba merasakan getaran yang kuat atau mendengar bunyi denting yang kuat apabila memecut atau menukar gear. Ini lebih daripada sekadar gangguan — ia boleh menjadi tanda aci pemacu yang tidak seimbang. Bagi jurutera dan juruteknik, getaran dan bunyi seperti itu menunjukkan kehilangan kecekapan, kehausan yang dipercepatkan pada komponen, dan masa henti yang mungkin mahal jika tidak ditangani.

Dalam panduan komprehensif ini, kami menyediakan penyelesaian praktikal untuk isu keseimbangan aci pemacu. Anda akan mempelajari apa itu aci pemacu dan sebab ia memerlukan pengimbangan, mengenali kerosakan biasa yang menyebabkan getaran atau hingar, dan mengikuti proses langkah demi langkah yang jelas untuk pengimbangan aci pemacu dinamik. Dengan menggunakan amalan terbaik ini, anda boleh menjimatkan wang untuk pembaikan, mengurangkan masa penyelesaian masalah dan memastikan jentera atau kenderaan anda berfungsi dengan pasti dengan getaran yang minimum.

Isi kandungan

• 1. Types of Driveshafts
• 2. Universal Joint Drive Malfunctions
• 3. Driveshaft Balancing
• 4. Modern Balancing Machines for Driveshafts
• 5. Preparation for Driveshaft Balancing
• 6. Driveshaft Balancing Procedure
• 7. Recommended Balancing Accuracy Classes for Rigid Rotors

1. Types of Driveshafts

A universal joint drive (driveshaft) is a mechanism that transmits torque between shafts that intersect at the center of the universal joint and can move relative to each other at an angle. In a vehicle, the driveshaft transmits torque from the gearbox (or transfer case) to the driven axles in the case of a classical or all-wheel-drive configuration. For all-wheel-drive vehicles, the universal joint usually connects the driven shaft of the gearbox to the drive shaft of the transfer case, and the driven shafts of the transfer case to the drive shafts of the main drives of the driven axles.

Unit yang dipasang pada bingkai (seperti kotak gear dan kotak pemindahan) boleh bergerak secara relatif antara satu sama lain disebabkan oleh ubah bentuk penyokongnya dan bingkai itu sendiri. Sementara itu, gandar pemacu dilekatkan pada bingkai melalui ampaian dan boleh bergerak secara relatif kepada bingkai dan unit yang dipasang padanya disebabkan oleh ubah bentuk elemen elastik ampaian. Pergerakan ini boleh mengubah bukan sahaja sudut aci pemacu yang menyambungkan unit tetapi juga jarak antara unit.

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 double universal joints on one shaft, which are turned a quarter of a turn relative to each other. 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.

Universal joint drives can consist of one or more universal joints connected by driveshafts and intermediate supports.

Figure 1. Diagram of a universal joint drive: 1, 4, 6 — driveshafts; 2, 5 — universal joints; 3 — compensating connection; u1, u2 — angles between shafts

Secara umum, pemacu bersama universal terdiri daripada sambungan universal 2 dan 5, aci pemacu 1, 4, dan 6, dan sambungan pampasan 3. Kadang-kadang aci pemacu dipasang pada sokongan perantaraan yang dipasang pada anggota silang rangka kenderaan. Sambungan sejagat memastikan penghantaran tork antara aci yang paksinya bersilang pada satu sudut. Sambungan sejagat dibahagikan kepada jenis halaju tidak seragam dan malar. Sambungan halaju tidak seragam dikelaskan lagi kepada jenis elastik dan tegar. Sambungan halaju malar boleh berbentuk bola dengan alur pembahagi, jenis bola dengan tuil pembahagi, dan jenis sesondol. Ia biasanya dipasang dalam pemacu roda terkawal terkemuka, di mana sudut antara aci boleh mencapai 45°, dan pusat sambungan universal mesti bertepatan dengan titik persilangan paksi putaran roda dan paksi pusingannya.

Sendi sejagat elastik menghantar tork antara aci dengan paksi bersilang pada sudut 2...3° disebabkan oleh ubah bentuk keanjalan unsur penyambung. Sambungan halaju tidak seragam tegar menghantar tork dari satu aci ke aci yang lain melalui sambungan alih bahagian tegar. Ia terdiri daripada dua kuk - 3 dan 5, ke dalam lubang silinder di mana hujung A, B, V, dan G elemen penyambung - salib 4, dipasang pada galas. Kuk disambungkan dengan tegar ke aci 1 dan 2. Kuk 5 boleh berputar di sekitar paksi BG salib dan pada masa yang sama, bersama-sama dengan salib, berputar di sekitar paksi AV, dengan itu membolehkan penghantaran putaran dari satu aci ke aci yang lain dengan sudut yang berubah-ubah di antara mereka.

