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. Storing cardanaandrijving
• 3. Aandrijfas balanceren
• 4. Moderne balanceermachines voor aandrijfassen
• 5. Voorbereiding voor uitbalanceren van de aandrijfas
• 6. Procedure uitbalanceren aandrijfas
• 7. Aanbevolen nauwkeurigheidscategorieën 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 tussenbak) 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.

De cardanaandrijving heeft een belangrijk nadeel: de niet-uniforme rotatie van de assen. Als de ene as gelijkmatig roteert, doet de andere dat niet en deze niet-uniformiteit neemt toe met de hoek tussen de assen. Deze beperking verhindert het gebruik van een cardanaandrijving in veel toepassingen, zoals in de transmissie van voertuigen met voorwielaandrijving, waar het vooral gaat om het overbrengen van het koppel naar de draaiende wielen. Dit nadeel kan gedeeltelijk worden gecompenseerd door dubbele cardankoppelingen op één as te gebruiken, die een kwartslag ten opzichte van elkaar worden gedraaid. In toepassingen die een gelijkmatige rotatie vereisen, worden in plaats daarvan echter meestal constante snelheidskoppelingen (CV-koppelingen) gebruikt. CV-verbindingen zijn een geavanceerder maar ook complexer ontwerp dat hetzelfde doel dient.

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.

Elastische kruiskoppelingen brengen koppel over tussen assen met elkaar snijdende assen onder een hoek van 2...3° door de elastische vervorming van de verbindingselementen. Een starre, niet-gelijkmatige homokinetische koppeling brengt koppel over van de ene as naar de andere door de beweegbare verbinding van starre onderdelen. Deze bestaat uit twee jukken – 3 en 5 – in de cilindrische gaten waarvan de uiteinden A, B, V en G van het verbindingselement – het kruis 4 – op lagers zijn gemonteerd. De jukken zijn star verbonden met de assen 1 en 2. Juk 5 kan roteren om as BG van het kruis en tegelijkertijd, samen met het kruis, roteren om as AV, waardoor de rotatie van de ene as naar de andere kan worden overgebracht met een veranderende hoek tussen beide.

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

Als as 7 over een hoek α om zijn as draait, dan zal as 2 over dezelfde periode over een hoek β draaien. Het verband tussen de draaihoeken van assen 7 en 2 wordt bepaald door de uitdrukking tanα = tanβ * cosγ, waarbij γ de hoek is waaronder de assen van de assen zijn gepositioneerd. Deze uitdrukking geeft aan dat de hoek β soms kleiner, gelijk of groter is dan hoek α. Gelijkheid van deze hoeken treedt op bij elke 90° rotatie van as 7. Daarom is bij een gelijkmatige rotatie van as 1 de hoeksnelheid van as 2 niet-uniform en varieert deze volgens een sinusvormige wet. De ongelijkmatigheid van de rotatie van as 2 wordt belangrijker naarmate de hoek γ tussen de asassen toeneemt.

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

De maximale hoek tussen de assen van assen die verbonden zijn door stijve, niet-uniforme cardankoppelingen bedraagt doorgaans niet meer dan 20°, aangezien de efficiëntie bij grotere hoeken aanzienlijk afneemt. Als de hoek tussen de asassen varieert tussen 0...2%, worden de tappen van het kruis vervormd door de naaldlagers, waardoor de cardankoppeling snel zal falen.

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, splinesbussen 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 gelagerde verbindingsdelen na montage en balanceren van de cardankoppeling in de fabriek wordt meestal aangegeven met speciale labels.

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 splinedop 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. 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. Kruiskoppeling: a - kruiskoppeling: 1 - kap; 2 - kop; 3 - naaldlager; 4 - afdichting; 5, 9 - juk; 6 - veiligheidsklep; 7 - kruis; 8 - smeernippel; 10 - schroef; b - kruiskoppeling met constante snelheid: 1 - binnenas; 2 - aandrijfjuk; 3, 4 - tapeinden; 5 - aangedreven juk; 6 - buitenas; 7 - kogels; 8 - centrale kogel.

