Uravnoteženje pogonske gredi: celovit vodnik

Predstavljajte si, da vozite tovornjak in nenadoma začutite ostre vibracije ali slišite glasen zvok pri pospeševanju ali prestavljanju. To ni le nadloga – lahko je znak neuravnotežene pogonske gredi. Za inženirje in tehnike takšne vibracije in hrup kažejo na izgubo učinkovitosti, pospešeno obrabo komponent in potencialno drage izpade, če se jih ne odpravi.

V tem obsežnem priročniku ponujamo praktične rešitve za težave z uravnoteženjem kardanske gredi. Spoznali boste, kaj je kardanska gred in zakaj jo je treba uravnotežiti, prepoznali boste pogoste okvare, ki povzročajo vibracije ali hrup, in sledili jasnemu postopku dinamičnega uravnoteženja kardanske gredi po korakih. Z uporabo teh najboljših praks lahko prihranite denar pri popravilih, skrajšate čas odpravljanja težav in zagotovite, da vaš stroj ali vozilo deluje zanesljivo z minimalnimi vibracijami.

Kazalo vsebine

• 1. Vrste pogonskih gredi
• 2. Napake pogona z univerzalnim sklepom
• 3. Izravnava pogonske gredi
• 4. Sodobni balansirni stroji za pogonske gredi
• 5. Priprava na uravnoteženje pogonske gredi
• 6. Postopek uravnoteženja pogonske gredi
• 7. Priporočeni razredi točnosti uravnoteženja za toge rotorje

1. Vrste pogonskih gredi

Pogon univerzalnega sklepa (pogonska gred) je mehanizem, ki prenaša navor med gredmi, ki se križajo v središču univerzalnega sklepa in se lahko med seboj premikajo pod kotom. V vozilu pogonska gred prenaša navor od menjalnika (ali prenosne enote) na pogonski osi v primeru klasičnega ali štirikolesnega pogona. Pri vozilih s pogonom na vsa kolesa univerzalni sklep običajno povezuje pogonsko gred menjalnika s pogonsko gredjo menjalnika, pogonski gredi menjalnika pa s pogonskimi gredmi glavnih pogonov pogonskih osi.

Enote, nameščene na okvirju (kot sta menjalnik in razdelilno ohišje), se lahko zaradi deformacije svojih nosilcev in samega okvirja premikajo druga glede na drugo. Medtem so pogonske osi pritrjene na okvir prek vzmetenja in se lahko zaradi deformacije elastičnih elementov vzmetenja premikajo glede na okvir in enote, nameščene na njem. To gibanje lahko spremeni ne le kote pogonskih gredi, ki povezujejo enote, temveč tudi razdaljo med enotami.

Pogon z univerzalnim sklepom ima pomembno pomanjkljivost: neenakomerno vrtenje gredi. Če se ena gred vrti enakomerno, se druga ne, ta neenakomernost pa se povečuje s kotom med gredema. Ta omejitev preprečuje uporabo pogona z univerzalnim sklepom v številnih aplikacijah, na primer pri menjalniku vozil s pogonom na sprednja kolesa, kjer je glavni problem prenos navora na vrtljiva kolesa. To pomanjkljivost je mogoče delno nadomestiti z uporabo dvojnih univerzalnih sklepov na eni gredi, ki se med seboj obrnejo za četrtino obrata. Vendar se pri aplikacijah, ki zahtevajo enakomerno vrtenje, namesto tega običajno uporabljajo sklepi s konstantno hitrostjo (CV-sklopi). CV-sklopi so naprednejša, vendar tudi bolj zapletena konstrukcija, ki služi istemu namenu.

Pogoni z univerzalnim sklepom so lahko sestavljeni iz enega ali več univerzalnih sklepov, povezanih s pogonskimi gredmi in vmesnimi nosilci.

Slika 1. Shema pogona z univerzalnim sklepom: 1, 4, 6 - pogonske gredi; 2, 5 - univerzalni sklepi; 3 - kompenzacijski priključek; u1, u2 - koti med gredmi

Na splošno je pogon univerzalnega zgloba sestavljen iz univerzalnih zglobov 2 in 5, pogonskih gredi 1, 4 in 6 ter kompenzacijske povezave 3. Včasih je pogonska gred nameščena na vmesnem nosilcu, pritrjenem na prečni nosilec okvirja vozila. Univerzalni zglobi zagotavljajo prenos navora med gredmi, katerih osi se sekajo pod kotom. Univerzalni zglobi so razdeljeni na zglobe z neenakomerno in konstantno hitrostjo. Zglobi z neenakomerno hitrostjo so nadalje razvrščeni v elastične in toge. Zglobi z konstantno hitrostjo so lahko kroglični z delilnimi utori, kroglični z delilno ročico in odmični. Običajno so nameščeni v pogonu vodilnih krmiljenih koles, kjer lahko kot med gredmi doseže 45°, središče univerzalnega zgloba pa mora sovpadati s presečiščem vrtilnih osi kolesa in njegove osi obračanja.

Elastični univerzalni zglobi prenašajo navor med gredmi s sekajočimi se osmi pod kotom 2...3° zaradi elastične deformacije povezovalnih elementov. Togi zglob z neenakomerno hitrostjo prenaša navor z ene gredi na drugo prek premične povezave togih delov. Sestavljen je iz dveh jarmov – 3 in 5, v katerih valjaste luknje so na ležajih nameščeni konci A, B, V in G povezovalnega elementa – križa 4. Jarmi so togo povezani z gredmi 1 in 2. Jaram 5 se lahko vrti okoli osi BG križa in hkrati skupaj s križem vrti okoli osi AV, s čimer omogoča prenos vrtenja z ene gredi na drugo s spreminjajočim se kotom med njima.

