Echilibrarea arborelui de transmisie: Ghid complet

Imaginează-ți că conduci un camion și simți brusc o vibrație puternică sau auzi un zgomot puternic la accelerare sau la schimbarea vitezelor. Aceasta este mai mult decât o simplă problemă - ar putea fi un semn al unui arbore de transmisie dezechilibrat. Pentru ingineri și tehnicieni, astfel de vibrații și zgomote indică pierderi de eficiență, uzură accelerată a componentelor și timpi de nefuncționare potențial costisitoare dacă nu sunt abordați.

În acest ghid cuprinzător, oferim soluții practice pentru problemele de echilibrare a arborelui de transmisie. Veți învăța ce este un arbore de transmisie și de ce are nevoie de echilibrare, veți recunoaște defecțiunile comune care cauzează vibrații sau zgomot și veți urma un proces clar, pas cu pas, pentru echilibrarea dinamică a arborelui de transmisie. Aplicând aceste bune practici, puteți economisi bani la reparații, puteți reduce timpul de depanare și vă puteți asigura că utilajele sau vehiculul dumneavoastră funcționează în mod fiabil, cu vibrații minime.

Cuprins

• 1. Tipuri de arbori de transmisie
• 2. Defecțiuni ale transmisiei cu articulație universală
• 3. Echilibrarea arborelui de transmisie
• 4. Mașini moderne de echilibrare pentru arbori de transmisie
• 5. Pregătirea pentru echilibrarea arborelui de transmisie
• 6. Procedura de echilibrare a arborelui de transmisie
• 7. Clase de precizie de echilibrare recomandate pentru rotoarele rigide

1. Tipuri de arbori de transmisie

O transmisie cu articulație cardanică (arbore de transmisie) este un mecanism care transmite cuplul între arbori care se intersectează în centrul articulației cardanice și care se pot deplasa unul față de celălalt la un anumit unghi. La un vehicul, arborele de transmisie transmite cuplul de la cutia de viteze (sau cutia de transfer) la punțile motoare în cazul unei configurații clasice sau cu tracțiune integrală. În cazul vehiculelor cu tracțiune integrală, articulația cardanică conectează, de obicei, arborele condus al cutiei de viteze cu arborele de transmisie al cutiei de transfer, iar arborii conduși ai cutiei de transfer cu arborii de transmisie ai transmisiilor principale ale punților motoare.

Unitățile montate pe cadru (cum ar fi cutia de viteze și cutia de transfer) se pot deplasa una față de cealaltă datorită deformării suporturilor lor și a cadrului în sine. Între timp, punțile motoare sunt atașate la cadru prin suspensie și se pot deplasa față de cadru și unitățile montate pe acesta datorită deformării elementelor elastice ale suspensiei. Această mișcare poate schimba nu numai unghiurile arborilor de transmisie care conectează unitățile, ci și distanța dintre unități.

Transmisia cu articulație universală are un dezavantaj semnificativ: rotația neuniformă a arborilor. Dacă un arbore se rotește uniform, celălalt nu se rotește, iar această neuniformitate crește odată cu unghiul dintre arbori. Această limitare împiedică utilizarea unei transmisii cu cardan în multe aplicații, cum ar fi în transmisia vehiculelor cu tracțiune față, unde problema principală este transmiterea cuplului către roțile care se rotesc. Acest dezavantaj poate fi compensat parțial prin utilizarea de articulații universale duble pe un singur arbore, care sunt rotite cu un sfert de tură unul față de celălalt. Cu toate acestea, în cazul aplicațiilor care necesită o rotație uniformă, se utilizează de obicei în schimb articulații cu viteză constantă (articulații CV). Articulațiile CV sunt un design mai avansat, dar și mai complex, care servește aceluiași scop.

Transmisiile cu articulație universală pot consta din una sau mai multe articulații universale conectate prin arbori de transmisie și suporturi intermediare.

Figura 1. Diagrama unei transmisii cu articulație universală: 1, 4, 6 - arbori de transmisie; 2, 5 - articulații universale; 3 - conexiune de compensare; u1, u2 - unghiuri între arbori.

În general, o transmisie prin articulație cardanic este formată din articulațiile cardanice 2 și 5, arborii de transmisie 1, 4 și 6 și o conexiune compensatoare 3. Uneori, arborele de transmisie este instalat pe un suport intermediar atașat la traversa cadrului vehiculului. Articulațiile cardanice asigură transmiterea cuplului între arbori ale căror axe se intersectează la un unghi. Articulațiile cardanice sunt împărțite în tipuri neuniforme și cu viteză constantă. Articulațiile neuniforme cu viteză sunt clasificate în continuare în tipuri elastice și rigide. Articulațiile cu viteză constantă pot fi de tip sferică cu caneluri divizate, de tip sferică cu pârghie divizată și de tip camă. Acestea sunt de obicei instalate în transmisia roților principale controlate, unde unghiul dintre arbori poate ajunge la 45°, iar centrul articulației cardanice trebuie să coincidă cu punctul de intersecție al axelor de rotație ale roții și axa sa de rotație.

Articulațiile universale elastice transmit cuplul între arbori cu axe care se intersectează la un unghi de 2...3° datorită deformării elastice a elementelor de conectare. O articulație dinamică rigidă neuniformă transmite cuplul de la un arbore la altul prin conexiunea mobilă a pieselor rigide. Aceasta constă din două juguri - 3 și 5, în găurile cilindrice ale căror capetele A, B, V și G ale elementului de conectare - crucea 4, sunt instalate pe lagăre. Jugurii sunt conectați rigid la arborii 1 și 2. Jugul 5 se poate roti în jurul axei BG a crucii și, în același timp, împreună cu crucea, se poate roti în jurul axei AV, permițând astfel transmiterea rotației de la un arbore la altul cu un unghi variabil între ele.

