Балансировка приводного вала

Опубликовано Nikolai Shelkovenko на

Оглавление

1. Типы карданных валов

Карданная передача (карданный вал) - это механизм, передающий крутящий момент между валами, которые пересекаются в центре карданного шарнира и могут двигаться относительно друг друга под углом. В автомобиле карданный вал передает крутящий момент от коробки передач (или раздаточной коробки) к ведущим осям в случае классической или полноприводной компоновки. В полноприводных автомобилях карданный шарнир обычно соединяет ведомый вал коробки передач с ведущим валом раздаточной коробки, а ведомые валы раздаточной коробки - с ведущими валами главных передач ведущих мостов.

Узлы, установленные на раме (например, коробка передач и раздаточная коробка), могут перемещаться относительно друг друга за счет деформации их опор и самой рамы. Между тем, ведущие мосты крепятся к раме через подвеску и могут перемещаться относительно рамы и установленных на ней узлов за счет деформации упругих элементов подвески. При этом могут изменяться не только углы наклона карданных валов, соединяющих агрегаты, но и расстояние между ними.

У карданной передачи есть существенный недостаток: неравномерное вращение валов. Если один вал вращается равномерно, то другой - нет, и эта неравномерность увеличивается с увеличением угла между валами. Это ограничение не позволяет использовать карданный привод во многих областях применения, например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей, где основной проблемой является передача крутящего момента на поворотные колеса. Этот недостаток может быть частично компенсирован за счет использования двойных карданных шарниров на одном валу, которые поворачиваются на четверть оборота относительно друг друга. Однако в условиях, требующих равномерного вращения, вместо них обычно используются шарниры с постоянной скоростью вращения (ШРУСы). ШРУСы представляют собой более совершенную, но и более сложную конструкцию, служащую той же цели.

Карданные передачи могут состоять из одного или нескольких карданных шарниров, соединенных карданными валами и промежуточными опорами.

Рисунок 1. Схема карданной передачи: 1, 4, 6 - карданные валы; 2, 5 - карданные шарниры; 3 - компенсационное соединение; u1, u2 - углы между валами

Как правило, карданная передача состоит из карданных шарниров 2 и 5, приводных валов 1, 4 и 6, а также компенсационного соединения 3. Иногда карданный вал устанавливается на промежуточную опору, прикрепленную к поперечине рамы автомобиля. Универсальные шарниры обеспечивают передачу крутящего момента между валами, оси которых пересекаются под углом. Универсальные шарниры делятся на неравномерные и с постоянной скоростью вращения. Шарниры с неравномерной скоростью вращения подразделяются на упругие и жесткие. Шарниры постоянной скорости могут быть шариковыми с делительными канавками, шариковыми с делительным рычагом и кулачковыми. Они обычно устанавливаются в приводе ведущих управляемых колес, где угол между валами может достигать 45°, а центр карданного шарнира должен совпадать с точкой пересечения осей вращения колеса и его оси поворота.

Упругие карданные шарниры передают крутящий момент между валами, оси которых пересекаются под углом 2...3°, за счет упругой деформации соединительных элементов. Жесткий неравноскоростной шарнир передает крутящий момент от одного вала к другому за счет подвижного соединения жестких деталей. Он состоит из двух вилок - 3 и 5, в цилиндрические отверстия которых на подшипниках установлены концы А, Б, В и Г соединительного элемента - крестовины 4. Вилки жестко соединены с валами 1 и 2. Ярмо 5 может вращаться вокруг оси БГ крестовины и одновременно вместе с крестовиной поворачиваться вокруг оси АВ, обеспечивая тем самым передачу вращения с одного вала на другой с изменением угла между ними.

Рисунок 2. Схема жесткого универсального шарнира с неравномерной скоростью вращения

Если вал 7 поворачивается вокруг своей оси на угол α, то вал 2 за тот же период повернется на угол β. Связь между углами поворота валов 7 и 2 определяется выражением tanα = tanβ * cosγгде γ - угол, под которым расположены оси валов. Это выражение показывает, что угол β иногда меньше, равен или больше угла α. Равенство этих углов происходит через каждые 90° поворота вала 7. Таким образом, при равномерном вращении вала 1 угловая скорость вала 2 неравномерна и изменяется по синусоидальному закону. Неравномерность вращения вала 2 становится все более значительной с увеличением угла γ между осями валов.

Если неравномерное вращение вала 2 передается на валы агрегатов, то при передаче возникают дополнительные пульсирующие нагрузки, возрастающие с увеличением угла γ. Чтобы предотвратить передачу неравномерного вращения вала 2 на валы агрегатов, в карданной передаче используются два универсальных шарнира. Они устанавливаются так, чтобы углы γ1 и γ2 были равны; вилки карданных шарниров, закрепленные на неравномерно вращающемся валу 4, должны располагаться в одной плоскости.