Figure 2. Diagram of a rigid non-uniform velocity universal joint

If shaft 7 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 7 and 2 is determined by the expression tanα = tanβ * cosγ, di mana γ ialah sudut di mana paksi aci diletakkan. Ungkapan ini menunjukkan bahawa sudut β kadangkala kurang daripada, sama dengan, atau lebih besar daripada sudut α. Kesamaan sudut ini berlaku setiap 90° putaran aci 7. Oleh itu, dengan putaran seragam aci 1, halaju sudut aci 2 adalah tidak seragam dan berbeza mengikut hukum sinusoidal. Ketidakseragaman putaran aci 2 menjadi lebih ketara apabila sudut γ antara paksi aci meningkat.

If the non-uniform rotation of shaft 2 is transmitted to the shafts of the units, additional pulsating loads will occur in the transmission, increasing with the angle γ. To prevent the non-uniform rotation of shaft 2 from being transmitted to the unit shafts, two universal joints are used in the universal joint drive. They are installed so that the angles γ1 and γ2 are equal; the forks of the universal joints, fixed on the non-uniformly rotating shaft 4, should be positioned in the same plane.

Reka bentuk bahagian utama pemacu sambungan universal ditunjukkan dalam Rajah 3. Sambungan universal halaju tidak seragam terdiri daripada dua kuk (1) yang disambungkan oleh salib (3). Satu daripada kuk kadang-kadang mempunyai bebibir, manakala yang satu lagi dikimpal pada tiub aci pemacu atau mempunyai hujung yang bersilang (6) (atau lengan) untuk sambungan ke aci pemacu. Batang salib dipasang pada mata kedua-dua kuk pada galas jarum (7). Setiap galas ditempatkan dalam bekas (2) dan dipegang di mata kuk dengan penutup, yang dipasang pada kuk dengan dua bolt dikunci oleh tab pada mesin basuh. Dalam sesetengah kes, galas diikat dalam kuk dengan gelang snap. Untuk mengekalkan pelinciran dalam galas dan melindunginya daripada air dan kotoran, terdapat pengedap mengetatkan diri getah. Rongga dalaman salib diisi dengan gris melalui pemasangan gris, yang mencapai galas. Salib biasanya mempunyai injap keselamatan untuk melindungi meterai daripada kerosakan akibat tekanan gris yang dipam ke dalam salib. Sambungan splined (6) dilincirkan menggunakan pemasangan gris (5).

Figure 3. Details of a rigid non-uniform velocity universal joint

Sudut maksimum antara paksi aci yang disambungkan oleh sambungan universal halaju tidak seragam tegar biasanya tidak melebihi 20°, kerana kecekapan berkurangan dengan ketara pada sudut yang lebih besar. Jika sudut antara paksi aci berbeza dalam 0...2%, trunnion salib dicacat oleh galas jarum, menyebabkan sambungan universal gagal dengan cepat.

Dalam transmisi kenderaan yang dikesan berkelajuan tinggi, sambungan universal dengan jenis gandingan gear, yang membolehkan penghantaran tork antara aci dengan paksi bersilang pada sudut sehingga 1.5...2°, sering digunakan.

Driveshafts are typically made tubular, using special steel seamless or welded tubes. The yokes of the universal joints, splined sleeves, or tips are welded to the tubes. To reduce the transverse loads acting on the driveshaft, dynamic balancing is performed with the universal joints assembled. Imbalance is corrected by welding balancing plates to the driveshaft or sometimes by installing balancing plates under the bearing caps of the universal joints. The relative position of the splined connection parts after assembly and balancing of the universal joint drive at the factory is usually marked with special labels.

The compensating connection of the universal joint drive is usually made in the form of a splined connection, allowing axial movement of the universal joint drive parts. It consists of a splined tip that fits into the splined sleeve of the universal joint drive. Lubrication is introduced into the splined connection through a grease fitting or applied during assembly and replaced after prolonged use of the vehicle. A seal and a cover are typically installed to prevent grease leakage and contamination.

For long driveshafts, intermediate supports are usually used in universal joint drives. An intermediate support typically consists of a bracket bolted to the vehicle frame cross member, in which a ball bearing is mounted in a rubber elastic ring. The bearing is sealed on both sides with caps and has a lubrication device. The elastic rubber ring helps to compensate for assembly inaccuracies and bearing misalignment that may occur due to frame deformations.

A universal joint with needle bearings (Figure 4a) consists of yokes, a cross, needle bearings, and seals. The cups with needle bearings are fitted onto the trunnions of the cross and sealed with seals. The cups are secured in the yokes with snap rings or caps fastened with screws. Universal joints are lubricated through a grease fitting via internal drillings in the cross. A safety valve is used to eliminate excess oil pressure in the joint. During uniform rotation of the driving yoke, the driven yoke rotates non-uniformly: it advances and lags behind the driving yoke twice per revolution. To eliminate non-uniform rotation and reduce inertial loads, two universal joints are used.

In the drive to the front driving wheels, constant velocity universal joints are installed. The constant velocity joint drive of GAZ-66 and ZIL-131 vehicles consists of yokes 2, 5 (Figure 4b), four balls 7, and a central ball 8. The driving yoke 2 is integral with the inner axle shaft, while the driven yoke is forged together with the outer axle shaft, at the end of which the wheel hub is fixed. The driving moment from yoke 2 to yoke 5 is transmitted through balls 7, which move along circular grooves in the yokes. The central ball 8 serves to center the yokes and is held in place by studs 3, 4. The rotation frequency of yokes 2, 5 is the same due to the symmetry of the mechanism relative to the yokes. The change in shaft length is ensured by the free splined connections of the yokes with the shaft.

