Balanceren van aandrijfassen: uitgebreide handleiding

Stel je voor dat je in een vrachtwagen rijdt en plotseling een harde trilling voelt of een harde klik hoort bij het accelereren of schakelen. Dit is meer dan alleen maar hinderlijk – het kan ook wijzen op een ongebalanceerde aandrijfas. Voor ingenieurs en technici wijzen dergelijke trillingen en geluiden op verlies van efficiëntie, versnelde slijtage van componenten en mogelijk kostbare stilstand als ze niet worden aangepakt.

In deze uitgebreide gids bieden we praktische oplossingen voor problemen met de aandrijfasbalans. U leert wat een aandrijfas is en waarom deze gebalanceerd moet worden, herkent de veelvoorkomende storingen die trillingen of geluid veroorzaken en volgt een duidelijk stapsgewijs proces voor dynamische aandrijfasbalans. Door deze best practices toe te passen, kunt u geld besparen op reparaties, de tijd die nodig is voor het oplossen van problemen verkorten en ervoor zorgen dat uw machine of voertuig betrouwbaar werkt met minimale trillingen.

Inhoudsopgave

• 1. Soorten aandrijfassen
• 2. Storingen aan de cardanaandrijving
• 3. Aandrijfas balanceren
• 4. Moderne balanceermachines voor aandrijfassen
• 5. Voorbereiding voor uitbalanceren van de aandrijfas
• 6. Procedure voor het uitbalanceren van de aandrijfas
• 7. Aanbevolen balanceernauwkeurigheidsklassen voor starre rotoren

1. Soorten aandrijfassen

Een cardanaandrijving (aandrijfas) is een mechanisme dat koppel overbrengt tussen assen die elkaar snijden in het midden van de cardankoppeling en onder een hoek ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. In een voertuig brengt de aandrijfas het koppel over van de versnellingsbak (of tussenbak) naar de aangedreven assen in het geval van een klassieke of vierwielaangedreven configuratie. Bij voertuigen met vierwielaandrijving verbindt de cardankoppeling meestal de aangedreven as van de versnellingsbak met de aandrijfas van de tussenbak, en de aangedreven assen van de tussenbak met de aandrijfassen van de hoofdaandrijvingen van de aangedreven assen.

Aan het frame gemonteerde units (zoals de versnellingsbak en de verdeelbak) kunnen ten opzichte van elkaar bewegen door de vervorming van hun steunen en het frame zelf. De aandrijfassen zijn via de ophanging aan het frame bevestigd en kunnen ten opzichte van het frame en de daarop gemonteerde units bewegen door de vervorming van de elastische elementen van de ophanging. Deze beweging kan niet alleen de hoeken van de aandrijfassen die de units verbinden veranderen, maar ook de afstand tussen de units.

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.

Cardanaandrijvingen kunnen bestaan uit een of meer cardankoppelingen die verbonden zijn door aandrijfassen en tussensteunen.

Figuur 1. Schema van een cardanaandrijving: 1, 4, 6 - aandrijfassen; 2, 5 - cardankoppelingen; 3 - compensatieverbinding; u1, u2 - hoeken tussen de assen

Over het algemeen bestaat een cardankoppeling uit cardankoppelingen 2 en 5, aandrijfassen 1, 4 en 6, en een compensatieverbinding 3. Soms is de aandrijfas gemonteerd op een tussenligger die aan de dwarsbalk van het voertuigchassis is bevestigd. Cardankoppelingen zorgen voor de overbrenging van koppel tussen assen waarvan de assen elkaar onder een hoek snijden. Cardankoppelingen worden onderverdeeld in niet-gelijkmatige en homokinetische koppelingen. Homokinetische koppelingen worden verder onderverdeeld in elastische en stijve koppelingen. Homokinetische koppelingen kunnen kogelgewrichten met verdeelgroeven, kogelgewrichten met verdeelhefboom en nokkengewrichten zijn. Ze worden doorgaans gemonteerd in de aandrijving van de voorste, aangestuurde wielen, waar de hoek tussen de assen 45° kan bereiken en het midden van de cardankoppeling moet samenvallen met het snijpunt van de rotatieassen van het wiel en de draaias.

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.

Figuur 2. Schema van een starre universele koppeling met niet-uniforme snelheid

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.

