Balansering av drivaksel: Omfattende veiledning

Tenk deg at du kjører en lastebil og plutselig kjenner en hard vibrasjon eller hører et høyt knekk når du akselererer eller girer. Dette er mer enn bare en plage – det kan være et tegn på en ubalansert drivaksel. For ingeniører og teknikere indikerer slike vibrasjoner og lyder tapt effektivitet, akselerert slitasje på komponenter og potensielt kostbar nedetid hvis det ikke gjøres noe med det.

I denne omfattende veiledningen gir vi praktiske løsninger på problemer med drivakselbalansering. Du lærer hva en drivaksel er og hvorfor den må balanseres, gjenkjenne vanlige feil som forårsaker vibrasjon eller støy, og følge en tydelig trinnvis prosess for dynamisk drivakselbalansering. Ved å bruke disse beste praksisene kan du spare penger på reparasjoner, redusere feilsøkingstiden og sikre at maskineriet eller kjøretøyet ditt kjører pålitelig med minimal vibrasjon.

Innholdsfortegnelse

• 1. Typer drivaksler
• 2. Funksjonsfeil på kardangdrevet
• 3. Balansering av drivaksel
• 4. Moderne balanseringsmaskiner for drivaksler
• 5. Forberedelse for balansering av drivaksel
• 6. Prosedyre for balansering av drivaksel
• 7. Anbefalte avbalanseringsnøyaktighetsklasser for stive rotorer

1. Typer drivaksler

En kardangaksel (drivaksel) er en mekanisme som overfører dreiemoment mellom aksler som krysser hverandre i midten av kardangleddet og kan bevege seg i en vinkel i forhold til hverandre. I et kjøretøy overfører kardangakselen dreiemomentet fra girkassen (eller overføringshuset) til drivakslene i en klassisk eller firehjulsdrevet konfigurasjon. For firehjulsdrevne kjøretøyer forbinder kardangleddet vanligvis girkassens drivaksel med overføringshusets drivaksel, og overføringshusets drivaksler med drivakslene til hoveddrevene på drivakslene.

Enheter montert på rammen (som girkasse og fordelingskasse) kan bevege seg i forhold til hverandre på grunn av deformasjon av støttene deres og selve rammen. Drivakslene er samtidig festet til rammen gjennom fjæringen og kan bevege seg i forhold til rammen og enhetene montert på den på grunn av deformasjon av fjæringens elastiske elementer. Denne bevegelsen kan ikke bare endre vinklene på drivakslene som forbinder enhetene, men også avstanden mellom enhetene.

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.

Kardandrev kan bestå av ett eller flere kardangledd som er forbundet med drivaksler og mellomstøtter.

Figur 1. Diagram over en kardangdrev: 1, 4, 6 - drivaksler; 2, 5 - kardangledd; 3 - kompenserende forbindelse; u1, u2 - vinkler mellom akslene

Generelt sett består et universalledd av universalledd 2 og 5, drivaksler 1, 4 og 6, og en kompenserende forbindelse 3. Noen ganger er drivakselen montert på en mellomliggende støtte festet til kjøretøyets rammetverrbjelke. Universalledd sikrer overføring av dreiemoment mellom aksler hvis akser krysser hverandre i en vinkel. Universalledd er delt inn i ikke-uniforme og konstante hastighetstyper. Ikke-uniforme hastighetsledd er videre klassifisert i elastiske og stive typer. Konstante hastighetsledd kan være kuletype med delespor, kuletype med en delearm og kamtype. De er vanligvis installert i drivverket til de fremre styrte hjulene, hvor vinkelen mellom akslene kan nå 45°, og sentrum av universalleddet må sammenfalle med skjæringspunktet mellom hjulets rotasjonsakser og dets dreieakse.

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.

Figur 2. Diagram over et stivt universalledd med ujevn hastighet

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.