Конструкция основных частей карданных передач показана на рисунке 3. Неравноскоростной карданный шарнир состоит из двух вилок (1), соединенных крестовиной (3). Одна из коромысел иногда имеет фланец, а другая приварена к трубе карданного вала или имеет шлицевой конец (6) (или втулку) для соединения с карданным валом. Цапфы крестовины устанавливаются в проушинах обоих вилок на игольчатых подшипниках (7). Каждый подшипник помещен в корпус (2) и удерживается в проушине вилки с помощью крышки, которая крепится к вилке двумя болтами, зафиксированными выступами на шайбе. В некоторых случаях подшипники фиксируются в вилке с помощью стопорных колец. Для удержания смазки в подшипнике и защиты его от воды и грязи имеется резиновое самозатягивающееся уплотнение. Внутренняя полость крестовины заполняется смазкой через смазочный фитинг, который поступает к подшипникам. Как правило, крестовина имеет предохранительный клапан, защищающий уплотнение от повреждения под давлением закачиваемой в крестовину смазки. Шлицевое соединение (6) смазывается через смазочный фитинг (5).

Рисунок 3. Детали жесткого универсального шарнира с неравномерной скоростью вращения

Максимальный угол между осями валов, соединенных жесткими неравноскоростными карданными шарнирами, обычно не превышает 20°, так как при больших углах значительно снижается КПД. Если угол между осями валов изменяется в пределах 0...2%, цапфы крестовины деформируются под действием игольчатых подшипников, что приводит к быстрому выходу карданного шарнира из строя.

В трансмиссиях высокоскоростных гусеничных машин часто используются карданные шарниры с зубчатыми муфтами, позволяющие передавать крутящий момент между валами, оси которых пересекаются под углами до 1,5...2°.

Карданные валы, как правило, изготавливаются из специальных стальных бесшовных или сварных труб. К трубам привариваются вилки карданных шарниров, шлицевые втулки или наконечники. Для снижения поперечных нагрузок, действующих на карданный вал, выполняется динамическая балансировка с собранными карданными шарнирами. Дисбаланс устраняется приваркой балансировочных пластин к карданному валу или иногда установкой балансировочных пластин под крышки подшипников карданных шарниров. Относительное положение шлицевых соединений после сборки и балансировки карданной передачи на заводе обычно отмечается специальными метками.

Компенсационное соединение карданной передачи обычно выполняется в виде шлицевого соединения, обеспечивающего осевое перемещение деталей карданной передачи. Оно состоит из шлицевого наконечника, который входит в шлицевую втулку карданной передачи. Смазка вводится в шлицевое соединение через смазочный фитинг или наносится при сборке и заменяется после длительной эксплуатации автомобиля. Для предотвращения утечки и загрязнения смазки обычно устанавливаются уплотнение и крышка.

Для длинных карданных валов в карданных передачах обычно используются промежуточные опоры. Промежуточная опора обычно состоит из кронштейна, прикрученного к поперечине рамы автомобиля, в котором в резиновом упругом кольце установлен шарикоподшипник. Подшипник закрыт с обеих сторон крышками и снабжен смазочным устройством. Эластичное резиновое кольцо помогает компенсировать неточности сборки и смещение подшипника, которые могут возникнуть из-за деформации рамы.

Универсальный шарнир с игольчатыми подшипниками (рис. 4a) состоит из вилки, крестовины, игольчатых подшипников и уплотнений. Чашки с игольчатыми подшипниками устанавливаются на цапфы крестовины и закрываются уплотнениями. Чашки фиксируются в вилке с помощью стопорных колец или крышек, закрепленных винтами. Смазка универсальных шарниров осуществляется через шприц для смазки через внутренние отверстия в крестовине. Для устранения избыточного давления масла в шарнире используется предохранительный клапан. При равномерном вращении ведущего коромысла ведомое коромысло вращается неравномерно: за один оборот оно дважды опережает и отстает от ведущего коромысла. Для устранения неравномерного вращения и снижения инерционных нагрузок используются два универсальных шарнира.

В приводе к передним ведущим колесам установлены карданные шарниры с постоянными скоростями. Привод карданного шарнира постоянных угловых скоростей автомобилей ГАЗ-66 и ЗИЛ-131 состоит из вилок 2, 5 (рис. 4б), четырех шаров 7 и центрального шара 8. Ведущая вилка 2 неразрывно связана с внутренним полуосевым валом, а ведомая - с наружным полуосевым валом, на конце которого закреплена ступица колеса. Движущий момент от вилки 2 к вилке 5 передается через шарики 7, которые перемещаются по круговым канавкам в вилках. Центральный шар 8 служит для центрирования вилки и удерживается шпильками 3, 4. Частота вращения вилок 2, 5 одинакова за счет симметрии механизма относительно вилок. Изменение длины вала обеспечивается за счет свободного шлицевого соединения вилок с валом.