Als de niet-uniforme rotatie van as 2 wordt overgedragen op de assen van de eenheden, zullen er extra pulserende belastingen optreden in de overdracht, die toenemen met de hoek γ. Om te voorkomen dat de niet-uniforme rotatie van as 2 wordt overgedragen op de assen van de eenheden, worden er twee cardankoppelingen gebruikt in de cardanaandrijving. Ze worden zo geïnstalleerd dat de hoeken γ1 en γ2 gelijk zijn; de vorken van de kruiskoppelingen, die op de niet-uniform roterende as 4 zijn bevestigd, moeten in hetzelfde vlak liggen.

Het ontwerp van de belangrijkste onderdelen van cardankoppelingen is weergegeven in figuur 3. Een cardankoppeling met ongelijke snelheid bestaat uit twee jukken (1) die met elkaar verbonden zijn door een kruis (3). Eén van de jukken heeft soms een flens, terwijl het andere aan de aandrijfasbuis is gelast of een gegroefd uiteinde (6) (of huls) heeft voor verbinding met de aandrijfas. De tappen van het kruis zijn in de ogen van beide jukken gemonteerd op naaldlagers (7). Elk lager is ondergebracht in een behuizing (2) en wordt in het oog van het juk vastgehouden door een kap, die met twee bouten aan het juk is bevestigd, die met lipjes op de ring zijn vergrendeld. In sommige gevallen worden de lagers met borgringen in de jukken vastgezet. Om de smering in het lager te behouden en het te beschermen tegen water en vuil, is er een rubberen zelfborgende afdichting. De binnenruimte van het kruis is gevuld met vet via een smeernippel, die de lagers bereikt. Het kruisstuk is doorgaans voorzien van een veiligheidsventiel om de afdichting te beschermen tegen beschadiging door de druk van het vet dat in het kruisstuk wordt gepompt. De spieverbinding (6) wordt gesmeerd met behulp van de smeernippel (5).

Figuur 3. Details van een starre universele koppeling met niet-uniforme snelheid

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.

Bij de overbrengingen van hogesnelheidsrupsvoertuigen worden vaak kruiskoppelingen met tandwielkoppelingen gebruikt. Deze maken de overbrenging van koppel tussen assen mogelijk waarvan de assen elkaar onder een hoek tot 1,5...2° snijden.

Aandrijfassen worden meestal gemaakt van buizen, met speciale naadloze of gelaste stalen buizen. De jukken van de cardankoppelingen, splinebussen of uiteinden worden aan de buizen gelast. Om de dwarsbelasting op de aandrijfas te verminderen, wordt dynamisch gebalanceerd terwijl de cardankoppelingen gemonteerd zijn. Onbalans wordt gecorrigeerd door balanceerplaten aan de aandrijfas te lassen of soms door balanceerplaten onder de lagerkappen van de cardankoppelingen te monteren. De relatieve positie van de spleineverbindingsdelen na montage en balanceren van de cardanaandrijving in de fabriek wordt meestal aangegeven met speciale markeringen.

De compenserende verbinding van de kruiskoppeling wordt meestal gemaakt in de vorm van een splinesverbinding, waardoor de onderdelen van de kruiskoppeling axiaal kunnen bewegen. Deze bestaat uit een splinedtap die in de splinedop van de cardanaandrijving past. Smering wordt via een vetfitting in de spieverbinding gebracht of tijdens de montage aangebracht en na langdurig gebruik van het voertuig vervangen. Om vetlekkage en verontreiniging te voorkomen, worden meestal een afdichting en een deksel geïnstalleerd.

Voor lange aandrijfassen worden meestal tussensteunen gebruikt in cardanaandrijvingen. Een tussensteun bestaat meestal uit een beugel die met bouten aan de dwarsbalk van het voertuigframe is bevestigd en waarin een kogellager in een rubberen elastische ring is gemonteerd. Het lager is aan beide zijden afgedicht met doppen en heeft een smeervoorziening. De elastische rubberen ring helpt bij het compenseren van onnauwkeurigheden bij de montage en uitlijnfouten van het lager die kunnen ontstaan door vervormingen van het frame.

Een cardankoppeling met naaldlagers (figuur 4a) bestaat uit jukken, een kruis, naaldlagers en afdichtingen. De koppen met naaldlagers worden op de tappen van het kruis gemonteerd en afgedicht met afdichtingen. De cups worden in de jukken vastgezet met borgringen of doppen die met schroeven worden vastgezet. De cardankoppelingen worden gesmeerd door een vetfitting via interne boringen in het kruis. Er wordt een veiligheidsklep gebruikt om een te hoge oliedruk in de koppeling te voorkomen. Tijdens uniforme rotatie van het aandrijvende juk roteert het aangedreven juk niet-uniform: het gaat twee keer per omwenteling vooruit en achteruit achter het aandrijvende juk. Om niet-uniforme rotatie te elimineren en traagheidsbelastingen te verminderen, worden twee kruiskoppelingen gebruikt.