Slika 2. Shema togega univerzalnega sklepa z neenakomerno hitrostjo

Če se gred 7 zavrti okoli svoje osi za kot α, se gred 2 v istem obdobju zavrti za kot β. Razmerje med kotoma vrtenja gredi 7 in 2 je določeno z izrazom tanα = tanβ * cosγ, kjer je γ kot, pod katerim so nameščene osi gredi. Ta izraz pomeni, da je kot β včasih manjši, enak ali večji od kota α. Enakost teh kotov se pojavi vsakih 90° vrtenja gredi 7. Zato je pri enakomernem vrtenju gredi 1 kotna hitrost gredi 2 neenakomerna in se spreminja po sinusnem zakonu. Neenakomernost vrtenja gredi 2 postaja večja z naraščanjem kota γ med osma gredi.

Če se neenakomerna rotacija gredi 2 prenese na gredi enot, se pri prenosu pojavijo dodatne pulzirajoče obremenitve, ki se povečujejo s kotom γ. Da bi preprečili prenos neenakomerne rotacije gredi 2 na gredi enot, sta v pogonu z univerzalnim sklepom uporabljena dva univerzalna sklepa. Vgrajena sta tako, da sta kota γ1 in γ2 enaka; vilici univerzalnih sklepov, pritrjeni na neenakomerno vrtečo se gred 4, morata biti nameščeni v isti ravnini.

Zasnova glavnih delov pogona kardanskega zgloba je prikazana na sliki 3. Kardanski zglob z neenakomerno hitrostjo je sestavljen iz dveh jarmov (1), ki sta povezana s križem (3). Eden od jarmov ima včasih prirobnico, drugi pa je privarjen na cev pogonske gredi ali ima utorni konec (6) (ali pušo) za povezavo s pogonsko gredjo. Čepki križa so nameščeni v ušesih obeh jarmov na igličnih ležajih (7). Vsak ležaj je nameščen v ohišju (2) in je v ušesu jarma pritrjen s pokrovčkom, ki je na jaram pritrjen z dvema vijakoma, ki ju zaklepata jezička na podložki. V nekaterih primerih so ležaji v jarmih pritrjeni z varovalnimi obroči. Za zadrževanje maziva v ležaju in zaščito pred vodo in umazanijo je nameščeno gumijasto samozatezno tesnilo. Notranja votlina križa je napolnjena z mastjo skozi mazalko, ki doseže ležaje. Križ ima običajno varnostni ventil, ki ščiti tesnilo pred poškodbami zaradi tlaka masti, ki se črpa v križ. Utorna povezava (6) se maže z mazalko (5).

Slika 3. Podrobnosti togega univerzalnega sklepa z neenakomerno hitrostjo

Največji kot med osmi gredi, ki so povezane s togimi univerzalnimi zglobi z neenakomerno hitrostjo, običajno ne presega 20°, saj se učinkovitost pri večjih kotih znatno zmanjša. Če se kot med osmi gredi spreminja v območju 0...2%, se igličasti ležaji deformirajo zglobi križa, zaradi česar univerzalni zglob hitro odpove.

V menjalnikih visokohitrostnih goseničnih vozil se pogosto uporabljajo univerzalni zglobi z zobniškimi sklopkami, ki omogočajo prenos navora med gredmi z osmi, ki se sekajo pod koti do 1,5...2°.

Pogonske gredi so običajno izdelane cevno, iz posebnih jeklenih brezšivnih ali varjenih cevi. Na cevi so privarjeni jermeni kardanskih zglobov, drsne tuljave ali konice. Za zmanjšanje prečnih obremenitev, ki delujejo na pogonsko gred, se dinamično uravnoteženje izvede pri sestavljenih univerzalnih členih. Neuravnoteženost se odpravi z varjenjem izravnalnih plošč na pogonsko gred ali včasih z namestitvijo izravnalnih plošč pod ležajne pokrove kardanskih zglobov. Relativni položaj delov sprednjega spoja po sestavi in uravnoteženju pogona univerzalnega sklepa v tovarni je običajno označen s posebnimi nalepkami.

Kompenzacijski priključek pogona univerzalnega sklepa je običajno izveden v obliki drsnega priključka, ki omogoča aksialno gibanje delov pogona univerzalnega sklepa. Sestavljen je iz narebrene konice, ki se prilega narebreni tuljavi pogona univerzalnega sklepa. Mazivo se v drsni priključek vnaša skozi mazalni nastavek ali pa se uporabi med montažo in se zamenja po daljši uporabi vozila. Običajno sta vgrajena tesnilo in pokrov, ki preprečujeta uhajanje in onesnaženje z mastjo.

Pri dolgih pogonskih gredeh se pri pogonih z univerzalnim sklepom običajno uporabljajo vmesne podpore. Vmesna opora je običajno sestavljena iz nosilca, privitega na prečni nosilec okvirja vozila, v katerem je v gumijastem elastičnem obroču nameščen kroglični ležaj. Ležaj je na obeh straneh zatesnjen s pokrovčki in ima napravo za mazanje. Elastični gumijasti obroček pomaga izravnavati netočnosti pri montaži in neskladnost ležaja, do katerih lahko pride zaradi deformacij okvirja.

Univerzalni sklep z igličnimi ležaji (slika 4a) je sestavljen iz jarma, križa, igličnih ležajev in tesnil. Mišice z igličnimi ležaji so nameščene na stebričke križa in zatesnjene s tesnili. Skodelice so v jermenih pritrjene z zaskočnimi obročki ali pokrovčki, pritrjenimi z vijaki. Univerzalni spoji se mažejo z mazalnim nastavkom prek notranjih vrtin v križu. Varnostni ventil se uporablja za odpravo prevelikega pritiska olja v spoju. Med enakomernim vrtenjem gonilnega jarma se pogonski jarem vrti neenakomerno: dvakrat na obrat napreduje in zaostaja za gonilnim jarmom. Za odpravo neenakomernega vrtenja in zmanjšanje vztrajnostnih obremenitev se uporabljata dva univerzalna sklepa.