Рисунок 4. Универсальные шарниры: a - универсальный шарнир: 1 - крышка; 2 - стакан; 3 - игольчатый подшипник; 4 - уплотнение; 5, 9 - вилки; 6 - предохранительный клапан; 7 - крестовина; 8 - смазочный фитинг; 10 - винт; b - универсальный шарнир с постоянной скоростью: 1 - внутренний вал; 2 - ведущий вилок; 3, 4 - шпильки; 5 - ведомый вилок; 6 - внешний вал; 7 - шарики; 8 - центральный шарик

2. Неисправности привода универсального шарнира

Неисправности карданной передачи обычно проявляются в виде резких стуков в карданных шарнирах, возникающих во время движения автомобиля, особенно при переключении передач и резком увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя (например, при переходе от торможения двигателем к разгону). Признаком неисправности карданного шарнира может быть его нагрев до высокой температуры (более 100°C). Это происходит из-за значительного износа втулок и цапф карданного шарнира, игольчатых подшипников, крестовин и шлицевых соединений, что приводит к перекосу карданного шарнира и значительным ударным осевым нагрузкам на игольчатые подшипники. Повреждение пробковых уплотнений крестовины карданного шарнира приводит к быстрому износу цапфы и ее подшипника.

При техническом обслуживании карданная передача проверяется путем резкого вращения карданного вала рукой в обоих направлениях. По степени свободного вращения вала определяется износ карданных шарниров и шлицевых соединений. Через каждые 8-10 тыс. км проверяют состояние болтовых соединений фланцев ведомого вала коробки передач и ведущего вала главной передачи с фланцами концевых карданных шарниров и крепление промежуточной опоры карданного вала. Также проверяется состояние резиновых манжет на шлицевых соединениях и пробковых уплотнений крестовины карданного шарнира. Все крепежные болты должны быть полностью затянуты (момент затяжки 8-10 кгс-м).

Игольчатые подшипники карданных шарниров смазываются жидким маслом, используемым для агрегатов трансмиссии; шлицевые соединения большинства автомобилей смазываются пластичными смазками (US-1, US-2, 1-13 и др.); использование пластичных смазок для смазывания игольчатых подшипников категорически запрещено. В некоторых автомобилях шлицевые соединения смазываются трансмиссионным маслом. Промежуточный опорный подшипник, установленный в резиновой втулке, практически не требует смазки, так как смазывается при сборке на заводе. Опорный подшипник автомобиля ЗИЛ-130 смазывается консистентной смазкой через напорный фитинг во время регулярного технического обслуживания (каждые 1100-1700 км).

Рисунок 5. Привод с универсальным шарниром: 1 - фланец для крепления карданного вала; 2 - крестовина карданного вала; 3 - вилка карданного вала; 4 - скользящая вилка; 5 - труба карданного вала; 6 - игольчатый подшипник с закрытым концом

Карданная передача состоит из двух карданных шарниров с игольчатыми подшипниками, соединенных полым валом, и скользящей вилки с эвольвентными шлицами. Для надежной защиты от грязи и обеспечения хорошей смазки шлицевого соединения скользящая вилка (6), соединенная с вторичным валом (2) коробки передач, помещена в удлинитель (1), прикрепленный к корпусу коробки передач. Кроме того, такое расположение шлицевого соединения (вне зоны между шарнирами) значительно повышает жесткость карданной передачи и снижает вероятность возникновения вибраций вала при износе скользящего шлицевого соединения.

Карданный вал изготовлен из тонкостенной электросварной трубы (8), в которую с каждого конца запрессованы и затем приварены дуговой сваркой две одинаковые вилки (9). Корпуса игольчатых подшипников (18) крестовины (25) запрессованы в проушины вилок (9) и зафиксированы пружинными стопорными кольцами (20). Каждый подшипник карданного шарнира содержит 22 иглы (21). На выступающие цапфы крестовин напрессованы штампованные колпачки (24), в которые установлены пробковые кольца (23). Смазка подшипников осуществляется с помощью углового смазочного фитинга (17), вкрученного в резьбовое отверстие в центре крестовины и соединенного со сквозными каналами в цапфах крестовины. С противоположной стороны крестовины карданного шарнира в ее центре расположен предохранительный клапан (16), предназначенный для сброса излишков смазки при заполнении крестовины и подшипников, а также для предотвращения повышения давления внутри крестовины во время работы (клапан срабатывает при давлении около 3,5 кг/см²). Необходимость установки предохранительного клапана обусловлена тем, что чрезмерное повышение давления внутри крестовины может привести к повреждению (выдавливанию) пробковых уплотнений.