Figure 4. Universal Joints: a — universal joint: 1 — cap; 2 — cup; 3 — needle bearing; 4 — seal; 5, 9 — yokes; 6 — safety valve; 7 — cross; 8 — grease fitting; 10 — screw; b — constant velocity universal joint: 1 — inner axle shaft; 2 — driving yoke; 3, 4 — studs; 5 — driven yoke; 6 — outer axle shaft; 7 — balls; 8 — central ball

2. Universal Joint Drive Malfunctions

Universal joint drive malfunctions typically manifest as sharp knocks in the universal joints that occur when the vehicle is moving, especially during shifts between gears and sudden increases in the engine crankshaft speed (for example, when transitioning from engine braking to acceleration). A sign of universal joint malfunction can be its heating to a high temperature (over 100°C). This happens due to significant wear of the bushings and trunnions of the universal joint, needle bearings, crosses, and splined connections, resulting in misalignment of the universal joint and significant impact axial loads on the needle bearings. Damage to the cork seals of the universal joint cross leads to rapid wear of the trunnion and its bearing.

During maintenance, the universal joint drive is checked by sharply rotating the driveshaft by hand in both directions. The degree of free rotation of the shaft determines the wear of the universal joints and splined connections. Every 8-10 thousand kilometers, the condition of the bolted connections of the driven shaft flanges of the gearbox and the drive shaft of the main transmission gear with the flanges of the end universal joints and the fastening of the intermediate support of the driveshaft are checked. The condition of the rubber boots on the splined connections and the cork seals of the universal joint cross is also checked. All fastening bolts must be tightened fully (tightening torque 8-10 kgf·m).

Needle bearings of the universal joints are lubricated with liquid oil used for transmission units; splined connections in most vehicles are lubricated with greases (US-1, US-2, 1-13, etc.); the use of grease for lubricating needle bearings is strictly prohibited. In some vehicles, splined connections are lubricated with transmission oil. The intermediate support bearing, mounted in a rubber sleeve, practically does not require lubrication, as it is lubricated during assembly at the factory. The support bearing of the ZIL-130 vehicle is lubricated with grease through a pressure fitting during regular maintenance (every 1100-1700 km).

Figure 5. Universal joint drive: 1 — flange for securing the driveshaft; 2 — universal joint cross; 3 — universal joint yoke; 4 — sliding yoke; 5 — driveshaft tube; 6 — needle roller bearing with closed end

The universal joint drive consists of two universal joints with needle bearings, connected by a hollow shaft, and a sliding yoke with involute splines. To ensure reliable protection from dirt and provide good lubrication of the splined connection, the sliding yoke (6), connected to the secondary shaft (2) of the gearbox, is placed in an extension (1) attached to the gearbox housing. Additionally, this location of the splined connection (outside the zone between the joints) significantly increases the stiffness of the universal joint drive and reduces the likelihood of shaft vibrations when the sliding splined connection wears out.

Aci pemacu diperbuat daripada tiub dikimpal elektrik berdinding nipis (8), di mana dua kuk yang sama (9) dipasang dengan tekan pada setiap hujung dan kemudian dikimpal dengan kimpalan arka. Selongsong galas jarum (18) salib (25) dipasang tekan pada mata kuk (9) dan diikat dengan gelang penahan spring (20). Setiap galas sambungan universal mengandungi 22 jarum (21). Penutup bercop (24) dipasang ditekan pada batang salib yang menonjol, di mana gelang gabus (23) dipasang. Galas dilincirkan menggunakan pemasangan gris bersudut (17) yang diskrukan ke dalam lubang berulir di tengah salib, disambungkan melalui saluran dalam trunnion salib. Pada bahagian bertentangan salib bersama universal, injap keselamatan (16) terletak di tengahnya, direka untuk melepaskan lebihan gris semasa mengisi salib dan galas, dan untuk mengelakkan pembentukan tekanan di dalam salib semasa operasi (injap diaktifkan pada tekanan kira-kira 3.5 kg/cm²). Keperluan memasukkan injap keselamatan adalah disebabkan oleh fakta bahawa peningkatan tekanan yang berlebihan di dalam salib boleh menyebabkan kerosakan (penyemperitan) pengedap gabus.