Figura 2. Diagrama unei articulații universale rigide cu viteză neuniformă

Dacă arborele 7 se rotește în jurul axei sale cu un unghi α, atunci arborele 2 se va roti cu un unghi β în aceeași perioadă. Relația dintre unghiurile de rotație ale arborilor 7 și 2 este determinată de expresia tanα = tanβ * cosγ, unde γ este unghiul la care sunt poziționate axele arborilor. Această expresie indică faptul că unghiul β este uneori mai mic, egal sau mai mare decât unghiul α. Egalitatea acestor unghiuri are loc la fiecare 90° de rotație a arborelui 7. Prin urmare, odată cu rotația uniformă a arborelui 1, viteza unghiulară a arborelui 2 este neuniformă și variază conform unei legi sinusoidale. Neuniformitatea rotației arborelui 2 devine mai semnificativă pe măsură ce unghiul γ dintre axele arborelui crește.

Dacă rotația neuniformă a arborelui 2 este transmisă la arborii unităților, vor apărea sarcini pulsatorii suplimentare în transmisie, care vor crește odată cu unghiul γ. Pentru a împiedica transmiterea rotației neuniforme a arborelui 2 la arborii unităților, se utilizează două articulații universale în transmisia cu articulație universală. Acestea sunt instalate astfel încât unghiurile γ1 și γ2 să fie egale; furcile articulațiilor universale, fixate pe arborele 4 cu rotație neuniformă, trebuie să fie poziționate în același plan.

Proiectarea părților principale ale acționărilor prin articulație universală este prezentată în Figura 3. O articulație universală cu viteză neuniformă este formată din două juguri (1) conectate printr-o cruce (3). Una dintre juguri are uneori o flanșă, în timp ce cealaltă este sudată la tubul arborelui de transmisie sau are un capăt canelat (6) (sau manșon) pentru conectarea la arborele de transmisie. Roțile pivotante ale crucii sunt instalate în ochiurile ambelor juguri pe rulmenți cu ace (7). Fiecare rulment este adăpostit într-o carcasă (2) și fixat în ochiul jugurii cu un capac, care este atașat la jug cu două șuruburi blocate de urechile de pe șaibă. În unele cazuri, rulmenții sunt fixați în juguri cu inele elastice. Pentru a menține lubrifierea în rulment și a-l proteja de apă și murdărie, există o etanșare auto-etanșantă din cauciuc. Cavitatea interioară a crucii este umplută cu vaselină printr-un racord de ungere, care ajunge la rulmenți. Crucea are de obicei o supapă de siguranță pentru a proteja etanșarea de deteriorarea cauzată de presiunea vasei pompate în cruce. Conexiunea canelată (6) este lubrifiată cu ajutorul racordului de ungere (5).

Figura 3. Detalii ale unei articulații universale rigide cu viteză neuniformă

Unghiul maxim dintre axele arborilor conectați prin articulații universale rigide neuniforme nu depășește de obicei 20°, deoarece eficiența scade semnificativ la unghiuri mai mari. Dacă unghiul dintre axele arborelui variază între 0...2%, pivotii crucii sunt deformați de rulmenții cu ace, provocând defectarea rapidă a articulației universale.

În transmisiile vehiculelor pe șenile de mare viteză se utilizează adesea articulații universale cu tipuri de cuplaje dintate, care permit transmiterea cuplului între arbori cu axe care se intersectează la unghiuri de până la 1,5...2°.

Arborii de transmisie sunt de obicei tubulari, folosind tuburi din oțel special fără sudură sau sudate. Jugurile articulațiilor universale, manșoanele canelate sau vârfurile sunt sudate pe tuburi. Pentru a reduce sarcinile transversale care acționează asupra arborelui de transmisie, echilibrarea dinamică se realizează cu articulațiile cardanice asamblate. Dezechilibrul se corectează prin sudarea plăcilor de echilibrare pe arborele de transmisie sau, uneori, prin instalarea unor plăci de echilibrare sub capacele de rulment ale articulațiilor cardanice. Poziția relativă a pieselor de legătură canelate după asamblarea și echilibrarea transmisiei cardanice în fabrică este de obicei marcată cu etichete speciale.

Conexiunea de compensare a transmisiei cardanice este de obicei realizată sub forma unei conexiuni canelate, permițând mișcarea axială a pieselor transmisiei cardanice. Aceasta constă dintr-un vârf canelat care se potrivește în manșonul canelat al transmisiei cardanice. Lubrifierea se introduce în conexiunea canelată printr-un racord de ungere sau se aplică în timpul asamblării și se înlocuiește după o utilizare prelungită a vehiculului. De obicei, se instalează o garnitură și un capac pentru a preveni scurgerile de unsoare și contaminarea.

În cazul arborilor de transmisie lungi, în cazul transmisiilor cu cardan se folosesc de obicei suporturi intermediare. Un suport intermediar constă, de obicei, dintr-un suport înșurubat pe traversa cadrului vehiculului, în care este montat un rulment cu bile într-un inel elastic din cauciuc. Rulmentul este etanșat pe ambele părți cu capace și are un dispozitiv de lubrifiere. Inelul de cauciuc elastic ajută la compensarea inexactităților de asamblare și a nealinierii rulmenților care pot apărea din cauza deformărilor cadrului.

O articulație universală cu rulmenți cu ace (figura 4a) este formată din juguri, o cruce, rulmenți cu ace și garnituri. Cupele cu rulmenți cu ace se montează pe butucii crucii și se etanșează cu garnituri. Cupele sunt fixate în juguri cu inele elastice sau capace fixate cu șuruburi. Articulațiile universale sunt lubrifiate printr-un racord de unsoare prin intermediul unor găuri interne în cruce. Se utilizează o supapă de siguranță pentru a elimina presiunea excesivă a uleiului în articulație. În timpul rotirii uniforme a jugului conducător, jugul condus se rotește neuniform: avansează și rămâne în urma jugului conducător de două ori pe revoluție. Pentru a elimina rotația neuniformă și a reduce sarcinile inerțiale, se utilizează două articulații universale.