Pri pogonu na sprednja pogonska kolesa so vgrajeni kardanski sklepi s konstantno hitrostjo. Pogon stalnega hitrega univerzalnega sklepa vozil GAZ-66 in ZIL-131 sestavljajo jarma 2, 5 (slika 4b), štiri kroglice 7 in osrednja kroglica 8. Pogonski jarm 2 je integriran z notranjo osno gredjo, pogonski jarm pa je skovan z zunanjo osno gredjo, na koncu katere je pritrjeno pesto kolesa. Pogonski moment z jarma 2 na jarem 5 se prenaša prek kroglic 7, ki se premikajo po okroglih utorih v jarmih. Osrednja kroglica 8 služi za centriranje jarmov in jo na mestu držita čepi 3 in 4. Frekvenca vrtenja jarmov 2 in 5 je enaka zaradi simetričnosti mehanizma glede na jarma. Sprememba dolžine gredi je zagotovljena s prostimi drsnimi spoji jarmov z gredjo.

Slika 4. Univerzalni sklepi: a - univerzalni sklep: 1 - pokrovček; 2 - skodelica; 3 - iglični ležaj; 4 - tesnilo; 5, 9 - jarma; 6 - varnostni ventil; 7 - križ; 8 - mazalni nastavek; 10 - vijak; b - univerzalni sklep s stalno hitrostjo: 1 - notranja osna gred; 2 - gonilni jarem; 3, 4 - čepi; 5 - gnani jarem; 6 - zunanja osna gred; 7 - kroglice; 8 - centralna kroglica

2. Napake pogona z univerzalnim sklepom

Okvare pogona univerzalnega sklepa se običajno kažejo kot ostri udarci v univerzalnih sklepih, ki se pojavijo med vožnjo vozila, zlasti med prestavljanjem med prestavami in nenadnim povečanjem števila vrtljajev ročične gredi motorja (na primer pri prehodu z zaviranja motorja na pospeševanje). Znak okvare univerzalnega sklepa je lahko njegovo segrevanje na visoko temperaturo (nad 100 °C). To se zgodi zaradi znatne obrabe puše in trnov univerzalnega sklepa, igličnih ležajev, križev in drsnih spojev, kar povzroči nepravilno nastavitev univerzalnega sklepa in znatne udarne osne obremenitve igličnih ležajev. Poškodbe plutovinastih tesnil križa univerzalnega zgloba povzročijo hitro obrabo trna in njegovega ležaja.

Med vzdrževanjem se pogon kardanskega sklepa preveri tako, da se pogonska gred z roko močno zavrti v obe smeri. Stopnja prostega vrtenja gredi določa obrabo kardanskih sklepov in drsnih spojev. Vsakih 8-10 tisoč kilometrov se preveri stanje vijačnih povezav prirobnic pogonske gredi menjalnika in pogonske gredi glavnega menjalnika s prirobnicami končnih kardanskih sklepov ter pritrditev vmesne podpore pogonske gredi. Preveri se tudi stanje gumijastih škornjev na drsnih spojih in plutovinastih tesnil križnega univerzalnega sklepa. Vsi pritrdilni vijaki morajo biti popolnoma zategnjeni (zategovalni moment 8-10 kgf-m).

Iglični ležaji univerzalnih zglobov se mažejo s tekočim oljem, ki se uporablja za menjalnike; drsni spoji v večini vozil se mažejo z mastmi (US-1, US-2, 1-13 itd.); uporaba masti za mazanje igličnih ležajev je strogo prepovedana. V nekaterih vozilih so vijačni spoji namazani z oljem za menjalnike. Vmesni podporni ležaj, nameščen v gumijastem tulcu, praktično ne potrebuje mazanja, saj je namazan med montažo v tovarni. Podporni ležaj vozila ZIL-130 se med rednim vzdrževanjem (vsakih 1100-1700 km) namaže z mastjo prek tlačnega priključka.

Slika 5. Pogon z univerzalnim sklepom: 1 - prirobnica za pritrditev pogonske gredi; 2 - križ univerzalnega sklepa; 3 - jarm univerzalnega sklepa; 4 - drsni jarm; 5 - cev pogonske gredi; 6 - iglični valjčni ležaj z zaprtim koncem

Pogon univerzalnega sklepa je sestavljen iz dveh univerzalnih sklepov z igličnimi ležaji, povezanih z votlo gredjo, in drsnega jarma z vijačnimi zobniki. Za zanesljivo zaščito pred umazanijo in dobro mazanje vpetega spoja je drsni jarm (6), povezan s sekundarno gredjo (2) menjalnika, nameščen v podaljšek (1), pritrjen na ohišje menjalnika. Poleg tega ta lokacija drsnega spoja (zunaj območja med zgloboma) znatno poveča togost pogona z univerzalnim zglobom in zmanjša verjetnost vibracij gredi ob obrabi drsnega drsnega spoja.

Pogonska gred je izdelana iz tankostenske električno varjene cevi (8), v katero sta na vsakem koncu vtisnjena dva enaka jarma (9) in nato varjena z obločnim varjenjem. Ohišja igelnih ležajev (18) križa (25) so vtisnjena v ušesa jarmov (9) in pritrjena z vzmetnimi zadrževalnimi obroči (20). Vsak ležaj univerzalnega zgloba vsebuje 22 igel (21). Na štrleče sornike križev so vtisnjene vtisnjene kapice (24), v katere so nameščeni plutovinasti obroči (23). Ležaji se mažejo s kotno mazalko (17), ki je privita v navojno luknjo v središču križa, povezano s skoznjimi kanali v sornikih križa. Na nasprotni strani križa univerzalnega zgloba je v njegovem središču varnostni ventil (16), ki je zasnovan tako, da sprosti odvečno mast pri polnjenju križa in ležajev ter prepreči kopičenje tlaka v križu med delovanjem (ventil se aktivira pri tlaku približno 3,5 kg/cm²). Potreba po vključitvi varnostnega ventila je posledica dejstva, da lahko prekomerno povečanje tlaka v križu povzroči poškodbo (iztiskanje) plutovinastih tesnil.