In de aandrijving naar de voorwielen zijn kruiskoppelingen met constante snelheid geïnstalleerd. De aandrijving van de kruiskoppelingen van de voertuigen GAZ-66 en ZIL-131 bestaat uit jukken 2, 5 (figuur 4b), vier kogels 7 en een centrale kogel 8. Het aandrijfjuk 2 is een geheel met de binnenas, terwijl het aangedreven juk is samengesmeed met de buitenas, aan het uiteinde waarvan de wielnaaf is bevestigd. Het aandrijfmoment van juk 2 naar juk 5 wordt overgebracht door kogels 7, die langs cirkelvormige groeven in de jukken bewegen. De centrale kogel 8 dient om de jukken te centreren en wordt op zijn plaats gehouden door tapeinden 3, 4. De rotatiefrequentie van de jukken 2 en 5 is hetzelfde door de symmetrie van het mechanisme ten opzichte van de jukken. De verandering in aslengte wordt verzekerd door de vrije spieverbindingen van de jukken met de as.

Figuur 4. Universele koppeling: a — universele koppeling: 1 — kap; 2 — kop; 3 — naaldlager; 4 — afdichting; 5, 9 — jukken; 6 — veiligheidsklep; 7 — kruis; 8 — smeernippel; 10 — schroef; b — homokinetische koppeling: 1 — binnenas; 2 — aandrijfjuk; 3, 4 — tapeinden; 5 — aangedreven juk; 6 — buitenas; 7 — kogels; 8 — centrale kogel

2. Storingen aan de cardanaandrijving

Defecten aan cardankoppelingen manifesteren zich meestal als scherpe klappen in de cardankoppelingen die optreden wanneer het voertuig in beweging is, vooral tijdens het schakelen tussen versnellingen en plotselinge verhogingen van het toerental van de krukas van de motor (bijvoorbeeld bij de overgang van remmen op accelereren). Een teken van een defecte cardankoppeling kan zijn dat deze opwarmt tot een hoge temperatuur (meer dan 100°C). Dit gebeurt door aanzienlijke slijtage van de bussen en tappen van de kruiskoppeling, naaldlagers, kruisen en splines, wat leidt tot een verkeerde uitlijning van de kruiskoppeling en aanzienlijke axiale impactbelastingen op de naaldlagers. Beschadiging van de kurkafdichtingen van het kruis van de kruiskoppeling leidt tot snelle slijtage van de tappen en de lagers daarvan.

Tijdens het onderhoud wordt de cardanaandrijving gecontroleerd door de aandrijfas met de hand in beide richtingen scherp te draaien. De mate van vrije rotatie van de as bepaalt de slijtage van de cardankoppelingen en splines. Elke 8-10 duizend kilometer wordt de toestand van de boutverbindingen van de flenzen van de aangedreven as van de versnellingsbak en de aandrijfas van het hoofdtandwiel met de flenzen van de eind cardankoppelingen en de bevestiging van de tussensteun van de aandrijfas gecontroleerd. De toestand van de rubberen laarzen op de splines en de kurken afdichtingen van de kruiskoppelingen wordt ook gecontroleerd. Alle bevestigingsbouten moeten volledig worden aangedraaid (aanhaalmoment 8-10 kgf-m).

Naaldlagers van de cardankoppelingen worden gesmeerd met vloeibare olie die wordt gebruikt voor transmissie-eenheden; splines in de meeste voertuigen worden gesmeerd met vetten (US-1, US-2, 1-13, enz.); het gebruik van vet voor het smeren van naaldlagers is ten strengste verboden. Bij sommige voertuigen worden de splines gesmeerd met transmissieolie. Het tussenlager, dat in een rubberen hoes is gemonteerd, hoeft praktisch niet gesmeerd te worden omdat het tijdens de montage in de fabriek wordt gesmeerd. Het steunlager van de ZIL-130 wordt tijdens regulier onderhoud (elke 1100-1700 km) gesmeerd met vet via een smeernippel.