La acționarea roților motoare din față sunt instalate articulații cardanice cu viteză constantă. Transmisia cu articulație cardanică cu viteză constantă a vehiculelor GAZ-66 și ZIL-131 constă în jugurile 2, 5 (figura 4b), patru bile 7 și o bilă centrală 8. Jugul de antrenare 2 este solidar cu arborele interior al punții, în timp ce jugul condus este forjat împreună cu arborele exterior al punții, la capătul căruia este fixat butucul roții. Momentul de antrenare de la jugul 2 la jugul 5 este transmis prin intermediul bilelor 7, care se deplasează de-a lungul unor caneluri circulare din juguri. Sfera centrală 8 servește la centrarea jugurilor și este menținută în poziție de știfturile 3, 4. Frecvența de rotație a jugurilor 2, 5 este aceeași datorită simetriei mecanismului în raport cu jugurile. Schimbarea lungimii arborelui este asigurată de legăturile libere cu caneluri ale jugurilor cu arborele.

Figura 4. Articulații cardanice: a - articulație cardanică: 1 - capac; 2 - cupă; 3 - rulment cu ace; 4 - garnitură; 5, 9 - juguri; 6 - supapă de siguranță; 7 - cruce; 8 - racord de ungere; 10 - șurub; b - articulație cardanică cu viteză constantă: 1 - arborele interior al axei; 2 - jugul motor; 3, 4 - știfturi; 5 - jugul condus; 6 - arborele exterior al axei; 7 - bile; 8 - bilă centrală

2. Defecțiuni ale transmisiei cu articulație universală

Defecțiunile transmisiei cardanice se manifestă, de obicei, prin lovituri puternice în articulațiile cardanice care apar atunci când vehiculul este în mișcare, în special în timpul trecerilor între viteze și al creșterilor bruște ale turației arborelui cotit al motorului (de exemplu, la trecerea de la frânarea motorului la accelerare). Un semn de funcționare defectuoasă a articulației cardanice poate fi încălzirea acesteia la o temperatură ridicată (peste 100°C). Acest lucru se întâmplă din cauza uzurii semnificative a bucșelor și a butucilor articulației cardanice, a rulmenților cu ace, a crucilor și a conexiunilor canelate, ceea ce duce la o nealiniere a articulației cardanice și la sarcini axiale de impact semnificative asupra rulmenților cu ace. Deteriorarea garniturilor de plută ale crucii articulației universale duce la uzura rapidă a butucului și a rulmentului acestuia.

În timpul întreținerii, se verifică acționarea articulației cardanice prin rotirea bruscă a arborelui de transmisie cu mâna în ambele direcții. Gradul de rotație liberă a arborelui determină gradul de uzură a articulațiilor cardanice și a conexiunilor canelate. La fiecare 8-10 mii de kilometri, se verifică starea îmbinărilor cu șuruburi ale flanșelor arborelui condus al cutiei de viteze și ale arborelui de antrenare al transmisiei principale cu flanșele articulațiilor cardanice de capăt și fixarea suportului intermediar al arborelui de transmisie. Se verifică, de asemenea, starea cizmelor de cauciuc de pe conexiunile canelate și a garniturilor de plută ale articulației cardanice încrucișate. Toate șuruburile de fixare trebuie să fie strânse complet (cuplu de strângere 8-10 kgf-m).

Rulmenții cu ace ai articulațiilor cardanice sunt lubrifiați cu ulei lichid utilizat pentru unitățile de transmisie; conexiunile canelate din majoritatea vehiculelor sunt lubrifiate cu grăsimi (US-1, US-2, 1-13 etc.); utilizarea grăsimii pentru lubrifierea rulmenților cu ace este strict interzisă. La unele vehicule, conexiunile canelate sunt lubrifiate cu ulei de transmisie. Rulmentul suportului intermediar, montat într-un manșon de cauciuc, practic nu necesită lubrifiere, deoarece este lubrifiat în timpul asamblării din fabrică. Rulmentul de susținere al vehiculului ZIL-130 este lubrifiat cu unsoare prin intermediul unui racord de presiune în timpul întreținerii periodice (la fiecare 1100-1700 km).

Figura 5. Acționarea articulației universale: 1 - flanșă pentru fixarea arborelui de transmisie; 2 - cruce de articulație cardanică; 3 - jugul articulației cardanice; 4 - jugul glisant; 5 - tubul arborelui de transmisie; 6 - rulment cu role cu ace cu capăt închis.

Transmisia cu articulație cardanică este formată din două articulații cardanice cu rulmenți cu ace, conectate printr-un arbore gol și un jug glisant cu caneluri involuntare. Pentru a asigura o protecție fiabilă împotriva murdăriei și pentru a asigura o bună lubrifiere a conexiunii canelate, jugul glisant (6), conectat la arborele secundar (2) al cutiei de viteze, este plasat într-o prelungire (1) atașată la carcasa cutiei de viteze. În plus, această amplasare a conexiunii canelate (în afara zonei dintre articulații) sporește semnificativ rigiditatea transmisiei cardanice și reduce probabilitatea de vibrații ale arborelui atunci când conexiunea canelată glisantă se uzează.

Arborele de transmisie este realizat dintr-un tub (8) cu pereți subțiri, sudat electric, în care două juguri identice (9) sunt presate la fiecare capăt și apoi sudate prin sudură cu arc. Carcasele rulmenților cu ace (18) ale crucii (25) sunt presate în ochiurile jugurilor (9) și sunt fixate cu inele de fixare cu arc (20). Fiecare rulment al articulației cardanice conține 22 de ace (21). Capacele ștanțate (24) sunt presate pe pivotii proeminenți ai crucii, în care sunt instalate inele de plută (23). Lagărele sunt lubrifiate folosind un racord de ungere unghiular (17) înșurubat într-un orificiu filetat din centrul crucii, conectat la canalele traversante din pivotii crucii. Pe partea opusă a crucii articulației cardanice, în centrul acesteia este amplasată o supapă de siguranță (16), concepută pentru a elibera excesul de unsoare la umplerea crucii și a lagărelor și pentru a preveni acumularea de presiune în interiorul crucii în timpul funcționării (supapa se activează la o presiune de aproximativ 3,5 kg/cm²). Necesitatea includerii unei supape de siguranță se datorează faptului că creșterea excesivă a presiunii în interiorul crucii poate duce la deteriorarea (extrudarea) sigiliilor de plută.