Slika 6. Sestava pogonske gredi: 1 - podaljšek menjalnika; 2 - sekundarna gred menjalnika; 3 in 5 - deflektorja umazanije; 4 - gumijasta tesnila; 6 - drsni jarm; 7 - izravnalna plošča; 8 - cev pogonske gredi; 9 - jarm; 10 - prirobnica jarma; 11 - vijak; 12 - prirobnica pogonskega sklopa zadnje osi; 13 - vzmetna podložka; 14 - matica; 15 - zadnja os; 16 - varnostni ventil; 17 - kotni mazalni nastavek; 18 - iglični ležaj; 19 - oko jarma; 20 - vzmetni pritrdilni obroč; 21 - igla; 22 - podložka s toroidnim koncem; 23 - plutovinasti obroč; 24 - štampiljka; 25 - križ

Kardanska gred, sestavljena z obema univerzalnima zgloboma, je na obeh koncih skrbno dinamično uravnotežena z varjenjem uravnoteženih plošč (7) na cev. Zato je treba pri demontaži gredi vse njene dele skrbno označiti, da jih je mogoče ponovno sestaviti v prvotne položaje. Neupoštevanje tega navodila poruši ravnovesje gredi, kar povzroči vibracije, ki lahko poškodujejo menjalnik in karoserijo vozila. Če se posamezni deli obrabijo, zlasti če se cev zaradi udarca upogne in po montaži ni mogoče dinamično uravnotežiti gredi, je treba zamenjati celotno gred.

Možne okvare pogonske gredi, njihovi vzroki in rešitve

Vzrok okvare	Rešitev
Vibracije pogonske gredi
1. Upogibanje gredi zaradi ovire	1. Izravnajte in dinamično uravnotežite sestavljeno gred ali zamenjajte sestavljeno gred.
2. Obraba ležaja in križa	2. Zamenjajte ležaje in križe ter dinamično uravnotežite sestavljeno gred.
3. Obraba razširitvenih puše in drsnega jarma	3. Zamenjajte podaljšek in drsni jarm ter dinamično uravnotežite sestavljeno gred.
Udarci pri zagonu in vožnji po klancu
1. Obraba drsnih vijakov ali gredi sekundarnega menjalnika	1. Zamenjajte obrabljene dele. Pri zamenjavi drsnega jarma dinamično uravnotežite sestavljeno gred
2. Sprostite vijake, ki pritrjujejo prirobnični jarm na prirobnico gonilnega mehanizma zadnje osi.	2. Privijte vijake
Izmet olja iz tesnil univerzalnih sklepov
Obraba plutovinastih obročkov v tesnilih univerzalnih sklepov	Zamenjajte plutovinaste obročke in pri sestavljanju ohranite relativni položaj vseh delov pogonske gredi. Če so križi in ležaji obrabljeni, zamenjajte ležaje in križe ter dinamično uravnotežite sestavljeno gred.

3. Izravnava pogonske gredi

Po popravilu in sestavi pogonske gredi se ta dinamično uravnoteži na stroju. Ena od zasnov balansirnega stroja je prikazana na sliki 7. Stroj sestavljajo plošča (18), okvir nihala (8), nameščen na štiri navpične elastične palice (3), ki zagotavljajo njegovo nihanje v vodoravni ravnini. Na vzdolžne cevi okvirja nihala (8) sta pritrjena nosilec in sprednja glava (9), pritrjena na nosilec (4). Zadnja glava (6) je nameščena na premični tirnici (5), ki omogoča dinamično uravnoteženje pogonskih gredi različnih dolžin. Vretena glavnika so nameščena na natančnih krogličnih ležajih. Vreteno sprednjega vretenika (9) poganja elektromotor, ki je nameščen v podstavku stroja, prek pogona z jermenom in vmesne gredi, na kateri je nameščena okončina (10) (graduirani disk). Poleg tega sta na ploščo stroja (18) nameščeni dve stojali (15) z izvlečnimi zapornimi čepi (17), ki zagotavljata pritrditev sprednjega in zadnjega konca okvirja nihala glede na uravnoteženje sprednjega ali zadnjega konca pogonske gredi.

Slika 7. Stroj za dinamično uravnoteženje pogonskih gredi

1 - objemka; 2 - blažilniki; 3 - elastična palica; 4 - nosilec; 5 - premična traverza; 6 - zadnja glava; 7 - prečnik; 8 - okvir nihala; 9 - sprednja pogonska glava; 10 - kolutni disk; 11 - milivoltmeter; 12 - kolutna gred komutatorja in usmernika; 13 - magnetoelektrični senzor; 14 - fiksno stojalo; 15 - fiksatorsko stojalo; 16 - podpora; 17 - fiksator; 18 - podporna plošča

Na zadnji strani plošče stroja so nameščena fiksna stojala (14), na katerih so nameščeni magnetoelektrični senzorji (13) s palicami, povezanimi s koncema okvirja nihala. Za preprečevanje resonančnih vibracij okvirja so pod nosilci (4) nameščeni blažilniki (2), napolnjeni z oljem.

