Балансирање карданског вратила: Свеобухватни водич

Замислите да возите камион и одједном осетите оштру вибрацију или чујете гласно лупање приликом убрзавања или промене брзина. Ово је више од пуке сметње – то би могао бити знак неуравнотеженог карданског вратила. За инжењере и техничаре, такве вибрације и бука указују на губитак ефикасности, убрзано хабање компоненти и потенцијално скупе застоје ако се не реше.

Радите на возилу? Погледајте: балансирање погонске осовине у возилу без демонтаже.

Балансирање погонске осовине у возилу: стваран посао, корак по корак

Фотографије испод потичу са стварног посла балансирања извршеног док је возило на дизалици. Погонска осовина никада није уклоњена: сензори су причвршћени на само возило, осовину покреће мотор преко погонског склопа, а корективни тег се поставља одоздо. Ово задржава осовину у сопственим лежајевима и под сопственим радним угловима, тако да резултат одражава како склоп заиста ради — нешто што стона машина за балансирање не може у потпуности да репродукује.

Слика 24. Сензор вибрација монтиран на кућиште главног преноса, што је могуће ближе носећем лежају погонске осовине.

Слика 25. Ласерски тахометар усмерен на траку рефлектујуће траке на вратилу — обезбеђује и брзину обртања и фазни угао неуравнотежености.

Слика 26. Тег за корекцију причвршћен на цев вратила нерђајућом обујмицом за црево под углом и масом израчунатим софтвером.

Комплетан поступак — постављање сензора, безбедна пробна покретања, пробна маса и провере преостале вибрације — описан је у балансирање погонске осовине у возилу без демонтаже.

У овом свеобухватном водичу, пружамо практична решења за проблеме са балансирањем карданског вратила. Научићете шта је карданско вратило и зашто му је потребно балансирање, препознаћете уобичајене кварове који узрокују вибрације или буку и пратити јасан корак-по-корак поступак за динамичко балансирање карданског вратила. Применом ових најбољих пракси можете уштедети новац на поправкама, смањити време решавања проблема и осигурати да ваша машина или возило раде поуздано са минималним вибрацијама.

Садржај

• 1. Типови полуоса
• 2. Неисправности погона универзалне споне
• 3. Балансирање полуосовине
• 4. Савремене машине за балансирање погонских осовина
• 5. Припрема за балансирање погонске осовине
• 6. Како балансирати полуосу: корак по корак поступак
• 7. Препоручене класе прецизности балансирања за круте роторе

1. Типови полуоса

Универзални зглоб (кардански вратило) је механизам који преноси обртни момент између осовина које се укрштају у центру универзалног зглоба и могу се међусобно померати под углом. У возилу, погонски стабл преноси обртни момент од мењача (или разделне кутије) до покретаних осовина у случају класичне или погона свих точкова. Код возила са погоном свих точкова, универзални зглоб обично повезује покретану осовину мењача са погонским стаблом разделне кутије, а покретане осовине разделне кутије са погонским стаблима главних погона покретаних осовина.

Јединице монтиране на раму (као што су мењач и разводна кутија) могу се померати једна у односу на другу због деформације својих носача и самог рама. У међувремену, погонске осовине су причвршћене за раму преко вешања и могу се померати у односу на раму и јединице монтиране на њему због деформације еластичних елемената вешања. Ово кретање може променити не само углове карданских вратила која повезују јединице, већ и растојање између јединица.

Погон са крстастим зглобом има значајан недостатак: неравномерну ротацију вратила. Ако се једно вратило обрће равномерно, друго то не чини, а ова неравномерност расте са углом између вратила. Ово ограничење спречава употребу погона са крстастим зглобом у многим применама, попут преноса код возила са предњим погоном, где је главни проблем преношење обртног момента на точкове који скрећу. Овај недостатак може се делимично компензовати употребом два крстаста зглоба на једном вратилу, подешена на једнаке углове зглоба (γ1 = γ2), при чему су виљушке на оба краја међувратила у истој равни (у фази). Виљушке фазно померене за 90° не поништавају осцилацију — оне је појачавају. Међутим, у применама које захтевају равномерну ротацију, обично се уместо тога користе хомокинетички зглобови (CV зглобови). CV зглобови су напреднија, али и сложенија конструкција која служи истој сврси.