Рисунок 6. Сборка приводного вала: 1 - удлинитель коробки передач; 2 - вторичный вал коробки передач; 3 и 5 - грязеотбойники; 4 - резиновые уплотнения; 6 - скользящая вилка; 7 - балансировочная пластина; 8 - труба приводного вала; 9 - вилка; 10 - фланец вилки; 11 - болт; 12 - фланец шестерни привода заднего моста; 13 - пружинная шайба; 14 - гайка; 15 - задний мост; 16 - предохранительный клапан; 17 - угловой штуцер для смазки; 18 - игольчатый подшипник; 19 - проушина коромысла; 20 - пружинное стопорное кольцо; 21 - игла; 22 - шайба с тороидальным концом; 23 - пробковое кольцо; 24 - штампованная пробка; 25 - крест

Карданный вал в сборе с обоими карданными шарнирами тщательно динамически сбалансирован на обоих концах путем приваривания к трубе балансировочных пластин (7). Поэтому при разборке вала все его детали должны быть тщательно промаркированы, чтобы их можно было собрать в исходном положении. Несоблюдение этого правила нарушает баланс вала, вызывая вибрации, которые могут повредить трансмиссию и кузов автомобиля. Если отдельные детали изнашиваются, особенно если труба изгибается от удара и становится невозможной динамическая балансировка вала после сборки, весь вал подлежит замене.

Возможные неисправности карданного вала, их причины и решения

Причина неисправности Решение
Вибрация карданного вала
1. Изгиб вала из-за препятствия 1. Выпрямите и динамически сбалансируйте вал в сборе или замените вал в сборе.
2. Износ подшипников и крестовин 2. Замените подшипники и крестовины и выполните динамическую балансировку собранного вала
3. Износ удлинительных втулок и скользящего коромысла 3. Установите на место удлинитель и скользящее ярмо и динамически сбалансируйте собранный вал
Стук при старте и движении по трассе
1. Износ шлицов скользящей вилки или вторичного вала коробки передач 1. Замените изношенные детали. При замене скользящего винта динамически сбалансируйте собранный вал
2. Ослабьте болты, крепящие фланец вилки к фланцу ведущей шестерни заднего моста 2. Затяните болты
Выбрасывание масла из уплотнений универсальных шарниров
Износ пробковых колец в уплотнениях карданных шарниров Замените пробковые кольца, сохраняя при сборке взаимное расположение всех деталей карданного вала. При наличии износа крестовин и подшипников замените подшипники и крестовины и выполните динамическую балансировку собранного вала.

3. Балансировка карданного вала

После ремонта и сборки карданного вала его динамически балансируют на станке. Одна из конструкций балансировочного станка показана на рисунке 7. Станок состоит из плиты (18), маятниковой рамы (8), установленной на четырех вертикальных упругих стержнях (3), обеспечивающих ее колебания в горизонтальной плоскости. На продольных трубах маятниковой рамы (8) закреплены кронштейн и передняя бабка (9), зафиксированные на кронштейне (4). Задняя бабка (6) находится на подвижной траверсе (5), что позволяет динамически балансировать карданные валы разной длины. Шпиндели бабки установлены на прецизионных шарикоподшипниках. Шпиндель передней бабки (9) приводится в движение от электродвигателя, установленного в станине станка, через клиноременную передачу и промежуточный вал, на котором закреплен лимб (10) (градуированный диск). Дополнительно на плите станка (18) установлены две стойки (15) с выдвижными стопорными штифтами (17), обеспечивающие фиксацию переднего и заднего концов маятниковой рамы в зависимости от балансировки переднего или заднего конца приводного вала.

Рисунок 7. Динамический балансировочный станок для карданных валов

1-зажим; 2-демпферы; 3-упругий стержень; 4-кронштейн; 5-подвижная траверса; 6-задняя бабка; 7-поперечина; 8-маятниковая рама; 9-передняя ведущая бабка; 10-диск; 11-милливольтметр; 12-бабка вала коммутатора-выпрямителя; 13-магнитоэлектрический датчик; 14-фиксированная стойка; 15-стойка фиксатора; 16-опора; 17-фиксатор; 18-опорная плита

Сзади плиты станка установлены неподвижные стойки (14), на которых закреплены магнитоэлектрические датчики (13), стержни которых соединены с концами маятниковой рамы. Для предотвращения резонансных колебаний рамы под кронштейнами (4) установлены демпферы (2), заполненные маслом.