2. Storing 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 drukstuk.

Figuur 5. Aandrijving met cardanoverbrenging: 1 - flens voor bevestiging van de aandrijfas; 2 - kruiskoppeling; 3 - juk van de kruiskoppeling; 4 - glijjuk; 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 omgekrulde splines. Om te zorgen voor een betrouwbare bescherming tegen vuil en een goede smering van de spieverbinding, 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 splinesverbinding (buiten de zone tussen de verbindingen) de stijfheid van de cardanaandrijving aanzienlijk en vermindert de kans op astrillingen wanneer de glijdende splinesverbinding 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 het verlengstuk en het schuifjuk en balanceer de geassembleerde as dynamisch.
Kloppen bij starten en uitlopen
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
Olieverspreiding uit universele verbindingsafdichtingen
Slijtage van kurkringen in universele afdichtingen	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 ledemaat (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-ledemaat-schijf; 11-millivoltmeter; 12-ledemaat van de commutator-gelijkrichteras; 13-magneto-elektrische sensor; 14-vast statief; 15-fixeerstatief; 16-steun; 17-fixeerstatief; 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.

Tijdens dynamisch balanceren wordt de aandrijfas met het schuifjuk op de machine geïnstalleerd en vastgezet. Het ene uiteinde van de aandrijfas is via een flensjuk verbonden met de flens van de voorste aandrijfkop, en het andere uiteinde via de steunhals van het schuifjuk met de spiebaan van de achterste aandrijfkop. Vervolgens wordt de draaibaarheid van de aandrijfas gecontroleerd en wordt één uiteinde van het pendelframe van de machine vastgezet met de fixator. Na het starten van de machine wordt de tak van de gelijkrichter tegen de klok in gedraaid, waardoor de millivoltmeternaald de maximale waarde aanwijst. De millivoltmeterwaarde komt overeen met de grootte van de onbalans. De millivoltmeterschaal is gegradueerd in gram-centimeters of grammen contragewicht. Door de gelijkrichtertak tegen de klok in te draaien, wordt de millivoltmeterwaarde op nul gezet en stopt de machine. Op basis van de waarde van de gelijkrichtertak wordt de hoekverdraaiing (hoek van de onbalansverdraaiing) bepaald, en door de aandrijfas handmatig te draaien, wordt deze waarde ingesteld op de tussenliggende tak. De lasplaats van de balanceerplaat bevindt zich boven op de aandrijfas en het verzwaarde deel onder in het correctievlak. Vervolgens wordt de balanceerplaat bevestigd en met dunne draad vastgezet op een afstand van 10 mm van de las, wordt de machine gestart en wordt de balans van het uiteinde van de aandrijfas met de plaat gecontroleerd. De onbalans mag niet meer bedragen dan 70 g/cm. Vervolgens wordt het ene uiteinde van het pendelframe losgemaakt en het andere uiteinde met de fixatorstandaard vastgezet. Vervolgens wordt het andere uiteinde van de aandrijfas dynamisch gebalanceerd volgens de hierboven beschreven technologische procedure.

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:

• Gat in de verbinding tussen de landingsband van de aandrijfasflens en het binnenste gat van de klemflens van de linker en rechter steunbok;
• Radiale en einduitslag 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.

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 standaards en maakt balanceren in 2 correctievlakken mogelijk.

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

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 - Balanceerpunt (aandrijfas); 2 - Machinebasis; 3 - Machinesteunen; 4 - Machineaandrijving; De structuurelementen van de machinesteunen worden getoond in Figuur 9.

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 - Aandrijfspil

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 assen 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 luchtbelwaterpas

Figuur 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 uitbalanceren aandrijfas

Het proces van het balanceren van de aandrijfas op de balanceermachine zal worden bekeken met het Balanset-4 meetsysteem als voorbeeld. De Balanset-4 is een draagbare balanceerset die ontworpen is voor het balanceren in één, twee, drie en vier correctievlakken van rotoren, die ofwel in hun eigen lagers draaien of gemonteerd zijn op een balanceermachine. Het apparaat bevat maximaal vier trillingssensoren, een fasehoeksensor, een vierkanaalsmeeteenheid en een draagbare computer.

Het hele balanceerproces, inclusief meting, verwerking en weergave van informatie over de grootte en locatie van correctiegewichten, wordt automatisch uitgevoerd en vereist geen extra vaardigheden en kennis van de gebruiker buiten de meegeleverde instructies. De resultaten van alle balanceerbewerkingen worden opgeslagen in het Balanceerarchief en kunnen indien nodig worden afgedrukt als rapporten. Naast balanceren kan de Balanset-4 ook worden gebruikt als een gewone vibro-tachometer, waarmee op vier kanalen de RMS-waarde van de totale vibratie, RMS van de rotatiecomponent van de vibratie en de controle van de rotatiefrequentie van de rotor kan worden gemeten.