Figure 6. Driveshaft Assembly: 1 — gearbox extension; 2 — secondary shaft of the gearbox; 3 and 5 — dirt deflectors; 4 — rubber seals; 6 — sliding yoke; 7 — balancing plate; 8 — driveshaft tube; 9 — yoke; 10 — flange yoke; 11 — bolt; 12 — flange of the rear axle drive gear; 13 — spring washer; 14 — nut; 15 — rear axle; 16 — safety valve; 17 — angular grease fitting; 18 — needle bearing; 19 — yoke eye; 20 — spring retaining ring; 21 — needle; 22 — washer with toroidal end; 23 — cork ring; 24 — stamped cap; 25 — cross

Aci pemacu, dipasang dengan kedua-dua penyambung universal, diseimbangkan secara dinamik secara berhati-hati pada kedua-dua hujung dengan mengimpal plat pengimbang (7) ke tiub. Oleh itu, apabila membuka aci, semua bahagiannya mesti ditanda dengan teliti supaya ia boleh dipasang semula pada kedudukan asalnya. Kegagalan mematuhi arahan ini mengganggu keseimbangan aci, menyebabkan getaran yang boleh merosakkan transmisi dan badan kenderaan. Jika bahagian individu haus, terutamanya jika tiub bengkok akibat hentaman dan menjadi mustahil untuk mengimbangi aci secara dinamik selepas pemasangan, keseluruhan aci mesti diganti.

Possible Driveshaft Malfunctions, Their Causes, and Solutions

Cause of Malfunction	Solution
Driveshaft Vibration
1. Shaft bending due to an obstacle	1. Straighten and dynamically balance the assembled shaft or replace the assembled shaft
2. Bearing and cross wear	2. Replace bearings and crosses and dynamically balance the assembled shaft
3. Wear of extension bushings and sliding yoke	3. Replace the extension and sliding yoke and dynamically balance the assembled shaft
Knocks When Starting and Coasting
1. Wear of sliding yoke splines or secondary gearbox shaft	1. Replace worn parts. When replacing the sliding yoke, dynamically balance the assembled shaft
2. Loose bolts securing the flange yoke to the rear axle drive gear flange	2. Tighten bolts
Oil Throwing from Universal Joint Seals
Wear of cork rings in universal joint seals	Replace cork rings, maintaining the relative position of all driveshaft parts during reassembly. If there is wear on crosses and bearings, replace the bearings and crosses and dynamically balance the assembled shaft

3. Driveshaft Balancing

After repairing and assembling the driveshaft, it is dynamically balanced on a machine. One design of a balancing machine is shown in Figure 7. The machine consists of a plate (18), a pendulum frame (8) mounted on four vertical elastic rods (3), ensuring its oscillation in the horizontal plane. A bracket and front headstock (9), secured on a bracket (4), are mounted on the longitudinal tubes of the pendulum frame (8). The rear headstock (6) is on a movable traverse (5), allowing dynamic balancing of driveshafts of different lengths. The headstock spindles are mounted on precision ball bearings. The spindle of the front headstock (9) is driven by an electric motor installed in the machine base, through a V-belt drive and an intermediate shaft, on which a limb (10) (graduated disk) is mounted. Additionally, two stands (15) with retractable locking pins (17) are installed on the machine plate (18), ensuring the fixation of the front and rear ends of the pendulum frame depending on the balancing of the front or rear end of the driveshaft.

Figure 7. Dynamic Balancing Machine for Driveshafts

1—clamp; 2—dampers; 3—elastic rod; 4—bracket; 5—movable traverse; 6—rear headstock; 7—crossbar; 8—pendulum frame; 9—front driving headstock; 10—limb-disk; 11—millivoltmeter; 12—limb of the commutator-rectifier shaft; 13—magnetoelectric sensor; 14—fixed stand; 15—fixator stand; 16—support; 17—fixator; 18—support plate

The fixed stands (14) are mounted at the rear of the machine plate, and magnetoelectric sensors (13) are installed on them, with rods connected to the ends of the pendulum frame. To prevent resonance vibrations of the frame, dampers (2) filled with oil are installed under the brackets (4).

Semasa pengimbangan dinamik, pemasangan aci pemacu dengan kuk gelongsor dipasang dan diikat pada mesin. Satu hujung aci pemacu disambungkan oleh bebibir-kuk ke bebibir kepala pemacu hadapan, dan hujung yang satu lagi oleh leher sokongan kuk gelongsor ke lengan splined stok kepala belakang. Kemudian kemudahan putaran aci pemacu diperiksa, dan satu hujung bingkai pendulum mesin dibetulkan menggunakan fixator. Selepas menghidupkan mesin, anggota penerus diputar mengikut lawan jam, membawa jarum milivoltmeter ke bacaan maksimumnya. Bacaan milivoltmeter sepadan dengan magnitud ketidakseimbangan. Skala milivoltmeter digradasi dalam gram-sentimeter atau gram timbang balas. Terus memutarkan anggota penerus lawan jam, bacaan milivoltmeter dibawa kepada sifar, dan mesin dihentikan. Berdasarkan bacaan anggota penerus, anjakan sudut (sudut anjakan ketidakseimbangan) ditentukan, dan dengan memutarkan aci pemacu secara manual, nilai ini ditetapkan pada anggota aci perantaraan. Tempat kimpalan plat pengimbang akan berada di bahagian atas aci pemacu, dan bahagian berwajaran di bahagian bawah dalam satah pembetulan. Kemudian plat pengimbang dilampirkan dan diikat dengan wayar nipis pada jarak 10 mm dari kimpalan, mesin dimulakan, dan keseimbangan hujung aci pemacu dengan plat diperiksa. Ketidakseimbangan hendaklah tidak lebih daripada 70 g cm. Kemudian, melepaskan satu hujung dan mengamankan hujung satu lagi bingkai bandul dengan dirian penetap, pengimbangan dinamik hujung satu lagi aci pemacu dilakukan mengikut urutan teknologi yang diterangkan di atas.