Погонски склопови са универзалним зглобовима могу се састојати од једног или више универзалних зглобова повезаних погонским осовинама и међуосовинским ослонцима.

Слика 1. Дијаграм погона са универзалним зглобовима: 1, 4, 6 — погонске осовине; 2, 5 — универзални зглобови; 3 — компензациона веза; u1, u2 — углови између осовина

Генерално, погон карданским зглобом састоји се од карданских зглобова 2 и 5, карданских вратила 1, 4 и 6 и компензационог споја 3. Понекад је карданско вратило постављено на међуносачу причвршћеном за попречни носач рама возила. Кардански зглобови обезбеђују пренос обртног момента између вратила чије се осе секу под углом. Кардански зглобови се деле на неуједначене и зглобове константне брзине. Зглобови неједнаке брзине се даље класификују на еластичне и круте типове. Зглобови константне брзине могу бити куглични са жлебовима за подељење, куглични са полугом за подељење и брегасти. Типично се уграђују у погон водећих контролисаних точкова, где угао између вратила може достићи 45°, а центар карданског зглоба мора се поклопити са тачком пресека оса ротације точка и његове осе окретања.

Еластични крстасти зглобови преносе обртни момент између вратила чије се осе секу под углом од 2...3° захваљујући еластичној деформацији везивних елемената. Крути зглоб неравномерне брзине преноси обртни момент са једног вратила на друго преко покретне везе крутих делова. Састоји се од две виљушке – 3 и 5, у чије цилиндричне отворе се на лежајевима постављају крајеви A, B, C и D везивног елемента – крста 4. Виљушке су круто повезане са вратилима 1 и 2. Виљушка 5 може да се обрће око осе B–D крста, а истовремено, заједно са крстом, да се обрће око осе A–C, чиме се омогућава преношење обртања са једног вратила на друго уз промену угла између њих.

Слика 2. Дијаграм круте универзалне спојке неједнаке брзине

Ако се вратило 1 окреће око своје осе за угао α, вратило 2 ће се окренути за угао β у истом периоду. Однос између углова ротације вратила 1 и 2 одређен је изразом tgα = tgβ * cosγ, где је γ угао под којим су постављене осе вратила. Овај израз показује да је угао β понекад мањи од, једнак, или већи од угла α. Једнакост ових углова јавља се на сваких 90° обртања вратила 1. Стога, при равномерном обртању вратила 1, угаона брзина вратила 2 је неравномерна и мења се по синусоидном закону. Неравномерност обртања вратила 2 постаје значајнија како се повећава угао γ између оса вратила.

Ако се неједнака ротација вратила 2 пренесе на вратила јединица, у преносу ће настати додатна пулсирајућа оптерећења која расту са углом γ. Да би се спречило преношење неједнаке ротације вратила 2 на вратила јединица, у погону са универзалним зглобовима користе се два универзална зглоба. Инсталирају се тако да су углови γ1 и γ2 једнаки; виљушке универзалних зглобова, причвршћене на осовину 4 која се неједнако ротира, треба да буду постављене у истој равни.

Дизајн главних делова карданских зглобова је приказан на слици 3. Кардански зглоб са неравномерном брзином састоји се од два јарма (1) повезана крстом (3). Један од јарма понекад има прирубницу, док је други заварен за цев карданског вратила или има ожљебљени крај (6) (или чауру) за повезивање са карданским вратилом. Зупци крста су уграђени у ушице оба јарма на игличастим лежајевима (7). Сваки лежај је смештен у кућиште (2) и држи се у ушици јарма помоћу поклопца, који је причвршћен за јарам са два вијка закључана језичцима на подлошци. У неким случајевима, лежајеви су причвршћени у јармама помоћу осигурача. Да би се задржало подмазивање у лежају и заштитило га од воде и прљавштине, постоји гумена самозатезна заптивка. Унутрашња шупљина крста је испуњена машћу кроз мазаљку, која допире до лежајева. Крст обично има сигурносни вентил који штити заптивку од оштећења услед притиска масти која се пумпа у крст. Зубчасти спој (6) се подмазује помоћу мазалице (5).