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.

Afbeelding 16. Buitenaanzicht van het Balanset-4 toestel voor gebruik als meet- en rekensysteem van de aandrijfas-balanceermachine

Afbeelding 17. Voorbeeld van het gebruik van het Balanset-4 apparaat als meet- en rekensysteem van de aandrijfas-balanceermachine

Afbeelding 18. Gebruikersinterface van het Balanset-4-apparaat

Het Balanset-4-apparaat kan worden uitgerust met twee soorten sensoren: trillingsaccelerometers voor het meten van trillingen (trillingsversnelling) en krachtsensoren. Trillingssensoren worden gebruikt voor balanceermachines van het post-resonantietype, terwijl krachtsensoren worden gebruikt voor machines van het pre-resonantietype.

Afbeelding 19. Installatie van Balanset-4 trillingssensoren op de steunen van de balanceermachine

De richting van de gevoeligheidsas van de sensoren moet overeenkomen met de richting van de trillingsverplaatsing van de steun, in dit geval horizontaal. Zie 'ROTORS BALANCEREN ONDER BEDRIJFSOPERATIE' voor meer informatie over sensorinstallatie. De installatie van krachtsensoren is afhankelijk van de ontwerpkenmerken van de machine.

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. Zet de computer aan en selecteer het programma "BalCom-4".
10. Druk op de "F12-four-plane" knop (of de F12 functietoets op het toetsenbord van de computer) om de modus te selecteren voor het simultaan meten van trillingen in vier vlakken met behulp van trillingssensoren 1, 2, 3, 4, respectievelijk aangesloten op ingangen X1, X2, X3 en X4 van de meeteenheid.
11. Een geheugensteundiagram dat het proces van het simultaan meten van trillingen op vier meetkanalen (of het proces van balanceren in vier vlakken) illustreert, verschijnt op het computerscherm, zoals getoond in Figuur 16.

Voordat je gaat balanceren, is het aan te raden metingen uit te voeren in de vibrometermodus (F5-toets).

Figuur 20. Metingen in vibrometermodus

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.

Het bestuderen van de tijdfunctiegrafieken en trillingsspectra die zijn verkregen in de modus "Grafieken - Spectrale analyse" kan hierbij nuttig zijn.

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.

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.

Bij het uitvoeren van viervlaksbalancering in de "Primaire" modus zijn vijf kalibratieruns en minstens één verificatierun van de gebalanceerde machine vereist. Trillingsmetingen tijdens de eerste machinerun zonder proefgewicht worden uitgevoerd in de werkruimte "Viervlaksbalancering". Volgende runs worden uitgevoerd met een proefgewicht, sequentieel geïnstalleerd op de aandrijfas in elk correctievlak (in het gebied van elke balanceermachinesteun).

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.

Figuur 23. Werkruimte voor balanceren met vier vlakken

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) van de trilling bij de rotatiefrequentie van de gebalanceerde rotor worden opgeslagen in de overeenkomstige velden in het programmavenster. Na de vijfde run (Gewicht in vlak 4) verschijnt het werkgebied "Balanceergewichten" (zie Figuur 24), met de berekende waarden van de massa's (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.

Figuur 24. Werkruimte met berekende parameters van correctiegewichten in vier vlakken

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 deze versie van het programma wordt standaard aangenomen dat het correctiegewicht aan de rotor wordt toegevoegd. Dit wordt aangegeven door de markering in het veld "Toevoegen". Indien het nodig is om de onbalans te corrigeren door het gewicht te verwijderen (bijvoorbeeld door te boren), plaatst u de markering in het veld "Verwijderen" met de muis. De hoekpositie van het correctiegewicht verandert dan automatisch met 180 graden.