Figuur 5. Aandrijving met universele koppeling: 1 — flens voor bevestiging van de aandrijfas; 2 — kruis van de universele koppeling; 3 — juk van de universele koppeling; 4 — schuifjuk; 5 — buis van de aandrijfas; 6 — naaldlager met gesloten uiteinde

De cardanaandrijving bestaat uit twee cardankoppelingen met naaldlagers, verbonden door een holle as, en een glijjuk met evolvente splines. Om te zorgen voor een betrouwbare bescherming tegen vuil en een goede smering van de spleineverbinding, is het schuifjuk (6), dat verbonden is met de secundaire as (2) van de versnellingsbak, geplaatst in een verlengstuk (1) dat aan de behuizing van de versnellingsbak is bevestigd. Bovendien verhoogt deze locatie van de spleineverbinding (buiten de zone tussen de verbindingen) de stijfheid van de cardanaandrijving aanzienlijk en vermindert de kans op astrillingen wanneer de glijdende spleineverbinding verslijt.

De aandrijfas bestaat uit een dunwandige, elektrisch gelaste buis (8), waarin aan beide uiteinden twee identieke jukken (9) zijn geperst en vervolgens booggelast. De naaldlagerhuizen (18) van het kruis (25) zijn in de ogen van de jukken (9) geperst en vastgezet met veerborgringen (20). Elk kruiskoppelingslager bevat 22 naalden (21). Gestempelde doppen (24) zijn op de uitstekende tappen van de kruisen geperst, waarin kurkringen (23) zijn gemonteerd. De lagers worden gesmeerd met een hoeksmeernippel (17) die in een schroefdraadgat in het midden van het kruis is geschroefd en is verbonden met doorgaande kanalen in de tappen van het kruis. Aan de tegenoverliggende zijde van het kruisstuk van de kruiskoppeling bevindt zich in het midden een veiligheidsventiel (16). Dit ventiel is ontworpen om overtollig vet af te voeren tijdens het vullen van het kruisstuk en de lagers, en om drukopbouw in het kruisstuk tijdens bedrijf te voorkomen (het ventiel wordt geactiveerd bij een druk van ongeveer 3,5 kg/cm²). Het is noodzakelijk om een veiligheidsventiel te installeren, omdat een te hoge drukstijging in het kruisstuk kan leiden tot beschadiging (extrusie) van de kurkafdichtingen.

Figuur 6. Aandrijfas: 1 - versnellingsbakverlenging; 2 - secundaire as van de versnellingsbak; 3 en 5 - vuilafleiders; 4 - rubberen afdichtingen; 6 - schuifjuk; 7 - balanceerplaat; 8 - aandrijfasbuis; 9 - juk; 10 - flensjuk; 11 - bout; 12 - flens van het aandrijftandwiel van de achteras; 13 - veerring; 14 - moer; 15 - achteras; 16 - veiligheidsklep; 17 - hoekige smeernippel; 18 - naaldlager; 19 - jukoog; 20 - veerborgring; 21 - naald; 22 - ring met toroïdaal uiteinde; 23 - kurkring; 24 - gestempelde dop; 25 - kruis

De aandrijfas, gemonteerd met beide kruiskoppelingen, wordt aan beide uiteinden zorgvuldig dynamisch gebalanceerd door balanceerplaten (7) aan de buis te lassen. Daarom moeten bij het demonteren van de as alle onderdelen zorgvuldig worden gemarkeerd, zodat ze in hun oorspronkelijke positie kunnen worden gemonteerd. Het niet opvolgen van deze instructie verstoort de balans van de as en veroorzaakt trillingen die de transmissie en de carrosserie kunnen beschadigen. Als afzonderlijke onderdelen slijten, met name als de buis door een botsing buigt en het na montage onmogelijk wordt om de as dynamisch te balanceren, moet de gehele as worden vervangen.

Mogelijke storingen aan de aandrijfas, hun oorzaken en oplossingen

Oorzaak van storing	Oplossing
Trillingen in de aandrijfas
1. Asbuiging door een obstakel	1. Maak de geassembleerde as recht en balanceer deze dynamisch of vervang de geassembleerde as.
2. Lager- en kruisslijtage	2. Vervang de lagers en kruizen en balanceer de geassembleerde as dynamisch.
3. Slijtage van verlengbussen en glijjuk	3. Vervang de verlengbussen en het glijjuk en balanceer de geassembleerde as dynamisch.
Kloppen bij starten en drijfloos draaien
1. Slijtage van splines van glijjuk of secundaire versnellingsbakas	1. Vervang versleten onderdelen. Wanneer u het schuifjuk vervangt, moet u de geassembleerde as dynamisch uitbalanceren.
2. Losse bouten waarmee het flensjuk is bevestigd aan de flens van het aandrijftandwiel van de achteras	2. Bouten vastdraaien
Olieslingeren uit cardankoppelingsafdichtingen
Slijtage van kurkringen in universele koppelingsafdichtingen	Vervang de kurkringen en handhaaf de relatieve positie van alle onderdelen van de aandrijfas tijdens de hermontage. Vervang bij slijtage aan kruizen en lagers de lagers en kruizen en balanceer de geassembleerde as dynamisch.

