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.

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.

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.

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.

Figura 2. Diagrama unei articulații universale rigide cu viteză neuniformă

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.

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

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.

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. Bila 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 burdufurilor de cauciuc de pe conexiunile canelate și a garniturilor de plută ale crucii articulației cardanice. 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 prin arbore cardanic: 1 — flanșă pentru fixarea arborelui de transmisie; 2 — cruce de articulație cardanică; 3 — jugul articulației cardanice; 4 — jug 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 în evolventă. 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 — jug glisant; 7 — placă de echilibrare; 8 — tubul arborelui de transmisie; 9 — jug; 10 — flanșă jug; 11 — șurub; 12 — flanșa angrenajului de transmisie a punții spate; 13 — șaibă elastică; 14 — piuliță; 15 — puntea spate; 16 — supapă de siguranță; 17 — ungător unghiular; 18 — rulment cu ace; 19 — ochi de jug; 20 — inel de reținere cu arc; 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 glisant	3. Înlocuiți extensia și jugul glisant și echilibrați dinamic arborele asamblat
Ciocniri la pornire și la viteză liberă
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-clamă; 2-amortizoare; 3-tijă elastică; 4-suport; 5-traversă mobilă; 6-capul de transmisie din spate; 7-bară transversală; 8-cadru pendul; 9-cap de antrenare din față; 10-disc de braț; 11-milivoltmetru; 12-sectorul redresorului; 13-senzor magnetoelectric; 14-stativ fix; 15-suport 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.

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.

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;
• Jocul radial și axial 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.

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.

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.

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 – Balancing item (driveshaft); 2 – Machine base; 3 – Machine supports; 4 – Machine drive; The structural elements of the machine supports are shown in Figure 11.

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

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.

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.

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. 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. 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.

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

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

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.

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

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.

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 nealiniere: 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.

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.

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).

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

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

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

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) 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) 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.

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

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.

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) și valorile RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) și fazele (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. Clase de precizie de echilibrare recomandate pentru rotoarele rigide

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_pe·Ω, where e_pe 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_pe = 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.

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

Tipuri de mașini (rotoare)	Clasa de precizie de echilibrare	Balance quality grade G = epe·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
Arborele cotit (echilibrat structural) pe izolatori de vibrații	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Mașini agricole	G 16	16
Arborele cotit (echilibrat) pe suporturi rigide	G 16	16
Concasoare	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
Turbine cu gaz pentru aeronave	G 6.3	6.3
Centrifuge (separatoare, decantoare)	G 6.3	6.3
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	G 6.3	6.3
Motoare electrice cu o înălțime a arborelui mai mică de 80 mm	G 6.3	6.3
Ventilatoare	G 6.3	6.3
Acționări cu angrenaje	G 6.3	6.3
Mașini de uz general	G 6.3	6.3
Mașini de tăiat metale	G 6.3	6.3
Mașini pentru fabricarea hârtiei	G 6.3	6.3
Pompe	G 6.3	6.3
Turbocompresoare	G 6.3	6.3
Turbine de apă	G 6.3	6.3
Compresoare	G 6.3	6.3
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⁻¹-1	G 2.5	2.5
Turbine cu gaz și cu abur	G 2.5	2.5
Acționări pentru mașini de tăiat metale	G 2.5	2.5
Mașini textile	G 2.5	2.5
Acționări pentru echipamente audio și video	G 1	1
Acționări pentru mașini de rectificat	G 1	1
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?

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.

Concluzie

În concluzie, echilibrarea corectă a arborelui de transmisie este esențială pentru siguranță, performanță și economii de costuri. 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.

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.