Med dinamičnim uravnoteženjem se sklop pogonske gredi z drsnim jarmom namesti in pritrdi na stroj. En konec pogonske gredi je s prirobnico-jarmom povezan s prirobnico sprednjega pogonskega vretena, drugi konec pa z podpornim vratom drsnega jarma z utorno pušo zadnjega vretena. Nato se preveri lahkotnost vrtenja pogonske gredi in en konec nihalnega okvirja stroja se pritrdi s fiksatorjem. Po zagonu stroja se krak usmernika zavrti v nasprotni smeri urinega kazalca, s čimer se igla milivoltmetra doseže najvišji odčitek. Odčitek milivoltmetra ustreza velikosti neravnovesja. Lestvica milivoltmetra je graduirana v gram-centimetrih ali gramih protiuteži. Z nadaljnjim vrtenjem kraka usmernika v nasprotni smeri urinega kazalca se odčitek milivoltmetra nastavi na nič in stroj se ustavi. Na podlagi odčitka kraka usmernika se določi kotni premik (kot premika neravnovesja) in z ročnim vrtenjem pogonske gredi se ta vrednost nastavi na vmesnem kraku gredi. Varilno mesto uravnotežene plošče bo na vrhu pogonske gredi, uteženi del pa na dnu v korekcijski ravnini. Nato se uravnotežena plošča pritrdi in zaveže s tanko žico na razdalji 10 mm od zvara, stroj se zažene in preveri se ravnovesje konca pogonske gredi s ploščo. Neravnovesje ne sme biti večje od 70 g cm. Nato se po sprostitvi enega konca in pritrditvi drugega konca nihalnega okvirja s stojalom za fiksiranje izvede dinamično uravnoteženje drugega konca pogonske gredi v skladu z zgoraj opisanim tehnološkim zaporedjem.

Pogonske gredi imajo nekaj funkcij za uravnoteženje. Pri večini delov so osnova za dinamično uravnoteženje podporni vratovi (npr. rotorji elektromotorjev, turbine, vretena, ročične gredi itd.), pri pogonskih gredeh pa so to prirobnice. Med sestavljanjem se v različnih spojih pojavijo neizogibne vrzeli, ki povzročijo neuravnoteženost. Če med uravnoteženjem ni mogoče doseči najmanjše neuravnoteženosti, se gred zavrne. Na natančnost uravnoteženja vplivajo naslednji dejavniki:

• Vrzel v povezavi med pristajalnim pasom prirobnice pogonske gredi in notranjo odprtino vpenjalne prirobnice leve in desne podporne glave;
• Radialni in končni pogrez osnovnih površin prirobnice;
• Reže v tečajih in utornih povezavah. Prisotnost masti v votlini utorne povezave lahko povzroči "plavajoče" neravnovesje. Če to preprečuje doseganje zahtevane natančnosti uravnoteženja, se pogonska gred uravnoteži brez masti.

Nekaterih neravnovesij morda sploh ni mogoče odpraviti. Če se v univerzalnih sklepih pogonske gredi pojavi povečano trenje, se poveča medsebojni vpliv korekcijskih ravnin. Zaradi tega se zmanjšata zmogljivost in natančnost uravnoteženja.

V skladu z OST 37.001.053-74 so določeni naslednji standardi neravnovesja: pogonske gredi z dvema zgloboma (dvonosilne) so uravnotežene dinamično, s tremi (trinosilne) pa so sestavljene z vmesnim nosilcem; prirobnice (jarmi) pogonskih gredi in sklopk, težjih od 5 kg, so statično uravnotežene pred montažo gredi ali sklopke; norme preostalega neravnovesja za pogonske gredi na vsakem koncu ali na vmesnem nosilcu trinosilne pogonske gredi se ocenijo s specifičnim neravnovesjem;

Največja dovoljena specifična norma preostale neravnovesnosti na vsakem koncu gredi ali na vmesnem nosilcu, kot tudi za trizglobne pogonske gredi v katerem koli položaju na uravnoteženju, ne sme presegati: za menjalnike osebnih avtomobilov in majhnih tovornjakov (do 1 t) ter zelo majhnih avtobusov – 6 g-cm/kg, za ostale – 10 g-cm/kg. Največja dovoljena norma preostale neravnovesnosti pogonske gredi ali trizglobne pogonske gredi mora biti zagotovljena na uravnoteženju pri vrtilni frekvenci, ki ustreza njihovim frekvencam v menjalniku pri največji hitrosti vozila.

Za kardanske gredi in trizglobne kardanske gredi tovornjakov z nosilnostjo 4 t in več, majhnih in velikih avtobusov je dovoljeno zmanjšanje vrtilne frekvence na uravnalnem stojalu na 70% vrtilne frekvence kardanskih gredi pri največji hitrosti vozila. V skladu z OST 37.001.053-74 mora biti vrtilna frekvenca uravnoteženja kardanskih gredi enaka:

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

kjer je n_b – frekvenca vrtenja za uravnoteženje (mora ustrezati glavnim tehničnim podatkom stojala, n=3000 min-1^-1; n_r – največja delovna vrtilna frekvenca, min^-1.

V praksi pogonske gredi zaradi vrzeli v sklepih in drsnih spojev ni mogoče uravnotežiti pri priporočeni frekvenci vrtenja. V tem primeru se izbere druga frekvenca vrtenja, pri kateri se uravnoteži.

4. Sodobni balansirni stroji za pogonske gredi

Slika 8. Balansirni stroj za pogonske gredi dolžine do 2 metra in teže do 500 kg

Model ima 2 stojali in omogoča uravnoteženje v 2 ravninah korekcije.

Balansirni stroj za pogonske gredi dolžine do 4200 mm in teže do 400 kg

Slika 9. Balansirni stroj za pogonske gredi dolžine do 4200 mm in teže do 400 kg

Model ima 4 stojala in omogoča uravnoteženje v 4 ravninah korekcije hkrati.

Slika 10. Horizontalni stroj za uravnoteženje trdih ležajev za dinamično uravnoteženje pogonskih gredi

1 - Izravnalni element (pogonska gred); 2 - Podstavek stroja; 3 - Nosilci stroja; 4 - Pogon stroja; Konstrukcijski elementi nosilcev stroja so prikazani na sliki 9.

Slika 11. Podporni elementi stroja za dinamično uravnoteženje pogonskih gredi

1 - Leva nenastavljiva opora; 2 - Vmesna nastavljiva opora (2 kosa); 3 - Desna nenastavljiva fiksna opora; 4 - Ročaj za zaklepanje okvirja opore; 5 - Premična platforma opore; 6 - Matica za navpično nastavitev opore; 7 - Ročaji za zaklepanje navpičnega položaja; 8 - Nosilec za vpenjanje opore; 9 - Premična objemka z vmesnim ležajem; 10 - Ročaj za zaklepanje objemke; 11 - Zaklepanje objemke; 12 - Pogonsko (vodilno) vreteno za namestitev elementa; 13 - Pogonsko vreteno

5. Priprava na uravnoteženje pogonske gredi

V nadaljevanju bomo obravnavali namestitev nosilcev stroja in namestitev izravnalnega elementa (pogonske gredi s štirimi nosilci) na nosilce stroja.