3. Aandrijfas balanceren

Na reparatie en montage wordt de aandrijfas dynamisch gebalanceerd op een machine. Een ontwerp van een balanceermachine wordt getoond in Figuur 7. De machine bestaat uit een plaat (18), een slingerframe (8) gemonteerd op vier verticale elastische stangen (3), waardoor de slinger in het horizontale vlak slingert. Een beugel en voorkop (9), bevestigd op een beugel (4), zijn gemonteerd op de langsbuizen van het slingerframe (8). De achterste kop (6) bevindt zich op een beweegbare traverse (5), die het dynamisch uitbalanceren van aandrijfassen van verschillende lengte mogelijk maakt. De spindels van de koppen zijn gemonteerd op precisiekogellagers. De spindel van de voorste kop (9) wordt aangedreven door een elektromotor die in de machinebasis is geïnstalleerd, via een V-riemaandrijving en een tussenas waarop een gradenschijf (10) (gegradueerde schijf) is gemonteerd. Bovendien zijn er twee steunen (15) met intrekbare borgpennen (17) geïnstalleerd op de machineplaat (18), die zorgen voor de bevestiging van de voor- en achterkant van het pendelframe, afhankelijk van de uitbalancering van de voor- of achterkant van de aandrijfas.

Afbeelding 7. Dynamische balanceermachine voor aandrijfassen

1-klem; 2-dempers; 3-elastische stang; 4-beugel; 5-verplaatsbare traverse; 6-achterste kop; 7-kruisbalk; 8-pendelframe; 9-voorste aandrijfkop; 10-gradenschijf; 11-millivoltmeter; 12-gradenschijf van de commutator-gelijkrichteras; 13-magneto-elektrische sensor; 14-vast statief; 15-fixeerstatief; 16-steun; 17-fixator; 18-steunplaat

De vaste staanders (14) zijn aan de achterkant van de machineplaat gemonteerd en daarop zijn magneto-elektrische sensoren (13) geïnstalleerd met stangen die verbonden zijn met de uiteinden van het slingerframe. Om resonantietrillingen van het frame te voorkomen, worden dempers (2) gevuld met olie onder de steunen (4) geïnstalleerd.

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.

Aandrijfassen hebben een aantal balanceereigenschappen. Voor de meeste onderdelen is de basis voor dynamisch uitbalanceren de steunhalzen (bijv. rotors van elektromotoren, turbines, spindels, krukassen, enz.), maar voor aandrijfassen zijn het de flenzen. Tijdens de assemblage zijn er onvermijdelijke openingen in verschillende verbindingen die leiden tot onbalans. Als de minimale onbalans niet kan worden bereikt tijdens het balanceren, wordt de as afgekeurd. De nauwkeurigheid van het balanceren wordt beïnvloed door de volgende factoren:

• Speling in de verbinding tussen de passingsband van de aandrijfasflens en het binnenste gat van de klemflens van de linker en rechter steunbok;
• Radiale en axiale loopafwijking van de basisoppervlakken van de flens;
• Gaten in de scharnier- en spieverbindingen. De aanwezigheid van vet in de holte van de spieverbinding kan leiden tot "zwevende" onbalans. Als dit de vereiste balanceernauwkeurigheid verhindert, wordt de aandrijfas zonder vet gebalanceerd.

Sommige onbalansen kunnen volledig oncorrigeerbaar zijn. Als de wrijving in de cardankoppelingen van de aandrijfas toeneemt, neemt de onderlinge invloed van de correctievlakken toe. Dit leidt tot een afname van de prestaties en nauwkeurigheid van het balanceren.