Figura 6. Ansamblul arborelui de transmisie: 1 - prelungirea cutiei de viteze; 2 - arborele secundar al cutiei de viteze; 3 și 5 - deflectoare de murdărie; 4 - garnituri de cauciuc; 6 - jugul glisant; 7 - placa de echilibrare; 8 - tubul arborelui de transmisie; 9 - jugul; 10 - flanșa jugului; 11 - șurub; 12 - flanșa angrenajului de transmisie a punții spate; 13 - șaibă elastică; 14 - piuliță; 15 - axa spate; 16 - supapă de siguranță; 17 - ungător unghiular; 18 - rulment cu ace; 19 - ochi de jug; 20 - inel de reținere a arcului; 21 - ac; 22 - șaibă cu capăt toroidal; 23 - inel de plută; 24 - capac ștanțat; 25 - cruce

Arborele de transmisie, asamblat cu ambele articulații universale, este echilibrat dinamic cu atenție la ambele capete prin sudarea plăcilor de echilibrare (7) pe tub. Prin urmare, la demontarea arborelui, toate piesele sale trebuie marcate cu atenție, astfel încât să poată fi reasamblate în pozițiile lor inițiale. Nerespectarea acestei instrucțiuni perturbă echilibrul arborelui, provocând vibrații care pot deteriora transmisia și caroseria vehiculului. Dacă anumite piese se uzează, în special dacă tubul se îndoaie din cauza impactului și devine imposibilă echilibrarea dinamică a arborelui după asamblare, întregul arbore trebuie înlocuit.

Defecțiuni posibile ale arborelui de transmisie, cauzele și soluțiile acestora

Cauza funcționării defectuoase	Soluție
Vibrații ale arborelui de transmisie
1. Îndoirea arborelui din cauza unui obstacol	1. Îndreptați și echilibrați dinamic arborele asamblat sau înlocuiți arborele asamblat
2. Uzura rulmenților și a crucilor	2. Înlocuiți rulmenții și crucile și echilibrați dinamic arborele asamblat
3. Uzura bucșelor de extensie și a jugului de alunecare	3. Înlocuiți extensia și jugul glisant și echilibrați dinamic arborele asamblat
Ciocniri la pornire și la accelerare
1. Uzura canelurilor jugului glisant sau a arborelui secundar al cutiei de viteze	1. Înlocuiți piesele uzate. Atunci când înlocuiți jugul glisant, echilibrați dinamic arborele asamblat
2. Șuruburi slăbite care fixează jugul flanșei la flanșa angrenajului de transmisie a punții spate	2. Strângeți șuruburile
Aruncarea uleiului din garniturile de etanșare a articulației universale
Uzura inelelor de plută în garniturile de etanșare a articulațiilor universale	Înlocuiți inelele de plută, menținând poziția relativă a tuturor pieselor arborelui de transmisie în timpul reasamblării. În cazul în care există uzură la nivelul crucilor și al rulmenților, înlocuiți rulmenții și crucile și echilibrați dinamic arborele asamblat

3. Echilibrarea arborelui de transmisie

După repararea și asamblarea arborelui de transmisie, acesta este echilibrat dinamic pe o mașină. Un model de mașină de echilibrare este prezentat în figura 7. Mașina este compusă dintr-o placă (18), un cadru pendul (8) montat pe patru tije elastice verticale (3), asigurând oscilația sa în plan orizontal. Pe tuburile longitudinale ale cadrului pendulului (8) sunt montate o consolă și un braț frontal (9), fixate pe un suport (4). Brațul din spate (6) se află pe o traversă mobilă (5), permițând echilibrarea dinamică a arborilor de transmisie de diferite lungimi. Axele de capătul de transmisie sunt montate pe rulmenți cu bile de precizie. Arborele de la capul frontal (9) este acționat de un motor electric instalat în baza mașinii, prin intermediul unei transmisii cu curea trapezoidală și al unui arbore intermediar, pe care este montat un membru (10) (disc gradat). În plus, pe placa mașinii (18) sunt instalate două suporturi (15) cu știfturi de blocare retractabile (17), care asigură fixarea capetelor din față și din spate ale cadrului pendulului în funcție de echilibrarea capătului din față sau din spate al arborelui de transmisie.

Figura 7. Mașină de echilibrare dinamică pentru arbori de transmisie

1-crampon; 2-amortizoare; 3-troncă elastică; 4-sticlă; 5-traversă mobilă; 6-pupă posterioară; 7-bară transversală; 8-cadru pendul; 9-pupă de acționare frontală; 10-disc de braț; 11-milivoltmetru; 12-braț al arborelui de comutare-rectificare; 13-senzor magnetoelectric; 14-stativ fix; 15-stativ fixator; 16-suport; 17-fixator; 18-placă suport

Standurile fixe (14) sunt montate în partea din spate a plăcii mașinii, iar pe acestea sunt instalați senzori magnetoelectrici (13), cu tije conectate la capetele cadrului pendulului. Pentru a preveni vibrațiile de rezonanță ale cadrului, sub suporturile (4) sunt instalate amortizoare (2) umplute cu ulei.