Driveshafts have some balancing features. For most parts, the base for dynamic balancing is the support necks (e.g., rotors of electric motors, turbines, spindles, crankshafts, etc.), but for driveshafts, it is the flanges. During assembly, there are unavoidable gaps in different connections leading to imbalance. If the minimum imbalance cannot be achieved during balancing, the shaft is rejected. The accuracy of balancing is influenced by the following factors:

• Gap in the connection between the landing belt of the driveshaft flange and the inner hole of the clamping flange of the left and right support headstocks;
• Radial and end runout of the base surfaces of the flange;
• Celah di engsel dan sambungan splined. Kehadiran gris dalam rongga sambungan splined boleh menyebabkan ketidakseimbangan "terapung". Jika ia menghalang mencapai ketepatan pengimbangan yang diperlukan, aci pemacu diseimbangkan tanpa gris.

Some imbalances may be completely uncorrectable. If increased friction is observed in the universal joints of the driveshaft, the mutual influence of the correction planes increases. This leads to a decrease in the performance and accuracy of balancing.

Menurut OST 37.001.053-74, piawaian ketidakseimbangan berikut ditetapkan: aci pemacu dengan dua sambungan (dua sokongan) seimbang secara dinamik, dan dengan tiga (tiga sokongan) - dipasang dengan sokongan perantaraan; bebibir (kuk) aci pemacu dan gandingan dengan berat lebih daripada 5 kg diimbangi secara statik sebelum memasang aci atau gandingan; norma ketidakseimbangan baki untuk aci pemacu pada setiap hujung atau pada sokongan perantaraan aci pemacu tiga sendi dinilai oleh ketidakseimbangan khusus;

Norma ketidakseimbangan sisa spesifik maksimum yang dibenarkan pada setiap hujung aci atau pada sokongan perantaraan, serta untuk aci pemacu tiga sambungan dalam mana-mana kedudukan pada dirian pengimbangan, tidak boleh melebihi: untuk penghantaran kereta penumpang dan trak muatan kecil (sehingga 1 t) dan bas yang sangat kecil – 6 g-cm/kg, untuk selebihnya – 10 g-cm. Norma ketidakseimbangan baki maksimum yang dibenarkan bagi aci pemacu atau aci pemacu tiga sambungan hendaklah dipastikan pada dirian pengimbang pada frekuensi putaran sepadan dengan frekuensinya dalam penghantaran pada kelajuan maksimum kenderaan.

Untuk aci pemacu dan aci pemacu tiga sambungan trak dengan kapasiti muatan 4 t dan ke atas, bas kecil dan besar, pengurangan kekerapan putaran pada dirian pengimbang kepada 70% daripada kekerapan putaran aci transmisi pada kelajuan maksimum kenderaan dibenarkan. Menurut OST 37.001.053-74, kekerapan putaran mengimbangi aci pemacu hendaklah sama dengan:

n_b = (0.7 ... 1.0) n_r,

where n_b – kekerapan putaran mengimbangi (sepatutnya dengan data teknikal utama pendirian, n=3000 min^-1; n_r – kekerapan putaran kerja maksimum, min^-1.

In practice, due to the gap in the joints and splined connections, the driveshaft cannot be balanced at the recommended rotation frequency. In this case, another rotation frequency is chosen, at which it balances.

4. Modern Balancing Machines for Driveshafts

Figure 8. Balancing Machine for Driveshafts up to 2 Meters Long, Weighing up to 500 kg

The model has 2 stands and allows balancing in 2 correction planes.

Balancing Machine for Driveshafts up to 4200 mm Long, Weighing up to 400 kg

Figure 9. Balancing Machine for Driveshafts up to 4200 mm Long, Weighing up to 400 kg

The model has 4 stands and allows balancing in 4 correction planes simultaneously.

Figure 10. Horizontal Hard Bearing Balancing Machine for Dynamic Balancing of Driveshafts

1 – Balancing item (driveshaft); 2 – Machine base; 3 – Machine supports; 4 – Machine drive; The structural elements of the machine supports are shown in Figure 9.

Figure 11. Machine Support Elements for Dynamic Balancing of Driveshafts

1 – Left non-adjustable support; 2 – Intermediate adjustable support (2 pcs.); 3 – Right non-adjustable fixed support; 4 – Support frame lock handle; 5 – Movable support platform; 6 – Support vertical adjustment nut; 7 – Vertical position lock handles; 8 – Support clamping bracket; 9 – Intermediate bearing movable clamp; 10 – Clamp lock handle; 11 – Clamping bracket lock; 12 – Drive (leading) spindle for item installation; 13 – Driven spindle

5. Preparation for Driveshaft Balancing

Below, we will consider the setup of the machine supports and the installation of the balancing item (four-support driveshaft) on the machine supports.