Слика 3. Детаљи чврсте неуниформне спојнице брзине

Максимални угао између оса вратила повезаних крутим зглобовима неравномерне брзине обично не прелази 20°, јер ефикасност значајно опада при већим угловима. Ако се угао између оса вратила мења у распону 0...2°, рукавци крста се деформишу услед игличастих лежајева, што узрокује брз отказ крстастог зглоба.

У преносницима брзих гусеничних возила често се користе кардански зглобови са типовима зупчастих спојница, који омогућавају пренос обртног момента између вратила са осама које се секу под угловима до 1,5...2°.

Осовине погона обично се израђују у облику цеви, користећи специјалне челичне безспојне или заварене цеви. Јокеви универзалних зглобова, назубљене навлаке или врхови заварују се на цеви. Да би се смањила попречна оптерећења на погонском вратилу, динамичко балансирање се врши са склопљеним универзалним зглобовима. Неуравнотеженост се коригује заваривањем балансних плочица на погонско вратило или понекад постављањем балансних плочица испод капица лежајева универзалних зглобова. Релативни положај делова назубљеног споја након склапања и балансирања погона универзалног зглоба у фабрици обично се обележава посебним етикетама.

Компензациона веза погона са универзалним зглобом обично се изводи у облику назубљене везе, која омогућава аксијално померање делова погона са универзалним зглобом. Она се састоји од назубљеног врха који се убацује у назубљену навлаку погона са универзалним зглобом. Подмазивање се уводи у назубљену везу преко масног чепа или се наноси током монтаже и замењује након продужене употребе возила. Обично се постављају заптивка и поклопац како би се спречило цурење масти и контаминација.

За дуге осовине предаја снаге обично се користе међуподупире у погонима са универзалним зглобом. Међуподупир обично се састоји од носача причвршћеног за попречни носач шасије возила, у који је уграђен куглични лежај у еластичном гуменом прстену. Лежај је заптивним капицама затворен са обе стране и има уређај за подмазивање. Еластични гумени прстен помаже у компензацији нетачности при склапању и неусклађености лежаја које могу настати због деформација шасије.

Универзални зглоб са игленастим лежајевима (Слика 4a) састоји се од јокова, крста, игленастих лежајева и заптивки. Чаше са игленастим лежајевима монтирају се на вратила крста и заптивју се заптивкама. Чаше се учвршћују у јоковима помоћу закључавајућих прстенова или капи који се причвршћују вијцима. Универзални зглобови подмазују се преко масног чепа кроз унутрашње бушевине у крсту. Безбедносни вентил се користи за уклањање вишка притиска уља у зглобу. Током једнообразног ротације погонског носача, погонски носач се ротира неједнообразно: он заостаје и претиче погонски носач два пута по једном обртају. Да би се елиминисала неједнообразна ротација и смањила инерцијална оптерећења, користе се два универзална зглоба.

У погону предњих покретних точкова уграђени су универзални зглобови константне брзине. Погон константне брзине зглобова на возилима ГАЗ-66 и ЗИЛ-131 састоји се од јока 2 и 5 (слика 4б), четири куглице 7 и централне куглице 8. Погонски јоке 2 је једноделан са унутрашњим вратилом полуосовине, док је погубни јоке изливен заједно са спољашњим вратилом полуосовине, на чијем крају је причвршћен носач точка. Торзиони момент од јока 2 до јока 5 преноси се кроз куглице 7, које се крећу по кружним жлебовима у јоковима. Централна кугла 8 служи за центрирање јока и држи се на месту помоћу шипки 3 и 4. Фреквенција ротације јока 2 и 5 је иста због симетрије механизма у односу на јоке. Промена дужине осовине обезбеђује се слободним назубљеним спојевима јока са осовином.

Слика 4. Универзалне спојнице: а — универзална спојница: 1 — капа; 2 — чаша; 3 — иглени лежај; 4 — заптивка; 5, 9 — вилице; 6 — безбедносни вентил; 7 — крст; 8 — масница; 10 — вијак; б — универзални зглоб константне брзине: 1 — унутрашња осовина; 2 — погонско колено; 3, 4 — штифтови; 5 — погонско колено; 6 — спољна осовина; 7 — куглице; 8 — централна куглица

2. Неисправности погона универзалне споне

Неисправности погона карданског зглоба обично се манифестују оштрим ударима у карданским зглобовима који се јављају када возило креће, нарочито при пребацивању брзина и наглим порастом брзине коленастог вратила мотора (на пример, при преласку са кочења мотором на убрзавање). Знак квара универзалне спојке може бити њено загревање на високу температуру (више од 100 °C). То се дешава због значајног хабања чаура и вратила универзалне спојке, игличастих лежајева, крстовића и назубљених спојева, што доводи до неусклађености универзалне спојке и значајних ударних аксијалних оптерећења на игличасте лежајеве. Оштећење плутаних заптивки крстовића универзалне спојке доводи до брзог хабања вратила и његовог лежаја.