Hvis den ujevne rotasjonen av aksel 2 overføres til akslene på enhetene, vil det oppstå ytterligere pulserende belastninger i overføringen, som øker med vinkelen γ. For å forhindre at den ujevne rotasjonen av aksel 2 overføres til enhetsakslene, brukes det to kardangledd i kardangdrevet. De er montert slik at vinklene γ1 og γ2 er like; gaflene på kardangleddene, som er festet på den ujevnt roterende akselen 4, skal være plassert i samme plan.

Utformingen av hoveddelene i universalleddsdrev er vist i figur 3. Et universalledd med ujevn hastighet består av to åk (1) forbundet med et kryss (3). Det ene åket har noen ganger en flens, mens det andre er sveiset til drivakselrøret eller har en rillet ende (6) (eller hylse) for tilkobling til drivakselen. Kryssets hengsler er montert i øyene på begge åkene på nålelagre (7). Hvert lager er plassert i et hus (2) og holdes i åkets øye med en hette, som er festet til åket med to bolter låst av tapper på skiven. I noen tilfeller er lagrene festet i åkene med låseringer. For å beholde smøring i lageret og beskytte det mot vann og smuss, er det en selvstrammende gummipakning. Kryssets indre hulrom er fylt med fett gjennom en smørenippel, som når lagrene. Krysset har vanligvis en sikkerhetsventil for å beskytte pakningen mot skade på grunn av trykket fra fettet som pumpes inn i krysset. Rilleforbindelsen (6) smøres ved hjelp av smørenippelen (5).

Figur 3. Detaljer om et stivt universalledd med ikke-uniform hastighet

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.

I girkassene til beltekjøretøy med høy hastighet brukes ofte universalledd med girkoblingstyper, som tillater overføring av dreiemoment mellom aksler med akser som krysser hverandre i vinkler på opptil 1,5...2°.

Drivakslene er vanligvis rørformede, med sømløse eller sveisede spesialrør av stål. Kardangleddenes åk, splineshylser eller spisser er sveiset til rørene. For å redusere tverrbelastningen på drivakselen utføres dynamisk balansering med kardangleddene montert. Ubalansen korrigeres ved å sveise balanseringsplater på drivakselen, eller noen ganger ved å montere balanseringsplater under kardangleddenes lagerdeksler. Den relative posisjonen til de splinestilte forbindelsesdelene etter montering og balansering av kardangakselen på fabrikken er vanligvis merket med spesielle etiketter.

Kompensasjonsforbindelsen til kardangdrevet er vanligvis laget i form av en splinesforbindelse som tillater aksial bevegelse av kardangdelene. Den består av en splinespiss som passer inn i kardangdrevets splinehylse. Smøring tilføres kardangforbindelsen gjennom en smørenippel eller påføres under montering og skiftes ut etter lengre tids bruk av kjøretøyet. En tetning og et deksel er vanligvis installert for å forhindre fettlekkasje og forurensning.

For lange drivaksler brukes vanligvis mellomlagre i kardangdrev. En mellomstøtte består vanligvis av en brakett som er boltet fast til kjøretøyets rammekryss, og i denne er det montert et kulelager i en elastisk gummiring. Lageret er forseglet på begge sider med lokk og har en smøreanordning. Den elastiske gummiringen bidrar til å kompensere for unøyaktigheter i monteringen og lagerskjevheter som kan oppstå på grunn av deformasjoner i rammen.

Et universalkryss med nålelager (figur 4a) består av åk, et kryss, nålelager og tetninger. Koppene med nålelagre er montert på tappene på krysset og forseglet med tetninger. Koppene festes i åkene med låseringer eller lokk som festes med skruer. Kardankryssene smøres gjennom en fettkobling via innvendige boringer i krysset. En sikkerhetsventil brukes for å eliminere for høyt oljetrykk i skjøten. Når det drivende åket roterer jevnt, roterer det drevne åket ujevnt: Det går frem og tilbake to ganger per omdreining. For å eliminere ujevn rotasjon og redusere treghetsbelastningen brukes to kardangledd.