Figure 12. Installation of Transitional Flanges on the Spindles of the Balancing Machine

Figure 13. Installation of the Driveshaft on the Supports of the Balancing Machine

Figure 14. Leveling the Driveshaft Horizontally on the Supports of the Balancing Machine Using a Bubble Level

Figure 15. Fixing the Intermediate Supports of the Balancing Machine to Prevent Vertical Displacement of the Driveshaft

Rotate the item manually for a full turn. Ensure that it rotates freely and without jamming on the supports. After this, the mechanical part of the machine is set up, and the item installation is complete.

6. Driveshaft Balancing Procedure

The process of driveshaft balancing on the balancing machine will be considered using the Balanset-4 measuring system as an example. The Balanset-4 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-4 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.

Furthermore, the device allows displaying graphs of the time function and vibration spectrum by vibration velocity, which can be useful in assessing the technical condition of the balanced machine.

Figure 16. External View of the Balanset-4 Device for Use as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 17. Example of Using the Balanset-4 Device as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 18. User Interface of the Balanset-4 Device

Peranti Balanset-4 boleh dilengkapi dengan dua jenis penderia – pecutan getaran untuk mengukur getaran (pecutan getaran) dan penderia daya. Penderia getaran digunakan untuk beroperasi pada mesin pengimbang jenis pasca resonans, manakala penderia daya digunakan untuk mesin jenis pra-resonans.

Figure 19. Installation of Balanset-4 Vibration Sensors on the Supports of the Balancing Machine

Arah paksi sensitiviti penderia hendaklah sepadan dengan arah anjakan getaran sokongan, dalam kes ini – mendatar. Untuk maklumat tambahan tentang pemasangan sensor, lihat MENGIMBANGKAN ROTOR DALAM KEADAAN OPERASI. Pemasangan penderia daya bergantung pada ciri reka bentuk mesin.

1. Install vibration sensors 1, 2, 3, 4 on the supports of the balancing machine.
2. Connect the vibration sensors to connectors X1, X2, X3, X4.
3. Install the phase angle sensor (laser tachometer) 5 so that the nominal gap between the radial (or end) surface of the balanced rotor and the sensor housing is in the range of 10 to 300 mm.
4. Attach a reflective tape mark with a width of at least 10-15 mm to the rotor surface.
5. Connect the phase angle sensor to connector X5.
6. Connect the measuring unit to the computer’s USB port.
7. When using mains power, connect the computer to the power supply unit.
8. Connect the power supply unit to a 220 V, 50 Hz network.
9. Turn on the computer and select the “BalCom-4” program.
10. Press the “F12-four-plane” button (or the F12 function key on the computer keyboard) to select the mode for measuring vibration simultaneously in four planes using vibration sensors 1, 2, 3, 4, connected respectively to inputs X1, X2, X3, and X4 of the measuring unit.
11. A mnemonic diagram illustrating the process of measuring vibration simultaneously on four measurement channels (or the process of balancing in four planes) appears on the computer display, as shown in Figure 16.

Before performing balancing, it is recommended to take measurements in the vibrometer mode (F5 button).

Figure 20. Vibrometer Mode Measurements

Jika jumlah magnitud getaran V1s (V2s) lebih kurang sepadan dengan magnitud komponen putaran V1o (V2o), boleh diandaikan bahawa sumbangan utama kepada getaran mekanisme adalah disebabkan oleh ketidakseimbangan rotor. Jika jumlah magnitud getaran V1s (V2s) dengan ketara melebihi komponen putaran V1o (V2o), adalah disyorkan untuk memeriksa mekanisme – periksa keadaan galas, pastikan pemasangan selamat pada asas, sahkan bahawa pemutar tidak menyentuh bahagian pegun semasa putaran, dan pertimbangkan pengaruh getaran daripada mekanisme lain, dsb.

Mempelajari graf fungsi masa dan spektrum getaran yang diperoleh dalam mod "Analisis Spektrum Graf" boleh berguna di sini.

Figure 21. Vibration Time Function and Spectrum Graphs

Graf menunjukkan pada frekuensi mana tahap getaran paling tinggi. Jika frekuensi ini berbeza daripada frekuensi putaran pemutar mekanisme seimbang, adalah perlu untuk mengenal pasti punca komponen getaran ini dan mengambil langkah untuk menghapuskannya sebelum mengimbangi.

It is also important to pay attention to the stability of the readings in vibrometer mode – the amplitude and phase of the vibration should not change by more than 10-15% during measurement. Otherwise, the mechanism might be operating near a resonance region. In this case, the rotor speed should be adjusted.

Apabila melakukan pengimbangan empat satah dalam mod "Utama", lima larian penentukuran dan sekurang-kurangnya satu larian pengesahan mesin seimbang diperlukan. Pengukuran getaran semasa mesin pertama dijalankan tanpa berat percubaan dilakukan dalam ruang kerja "Pengimbangan Empat Satah". Larian seterusnya dilakukan dengan berat percubaan, dipasang secara berurutan pada aci pemacu dalam setiap satah pembetulan (di kawasan setiap sokongan mesin pengimbang).