Током одржавања проверава се погон универзалних зглобова оштрим ручним ротирањем полуосовине у оба смера. Степен слободног ротирања осовине одређује степен хабања универзалних зглобова и назубљених спојева. На сваких 8–10 хиљада километара проверава се стање затегнутих спојева фланци погоњене осовине мењача и погонске осовине главног преноса са фланцама крајњих универзалних зглобова и причвршћивање средњег ослонаца полуосовине. Проверава се и стање гумених навлака на назубљеним спојевима и плутаних заптивки карданског крста. Сви завртњи за причвршћивање морају бити потпуно затегнути (момент затезања 8–10 кгф·м).

Иглене лежајеве универзалних зглобова подмазују се течним уљем које се користи за преносне јединице; назубљене везе у већини возила подмазују се мастима (US-1, US-2, 1-13 итд.); употреба масти за подмазивање иглених лежајева је строго забрањена. У неким возилима назубљене везе се подмазују уљем за мењач. Подширни лежај, монтиран у гуменом навлаку, практично не захтева подмазивање, јер је подмазан током монтаже у фабрици. Подширни лежај возила ЗИЛ-130 се подмазује мастром кроз прикључак под притиском током редовног одржавања (на сваких 1100–1700 км).

Слика 5. Кардански преносник: 1 — прирубница за причвршћивање карданског вратила; 2 — крст карданског зглоба; 3 — виљушка карданског зглоба; 4 — клизна виљушка; 5 — цев карданског вратила; 6 — игличасти ваљкасти лежај са затвореним крајем

Погон универзалних зглобова састоји се од два универзална зглоба са игличастим лежајевима, повезана шупљим вратилом, и клизног јока са инволутним назубцима. Да би се обезбедила поуздана заштита од прљавштине и добро подмазивање назубљене везе, клизни йок (6), повезан са секундарним вратилом (2) мењача, смештен је у продужетку (1) причвршћеном за кућиште мењача. Поред тога, ова локација назубљене везе (изван зоне између зглобова) значајно повећава крутост погона универзалних зглобова и смањује вероватноћу вибрација осовине када се назубљена клизна веза истроши.

Погонско вратило је направљено од танкозидне електрично заварене цеви (8), у коју су два идентична јарма (9) утиснута на сваком крају, а затим заварена електролучним заваривањем. Кућишта игличастих лежајева (18) крста (25) су утиснута у уши јарма (9) и осигурана су опружним прстеновима (20). Сваки лежај карданског зглоба садржи 22 игле (21). Утиснуте капице (24) су утиснуте на избочене зупце крста, у које су уграђени прстенови од плуте (23). Лежајеви се подмазују помоћу угаоне мазнице (17) уврнуте у навојни отвор у центру крста, повезан са пролазним каналима у зупцима крста. На супротној страни крста карданског зглоба, у његовом центру се налази сигурносни вентил (16), дизајниран да испусти вишак масти приликом пуњења крста и лежајева и да спречи нагомилавање притиска унутар крста током рада (вентил се активира при притиску од око 3,5 кг/цм²). Неопходност уградње сигурносног вентила је због чињенице да прекомерно повећање притиска унутар крста може довести до оштећења (екструзије) плутаних заптивача.