Volgens OST 37.001.053-74 worden de volgende onbalansnormen vastgesteld: aandrijfassen met twee gewrichten (twee-ondersteuning) worden dynamisch gebalanceerd, en met drie (drie-ondersteuning) - gemonteerd met de tussenliggende ondersteuning; de flenzen (jukken) van aandrijfassen en koppelingen met een gewicht van meer dan 5 kg worden statisch gebalanceerd voordat de as of koppeling wordt gemonteerd; de normen voor resterende onbalans voor aandrijfassen aan elk uiteinde of bij de tussenliggende ondersteuning van aandrijfassen met drie gewrichten worden geëvalueerd door specifieke onbalans;

De maximaal toelaatbare specifieke restonbalans aan elk uiteinde van de as of aan de tussenliggende steun, evenals voor aandrijfassen met drie koppelingen in elke positie op de balanceerbank, mag niet hoger zijn dan: voor transmissies van personenauto's en lichte vrachtwagens (tot 1 ton) en zeer kleine bussen – 6 g-cm/kg, voor de rest – 10 g-cm/kg. De maximaal toelaatbare restonbalans van de aandrijfas of aandrijfas met drie koppelingen moet op de balanceerbank worden gewaarborgd bij een rotatiefrequentie die overeenkomt met hun frequenties in de transmissie bij de maximale voertuigsnelheid.

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.

Voor aandrijfassen en driepuntsaandrijfassen van vrachtwagens met een laadvermogen van 4 ton en meer, en van kleine en grote bussen, is een verlaging van de rotatiefrequentie op de balanceerbank tot 70% van de rotatiefrequentie van de transmissieassen bij maximale voertuigsnelheid toegestaan. Volgens OST 37.001.053-74 moet de rotatiefrequentie van de aandrijfassen bij balanceren gelijk zijn aan:

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

waarbij n_b – balancerende rotatiefrequentie (moet overeenkomen met de belangrijkste technische gegevens van de standaard, n=3000 min^-1); n_r – maximale werkrotatiefrequentie, min^-1.

In de praktijk kan de aandrijfas niet worden gebalanceerd bij de aanbevolen rotatiefrequentie vanwege de speling in de verbindingen en splines. In dit geval wordt een andere rotatiefrequentie gekozen waarbij de as wel in balans is.

4. Moderne balanceermachines voor aandrijfassen

Afbeelding 8. Balanceermachine voor aandrijfassen tot 2 meter lang, met een gewicht tot 500 kg

Het model heeft 2 statieven en maakt balanceren in 2 correctievlakken mogelijk.

Afbeelding 9. Balanceermachine voor aandrijfassen tot 4200 mm lang, met een gewicht tot 400 kg

Het model heeft 4 statieven en maakt balanceren in 4 correctievlakken tegelijk mogelijk.

Afbeelding 10. Horizontale harde lagerbalanceermachine voor het dynamisch balanceren van aandrijfassen

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.

Afbeelding 11. Machineondersteuningselementen voor het dynamisch uitbalanceren van aandrijfassen

1 - Niet-verstelbare steun links; 2 - Tussenliggende verstelbare steun (2 stuks); 3 - Niet-verstelbare vaste steun rechts; 4 - Vergrendelingshendel steunframe; 5 - Verplaatsbaar steunplateau; 6 - Moer voor verticale verstelling steun; 7 - Vergrendelingshendels verticale positie; 8 - Klemsteun steun; 9 - Beweegbare klem met tussenlager; 10 - Vergrendelingshendel klem; 11 - Vergrendeling klemsteun; 12 - Aandrijfspil (voorloop) voor montage van item; 13 - Aangedreven spil

5. Voorbereiding voor uitbalanceren van de aandrijfas

Hieronder bespreken we de opstelling van de machinesteunen en de installatie van het balanceeronderdeel (aandrijfas met vier steunen) op de machinesteunen.

Afbeelding 12. Installatie van overgangsflenzen op de spillen van de balanceermachine

Afbeelding 13. Installatie van de aandrijfas op de steunen van de balanceermachine

Afbeelding 14. Horizontaal waterpas stellen van de aandrijfas op de steunen van de balanceermachine met behulp van een waterpas met luchtbel

Afbeelding 15. Bevestiging van de tussensteunen van de balanceermachine om verticale verplaatsing van de aandrijfas te voorkomen

Draai het voorwerp handmatig een volledige slag. Zorg ervoor dat het vrij draait en niet vastloopt op de steunen. Hierna is het mechanische gedeelte van de machine ingesteld en is de installatie van het voorwerp voltooid.

6. Procedure voor het uitbalanceren van de aandrijfas

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.

Bovendien kunnen met het apparaat grafieken van de tijdfunctie en het trillingsspectrum per trillingssnelheid worden weergegeven, wat nuttig kan zijn bij het beoordelen van de technische staat van de gebalanceerde machine.