Before each subsequent run, the following steps should be taken:

• Hentikan putaran pemutar mesin seimbang.
• Remove the previously installed trial weight.
• Install the trial weight in the next plane.

Figure 23. Four-Plane Balancing Workspace

Selepas melengkapkan setiap pengukuran, keputusan kekerapan putaran rotor (N_ob), as well as the RMS values (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) and the phases (F₁, F₂, F₃, F₄) getaran pada frekuensi putaran rotor seimbang disimpan dalam medan yang sepadan dalam tetingkap program. Selepas larian kelima (Berat dalam Satah 4), ruang kerja "Mengimbangi Berat" (lihat Rajah 24) muncul, memaparkan nilai pengiraan jisim (M₁, M₂, M₃, M₄) and the installation angles (f₁, f₂, f₃, f₄) of the corrective weights that need to be installed on the rotor in four planes to compensate for its imbalance.

Figure 24. Workspace with Calculated Parameters of Corrective Weights in Four Planes

Attention! Selepas melengkapkan proses pengukuran semasa larian kelima mesin seimbang, adalah perlu untuk menghentikan putaran rotor dan mengeluarkan berat percubaan yang dipasang sebelum ini. Hanya selepas ini anda boleh meneruskan dengan memasang (atau mengalih keluar) pemberat pembetulan pada rotor.

Kedudukan sudut untuk menambah (atau mengeluarkan) berat pembetulan pada rotor dalam sistem koordinat kutub diukur dari lokasi pemasangan berat percubaan. Arah pengukuran sudut bertepatan dengan arah putaran rotor. Dalam kes pengimbangan dengan bilah, bilah pemutar seimbang secara bersyarat dianggap sebagai bilah pertama bertepatan dengan lokasi pemasangan berat percubaan. Arah penomboran bilah yang ditunjukkan pada paparan komputer mengikut arah putaran rotor.

Dalam versi program ini, diandaikan secara lalai bahawa berat pembetulan akan ditambahkan pada pemutar. Ini ditunjukkan oleh tanda yang ditetapkan dalam medan "Tambah". Jika membetulkan ketidakseimbangan dengan mengeluarkan berat (cth, dengan menggerudi) adalah perlu, tetapkan tanda dalam medan "Alih keluar" menggunakan tetikus, selepas itu kedudukan sudut berat pembetulan akan berubah secara automatik sebanyak 180 darjah.

Selepas memasang pemberat pembetulan pada rotor seimbang, tekan butang "Keluar – F10" (atau kekunci fungsi F10 pada papan kekunci komputer) untuk kembali ke ruang kerja "Pengimbangan Empat Satah" sebelumnya dan semak keberkesanan operasi pengimbangan. Selepas melengkapkan larian pengesahan, keputusan kekerapan putaran rotor (N_ob) and the RMS values (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) and phases (F₁, F₂, F₃, F₄) getaran pada frekuensi putaran rotor seimbang disimpan. Pada masa yang sama, ruang kerja "Pengimbangan Berat" (lihat Rajah 21) muncul di atas ruang kerja "Pengimbangan Empat Satah", memaparkan parameter pengiraan pemberat pembetulan tambahan yang perlu dipasang (atau dikeluarkan) pada pemutar untuk mengimbangi ketidakseimbangan bakinya. Selain itu, ruang kerja ini menunjukkan nilai baki ketidakseimbangan yang dicapai selepas pengimbangan. Jika nilai sisa getaran dan/atau baki ketidakseimbangan rotor seimbang memenuhi keperluan toleransi yang dinyatakan dalam dokumentasi teknikal, proses pengimbangan boleh diselesaikan. Jika tidak, proses pengimbangan boleh diteruskan. Kaedah ini membolehkan untuk membetulkan ralat yang mungkin melalui anggaran berturut-turut yang mungkin berlaku apabila memasang (mengeluarkan) berat pembetulan pada rotor seimbang.

Jika proses pengimbangan berterusan, pemberat pembetulan tambahan mesti dipasang (atau dikeluarkan) pada rotor seimbang mengikut parameter yang dinyatakan dalam ruang kerja "Mengimbangi Berat".

Butang "Koefisien – F8" (atau kekunci fungsi F8 pada papan kekunci komputer) digunakan untuk melihat dan menyimpan dalam memori komputer pekali pengimbangan rotor (pekali pengaruh dinamik) yang dikira daripada keputusan lima penentukuran berjalan.

7. Recommended Balancing Accuracy Classes for Rigid Rotors

Table 2. Recommended Balancing Accuracy Classes for Rigid Rotors.