Во время динамической балансировки на станок устанавливается и закрепляется карданный вал в сборе со скользящей цапфой. Один конец приводного вала соединяется фланцем с фланцем передней ведущей бабки, а другой конец - опорной шейкой скользящей балки со шлицевой втулкой задней бабки. Затем проверяется легкость вращения приводного вала, и один конец маятниковой рамы станка закрепляется с помощью фиксатора. После запуска станка лимб выпрямителя поворачивают против часовой стрелки, доводя иглу милливольтметра до максимального показания. Показания милливольтметра соответствуют величине дисбаланса. Шкала милливольтметра градуирована в грамм-сантиметрах или граммах противовеса. Продолжая вращать выпрямительный лимб против часовой стрелки, показания милливольтметра сводятся к нулю, и машина останавливается. По показаниям выпрямительного лимба определяется угловое смещение (угол смещения дисбаланса), и, вращая вручную приводной вал, это значение устанавливается на лимбе промежуточного вала. Место сварки балансировочной пластины будет находиться в верхней части карданного вала, а утяжеленная часть - в нижней в плоскости коррекции. Затем балансировочную пластину крепят и обвязывают тонкой проволокой на расстоянии 10 мм от сварного шва, запускают машину и проверяют балансировку конца карданного вала с пластиной. Дисбаланс должен быть не более 70 г см. Затем, отпустив один конец и закрепив другой конец маятниковой рамы с помощью стойки-фиксатора, производят динамическую балансировку другого конца карданного вала в соответствии с технологической последовательностью, описанной выше.

Карданные валы имеют некоторые особенности балансировки. Для большинства деталей основой динамической балансировки являются опорные шейки (например, роторов электродвигателей, турбин, шпинделей, коленчатых валов и т. д.), но для карданных валов - фланцы. При сборке неизбежно возникают зазоры в различных соединениях, что приводит к дисбалансу. Если при балансировке не удается достичь минимального дисбаланса, вал бракуется. На точность балансировки влияют следующие факторы:

  • Зазор в соединении между посадочным поясом фланца карданного вала и внутренним отверстием зажимного фланца левой и правой опорных бабок;
  • Радиальное и торцевое биение базовых поверхностей фланца;
  • Зазоры в шарнирных и шлицевых соединениях. Наличие смазки в полости шлицевого соединения может привести к "плавающему" дисбалансу. Если это не позволяет достичь требуемой точности балансировки, карданный вал балансируется без смазки.

Некоторые дисбалансы могут быть полностью неустранимы. Если в карданных шарнирах карданного вала наблюдается повышенное трение, взаимное влияние плоскостей коррекции увеличивается. Это приводит к снижению производительности и точности балансировки.

Согласно ОСТ 37.001.053-74 установлены следующие нормы дисбаланса: карданные валы с двумя шарнирами (двухопорные) балансируют динамически, а с тремя (трехопорные) - в сборе с промежуточной опорой; фланцы (вилки) карданных валов и муфт массой более 5 кг перед сборкой вала или муфты балансируют статически; нормы остаточного дисбаланса карданных валов на каждом конце или на промежуточной опоре трехшарнирных карданных валов оценивают по удельному дисбалансу;

Максимально допустимая удельная норма остаточного дисбаланса на каждом конце вала или на промежуточной опоре, а также для трехшарнирных карданных валов в любом положении на балансировочном стенде не должна превышать: для трансмиссий легковых и малотоннажных автомобилей (до 1 т) и очень малых автобусов - 6 г-см/кг, для остальных - 10 г-см/кг. Максимально допустимая норма остаточного дисбаланса карданного или трехшарнирного карданного вала должна обеспечиваться на балансировочном стенде при частоте вращения, соответствующей их частоте в трансмиссии при максимальной скорости автомобиля.

Для карданных и трехшарнирных валов грузовых автомобилей грузоподъемностью 4 т и выше, малых и больших автобусов допускается снижение частоты вращения на балансировочном стенде до 70% частоты вращения валов трансмиссии при максимальной скорости автомобиля. Согласно ОСТ 37.001.053-74, частота вращения карданных валов при балансировке должна быть равна:

nb = (0.7 ... 1.0) nr,

где nb - частота балансировочного вращения (должна соответствовать основным техническим характеристикам стенда, n=3000 мин.-1; nr - максимальная рабочая частота вращения, мин-1.

На практике из-за зазоров в шарнирах и шлицевых соединениях карданный вал не может быть сбалансирован на рекомендуемой частоте вращения. В этом случае выбирается другая частота вращения, при которой он балансируется.

4. Современные балансировочные станки для карданных валов

Рисунок 8. Балансировочный станок для карданных валов длиной до 2 метров и весом до 500 кг

Модель имеет 2 стойки и позволяет балансировать в двух плоскостях коррекции.

Балансировочный станок для карданных валов длиной до 4200 мм и весом до 400 кг

Рисунок 9. Балансировочный станок для карданных валов длиной до 4200 мм и весом до 400 кг

Модель имеет 4 стойки и позволяет балансировать в 4 плоскостях коррекции одновременно.