În timpul echilibrării dinamice, ansamblul arborelui de transmisie cu jug glisant este instalat și fixat pe mașină. Un capăt al arborelui de transmisie este conectat printr-o flanșă-jug la flanșa capătului de acționare frontal, iar celălalt capăt prin gâtul de susținere al jugului glisant la manșonul canelat al capătului de acționare posterior. Apoi, se verifică ușurința de rotație a arborelui de transmisie și se fixează un capăt al cadrului pendulului mașinii folosind fixatorul. După pornirea mașinii, brațul redresorului este rotit în sens invers acelor de ceasornic, aducând acul milivoltmetrului la citirea maximă. Citirea milivoltmetrului corespunde magnitudinii dezechilibrului. Scala milivoltmetrului este gradată în grame-centimetri sau grame de contragreutate. Continuând rotirea brațului redresorului în sens invers acelor de ceasornic, citirea milivoltmetrului este adusă la zero, iar mașina este oprită. Pe baza citirii brațului redresorului, se determină deplasarea unghiulară (unghiul de deplasare a dezechilibrului) și, prin rotirea manuală a arborelui de transmisie, această valoare este setată pe brațul intermediar al arborelui. Locul de sudură al plăcii de echilibrare va fi în partea superioară a arborelui de transmisie, iar partea ponderată în partea inferioară, în planul de corecție. Apoi, placa de echilibrare se atașează și se leagă cu sârmă subțire la o distanță de 10 mm de sudură, se pornește mașina și se verifică echilibrarea capătului arborelui de transmisie cu placa. Dezechilibrul nu trebuie să depășească 70 g cm. Apoi, eliberând un capăt și fixând celălalt capăt al cadrului pendulului cu suportul fixator, se efectuează echilibrarea dinamică a celuilalt capăt al arborelui de transmisie conform secvenței tehnologice descrise mai sus.

Arborii de transmisie au unele caracteristici de echilibrare. Pentru majoritatea pieselor, baza pentru echilibrarea dinamică este reprezentată de gâturile de susținere (de exemplu, rotoarele motoarelor electrice, turbinele, fusurile, arborele cotit etc.), dar în cazul arborilor de transmisie, aceasta este reprezentată de flanșe. În timpul asamblării, există goluri inevitabile în diferite conexiuni care duc la dezechilibru. În cazul în care nu se poate obține un dezechilibru minim în timpul echilibrării, arborele este respins. Precizia echilibrării este influențată de următorii factori:

• Decalaj în conexiunea dintre cureaua de aterizare a flanșei arborelui de transmisie și orificiul interior al flanșei de prindere a capetelor de susținere stânga și dreapta;
• Rulajul radial și de capăt al suprafețelor de bază ale flanșei;
• Goluri în balamale și conexiunile canelate. Prezența unsorii în cavitatea conexiunii canelate poate duce la un dezechilibru „flotant”. Dacă acest lucru împiedică atingerea preciziei de echilibrare necesare, arborele de transmisie este echilibrat fără unsoare.

Unele dezechilibre pot fi complet de necorectat. Dacă se observă o frecare crescută în articulațiile cardanice ale arborelui de transmisie, crește influența reciprocă a planurilor de corecție. Acest lucru duce la o scădere a performanței și a preciziei de echilibrare.

Conform OST 37.001.053-74, se stabilesc următoarele standarde de dezechilibru: arborii de transmisie cu două articulații (cu două suporturi) se echilibrează dinamic, iar cei cu trei (cu trei suporturi) – se asamblă cu suportul intermediar; flanșele (jugurile) arborilor de transmisie și cuplajelor cu o greutate mai mare de 5 kg se echilibrează static înainte de asamblarea arborelui sau cuplajului; normele de dezechilibru rezidual pentru arborii de transmisie la fiecare capăt sau la suportul intermediar al arborilor de transmisie cu trei articulații se evaluează prin dezechilibru specific;

Norma de dezechilibru rezidual specifică maximă admisă la fiecare capăt al arborelui sau la suportul intermediar, precum și pentru arborii de transmisie cu trei articulații în orice poziție pe standul de echilibrare, nu trebuie să depășească: pentru transmisiile autoturismelor și camioanelor de transport mic (până la 1 t) și autobuzelor foarte mici – 6 g-cm/kg, pentru restul – 10 g-cm/kg. Norma de dezechilibru rezidual maximă admisă a arborelui de transmisie sau a arborelui de transmisie cu trei articulații trebuie asigurată pe standul de echilibrare la o frecvență de rotație corespunzătoare frecvențelor acestora în transmisie la viteza maximă a vehiculului.

Pentru arborii de transmisie și arborii de transmisie cu trei articulații ai camioanelor cu o capacitate de încărcare de 4 t și mai mare, autobuze mici și mari, este permisă o reducere a frecvenței de rotație pe standul de echilibrare la 70% a frecvenței de rotație a arborilor de transmisie la viteza maximă a vehiculului. Conform OST 37.001.053-74, frecvența de rotație de echilibrare a arborilor de transmisie trebuie să fie egală cu:

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

unde n_b – frecvența de rotație a echilibrării (trebuie să corespundă principalelor date tehnice ale standului, n=3000 min)^-1; n_r – frecvența maximă de rotație de lucru, min^-1.

În practică, din cauza spațiului dintre articulații și a conexiunilor canelate, arborele de transmisie nu poate fi echilibrat la frecvența de rotație recomandată. În acest caz, se alege o altă frecvență de rotație, la care se echilibrează.

4. Mașini moderne de echilibrare pentru arbori de transmisie

Figura 8. Mașină de echilibrare pentru arbori de transmisie cu o lungime de până la 2 metri și o greutate de până la 500 kg

Modelul are 2 suporturi și permite echilibrarea în 2 planuri de corecție.

Mașină de echilibrare pentru arbori de transmisie cu o lungime de până la 4200 mm și o greutate de până la 400 kg

Figura 9. Mașină de echilibrare pentru arbori de transmisie cu o lungime de până la 4200 mm și o greutate de până la 400 kg

Modelul are 4 suporturi și permite echilibrarea în 4 planuri de corecție simultan.

Figura 10. Mașină de echilibrare orizontală cu rulmenți tari pentru echilibrarea dinamică a arborilor de transmisie

1 - Element de echilibrare (arbore de transmisie); 2 - Baza mașinii; 3 - Suporturile mașinii; 4 - Acționarea mașinii; Elementele structurale ale suporturilor mașinii sunt prezentate în figura 9.