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. Installeer trillingssensoren 1, 2, 3, 4 op de steunen van de balanceermachine.
2. Sluit de trillingssensoren aan op connectors X1, X2, X3, X4.
3. Installeer de fasehoeksensor (lasertachometer) 5 zodanig dat de nominale opening tussen het radiale (of eind-) oppervlak van de gebalanceerde rotor en de sensorbehuizing tussen 10 en 300 mm is.
4. Bevestig een reflecterende tape met een breedte van minstens 10-15 mm op het rotoroppervlak.
5. Sluit de fasehoeksensor aan op connector X5.
6. Sluit de meeteenheid aan op de USB-poort van de computer.
7. Als u netvoeding gebruikt, sluit u de computer aan op de voedingseenheid.
8. Sluit de voeding aan op een 220 V, 50 Hz netwerk.
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.

Voordat u overgaat tot balancering, wordt aanbevolen metingen uit te voeren in de vibrometermodus (F5-toets).

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

Als de totale trillingssterkte V1s (V2s) ongeveer overeenkomt met de rotatiecomponentsterkte V1o (V2o), kan worden aangenomen dat de belangrijkste bijdrage aan de trillingen van het mechanisme te wijten is aan onbalans in de rotor. Als de totale trillingssterkte V1s (V2s) de rotatiecomponent V1o (V2o) aanzienlijk overschrijdt, is het raadzaam het mechanisme te inspecteren. Controleer de staat van de lagers, zorg voor een veilige bevestiging op de fundering, controleer of de rotor tijdens de rotatie geen stilstaande onderdelen raakt en houd rekening met de invloed van trillingen van andere mechanismen, enz.

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

Afbeelding 21. Trillingstijdfunctie en spectrumgrafieken

De grafiek laat zien bij welke frequenties de trillingsniveaus het hoogst zijn. Als deze frequenties afwijken van de rotatiefrequentie van de rotor van het gebalanceerde mechanisme, is het noodzakelijk om de bronnen van deze trillingscomponenten te identificeren en maatregelen te nemen om deze te elimineren vóór het balanceren.

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 verkeerde uitlijning: 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.

Het is ook belangrijk om aandacht te besteden aan de stabiliteit van de meetwaarden in vibrometermodus - de amplitude en fase van de trilling mogen tijdens de meting niet meer dan 10-15% veranderen. Anders werkt het mechanisme mogelijk in de buurt van een resonantiegebied. In dat geval moet de rotorsnelheid worden aangepast.

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).

Voor elke volgende run moeten de volgende stappen worden uitgevoerd:

• Stop de rotatie van de rotor van de gebalanceerde machine.
• Verwijder het eerder geïnstalleerde testgewicht.
• Installeer het testgewicht in het volgende vlak.

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

Na het voltooien van elke meting worden de resultaten van de rotatiefrequentie van de rotor (N) weergegeven._ob), evenals de RMS-waarden (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) en de fasen (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) en de installatiehoeken (f₁, f₂, f₃, f₄) van de correctiegewichten die in vier vlakken op de rotor moeten worden aangebracht om de onbalans te compenseren.

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

Attentie! Na voltooiing van de meting tijdens de vijfde run van de gebalanceerde machine, is het noodzakelijk om de rotatie van de rotor te stoppen en het eerder geïnstalleerde proefgewicht te verwijderen. Pas daarna kunt u doorgaan met het installeren (of verwijderen) van de correctiegewichten op de rotor.

De hoekpositie voor het toevoegen (of verwijderen) van het correctiegewicht aan de rotor in het poolcoördinatensysteem wordt gemeten vanaf de locatie waar het proefgewicht is geïnstalleerd. De meetrichting van de hoek valt samen met de draairichting van de rotor. Bij balanceren met bladen valt het blad van de gebalanceerde rotor, dat voorwaardelijk als eerste blad wordt beschouwd, samen met de installatielocatie van het proefgewicht. De nummering van de bladen die op het computerscherm wordt weergegeven, volgt de draairichting van de rotor.

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) en de RMS-waarden (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) en fasen (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. Aanbevolen balanceernauwkeurigheidsklassen voor starre rotoren

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.

Tabel 2. Aanbevolen balanceernauwkeurigheidsklassen voor starre rotoren.