Рисунок 10. Горизонтальный балансировочный станок с жестким подшипником для динамической балансировки карданных валов

1 - балансировочный элемент (карданный вал); 2 - основание станка; 3 - опоры станка; 4 - привод станка; Конструктивные элементы опор станка показаны на рисунке 9.

Рисунок 11. Опорные элементы станка для динамической балансировки карданных валов

1 - Левая нерегулируемая опора; 2 - Промежуточная регулируемая опора (2 шт.); 3 - Правая нерегулируемая фиксированная опора; 4 - Ручка блокировки опорной рамы; 5 - Подвижная опорная платформа; 6 - Гайка регулировки вертикального положения опоры; 7 - Ручки блокировки вертикального положения; 8 - Зажимная скоба опоры; 9 - Подвижная скоба промежуточного подшипника; 10 - Ручка блокировки скобы; 11 - Замок зажимной скобы; 12 - Ведущий шпиндель для установки изделия; 13 - Приводной шпиндель

5. Подготовка к балансировке приводного вала

Ниже мы рассмотрим настройку опор станка и установку балансировочного элемента (четырехопорного карданного вала) на опоры станка.

Рисунок 12. Установка переходных фланцев на шпиндели балансировочного станка

Рисунок 13. Установка приводного вала на опоры балансировочного станка

Рисунок 14. Выравнивание приводного вала по горизонтали на опорах балансировочного станка с помощью пузырькового уровня

Рисунок 15. Крепление промежуточных опор балансировочного станка для предотвращения вертикального смещения приводного вала

Поверните изделие вручную на полный оборот. Убедитесь, что он вращается свободно и без заеданий на опорах. После этого механическая часть машины настроена, и установка изделия завершена.

6. Процедура балансировки приводного вала

Процесс балансировки карданного вала на балансировочном станке будет рассмотрен на примере измерительной системы Balanset-4. Balanset-4 - это портативный балансировочный комплект, предназначенный для балансировки в одной, двух, трех и четырех плоскостях коррекции роторов, вращающихся в собственных подшипниках или установленных на балансировочном станке. Прибор включает в себя до четырех датчиков вибрации, датчик фазового угла, четырехканальный измерительный блок и портативный компьютер.

Весь процесс балансировки, включая измерение, обработку и отображение информации о величине и расположении корректирующих грузов, выполняется автоматически и не требует от пользователя дополнительных навыков и знаний, помимо предоставленных инструкций. Результаты всех операций балансировки сохраняются в архиве балансировки и при необходимости могут быть распечатаны в виде отчетов. Помимо балансировки, Balanset-4 может использоваться как обычный вибротахометр, позволяя измерять по четырем каналам среднеквадратичное значение общей вибрации, среднеквадратичное значение вращательной составляющей вибрации, а также контролировать частоту вращения ротора.

Кроме того, устройство позволяет отображать графики временной функции и спектра вибрации по виброскорости, что может быть полезно при оценке технического состояния балансируемого станка.

Рисунок 16. Внешний вид устройства Balanset-4 для использования в качестве измерительной и вычислительной системы балансировочного станка приводного вала

Рисунок 17. Пример использования прибора Balanset-4 в качестве измерительной и вычислительной системы балансировочного станка приводного вала

Рисунок 18. Пользовательский интерфейс устройства Balanset-4

Прибор Balanset-4 может быть оснащен двумя типами датчиков - виброакселерометрами для измерения вибрации (виброускорения) и датчиками силы. Датчики вибрации используются для работы на балансировочных станках послерезонансного типа, а датчики силы - для станков дорезонансного типа.

Рисунок 19. Установка датчиков вибрации Balanset-4 на опорах балансировочного станка

Направление оси чувствительности датчиков должно совпадать с направлением виброперемещения опоры, в данном случае - горизонтальным. Дополнительную информацию по установке датчиков см. в разделе БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ В УСЛОВИЯХ ОПЕРАЦИИ. Установка датчиков силы зависит от конструктивных особенностей машины.

  1. Установите датчики вибрации 1, 2, 3, 4 на опоры балансировочного станка.
  2. Подключите датчики вибрации к разъемам X1, X2, X3, X4.
  3. Установите датчик фазового угла (лазерный тахометр) 5 таким образом, чтобы номинальный зазор между радиальной (или торцевой) поверхностью сбалансированного ротора и корпусом датчика находился в диапазоне от 10 до 300 мм.
  4. Прикрепите к поверхности ротора метку из светоотражающей ленты шириной не менее 10-15 мм.
  5. Подключите датчик угла сдвига фаз к разъему X5.
  6. Подключите измерительный блок к USB-порту компьютера.
  7. При использовании сетевого питания подключите компьютер к блоку питания.
  8. Подключите блок питания к сети 220 В, 50 Гц.
  9. Включите компьютер и выберите программу "БалКом-4".
  10. Нажмите кнопку "F12-four-plane" (или функциональную клавишу F12 на клавиатуре компьютера) для выбора режима измерения вибрации одновременно в четырех плоскостях с помощью датчиков вибрации 1, 2, 3, 4, подключенных соответственно к входам X1, X2, X3 и X4 измерительного блока.
  11. Мнемосхема, иллюстрирующая процесс измерения вибрации одновременно по четырем измерительным каналам (или процесс балансировки в четырех плоскостях), появляется на дисплее компьютера, как показано на рис. 16.