Figura 11. Elemente de susținere a mașinii pentru echilibrarea dinamică a arborilor de transmisie

1 - Suport nereglabil stânga; 2 - Suport intermediar reglabil (2 buc.); 3 - Suport fix nereglabil dreapta; 4 - Mâner de blocare a cadrului de susținere; 5 - Platforma de susținere mobilă; 6 - Piuliță de reglare verticală a suportului; 7 - Mânere de blocare a poziției verticale; 8 - Suport de prindere a suportului; 9 - Clemă mobilă cu rulment intermediar; 10 - Mâner de blocare a clemei; 11 - Blocare a suportului de prindere; 12 - Ax de acționare (conducător) pentru instalarea articolului; 13 - Ax de acționare

5. Pregătirea pentru echilibrarea arborelui de transmisie

În continuare, vom analiza configurarea suporturilor mașinii și instalarea elementului de echilibrare (arborele de transmisie cu patru suporturi) pe suporturile mașinii.

Figura 12. Instalarea flanșelor de tranziție pe axele mașinii de echilibrat

Figura 13. Instalarea arborelui de transmisie pe suporturile mașinii de echilibrare

Figura 14. Nivelarea arborelui de transmisie orizontal pe suporturile mașinii de echilibrare cu ajutorul unui nivel cu bule

Figura 15. Fixarea suporturilor intermediare ale mașinii de echilibrare pentru a preveni deplasarea verticală a arborelui de transmisie

Rotiți manual elementul pentru o tură completă. Asigurați-vă că acesta se rotește liber și fără să se blocheze pe suporturi. După aceasta, partea mecanică a mașinii este configurată, iar instalarea articolului este completă.

6. Procedura de echilibrare a arborelui de transmisie

Procesul de echilibrare a arborelui de transmisie pe mașina de echilibrare va fi analizat folosind ca exemplu sistemul de măsurare Balanset-4. Balanset-4 este o trusă de echilibrare portabilă concepută pentru echilibrarea în unul, două, trei și patru planuri de corecție a rotorilor, fie că se rotesc în rulmenți proprii, fie că sunt montați pe o mașină de echilibrare. Dispozitivul include până la patru senzori de vibrații, un senzor de unghi de fază, o unitate de măsurare cu patru canale și un computer portabil.

Întregul proces de echilibrare, inclusiv măsurarea, procesarea și afișarea informațiilor privind mărimea și localizarea greutăților de corecție, se realizează automat și nu necesită abilități și cunoștințe suplimentare din partea utilizatorului, în afara instrucțiunilor furnizate. Rezultatele tuturor operațiunilor de echilibrare sunt salvate în arhiva de echilibrare și pot fi tipărite sub formă de rapoarte, dacă este necesar. În plus față de echilibrare, Balanset-4 poate fi utilizat și ca vibrotachimetru obișnuit, permițând măsurarea pe patru canale a valorii medii pătratice (RMS) a vibrației totale, RMS a componentei rotaționale a vibrației și controlul frecvenței de rotație a rotorului.

În plus, dispozitivul permite afișarea graficelor funcției de timp și a spectrului de vibrații în funcție de viteza de vibrație, care pot fi utile pentru evaluarea stării tehnice a mașinii echilibrate.

Figura 16. Vedere exterioară a dispozitivului Balanset-4 utilizat ca sistem de măsurare și calcul al mașinii de echilibrare a arborelui de transmisie

Figura 17. Exemplu de utilizare a dispozitivului Balanset-4 ca sistem de măsurare și calcul al mașinii de echilibrare a arborelui de transmisie

Figura 18. Interfața cu utilizatorul a dispozitivului Balanset-4

Dispozitivul Balanset-4 poate fi echipat cu două tipuri de senzori – accelerometre de vibrație pentru măsurarea vibrațiilor (accelerația vibrațiilor) și senzori de forță. Senzorii de vibrație sunt utilizați pentru funcționarea pe mașini de echilibrare de tip post-rezonanță, în timp ce senzorii de forță sunt utilizați pentru mașinile de tip pre-rezonanță.

Figura 19. Instalarea senzorilor de vibrații Balanset-4 pe suporturile mașinii de echilibrare

Direcția axei de sensibilitate a senzorilor trebuie să corespundă cu direcția de deplasare a vibrațiilor suportului, în acest caz – orizontală. Pentru informații suplimentare despre instalarea senzorilor, consultați ECHILIBRAREA ROTORURILOR ÎN CONDIȚII DE FUNCȚIONARE. Instalarea senzorilor de forță depinde de caracteristicile de proiectare ale mașinii.

1. Instalați senzorii de vibrații 1, 2, 3, 4 pe suporturile mașinii de echilibrat.
2. Conectați senzorii de vibrații la conectorii X1, X2, X3, X4.
3. Instalați senzorul de unghi de fază (tahometru cu laser) 5 astfel încât spațiul nominal dintre suprafața radială (sau de capăt) a rotorului echilibrat și carcasa senzorului să fie cuprins între 10 și 300 mm.
4. Atașați pe suprafața rotorului un marcaj cu bandă reflectorizantă cu o lățime de cel puțin 10-15 mm.
5. Conectați senzorul de unghi de fază la conectorul X5.
6. Conectați unitatea de măsură la portul USB al computerului.
7. Atunci când utilizați alimentarea de la rețea, conectați calculatorul la unitatea de alimentare.
8. Conectați unitatea de alimentare la o rețea de 220 V, 50 Hz.
9. Porniți calculatorul și selectați programul "BalCom-4".
10. Apăsați butonul "F12-four-plane" (sau tasta de funcție F12 de pe tastatura calculatorului) pentru a selecta modul de măsurare simultană a vibrațiilor în patru planuri, utilizând senzorii de vibrații 1, 2, 3, 4, conectați la intrările X1, X2, X3 și X4 ale unității de măsurare.
11. Pe ecranul calculatorului apare o diagramă mnemotehnică care ilustrează procesul de măsurare simultană a vibrațiilor pe patru canale de măsurare (sau procesul de echilibrare în patru planuri), așa cum se arată în figura 16.

Înainte de a efectua echilibrarea, se recomandă efectuarea de măsurători în modul vibrometru (butonul F5).