I drivverket til de fremre drivhjulene er det installert universelle ledd med konstant hastighet. Konstanthastighetsleddet til GAZ-66 og ZIL-131 kjøretøy består av åk 2, 5 (figur 4b), fire kuler 7 og en sentral kule 8. Det drivende åket 2 er integrert med den indre akselakselen, mens det drevne åket er smidd sammen med den ytre akselakselen, i enden av hvilken hjulnavet er festet. Drivmomentet fra åk 2 til åk 5 overføres gjennom kuler 7, som beveger seg langs sirkulære spor i åkene. Den sentrale kulen 8 tjener til å sentrere åkene og holdes på plass av tappene 3, 4. Rotasjonsfrekvensen til åkene 2, 5 er den samme på grunn av mekanismens symmetri i forhold til åkene. Endringen i aksellengden sikres av de frie splinesforbindelsene mellom åkene og akselen.

Figur 4. Kardangledd: a - kardangledd: 1 - hette; 2 - kopp; 3 - nålelager; 4 - tetning; 5, 9 - åk; 6 - sikkerhetsventil; 7 - kryss; 8 - smørefitting; 10 - skrue; b - kardangledd med konstant hastighet: 1 - indre akselaksel; 2 - drivende åk; 3, 4 - tapper; 5 - drevet åk; 6 - ytre akselaksel; 7 - kuler; 8 - midtkule

2. Funksjonsfeil på kardangdrevet

Feil på kardangdrevet viser seg vanligvis som kraftige støt i kardangleddene som oppstår når kjøretøyet er i bevegelse, spesielt ved girskift og plutselige økninger i motorens veivakselhastighet (for eksempel ved overgang fra motorbremsing til akselerasjon). Et tegn på at kardangleddet ikke fungerer som det skal, kan være at det varmes opp til høy temperatur (over 100 °C). Dette skjer på grunn av betydelig slitasje på foringene og tappene i kardangleddet, nålelagrene, kryssene og splinesforbindelsene, noe som resulterer i feil innretting av kardangleddet og betydelige aksiale belastninger på nålelagrene. Skader på korktetningene i kardankrysset fører til rask slitasje på tappen og lageret.

Under vedlikehold kontrolleres kardangdrevet ved å rotere drivakselen kraftig for hånd i begge retninger. Graden av fri rotasjon av akselen bestemmer slitasjen på kardangleddene og splined-forbindelsene. For hver 8-10 000 kilometer kontrolleres tilstanden til bolteforbindelsene til drivakselflensene til girkassen og drivakselen til hovedgiret med flensene til endekardangleddene og festingen av mellomstøtten til drivakselen. Tilstanden til gummistøvlene på splineforbindelsene og korktetningene på kardankrysset kontrolleres også. Alle festebolter må trekkes helt til (tiltrekkingsmoment 8-10 kgf-m).

Nålelagrene i kardangleddene smøres med flytende olje som brukes til transmisjonsenheter; splineforbindelser i de fleste kjøretøy smøres med fett (US-1, US-2, 1-13 osv.); bruk av fett til smøring av nålelagre er strengt forbudt. I noen kjøretøyer smøres splined-koblingene med transmisjonsolje. Det mellomliggende støttelageret, som er montert i en gummihylse, trenger praktisk talt ikke smøring, siden det smøres under monteringen på fabrikken. Støttelageret på ZIL-130-kjøretøyet smøres med fett gjennom en trykknippel i forbindelse med regelmessig vedlikehold (hver 1100-1700 km).

Figur 5. Kardandrev med kardangledd: 1 - flens for feste av drivaksel; 2 - kardangkryss; 3 - kardangåk; 4 - glideåk; 5 - drivakselrør; 6 - nålerullager med lukket ende

Kardandrevet består av to kardangledd med nålelagre, forbundet med en hulaksel, og et glideåk med splines. For å sikre pålitelig beskyttelse mot smuss og god smøring av kileforbindelsen, er glideåket (6), som er koblet til girkassens sekundæraksel (2), plassert i en forlengelse (1) som er festet til girkassehuset. I tillegg øker denne plasseringen av splinesforbindelsen (utenfor sonen mellom leddene) stivheten til kardangdrevet betydelig og reduserer sannsynligheten for akselvibrasjoner når den glidende splinesforbindelsen slites ut.