Soorten machines (Rotoren)	Balanceernauwkeurigheidsklasse	Balance quality grade G = eper·Ω, mm/s
Aandrijfkrukassen (structureel ongebalanceerd) voor grote scheepsdieselmotoren met laag toerental (zuigersnelheid minder dan 9 m/s)	G 4000	4000
Aandrijfkrukassen (structureel gebalanceerd) voor grote scheepsdieselmotoren met laag toerental (zuigersnelheid minder dan 9 m/s)	G 1600	1600
Aandrijfkrukassen (structureel ongebalanceerd) op trillingsisolatoren	G 630	630
Aandrijfkrukassen (structureel ongebalanceerd) op stijve steunen	G 250	250
Zuigermotoren geassembleerd voor personenauto's, vrachtwagens en locomotieven	G 100	100
Aandrijfkrukassen (structureel gebalanceerd) op trillingsisolatoren	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Landbouwmachines	G 16	16
Aandrijfkrukassen (gebalanceerd) op starre ondersteuningen	G 16	16
Breekmachines	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
Gasturbines voor vliegtuigen	G 6.3	6.3
Centrifuges (afscheiders, bezinkers)	G 6.3	6.3
Elektromotoren en generatoren (met een ashoogte van minstens 80 mm) met een maximaal nominaal toerental tot 950 min⁻¹-1	G 6.3	6.3
Elektromotoren met een ashoogte van minder dan 80 mm	G 6.3	6.3
Ventilatoren	G 6.3	6.3
Tandwielaandrijvingen	G 6.3	6.3
Machines voor algemeen gebruik	G 6.3	6.3
Metaalsnijmachines	G 6.3	6.3
Papiermachines	G 6.3	6.3
Pompen	G 6.3	6.3
Turboladers	G 6.3	6.3
Waterturbines	G 6.3	6.3
Compressoren	G 6.3	6.3
Computergestuurde aandrijvingen	G 2,5	2.5
Elektromotoren en generatoren (met een ashoogte van minstens 80 mm) met een maximaal nominaal toerental van meer dan 950 min⁻¹-1	G 2,5	2.5
Gas- en stoomturbines	G 2,5	2.5
Aandrijvingen voor metaalsnijmachines	G 2,5	2.5
Textielmachines	G 2,5	2.5
Aandrijvingen voor audio- en videoapparatuur	G 1	1
Aandrijvingen voor slijpmachines	G 1	1
Spindels en aandrijvingen van hogeprecisieapparatuur	G 0,4	0.4

Veelgestelde vragen over het balanceren van aandrijfassen

Wat is aandrijfasbalancering?

Balanceren van een aandrijfas is het proces waarbij een eventuele massa-onbalans in een aandrijfas wordt gecorrigeerd, zodat deze soepel draait zonder trillingen te veroorzaken. Dit houdt in dat wordt gemeten waar de as aan één kant zwaarder is en vervolgens kleine gewichten worden toegevoegd of verwijderd (bijvoorbeeld door balanceergewichten vast te lassen) om die onbalans te compenseren. Een gebalanceerde aandrijfas loopt gelijkmatig, wat overmatige trillingen en slijtage van voertuigcomponenten voorkomt.

Waarom is het balanceren van de aandrijfas belangrijk?

Een ongebalanceerde aandrijfas kan sterke trillingen veroorzaken, vooral bij bepaalde snelheden, en kan bonkende geluiden veroorzaken tijdens acceleratie of schakelen. Na verloop van tijd kunnen deze trillingen lagers, kruiskoppelingen en andere onderdelen van de aandrijflijn beschadigen. Door de aandrijfas te balanceren, worden deze trillingen geëlimineerd, wat zorgt voor een soepelere rit, minder belasting van onderdelen en het voorkomen van kostbare schade of stilstand.

Wat zijn veelvoorkomende symptomen van een ongebalanceerde aandrijfas?

De typische symptomen van een ongebalanceerde of defecte aandrijfas zijn onder meer merkbare trillingen of trillingen in de vloer of stoel van het voertuig, vooral bij toenemende snelheid. U kunt ook kloppende of ratelende geluiden horen bij het schakelen of tijdens accelereren en afremmen. In sommige gevallen kan de kruiskoppeling oververhit raken door onbalans. Als u deze tekenen opmerkt, is de kans groot dat de aandrijfas gebalanceerd of gerepareerd moet worden.

Hoe balanceer je een aandrijfas?

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.

Conclusie

Concluderend is een goede balans van de aandrijfas essentieel voor veiligheid, prestaties en kostenbesparingen. 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.

Als u last heeft van aanhoudende trillingen in uw aandrijfas of een betrouwbare balanceeroplossing nodig hebt, aarzel dan niet om actie te ondernemen. Volg de stappen in deze handleiding of raadpleeg onze experts voor hulp. Met de juiste aanpak en apparatuur kunt u ervoor zorgen dat uw aandrijfas jarenlang soepel en betrouwbaar blijft draaien. Neem contact met ons op om meer te weten te komen of om de beste aandrijfas-balanceerapparatuur voor uw behoeften te ontdekken.