Nadat u de correctiegewichten op de gebalanceerde rotor hebt geïnstalleerd, drukt u op de knop "Exit – F10" (of de F10-functietoets op het toetsenbord van de computer) om terug te keren naar het vorige werkgebied "Vier-Plane Balancering" en de effectiviteit van de balanceringsbewerking te controleren. Na voltooiing van de verificatierun worden de resultaten van de rotatiefrequentie van de rotor (N) weergegeven._ob) en de RMS-waarden (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) en fasen (F₁, F₂, F₃, F₄) van de trillingen bij de rotatiefrequentie van de gebalanceerde rotor worden opgeslagen. Tegelijkertijd verschijnt het werkgebied "Balanceergewichten" (zie Afbeelding 21) boven het werkgebied "Viervlakbalancering", met de berekende parameters van extra correctiegewichten die op de rotor moeten worden geïnstalleerd (of verwijderd) om de resterende onbalans te compenseren. Bovendien toont dit werkgebied de waarden van de resterende onbalans die na het balanceren zijn bereikt. Als de waarden van de resterende trillingen en/of de resterende onbalans van de gebalanceerde rotor voldoen aan de tolerantie-eisen die in de technische documentatie zijn gespecificeerd, kan het balanceerproces worden voltooid. Anders kan het balanceerproces worden voortgezet. Deze methode maakt het mogelijk om mogelijke fouten te corrigeren door middel van opeenvolgende benaderingen die kunnen optreden bij het installeren (verwijderen) van het correctiegewicht op de gebalanceerde rotor.

Als het balanceerproces doorgaat, moeten er extra correctiegewichten op de gebalanceerde rotor worden geïnstalleerd (of verwijderd) volgens de parameters die zijn gespecificeerd in het werkgebied 'Balancing Weights'.

Met de knop "Coëfficiënten – F8" (of de F8-functietoets op het toetsenbord van de computer) kunt u de rotorbalanscoëfficiënten (dynamische invloedscoëfficiënten) bekijken en opslaan in het geheugen van de computer. Deze zijn berekend op basis van de resultaten van de vijf kalibratieruns.

7. Aanbevolen nauwkeurigheidscategorieën voor starre rotoren

Tabel 2. Aanbevolen uitbalanceernauwkeurigheidsklassen voor stijve rotors.

Aanbevolen nauwkeurigheidscategorieën voor starre rotoren

Soorten machines (Rotors)	Nauwkeurigheidsklasse balanceren	Waarde 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 uit balans) op trillingsdempers	G 630	630
Aandrijfkrukassen (structureel uit balans) op stijve steunen	G 250	250
Zuigermotoren voor personenauto's, vrachtwagens en locomotieven	G 100	100
Auto-onderdelen: wielen, velgen, wielstellen, transmissies
Aandrijfkrukassen (structureel gebalanceerd) op trillingsdempers	G 40	40
Landbouwmachines	G 16	16
Aandrijfkrukassen (gebalanceerd) op stijve steunen
Breekmachines
Aandrijfassen (aandrijfassen, schroefassen)
Gasturbines voor vliegtuigen	G 6.3	6.3
Centrifuges (afscheiders, bezinkers)
Elektromotoren en generatoren (met een ashoogte van minstens 80 mm) met een maximaal nominaal toerental tot 950 min.-1
Elektromotoren met een ashoogte van minder dan 80 mm
Ventilatoren
Tandwielaandrijvingen
Machines voor algemeen gebruik
Metalen snijmachines
Machines voor het maken van papier
Pompen
Turboladers
Waterturbines
Compressoren
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
Gas- en stoomturbines
Aandrijvingen voor metaalsnijmachines
Textielmachines
Aandrijvingen voor audio- en videoapparatuur	G 1	1
Aandrijvingen voor slijpmachines
Spindels en aandrijvingen van precisieapparatuur	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?

Het balanceren van de aandrijfas gebeurt meestal met een gespecialiseerde balanceermachine. De aandrijfas wordt gemonteerd en met hoge snelheid rondgedraaid, terwijl sensoren eventuele onbalans detecteren. Een technicus bevestigt vervolgens kleine gewichten aan de aandrijfas (of verwijdert materiaal) op specifieke posities op basis van de metingen van de machine. Dit proces wordt herhaald totdat de aandrijfas zonder significante trillingen draait. Moderne systemen zoals de Balanset-4 kunnen dit proces begeleiden en precies berekenen waar en hoeveel gewicht moet worden toegevoegd voor een nauwkeurige balancering.

Conclusie

Concluderend is een goede balans van de aandrijfas essentieel voor veiligheid, prestaties en kostenbesparingen. Door onbalans te detecteren en te corrigeren, voorkomt u onnodige slijtage van onderdelen, voorkomt u schadelijke storingen en behoudt u optimale machineprestaties. Moderne balanceersystemen zoals onze Balanset-1 en Balanset-4 apparaten maken het proces efficiënt en helpen zelfs kleine werkplaatsen professionele resultaten te behalen.

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.