Drivakselen er laget av et tynnvegget, elektrisk sveiset rør (8), hvor to identiske åk (9) er presset inn i hver ende og deretter sveiset med lysbuesveising. Nålelagerhusene (18) på krysset (25) er presset inn i øyene på åkene (9) og er festet med fjærlåseringer (20). Hvert universalleddlager inneholder 22 nåler (21). Stemplede hetter (24) er presset inn på de utstikkende tappene på kryssene, hvor korkringer (23) er montert. Lagrene smøres ved hjelp av en vinkelformet smørenippel (17) som er skrudd inn i et gjenget hull i midten av krysset, koblet til gjennom kanaler i kryssets tapper. På motsatt side av universalleddkrysset er det plassert en sikkerhetsventil (16) i midten, som er utformet for å slippe ut overflødig fett ved fylling av krysset og lagrene, og for å forhindre trykkoppbygging inne i krysset under drift (ventilen aktiveres ved et trykk på omtrent 3,5 kg/cm²). Nødvendigheten av å inkludere en sikkerhetsventil skyldes at for stor trykkøkning inne i krysset kan føre til skade (ekstrudering) av korkforseglingene.

Figur 6. Montering av drivaksel: 1 - girkasseforlengelse; 2 - girkassens sekundæraksel; 3 og 5 - smussavvisere; 4 - gummipakninger; 6 - glidende åk; 7 - balanseringsplate; 8 - drivakselrør; 9 - åk; 10 - flenseåk; 11 - bolt; 12 - flens på bakakselens drivhjul; 13 - fjærskive; 14 - mutter; 15 - bakaksel; 16 - sikkerhetsventil; 17 - vinkelformet smørefitting; 18 - nålelager; 19 - åkøye; 20 - fjærholderring; 21 - nål; 22 - skive med toroidformet ende; 23 - korkring; 24 - stemplet hette; 25 - kryss

Drivakselen, montert med begge universalleddene, er nøye dynamisk balansert i begge ender ved å sveise balanseringsplater (7) til røret. Derfor må alle delene merkes nøye når akselen demonteres, slik at de kan monteres sammen igjen på sin opprinnelige posisjon. Hvis denne instruksjonen ikke følges, forstyrres akselens balanse, noe som forårsaker vibrasjoner som kan skade girkassen og kjøretøyets karosseri. Hvis individuelle deler slites ut, spesielt hvis røret bøyer seg på grunn av støt og det blir umulig å dynamisk balansere akselen etter montering, må hele akselen byttes ut.

Mulige feil på drivakselen, årsaker og løsninger

Årsak til funksjonsfeil	Løsning
Vibrasjon i drivakselen
1. Bøying av akselen på grunn av en hindring	1. Rett ut og balansér den monterte akselen dynamisk, eller bytt ut den monterte akselen
2. Slitasje på lager og kryss	2. Bytt ut lagrene og kryssene, og balansér den monterte akselen dynamisk
3. Slitasje på forlengelsesbøssinger og glideåk	3. Sett på plass forlengelsen og glideåket, og balansér den monterte akselen dynamisk.
Støt når du starter og kjører i friløp
1. Slitasje på glideåksplines eller sekundær girkasseaksel	1. Skift ut slitte deler. Ved utskifting av glideåket må den monterte akselen balanseres dynamisk.
2. Løse bolter som fester flensåket til bakakselens drivhjulsflens	2. Stram til boltene
Oljesøl fra kardangpakninger
Slitasje av korkringer i universaltetninger	Skift ut korkringene, og sørg for at alle drivakseldelene er i riktig posisjon under monteringen. Hvis det er slitasje på kryss og lagre, bytt ut lagrene og kryssene, og balansér den monterte akselen dynamisk.