Slika 12. Namestitev prehodnih prirobnic na vretena balansirnega stroja

Slika 13. Namestitev pogonske gredi na nosilce balansirnega stroja

Slika 14. Vodoravna izravnava pogonske gredi na nosilcih balansirnega stroja s pomočjo mehurčkaste ravnilnice

Slika 15. Pritrditev vmesnih podpornikov balansirnega stroja za preprečevanje navpičnega premika pogonske gredi

Ročno zavrtite element za en obrat. Prepričajte se, da se prosto vrti in da se ne zatakne na nosilcih. Po tem je mehanski del stroja nastavljen in namestitev elementa je končana.

6. Postopek uravnoteženja pogonske gredi

Postopek uravnoteženja pogonske gredi na balansirnem stroju bo obravnavan na primeru merilnega sistema Balanset-4. Balanset-4 je prenosni komplet za uravnoteženje, namenjen uravnoteženju v eni, dveh, treh in štirih korekcijskih ravninah rotorjev, ki se vrtijo v lastnih ležajih ali so nameščeni na uravnotežilni stroj. Naprava vključuje do štiri senzorje vibracij, senzor faznega kota, štirikanalno merilno enoto in prenosni računalnik.

Celoten postopek uravnoteženja, vključno z merjenjem, obdelavo in prikazom informacij o velikosti in lokaciji korekcijskih uteži, se izvede samodejno in od uporabnika ne zahteva dodatnih spretnosti in znanja, ki bi presegala zagotovljena navodila. Rezultati vseh postopkov uravnoteženja so shranjeni v arhivu uravnoteženja in jih je po potrebi mogoče natisniti kot poročila. Poleg izravnave lahko napravo Balanset-4 uporabljate tudi kot običajen vibrotahometer, ki na štirih kanalih omogoča merjenje povprečne kvadratne vrednosti (RMS) celotnih vibracij, RMS rotacijske komponente vibracij in nadzor frekvence vrtenja rotorja.

Poleg tega naprava omogoča prikaz grafov časovne funkcije in spektra vibracij glede na hitrost vibracij, kar je lahko koristno pri ocenjevanju tehničnega stanja uravnoteženega stroja.

Slika 16. Zunanji pogled na napravo Balanset-4, ki se uporablja kot merilni in računski sistem stroja za uravnoteženje pogonske gredi

Slika 17. Primer uporabe naprave Balanset-4 kot merilnega in računskega sistema stroja za uravnoteženje pogonske gredi

Slika 18. Uporabniški vmesnik naprave Balanset-4

Naprava Balanset-4 je lahko opremljena z dvema vrstama senzorjev – vibracijskimi merilniki pospeška za merjenje vibracij (vibracijskih pospeškov) in senzorji sile. Senzorji vibracij se uporabljajo za delovanje na balansirnih strojih po resonanci, senzorji sile pa za stroje pred resonanco.

Slika 19. Namestitev senzorjev vibracij Balanset-4 na nosilce balansirnega stroja

Smer osi občutljivosti senzorjev se mora ujemati s smerjo vibracijskega premika nosilca, v tem primeru – vodoravno. Za dodatne informacije o namestitvi senzorjev glejte URAVNOTEŽENJE ROTOROJEV V DELOVNIH POGOJIH. Namestitev senzorjev sile je odvisna od konstrukcijskih značilnosti stroja.

1. Senzorje vibracij 1, 2, 3 in 4 namestite na nosilce balansirnega stroja.
2. Senzorje vibracij priključite na priključke X1, X2, X3, X4.
3. Senzor faznega kota (laserski tahometer) 5 namestite tako, da je nazivna vrzel med radialno (ali končno) površino uravnoteženega rotorja in ohišjem senzorja od 10 do 300 mm.
4. Na površino rotorja pritrdite oznako z odsevnim trakom širine vsaj 10-15 mm.
5. Senzor faznega kota priključite na priključek X5.
6. Merilno enoto priključite na vrata USB računalnika.
7. Če uporabljate električno omrežje, računalnik priključite na napajalno enoto.
8. Napajalno enoto priključite na omrežje 220 V, 50 Hz.
9. Vklopite računalnik in izberite program "BalCom-4".
10. Pritisnite gumb "F12-four-plane" (ali funkcijsko tipko F12 na tipkovnici računalnika), da izberete način za hkratno merjenje vibracij v štirih ravninah z uporabo senzorjev vibracij 1, 2, 3 in 4, ki so povezani z vhodi X1, X2, X3 in X4 merilne enote.
11. Na računalniškem zaslonu se prikaže mnemotehnični diagram, ki ponazarja postopek hkratnega merjenja vibracij na štirih merilnih kanalih (ali postopek uravnoteženja v štirih ravninah), kot je prikazano na sliki 16.

Pred uravnoteženjem je priporočljivo opraviti meritve v načinu vibrometra (gumb F5).

Slika 20. Meritve v načinu vibrometra

Če skupna magnituda vibracij V1s (V2s) približno ustreza magnitudi rotacijske komponente V1o (V2o), lahko sklepamo, da glavni prispevek k vibracijam mehanizma izhaja iz neravnovesja rotorja. Če skupna magnituda vibracij V1s (V2s) znatno presega rotacijsko komponento V1o (V2o), je priporočljivo pregledati mehanizem – preveriti stanje ležajev, zagotoviti varno pritrditev na temelj, preveriti, ali se rotor med vrtenjem ne dotika mirujočih delov, in upoštevati vpliv vibracij drugih mehanizmov itd.