Figura 20. Măsurători în modul vibrometru

Dacă magnitudinea totală a vibrațiilor V1s (V2s) corespunde aproximativ cu magnitudinea componentei de rotație V1o (V2o), se poate presupune că principala contribuție la vibrațiile mecanismului se datorează dezechilibrului rotorului. Dacă magnitudinea totală a vibrațiilor V1s (V2s) depășește semnificativ componenta de rotație V1o (V2o), se recomandă inspectarea mecanismului – verificarea stării lagărelor, asigurarea unei montări sigure pe fundație, verificarea faptului că rotorul nu intră în contact cu piesele staționare în timpul rotației și luarea în considerare a influenței vibrațiilor provenite de la alte mecanisme etc.

Studierea graficelor funcției de timp și a spectrelor de vibrații obținute în modul „Grafice - Analiză Spectrală” poate fi utilă aici.

Figura 21. Graficele funcției de timp și ale spectrului de vibrații

Graficul arată la ce frecvențe sunt cele mai ridicate niveluri de vibrații. Dacă aceste frecvențe diferă de frecvența de rotație a rotorului mecanismului echilibrat, este necesar să se identifice sursele acestor componente de vibrații și să se ia măsuri pentru eliminarea lor înainte de echilibrare.

De asemenea, este important să se acorde atenție stabilității citirilor în modul vibrometru - amplitudinea și faza vibrației nu trebuie să se modifice cu mai mult de 10-15% în timpul măsurătorilor. În caz contrar, este posibil ca mecanismul să funcționeze în apropierea unei regiuni de rezonanță. În acest caz, trebuie ajustată viteza rotorului.

La efectuarea echilibrării pe patru planuri în modul „Primar”, sunt necesare cinci rulări de calibrare și cel puțin o rulare de verificare a mașinii echilibrate. Măsurarea vibrațiilor în timpul primei rulări a mașinii fără greutate de probă se efectuează în spațiul de lucru „Echilibrare pe patru planuri”. Rularile ulterioare se efectuează cu o greutate de probă, instalată secvențial pe arborele de transmisie în fiecare plan de corecție (în zona fiecărui suport al mașinii de echilibrare).

Înainte de fiecare rulare ulterioară, trebuie să se parcurgă următorii pași:

• Opriți rotația rotorului mașinii echilibrate.
• Îndepărtați greutatea de încercare instalată anterior.
• Instalați greutatea de probă în planul următor.

Figura 23. Spațiul de lucru pentru echilibrarea pe patru planuri

După finalizarea fiecărei măsurători, rezultatele frecvenței de rotație a rotorului (N_ob), precum și valorile RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) și fazele (F₁, F₂, F₃, F₄) vibrațiilor la frecvența de rotație a rotorului echilibrat sunt salvate în câmpurile corespunzătoare din fereastra programului. După a cincea rulare (Greutate în planul 4), apare spațiul de lucru „Greutăți de echilibrare” (vezi Figura 24), care afișează valorile calculate ale maselor (M₁, M₂, M₃, M₄) și unghiurile de instalare (f₁, f₂, f₃, f₄) a greutăților de corecție care trebuie instalate pe rotor în patru planuri pentru a compensa dezechilibrul acestuia.

Figura 24. Spațiul de lucru cu parametrii calculați ai greutăților de corecție în patru planuri

Atenție! După finalizarea procesului de măsurare în timpul celei de-a cincea rulări a mașinii de echilibrat, este necesar să opriți rotația rotorului și să îndepărtați greutatea de probă instalată anterior. Abia după aceasta puteți continua cu instalarea (sau îndepărtarea) greutăților corective de pe rotor.

Poziția unghiulară pentru adăugarea (sau îndepărtarea) greutății corective pe rotor în sistemul de coordonate polare se măsoară din locația de instalare a greutății de probă. Direcția de măsurare a unghiului coincide cu direcția de rotație a rotorului. În cazul echilibrării cu palete, paleta rotorului echilibrat considerată condiționat ca prima paletă coincide cu locația de instalare a greutății de probă. Direcția de numerotare a paletelor indicată pe afișajul computerului urmează direcția de rotație a rotorului.

În această versiune a programului, se presupune implicit că greutatea corectivă va fi adăugată la rotor. Acest lucru este indicat de marcajul setat în câmpul „Adăugare”. Dacă este necesară corectarea dezechilibrului prin eliminarea greutății (de exemplu, prin găurire), setați marcajul în câmpul „Eliminare” folosind mouse-ul, după care poziția unghiulară a greutății corective se va modifica automat cu 180 de grade.

După instalarea greutăților corective pe rotorul echilibrat, apăsați butonul „Ieșire – F10” (sau tasta funcțională F10 de pe tastatura computerului) pentru a reveni la spațiul de lucru anterior „Echilibrare pe patru planuri” și a verifica eficacitatea operațiunii de echilibrare. După finalizarea verificării, rezultatele frecvenței de rotație a rotorului (N_ob) și valorile RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) și fazele (F₁, F₂, F₃, F₄) vibrațiilor la frecvența de rotație a rotorului echilibrat sunt salvate. Simultan, spațiul de lucru „Greutăți de echilibrare” (vezi Figura 21) apare peste spațiul de lucru „Echilibrare pe patru planuri”, afișând parametrii calculați ai greutăților corective suplimentare care trebuie instalate (sau îndepărtate) pe rotor pentru a compensa dezechilibrul rezidual al acestuia. În plus, acest spațiu de lucru arată valorile dezechilibrului rezidual obținut după echilibrare. Dacă valorile vibrațiilor reziduale și/sau ale dezechilibrului rezidual al rotorului echilibrat îndeplinesc cerințele de toleranță specificate în documentația tehnică, procesul de echilibrare poate fi finalizat. În caz contrar, procesul de echilibrare poate fi continuat. Această metodă permite corectarea posibilelor erori prin aproximări succesive care pot apărea la instalarea (îndepărtarea) greutății corective de pe rotorul echilibrat.

Dacă procesul de echilibrare continuă, trebuie instalate (sau îndepărtate) greutăți corective suplimentare pe rotorul echilibrat, conform parametrilor specificați în spațiul de lucru „Greutăți de echilibrare”.

Butonul „Coeficienți – F8” (sau tasta funcțională F8 de pe tastatura computerului) este utilizat pentru a vizualiza și salva în memoria computerului coeficienții de echilibrare a rotorului (coeficienții de influență dinamică) calculați din rezultatele celor cinci rulări de calibrare.