3. Balansering av drivaksel

Etter at drivakselen er reparert og montert, balanseres den dynamisk på en maskin. Figur 7 viser en av balanseringsmaskinene. Maskinen består av en plate (18), en pendelramme (8) montert på fire vertikale elastiske stenger (3), som sørger for at den svinger i horisontalplanet. En brakett og en fremre spindel (9), festet på en brakett (4), er montert på de langsgående rørene på pendelrammen (8). Den bakre spindelstokken (6) er på en bevegelig travers (5), noe som muliggjør dynamisk balansering av drivaksler med ulik lengde. Spindeldokkens spindler er montert på presisjonskulelagre. Spindelen til den fremre spindeldokken (9) drives av en elektrisk motor som er installert i maskinbasen, gjennom en kilerem og en mellomaksel som det er montert en lem (10) (gradert skive) på. I tillegg er det montert to stativer (15) med uttrekkbare låsepinner (17) på maskinplaten (18), som sikrer fiksering av for- og bakenden av pendelrammen avhengig av balanseringen av drivakslens fremre eller bakre ende.

Figur 7. Dynamisk balanseringsmaskin for drivaksler

1-klemme; 2-dempere; 3-elastisk stang; 4-brakett; 5-flyttbar travers; 6-bakre hodestokk; 7-tverrstang; 8-pendulramme; 9-front kjørende hodestokk; 10-lem-skive; 11-millivoltmeter; 12-lem av kommutator-likretterakselen; 13-magnetoelektrisk sensor; 14-fast stativ; 15-fikseringsstativ; 16-støtte; 17-fikseringsapparat; 18-støtteplate

De faste stativene (14) er montert på baksiden av maskinplaten, og magnetoelektriske sensorer (13) er installert på dem, med stenger koblet til endene av pendelrammen. For å forhindre resonansvibrasjoner i rammen, er dempere (2) fylt med olje installert under brakettene (4).

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.

Drivaksler har noen balanseringsfunksjoner. For de fleste deler er basen for dynamisk balansering støttehalsene (f.eks. rotorer i elektriske motorer, turbiner, spindler, veivaksler osv.), men for drivaksler er det flensene som er utgangspunktet. Under monteringen er det uunngåelig at det oppstår mellomrom i ulike forbindelser, noe som fører til ubalanse. Hvis det ikke er mulig å oppnå den minste ubalansen under balanseringen, blir akselen avvist. Nøyaktigheten ved balansering påvirkes av følgende faktorer:

• Spalte i forbindelsen mellom drivakselflensens landingsbelte og det innvendige hullet i klemmeflensen på venstre og høyre bærebjelke;
• Radial- og endeutslag på flensens grunnflater;
• Gap i hengslene og kileforbindelsene. Tilstedeværelsen av fett i hulrommet i kileforbindelsen kan føre til "flytende" ubalanse. Hvis det hindrer oppnåelse av nødvendig balanseringsnøyaktighet, balanseres drivakselen uten fett.

Noen ubalanser kan være helt ukorrigerbare. Hvis det observeres økt friksjon i kardangleddene på drivakselen, øker den gjensidige påvirkningen av korreksjonsplanene. Dette fører til en reduksjon i balanseringens ytelse og nøyaktighet.

I henhold til OST 37.001.053-74 er følgende ubalansestandarder etablert: drivaksler med to ledd (to-ledd) balanseres dynamisk, og med tre (tre-ledd) – montert med mellomliggende støtte; flensene (gaffelen) på drivaksler og koblinger som veier mer enn 5 kg balanseres statisk før montering av akselen eller koblingen; de gjenværende ubalansestandardene for drivaksler i hver ende eller ved mellomliggende støtte for treleddede drivaksler evalueres ved spesifikk ubalanse;

Maksimal tillatt spesifikk restubalanse i hver ende av akselen eller ved mellomstøtten, samt for treleddede drivaksler i enhver posisjon på balanseringsstativet, skal ikke overstige: for girkasser til personbiler og små lastebiler (opptil 1 tonn) og svært små busser – 6 g-cm/kg, for resten – 10 g-cm/kg. Maksimal tillatt restubalanse for drivakselen eller treleddede drivakselen skal sikres på balanseringsstativet med en rotasjonsfrekvens som tilsvarer deres frekvenser i girkassen ved maksimal kjøretøyhastighet.