Pri tem je lahko koristno preučevanje grafov časovnih funkcij in vibracijskih spektrov, pridobljenih v načinu "Grafi-spektralna analiza".

Slika 21. Časovna funkcija vibracij in spektralni grafikoni

Graf prikazuje, pri katerih frekvencah so ravni vibracij najvišje. Če se te frekvence razlikujejo od vrtilne frekvence rotorja uravnoteženega mehanizma, je treba pred uravnoteženjem prepoznati vire teh vibracijskih komponent in sprejeti ukrepe za njihovo odpravo.

Pomembno je tudi, da ste pozorni na stabilnost odčitkov v načinu vibrometra - amplituda in faza vibracij se med meritvijo ne smeta spremeniti za več kot 10-15%. V nasprotnem primeru mehanizem morda deluje v bližini resonančnega območja. V tem primeru je treba prilagoditi hitrost rotorja.

Pri izvajanju štiriravninskega uravnoteženja v načinu "Primarno" je potrebnih pet kalibracijskih voženj in vsaj en verifikacijski voženj uravnoteženega stroja. Meritev vibracij med prvim delovanjem stroja brez poskusne uteži se izvede v delovnem prostoru "Štiriravninsko uravnoteženje". Nadaljnji vožnji se izvedejo s poskusno utežjo, ki je zaporedno nameščena na pogonski gredi v vsaki korekcijski ravnini (v območju vsakega nosilca uravnoteženega stroja).

Pred vsakim naslednjim zagonom je treba opraviti naslednje korake:

• Ustavite vrtenje rotorja uravnoteženega stroja.
• Odstranite predhodno nameščeno preskusno utež.
• V naslednjo ravnino namestite poskusno utež.

Slika 23. Delovni prostor za uravnoteženje štirih ravnin

Po zaključku vsake meritve se rezultati vrtilne frekvence rotorja (N_ob) in efektivne vrednosti (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) in faze (F₁, F₂, F₃, F₄) vibracij pri vrtilni frekvenci uravnoteženega rotorja se shranijo v ustrezna polja v oknu programa. Po petem zagonu (Utež v ravnini 4) se prikaže delovno območje "Uteži za uravnoteženje" (glej sliko 24), ki prikazuje izračunane vrednosti mas (M₁, M₂, M₃, M₄) in vgradni koti (f₁, f₂, f₃, f₄) korekcijskih uteži, ki jih je treba namestiti na rotor v štirih ravninah, da se izravna njegovo neravnovesje.

Slika 24. Delovni prostor z izračunanimi parametri korekcijskih uteži v štirih ravninah

Pozor! Po končanem postopku merjenja med petim zagonom uravnoteženega stroja je potrebno ustaviti vrtenje rotorja in odstraniti predhodno nameščeno poskusno utež. Šele po tem lahko nadaljujete z nameščanjem (ali odstranjevanjem) korektivnih uteži na rotorju.

Kotni položaj za dodajanje (ali odstranjevanje) korektivne uteži na rotorju v polarnem koordinatnem sistemu se meri od mesta namestitve poskusne uteži. Smer merjenja kota sovpada s smerjo vrtenja rotorja. V primeru uravnoteženja z lopaticami se lopatica uravnoteženega rotorja, ki pogojno velja za prvo lopatico, sovpada z mestom namestitve poskusne uteži. Smer oštevilčenja lopatic, prikazana na zaslonu računalnika, sledi smeri vrtenja rotorja.

V tej različici programa se privzeto predpostavlja, da bo korekcijska utež dodana rotorju. To označuje oznaka, nastavljena v polju »Dodaj«. Če je potrebno popraviti neravnovesje z odstranitvijo uteži (npr. z vrtanjem), z miško nastavite oznako v polju »Odstrani«, nakar se bo kotni položaj korekcijske uteži samodejno spremenil za 180 stopinj.

Po namestitvi korektivnih uteži na uravnotežen rotor pritisnite gumb »Izhod – F10« (ali funkcijsko tipko F10 na računalniški tipkovnici), da se vrnete na prejšnje delovno območje »Štiriravninsko uravnoteženje« in preverite učinkovitost postopka uravnoteženja. Po zaključku preverjanja se rezultati vrtilne frekvence rotorja (N_ob) in vrednosti RMS (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) in faze (F₁, F₂, F₃, F₄) vibracij pri vrtilni frekvenci uravnoteženega rotorja se shranijo. Hkrati se nad delovnim prostorom "Štiriravninsko uravnoteženje" prikaže delovno območje "Uravnotežitvene uteži" (glej sliko 21), ki prikazuje izračunane parametre dodatnih korektivnih uteži, ki jih je treba namestiti (ali odstraniti) na rotor, da se kompenzira njegovo preostalo neravnovesje. Poleg tega to delovno območje prikazuje vrednosti preostalega neravnovesja, dosežene po uravnoteženju. Če vrednosti preostalih vibracij in/ali preostalega neravnovesja uravnoteženega rotorja izpolnjujejo tolerančne zahteve, določene v tehnični dokumentaciji, se postopek uravnoteženja lahko zaključi. V nasprotnem primeru se postopek uravnoteženja lahko nadaljuje. Ta metoda omogoča popravljanje morebitnih napak z zaporednimi približki, ki se lahko pojavijo pri nameščanju (odstranjevanju) korektivne uteži na uravnoteženem rotorju.

Če se postopek uravnoteženja nadaljuje, je treba na uravnoteženi rotor namestiti (ali odstraniti) dodatne korektivne uteži v skladu s parametri, določenimi v delovnem prostoru »Uravnoteževalne uteži«.

Gumb »Koeficienti – F8« (ali funkcijska tipka F8 na računalniški tipkovnici) se uporablja za ogled in shranjevanje koeficientov uravnoteženja rotorja (dinamičnih vplivnih koeficientov), izračunanih iz rezultatov petih kalibracijskih voženj, v pomnilnik računalnika.