Recommended Balancing Accuracy Classes for Rigid Rotors

Types of Machines (Rotors)	Balancing Accuracy Class	Value eper Ω mm/s
Drive crankshafts (structurally unbalanced) for large low-speed marine diesel engines (piston speed less than 9 m/s)	G 4000	4000
Drive crankshafts (structurally balanced) for large low-speed marine diesel engines (piston speed less than 9 m/s)	G 1600	1600
Drive crankshafts (structurally unbalanced) on vibration isolators	G 630	630
Drive crankshafts (structurally unbalanced) on rigid supports	G 250	250
Reciprocating engines assembled for passenger cars, trucks, and locomotives	G 100	100
Automobile parts: wheels, wheel rims, wheelsets, transmissions
Drive crankshafts (structurally balanced) on vibration isolators	G 40	40
Agricultural machines	G 16	16
Drive crankshafts (balanced) on rigid supports
Crushers
Drive shafts (driveshafts, screw shafts)
Aircraft gas turbines	G 6.3	6.3
Centrifuges (separators, settlers)
Electric motors and generators (with a shaft height of at least 80 mm) with a maximum nominal rotation speed of up to 950 min-1
Electric motors with a shaft height of less than 80 mm
Fans
Gear drives
General-purpose machines
Metal cutting machines
Papermaking machines
Pumps
Turbochargers
Water turbines
Compressors
Computer-controlled drives	G 2.5	2.5
Electric motors and generators (with a shaft height of at least 80 mm) with a maximum nominal rotation speed over 950 min-1
Gas and steam turbines
Metal cutting machine drives
Textile machines
Audio and video equipment drives	G 1	1
Grinding machine drives
Spindles and drives of high-precision equipment	G 0.4	0.4

Soalan Lazim tentang Drive Shaft Balancing

Apakah pengimbangan aci pemacu?

Pengimbangan aci pemacu ialah proses membetulkan sebarang ketidakseimbangan jisim dalam aci pemacu supaya ia berputar dengan lancar tanpa menyebabkan getaran. Ini melibatkan mengukur di mana aci lebih berat pada satu sisi dan kemudian menambah atau mengeluarkan sejumlah kecil berat (contohnya, mengimpal pada pemberat imbangan) untuk mengatasi ketidakseimbangan itu. Aci pemacu yang seimbang berjalan sama rata, yang menghalang getaran berlebihan dan haus pada komponen kenderaan.

Mengapa pengimbangan aci pemacu penting?

Aci pemacu yang tidak seimbang boleh membawa kepada getaran yang kuat, terutamanya pada kelajuan tertentu, dan boleh menyebabkan bunyi berketul semasa pecutan atau peralihan gear. Dari masa ke masa, getaran ini boleh merosakkan galas, sambungan universal dan komponen pemanduan lain. Mengimbangi aci pemacu menghapuskan getaran ini, memastikan perjalanan yang lebih lancar, mengurangkan ketegangan pada bahagian dan mengelakkan kerosakan yang mahal atau masa henti.

Apakah gejala biasa aci pemacu tidak seimbang?

Gejala biasa aci pemacu yang tidak seimbang atau rosak termasuk getaran yang ketara atau rasa menggeletar di lantai atau tempat duduk kenderaan, terutamanya apabila kelajuan meningkat. Anda juga mungkin mendengar bunyi ketukan atau gemeretak semasa menukar gear atau semasa pecutan dan nyahpecutan. Dalam sesetengah kes, sendi universal mungkin terlalu panas kerana ketidakseimbangan. Jika anda melihat tanda-tanda ini, kemungkinan besar aci pemacu memerlukan pengimbangan atau pembaikan.

Bagaimanakah anda mengimbangi aci pemacu?

Pengimbangan aci pemacu biasanya dilakukan menggunakan mesin pengimbang khusus. Aci pemacu dipasang dan dipusing pada kelajuan tinggi manakala penderia mengesan sebarang ketidakseimbangan. Seorang juruteknik kemudiannya memasang pemberat kecil pada aci pemacu (atau mengeluarkan bahan) pada kedudukan tertentu berdasarkan bacaan mesin. Proses ini diulang sehingga aci pemacu berputar tanpa getaran yang ketara. Sistem moden seperti Balanset-4 boleh membimbing proses ini dan mengira dengan tepat di mana dan berapa banyak berat yang perlu ditambah untuk pengimbangan yang tepat.

Conclusion

Kesimpulannya, pengimbangan aci pemacu yang betul adalah penting untuk keselamatan, prestasi dan penjimatan kos. Dengan mengesan dan membetulkan ketidakseimbangan, anda menghalang kehausan yang tidak perlu pada bahagian, mengelakkan kerosakan yang merosakkan dan mengekalkan prestasi mesin yang optimum. Sistem pengimbangan moden seperti peranti Balanset-1 dan Balanset-4 kami menjadikan proses itu cekap, membantu walaupun bengkel kecil mencapai hasil profesional.

Jika anda menghadapi getaran aci pemacu yang berterusan atau memerlukan penyelesaian pengimbangan yang boleh dipercayai, jangan teragak-agak untuk bertindak. Gunakan langkah-langkah yang digariskan dalam panduan ini atau berunding dengan pakar kami untuk mendapatkan bantuan. Dengan pendekatan dan peralatan yang betul, anda boleh memastikan aci pemacu anda berjalan lancar dan boleh dipercayai untuk tahun-tahun akan datang. Hubungi kami untuk mengetahui lebih lanjut atau untuk meneroka peralatan pengimbangan aci pemacu terbaik untuk keperluan anda.