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.

For drivaksler og treleddede drivaksler på lastebiler med en lastekapasitet på 4 tonn og over, små og store busser, er det tillatt med en reduksjon i rotasjonsfrekvensen på balanseringsstativet til 70% av drivakslenes rotasjonsfrekvens ved maksimal kjøretøyhastighet. I henhold til OST 37.001.053-74 skal balanseringsrotasjonsfrekvensen til drivakslene være lik:

n_b = (0,7 ... 1,0) n_r,

hvor n_b – balanserende rotasjonsfrekvens (bør samsvare med de viktigste tekniske dataene for stativet, n=3000 min^-1); n_r – maksimal arbeidsrotasjonsfrekvens, min^-1.

I praksis kan drivakselen ikke balanseres ved den anbefalte rotasjonsfrekvensen på grunn av spalten i leddene og splinesforbindelsene. I dette tilfellet velges en annen rotasjonsfrekvens, der den balanserer.

4. Moderne balanseringsmaskiner for drivaksler

Figur 8. Balanseringsmaskin for drivaksler som er opptil 2 meter lange og veier opptil 500 kg

Modellen har 2 stativer og gjør det mulig å balansere i 2 korreksjonsplan.

Figur 9. Balanseringsmaskin for drivaksler med en lengde på opptil 4200 mm og en vekt på opptil 400 kg

Modellen har 4 stativer og gjør det mulig å balansere i 4 korreksjonsplan samtidig.

Figur 10. Horisontal avbalanseringsmaskin med harde lagre for dynamisk balansering av drivaksler

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.

Figur 11. Maskinens støtteelementer for dynamisk balansering av drivaksler

1 - Venstre ikke-justerbar støtte; 2 - Mellomliggende justerbar støtte (2 stk.); 3 - Høyre ikke-justerbar fast støtte; 4 - Låsehåndtak for støtteramme; 5 - Bevegelig støtteplattform; 6 - Vertikal justeringsmutter for støtte; 7 - Låsehåndtak for vertikal posisjon; 8 - Støtteklemmebrakett; 9 - Bevegelig klemme for mellomlager; 10 - Låsehåndtak for klemme; 11 - Låsehåndtak for klemmebrakett; 12 - Drivspindel (fremre) for montering av element; 13 - Drevet spindel

5. Forberedelse for balansering av drivaksel

Nedenfor tar vi for oss oppsettet av maskinstøttene og monteringen av balanseringselementet (drivaksel med fire støtter) på maskinstøttene.

Figur 12. Installasjon av overgangsflenser på avbalanseringsmaskinens spindler

Figur 13. Installasjon av drivakselen på avbalanseringsmaskinens støtter

Figur 14. Horisontal nivellering av drivakselen på avbalanseringsmaskinens støtter ved hjelp av et vaterpass

Figur 15. Feste mellomstøttene på balanseringsmaskinen for å hindre vertikal forskyvning av drivakselen

Roter gjenstanden manuelt en hel omdreining. Kontroller at det roterer fritt og uten å sette seg fast i støttene. Etter dette er den mekaniske delen av maskinen satt opp, og elementinstallasjonen er fullført.

6. Prosedyre for balansering av drivaksel

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.

Videre kan enheten vise grafer over tidsfunksjonen og vibrasjonsspekteret etter vibrasjonshastighet, noe som kan være nyttig for å vurdere den tekniske tilstanden til den balanserte maskinen.

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. Monter vibrasjonssensorene 1, 2, 3, 4 på støttene til balanseringsmaskinen.
2. Koble vibrasjonssensorene til kontaktene X1, X2, X3, X4.
3. Monter fasevinkelsensoren (laserturteller) 5 slik at det nominelle gapet mellom den radiale overflaten (eller endeflaten) på den balanserte rotoren og sensorhuset ligger i området 10 til 300 mm.
4. Fest et refleksmerke med en bredde på minst 10-15 mm på rotoroverflaten.
5. Koble fasevinkelsensoren til kontakt X5.
6. Koble måleenheten til datamaskinens USB-port.
7. Når du bruker nettstrøm, kobler du datamaskinen til strømforsyningsenheten.
8. Koble strømforsyningsenheten til et 220 V, 50 Hz-nettverk.
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.