Перед проведением балансировки рекомендуется выполнить измерения в режиме виброметра (кнопка F5).

Рисунок 20. Измерения в режиме виброметра

Если величина суммарной вибрации V1s (V2s) примерно соответствует величине вращательной составляющей V1o (V2o), можно предположить, что основной вклад в вибрацию механизма вносит дисбаланс ротора. Если суммарная величина вибрации V1s (V2s) значительно превышает величину вращательной составляющей V1o (V2o), рекомендуется провести обследование механизма - проверить состояние подшипников, обеспечить надежное крепление к фундаменту, убедиться в отсутствии контакта ротора с неподвижными деталями при вращении, рассмотреть влияние вибрации от других механизмов и т.д.

Здесь может быть полезно изучение графиков временных функций и спектров колебаний, полученных в режиме "Графики-спектральный анализ".

Программное обеспечение для портативного балансира и виброанализатора Balanset-1A. Графики спектра вибрации.

Рисунок 21. Графики временной функции и спектра вибрации

На графике показано, на каких частотах уровень вибрации наиболее высок. Если эти частоты отличаются от частоты вращения ротора балансируемого механизма, необходимо определить источники этих компонентов вибрации и принять меры по их устранению до балансировки.

Также важно обратить внимание на стабильность показаний в режиме виброметра - амплитуда и фаза колебаний не должны изменяться более чем на 10-15% во время измерения. В противном случае механизм может работать вблизи области резонанса. В этом случае необходимо отрегулировать скорость вращения ротора.

При выполнении балансировки в четырех плоскостях в режиме "Primary" требуется пять калибровочных прогонов и как минимум один проверочный прогон отбалансированного станка. Измерение вибрации во время первого запуска станка без пробного груза выполняется в рабочей области "Четырехплоскостная балансировка". Последующие запуски выполняются с пробным грузом, последовательно установленным на приводной вал в каждой плоскости коррекции (в области каждой опоры балансировочного станка).

Перед каждым последующим запуском необходимо выполнить следующие действия:

  • Остановите вращение ротора сбалансированного станка.
  • Снимите ранее установленный пробный груз.
  • Установите пробный груз на следующий самолет.

Рисунок 23. Рабочая область балансировки в четырех плоскостях

После завершения каждого измерения, результаты частоты вращения ротора (Nob), а также среднеквадратичные значения (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) и фазы (F1, F2, F3, F4) колебаний на частоте вращения уравновешенного ротора сохраняются в соответствующих полях окна программы. После пятого прогона (вес в плоскости 4) появляется рабочая область "Балансировочные грузы" (см. рис. 24), в которой отображаются рассчитанные значения масс (M1, M2, M3, M4) и углы установки (f1, f2, f3, f4) корректирующих грузов, которые необходимо установить на ротор в четырех плоскостях, чтобы компенсировать его дисбаланс.

Рисунок 24. Рабочая область с рассчитанными параметрами корректирующих грузов в четырех плоскостях

Внимание!: После завершения процесса измерения во время пятого запуска сбалансированного станка необходимо остановить вращение ротора и снять ранее установленный пробный груз. Только после этого можно приступать к установке (или снятию) корректирующих грузов на ротор.

Угловое положение для добавления (или удаления) корректирующего груза на роторе в полярной системе координат измеряется от места установки пробного груза. Направление измерения угла совпадает с направлением вращения ротора. В случае балансировки по лопастям, лопасть сбалансированного ротора, условно считающаяся 1-й лопастью, совпадает с местом установки пробного груза. Направление нумерации лопастей, отображаемое на дисплее компьютера, соответствует направлению вращения ротора.

В этой версии программы по умолчанию предполагается, что корректирующий вес будет добавлен к ротору. На это указывает отметка, установленная в поле "Добавить". Если необходимо устранить дисбаланс путем удаления груза (например, путем сверления), установите метку в поле "Remove" с помощью мыши, после чего угловое положение корректирующего груза автоматически изменится на 180 градусов.