7. Priporočeni razredi točnosti uravnoteženja za toge rotorje

Preglednica 2. Priporočeni razredi točnosti uravnoteženja za toge rotorje.

Priporočeni razredi natančnosti uravnoteženja za toge rotorje

Vrste strojev (rotorji)	Razred natančnosti uravnoteženja	Vrednost eper Ω mm/s
Pogonske ročične gredi (strukturno neuravnotežene) za velike nizkohitrostne ladijske dizelske motorje (hitrost bata manj kot 9 m/s)	G 4000	4000
Pogonske ročične gredi (strukturno uravnotežene) za velike nizkohitrostne ladijske dizelske motorje (hitrost bata manj kot 9 m/s)	G 1600	1600
Pogonske ročične gredi (strukturno neuravnotežene) na izolatorjih vibracij	G 630	630
Pogonske ročične gredi (strukturno neuravnotežene) na togih nosilcih	G 250	250
Batni motorji, sestavljeni za osebne avtomobile, tovornjake in lokomotive	G 100	100
Avtomobilski deli: kolesa, platišča, kolesne dvojice, menjalniki
Pogonske ročične gredi (strukturno uravnotežene) na izolatorjih vibracij	G 40	40
Kmetijski stroji	G 16	16
Pogonske ročične gredi (uravnotežene) na togih nosilcih
Drobilniki
Pogonske gredi (pogonske gredi, vijačne gredi)
Plinske turbine za zrakoplove	G 6.3	6.3
Centrifuge (separatorji, usedalniki)
Elektromotorji in generatorji (z višino gredi najmanj 80 mm) z največjo nazivno hitrostjo vrtenja do 950 min-1
Elektromotorji z višino gredi manj kot 80 mm
Ventilatorji
Zobniški pogoni
Stroji za splošne namene
Stroji za rezanje kovin
Stroji za izdelavo papirja
Črpalke
Turbinski polnilniki
Vodne turbine
Kompresorji
Računalniško krmiljeni pogoni	G 2.5	2.5
Elektromotorji in generatorji (z višino gredi najmanj 80 mm) z največjo nazivno hitrostjo vrtenja nad 950 min-1
Plinske in parne turbine
Pogoni strojev za rezanje kovin
Tekstilni stroji
Pogoni za avdio in video opremo	G 1	1
Pogoni brusilnih strojev
Vretena in pogoni za zelo natančno opremo	G 0.4	0.4

Pogosto zastavljena vprašanja o uravnoteženju pogonske gredi

Kaj je uravnoteženje pogonske gredi?

Uravnoteženje pogonske gredi je postopek odpravljanja morebitnega neravnovesja mase v pogonski gredi, tako da se ta vrti gladko brez povzročanja vibracij. To vključuje merjenje, kje je gred na eni strani težja, in nato dodajanje ali odstranjevanje majhnih količin teže (na primer z varjenjem uteži za uravnoteženje), da se odpravi to neravnovesje. Uravnotežena pogonska gred deluje enakomerno, kar preprečuje prekomerne vibracije in obrabo komponent vozila.

Zakaj je uravnoteženje pogonske gredi pomembno?

Neuravnotežena pogonska gred lahko povzroči močne vibracije, zlasti pri določenih hitrostih, in lahko povzroči ropotanje med pospeševanjem ali prestavljanjem. Sčasoma lahko te vibracije poškodujejo ležaje, univerzalne zglobe in druge komponente pogonskega sklopa. Uravnoteženje pogonske gredi odpravi te vibracije, kar zagotavlja bolj gladko vožnjo, zmanjšuje obremenitev delov in preprečuje drago škodo ali izpade.

Kateri so pogosti simptomi neuravnotežene pogonske gredi?

Tipični simptomi neuravnotežene ali okvarjene pogonske gredi vključujejo opazne vibracije ali tresenje v tleh vozila ali na sedežu, zlasti ko se hitrost povečuje. Pri prestavljanju prestav ali med pospeševanjem in zaviranjem lahko slišite tudi trkanje ali ropotanje. V nekaterih primerih se lahko kardanski zglob zaradi neuravnoteženosti pregreje. Če opazite te znake, je verjetno, da je treba pogonsko gred uravnotežiti ali popraviti.

Kako uravnotežiti pogonsko gred?

Uravnoteženje pogonske gredi se običajno izvaja s specializiranim strojem za uravnoteženje. Pogonska gred se namesti in vrti z veliko hitrostjo, medtem ko senzorji zaznajo morebitno neravnovesje. Tehnik nato na določenih mestih pritrdi majhne uteži na pogonsko gred (ali odstrani material) glede na odčitke stroja. Ta postopek se ponavlja, dokler se pogonska gred ne vrti brez večjih vibracij. Sodobni sistemi, kot je Balanset-4, lahko vodijo ta postopek in natančno izračunajo, kam in koliko teže je treba dodati za natančno uravnoteženje.

Zaključek

Skratka, pravilno uravnoteženje pogonske gredi je bistvenega pomena za varnost, zmogljivost in prihranek stroškov. Z odkrivanjem in odpravljanjem neravnovesja preprečite nepotrebno obrabo delov, se izognete škodljivim okvaram in ohranjate optimalno delovanje stroja. Sodobni sistemi za uravnoteženje, kot sta naši napravi Balanset-1 in Balanset-4, omogočajo učinkovito delovanje in pomagajo tudi majhnim delavnicam doseči profesionalne rezultate.

Če se soočate z vztrajnimi vibracijami kardanske gredi ali potrebujete zanesljivo rešitev za uravnoteženje, ne odlašajte in ukrepajte. Uporabite korake, opisane v tem priročniku, ali se za pomoč posvetujte z našimi strokovnjaki. S pravilnim pristopom in opremo lahko zagotovite, da bo vaša kardanska gred delovala nemoteno in zanesljivo še vrsto let. Pišite nam če želite izvedeti več ali raziskati najboljšo opremo za uravnoteženje pogonske gredi za vaše potrebe.