Før du utfører balansering, anbefales det å foreta målinger i vibrometermodus (F5-knappen).

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

Hvis den totale vibrasjonsstørrelsen V1s (V2s) omtrent samsvarer med rotasjonskomponentens størrelse V1o (V2o), kan det antas at hovedbidraget til mekanismens vibrasjon skyldes ubalanse i rotoren. Hvis den totale vibrasjonsstørrelsen V1s (V2s) overstiger rotasjonskomponenten V1o (V2o) betydelig, anbefales det å inspisere mekanismen – sjekk lagrenes tilstand, sørg for sikker montering på fundamentet, verifiser at rotoren ikke berører stasjonære deler under rotasjon, og vurder påvirkningen av vibrasjoner fra andre mekanismer, osv.

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

Figur 21. Vibrasjonstidsfunksjon og spektrumdiagrammer

Grafen viser ved hvilke frekvenser vibrasjonsnivåene er høyest. Hvis disse frekvensene avviker fra rotasjonsfrekvensen til den balanserte mekanismens rotor, er det nødvendig å identifisere kildene til disse vibrasjonskomponentene og iverksette tiltak for å eliminere dem før balansering.

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 feiljustering: 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.

Det er også viktig å være oppmerksom på stabiliteten til avlesningene i vibrometermodus - amplituden og fasen til vibrasjonen bør ikke endres med mer enn 10-15% under målingen. Ellers kan det hende at mekanismen opererer i nærheten av et resonansområde. I dette tilfellet bør rotorhastigheten justeres.

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).

Før hver påfølgende kjøring bør følgende trinn utføres:

• Stopp rotasjonen til den balanserte maskinens rotor.
• Fjern den tidligere installerte prøvevekten.
• Monter prøvevekten i neste plan.

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

Etter at hver måling er fullført, vil resultatene av rotorens rotasjonsfrekvens (N_ob), samt RMS-verdiene (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) og fasene (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) og installasjonsvinklene (f₁, f₂, f₃, f₄) av de korrigerende vektene som må monteres på rotoren i fire plan for å kompensere for ubalansen.

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

Viktig! Etter at måleprosessen er fullført under den femte kjøringen av den balanserte maskinen, er det nødvendig å stoppe rotorens rotasjon og fjerne den tidligere installerte prøvevekten. Først etter dette kan du fortsette med å installere (eller fjerne) korrigeringsvektene på rotoren.

Vinkelposisjonen for å legge til (eller fjerne) korrigeringsvekten på rotoren i polarkoordinatsystemet måles fra plasseringen av prøvevekten. Vinkelmåleretningen sammenfaller med rotorens rotasjonsretning. Ved balansering med blader, sammenfaller bladet på den balanserte rotoren, betinget ansett som det første bladet, med plasseringen av prøvevekten. Nummereringsretningen til bladene som er angitt på dataskjermen, følger rotorens rotasjonsretning.

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) og RMS-verdiene (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) og faser (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. Anbefalte avbalanseringsnøyaktighetsklasser for stive rotorer

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_per·Ω, where e_per 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_per = 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.

Tabell 2. Anbefalte avbalanseringsnøyaktighetsklasser for stive rotorer.