7. Clase de precizie de echilibrare recomandate pentru rotoarele rigide

Tabelul 2. Clase de precizie de echilibrare recomandate pentru rotoarele rigide.

Clase de precizie de echilibrare recomandate pentru rotoarele rigide

Tipuri de mașini (rotoare)	Clasa de precizie de echilibrare	Valoare eper Ω mm/s
Arborele cotit de transmisie (structural dezechilibrat) pentru motoare diesel marine mari cu turație redusă (viteza pistonului mai mică de 9 m/s)	G 4000	4000
Arborele cotit (echilibrat structural) pentru motoare diesel marine mari cu turație redusă (viteza pistonului mai mică de 9 m/s)	G 1600	1600
Arborele cotit (structural dezechilibrat) pe izolatori de vibrații	G 630	630
Arborele cotit (structural dezechilibrat) pe suporturi rigide	G 250	250
Motoare cu piston asamblate pentru autoturisme, camioane și locomotive	G 100	100
Piese pentru automobile: roți, jante, seturi de roți, transmisii
Arborele cotit (echilibrat structural) pe izolatori de vibrații	G 40	40
Mașini agricole	G 16	16
Arborele cotit (echilibrat) pe suporturi rigide
Concasoare
Arbori de transmisie (arbori de transmisie, arbori cu șuruburi)
Turbine cu gaz pentru aeronave	G 6.3	6.3
Centrifuge (separatoare, decantoare)
Motoare și generatoare electrice (cu o înălțime a arborelui de cel puțin 80 mm) cu o viteză de rotație nominală maximă de până la 950 min.-1
Motoare electrice cu o înălțime a arborelui mai mică de 80 mm
Ventilatoare
Acționări cu angrenaje
Mașini de uz general
Mașini de tăiat metale
Mașini pentru fabricarea hârtiei
Pompe
Turbocompresoare
Turbine de apă
Compresoare
Acționări controlate de calculator	G 2.5	2.5
Motoare și generatoare electrice (cu o înălțime a arborelui de cel puțin 80 mm) cu o viteză de rotație nominală maximă de peste 950 min.-1
Turbine cu gaz și cu abur
Acționări pentru mașini de tăiat metale
Mașini textile
Acționări pentru echipamente audio și video	G 1	1
Acționări pentru mașini de rectificat
Fusuri și acționări de echipamente de înaltă precizie	G 0.4	0.4

Întrebări frecvente despre echilibrarea arborelui de transmisie

Ce este echilibrarea arborelui de transmisie?

Echilibrarea arborelui de transmisie este procesul de corectare a oricărui dezechilibru de masă dintr-un arbore de transmisie, astfel încât acesta să se rotească lin, fără a provoca vibrații. Aceasta implică măsurarea unde arborele este mai greu pe o parte și apoi adăugarea sau îndepărtarea unor cantități mici de greutate (de exemplu, sudarea greutăților de echilibrare) pentru a contracara acest dezechilibru. Un arbore de transmisie echilibrat funcționează uniform, ceea ce previne vibrațiile excesive și uzura componentelor vehiculului.

De ce este importantă echilibrarea arborelui de transmisie?

Un arbore de transmisie dezechilibrat poate duce la vibrații puternice, în special la anumite viteze, și poate provoca zgomote de clinchet în timpul accelerării sau schimbării vitezelor. În timp, aceste vibrații pot deteriora rulmenții, articulațiile universale și alte componente ale transmisiei. Echilibrarea arborelui de transmisie elimină aceste vibrații, asigurând o rulare mai lină, reducând solicitarea asupra pieselor și prevenind daunele costisitoare sau timpii de nefuncționare.

Care sunt simptomele comune ale unui arbore de transmisie dezechilibrat?

Simptomele tipice ale unui arbore de transmisie dezechilibrat sau defect includ vibrații vizibile sau trepidații resimțite în podeaua sau scaunul vehiculului, în special pe măsură ce viteza crește. De asemenea, este posibil să auziți sunete de ciocănire sau zdrăngănit la schimbarea vitezelor sau în timpul accelerării și decelerării. În unele cazuri, articulația universală se poate supraîncălzi din cauza dezechilibrului. Dacă observați aceste semne, este probabil ca arborele de transmisie să necesite echilibrare sau reparare.

Cum echilibrezi un arbore de transmisie?

Echilibrarea arborelui de transmisie se face de obicei folosind o mașină de echilibrare specializată. Arborele de transmisie este montat și rotit la viteză mare, în timp ce senzorii detectează orice dezechilibru. Un tehnician atașează apoi greutăți mici pe arborele de transmisie (sau îndepărtează material) în poziții specifice, pe baza citirilor mașinii. Acest proces se repetă până când arborele de transmisie se rotește fără vibrații semnificative. Sistemele moderne, precum Balanset-4, pot ghida acest proces și pot calcula exact unde și câtă greutate trebuie adăugată pentru o echilibrare precisă.

Concluzie

În concluzie, echilibrarea corectă a arborelui de transmisie este esențială pentru siguranță, performanță și economii de costuri. Prin detectarea și corectarea dezechilibrului, preveniți uzura inutilă a pieselor, evitați defecțiunile care provoacă daune și mențineți performanța optimă a mașinii. Sistemele moderne de echilibrare, precum dispozitivele noastre Balanset-1 și Balanset-4, fac procesul eficient, ajutând chiar și atelierele mici să obțină rezultate profesionale.

Dacă vă confruntați cu vibrații persistente ale arborelui de transmisie sau aveți nevoie de o soluție de echilibrare fiabilă, nu ezitați să acționați. Aplicați pașii descriși în acest ghid sau consultați experții noștri pentru asistență. Cu abordarea și echipamentul potrivit, vă puteți asigura că arborele de transmisie funcționează fără probleme și în mod fiabil pentru anii următori. Contactați-ne pentru a afla mai multe sau pentru a explora cel mai bun echipament de echilibrare a arborilor de transmisie pentru nevoile dumneavoastră.