После установки корректирующих грузов на отбалансированный ротор нажмите кнопку "Выход - F10" (или функциональную клавишу F10 на клавиатуре компьютера), чтобы вернуться в предыдущую рабочую область "Четырехплоскостная балансировка" и проверить эффективность операции балансировки. После завершения проверочного прогона результаты частоты вращения ротора (Nob) и среднеквадратичные значения (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) и фазы (F1, F2, F3, F4) вибрации на частоте вращения балансируемого ротора сохраняются. Одновременно над рабочей областью "Четырехплоскостная балансировка" появляется рабочая область "Балансировочные грузы" (см. рис. 21), в которой отображаются расчетные параметры дополнительных корректирующих грузов, которые необходимо установить (или снять) на ротор для компенсации его остаточного дисбаланса. Кроме того, в этой рабочей области отображаются значения остаточного дисбаланса, достигнутого после балансировки. Если значения остаточной вибрации и/или остаточного дисбаланса отбалансированного ротора соответствуют требованиям к допускам, указанным в технической документации, процесс балансировки можно завершить. В противном случае процесс балансировки может быть продолжен. Данный метод позволяет исправить возможные ошибки путем последовательных приближений, которые могут возникнуть при установке (снятии) корректирующего груза на отбалансированный ротор.

Если процесс балансировки продолжается, необходимо установить (или удалить) дополнительные корректирующие грузы на сбалансированный ротор в соответствии с параметрами, указанными в рабочей области "Балансировочные грузы".

Кнопка "Коэффициенты - F8" (или функциональная клавиша F8 на клавиатуре компьютера) используется для просмотра и сохранения в памяти компьютера коэффициентов балансировки ротора (коэффициентов динамического влияния), рассчитанных по результатам пяти прогонов калибровки.

7. Рекомендуемые классы точности балансировки для жестких роторов

Таблица 2. Рекомендуемые классы точности балансировки для жестких роторов.

Рис. 7.34. Окно расчета балансировочного допуска

Рекомендуемые классы точности балансировки для жестких роторов

Типы машин (роторы) Класс точности балансировки Значение eper Ω мм/с
Приводные коленчатые валы (конструктивно неуравновешенные) для больших низкооборотных судовых дизельных двигателей (скорость поршня менее 9 м/с) G 4000 4000
Приводные коленчатые валы (конструктивно сбалансированные) для больших низкооборотных судовых дизельных двигателей (скорость поршня менее 9 м/с) G 1600 1600
Приводные коленчатые валы (конструктивно несбалансированные) на виброизоляторах G 630 630
Приводные коленчатые валы (конструктивно несбалансированные) на жестких опорах G 250 250
Рециркуляционные двигатели для легковых автомобилей, грузовиков и локомотивов G 100 100
Автомобильные запчасти: колеса, колесные диски, колесные пары, трансмиссии
Приводные коленчатые валы (конструктивно сбалансированные) на виброизоляторах G 40 40
Сельскохозяйственные машины G 16 16
Приводные коленчатые валы (сбалансированные) на жестких опорах
Дробилки
Приводные валы (карданные валы, винтовые валы)
Авиационные газовые турбины G 6.3 6.3
Центрифуги (сепараторы, отстойники)
Электродвигатели и генераторы (с высотой вала не менее 80 мм) с максимальной номинальной скоростью вращения до 950 мин.-1
Электродвигатели с высотой вала менее 80 мм
Вентиляторы
Шестеренчатые приводы
Машины общего назначения
Металлорежущие станки
Бумагоделательные машины
Насосы
Турбокомпрессоры
Водяные турбины
Компрессоры
Приводы с компьютерным управлением G 2.5 2.5
Электродвигатели и генераторы (с высотой вала не менее 80 мм) с максимальной номинальной скоростью вращения более 950 мин.-1
Газовые и паровые турбины
Приводы металлорежущих станков
Текстильное оборудование
Приводы аудио- и видеотехники G 1 1
Приводы шлифовальных станков
Шпиндели и приводы высокоточного оборудования G 0.4 0.4

 

Категории: ПримерроторыРешенияКонтент
Теги:

Комментарии 0

Добавить комментарий

Место для аватара
ru_RUРусский
ru_RUРусский en_USEnglish bg_BGБългарски zh_CN简体中文 hrHrvatski cs_CZČeština da_DKDansk nl_NLNederlands etEesti fiSuomi fr_FRFrançais de_DEDeutsch elΕλληνικά hu_HUMagyar id_IDBahasa Indonesia it_ITItaliano ja日本語 ko_KR한국어 lvLatviešu valoda lt_LTLietuvių kalba nb_NONorsk bokmål pl_PLPolski pt_BRPortuguês do Brasil pt_PTPortuguês ro_RORomână sk_SKSlovenčina sl_SISlovenščina es_ESEspañol sv_SESvenska thไทย tr_TRTürkçe ukУкраїнська hi_INहिन्दी viTiếng Việt