Typer maskiner (rotorer)	Balanserende nøyaktighetsklasse	Balance quality grade G = eper·Ω, mm/s
Veivaksler (strukturelt ubalanserte) for store lavhastighets marine dieselmotorer (stempelhastighet mindre enn 9 m/s)	G 4000	4000
Veivaksler (strukturelt balanserte) for store marine dieselmotorer med lav hastighet (stempelhastighet mindre enn 9 m/s)	G 1600	1600
Veivaksler (strukturelt ubalanserte) på vibrasjonsisolatorer	G 630	630
Veivaksler (strukturelt ubalanserte) på stive støtter	G 250	250
Stempelmotorer montert for personbiler, lastebiler og lokomotiver	G 100	100
Veivaksler (strukturelt balanserte) på vibrasjonsisolatorer	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Landbruksmaskiner	G 16	16
Veivaksler (balanserte) på stive støtter	G 16	16
Knusere	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
Gassturbiner for fly	G 6.3	6.3
Sentrifuger (separatorer, settlere)	G 6.3	6.3
Elektriske motorer og generatorer (med en akselhøyde på minst 80 mm) med en maksimal nominell rotasjonshastighet på opptil 950 min.-1	G 6.3	6.3
Elektriske motorer med en akselhøyde på mindre enn 80 mm	G 6.3	6.3
Vifter	G 6.3	6.3
Girdrev	G 6.3	6.3
Allsidige maskiner	G 6.3	6.3
Maskiner for skjæring av metall	G 6.3	6.3
Maskiner for papirproduksjon	G 6.3	6.3
Pumper	G 6.3	6.3
Turbolader	G 6.3	6.3
Vannturbiner	G 6.3	6.3
Kompressorer	G 6.3	6.3
Datastyrte drivenheter	G 2,5	2.5
Elektriske motorer og generatorer (med en akselhøyde på minst 80 mm) med en maksimal nominell rotasjonshastighet på over 950 min.-1	G 2,5	2.5
Gass- og dampturbiner	G 2,5	2.5
Drivverk for metallskjæremaskiner	G 2,5	2.5
Tekstilmaskiner	G 2,5	2.5
Stasjoner for lyd- og videoutstyr	G 1	1
Drivverk for slipemaskiner	G 1	1
Spindler og drivverk til høypresisjonsutstyr	G 0,4	0.4

Ofte stilte spørsmål om balansering av drivaksel

Hva er balansering av drivakselen?

Balansering av drivakselen er prosessen med å korrigere enhver masseubalanse i en drivaksel slik at den roterer jevnt uten å forårsake vibrasjoner. Dette innebærer å måle hvor akselen er tyngre på den ene siden og deretter legge til eller fjerne små mengder vekt (for eksempel sveise på balanseringsvekter) for å motvirke denne ubalansen. En balansert drivaksel går jevnt, noe som forhindrer overdreven vibrasjon og slitasje på kjøretøykomponenter.

Hvorfor er det viktig å balansere drivakselen?

En ubalansert drivaksel kan føre til sterke vibrasjoner, spesielt ved visse hastigheter, og kan forårsake klonkende lyder under akselerasjon eller girskift. Over tid kan disse vibrasjonene skade lagre, universalledd og andre drivverkskomponenter. Balansering av drivakselen eliminerer disse vibrasjonene, noe som sikrer en jevnere kjøring, reduserer belastningen på deler og forhindrer kostbare skader eller nedetid.

Hva er vanlige symptomer på en ubalansert drivaksel?

Typiske symptomer på en ubalansert eller defekt drivaksel inkluderer merkbar vibrasjon eller risting i bilgulvet eller setet, spesielt når hastigheten øker. Du kan også høre banke- eller skranglingslyder når du girer eller under akselerasjon og nedbremsing. I noen tilfeller kan universalleddet overopphetes på grunn av ubalanse. Hvis du observerer disse tegnene, er det sannsynlig at drivakselen trenger balansering eller reparasjon.

Hvordan balanserer man en drivaksel?

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.

Konklusjon

Avslutningsvis er riktig balansering av drivakselen avgjørende for sikkerhet, ytelse og kostnadsbesparelser. 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.

Hvis du opplever vedvarende vibrasjoner i drivakselen eller trenger en pålitelig balanseringsløsning, ikke nøl med å handle. Følg trinnene som er beskrevet i denne veiledningen, eller ta kontakt med våre eksperter for å få hjelp. Med riktig tilnærming og utstyr kan du sikre at drivakselen din går jevnt og pålitelig i årene som kommer. Kontakt oss for å lære mer eller utforske det beste utstyret for balansering av drivakselen for dine behov.