Слика 6. Склоп карданског вратила: 1 — продужетак мењача; 2 — секундарно вратило мењача; 3 и 5 — одбијачи прљавштине; 4 — гумене заптивке; 6 — клизна виљушка; 7 — плочица за балансирање; 8 — цев карданског вратила; 9 — виљушка; 10 — прирубничка виљушка; 11 — вијак; 12 — прирубница погонског зупчаника задњег моста; 13 — опружна подлошка; 14 — матица; 15 — задњи мост; 16 — сигурносни вентил; 17 — угаона мазалица; 18 — игличасти лежај; 19 — ушица виљушке; 20 — опружни осигурачни прстен; 21 — иглица; 22 — подлошка са тороидалним крајем; 23 — плутани прстен; 24 — пресовани поклопац; 25 — крст

Карданско вратило, састављено са оба карданска зглоба, пажљиво је динамички балансирано на оба краја заваривањем балансирајућих плоча (7) на цев. Стога, приликом демонтаже вратила, сви његови делови морају бити пажљиво означени како би се могли поново саставити у своје првобитне положаје. Непоштовање овог упутства нарушава равнотежу вратила, узрокујући вибрације које могу оштетити мењач и каросерију возила. Ако се појединачни делови истроше, посебно ако се цев савије услед удара и постане немогуће динамички балансирати вратило након монтаже, цело вратило мора бити замењено.

Могући кварови полуосовине, њихови узроци и решења

Узрок квара	Решење
Вибрација полуосовине
1. Савијање вратила због препреке	1. Исправите и динамички уравнотежите састављено вратило или замените састављено вратило
2. Абење и унакрсно абење	2. Заменити лежајеве и крстове и динамички избалансирати састављени вратило
3. Изабељеност продужних утуба и клизног јока	3. Заменити продужетак и клизајућу вретену и динамички уравнотежити састављено вретено
Куцање при покретању и кочењу
1. Хабање зупчаника клизног јока или секундарне осовине мењача	1. Заменити истрошене делове. При замени клизног јоха динамички уравнотежити састављени вратило.
2. Отпуштени вијци који причвршћују прирубничку виљушку за прирубницу погонског зупчаника задњег моста	2. Затегните завртње
Истекање уља из заптивки универзалних зглобова
Изабење чепних прстенова у заптивкама универзалних зглобова	Заменити чепове од плуте, одржавајући релативни положај свих делова погонског вратила приликом склапања. Ако су крстови и лежајеви истрошени, заменити лежајеве и крстове и динамички избалансирати састављено вратило.

3. Балансирање полуосовине

Након поправке и склапања карданског вратила, оно се динамички балансира на машини. Једна конструкција машине за балансирање приказана је на слици 7. Машина се састоји од плоче (18) и клатног рама (8) монтираног на четири вертикалне еластичне шипке (3), које обезбеђују његово осциловање у хоризонталној равни. На уздужне цеви клатног рама (8) монтирани су носач и предња главчина (9), причвршћени на носач (4). Задња главчина (6) налази се на покретној пречки (5), што омогућава динамичко балансирање карданских вратила различитих дужина. Вретена главчина монтирана су на прецизним кугличним лежајевима. Вретено предње главчине (9) покреће електромотор уграђен у постоље машине, преко V-ременског преноса и међувратила, на коме је монтиран лимб (10) (градуисани диск). Поред тога, на плочи машине (18) уграђена су два постоља (15) са увлачивим закључавајућим клиновима (17), која обезбеђују фиксирање предњег и задњег краја клатног рама у зависности од балансирања предњег или задњег краја карданског вратила.

Слика 7. Динамичка машина за балансирање погонских вратила

1—стезаљка; 2—пригушивачи; 3—еластична шипка; 4—носач; 5—покретна преграда; 6—задња главица; 7—пречница; 8—кадарни оквир; 9—предњи погонски главчина; 10—лим-диск; 11—миливольтметар; 12—лим вратила комутатора-ректификатора; 13—магнетоелектрични сензор; 14—фиксни штанд; 15—штанд за фиксатор; 16—подлога; 17—фиксатор; 18—подложна плоча

Фиксни ослонци (14) су монтирани на задњој страни машине, а на њима су инсталирани магнето-електрични сензори (13), чије су шипке повезане са крајевима рамке махања. Да би се спречиле резонантне вибрације рамке, под носачима (4) су постављени уљем напуњени пригушивачи (2).

Приликом динамичке балансаже, склоп погонске осовине са клизном виљушком поставља се и причвршћује на машину. Један крај погонске осовине повезан је прирубницом-виљушком са прирубницом предње погонске главе, а други крај — ослоним вратом клизне виљушке — са жлебастом чауром задње главе. Затим се проверава лакоћа обртања погонске осовине, а један крај клатног рама машине фиксира се помоћу фиксатора. Након покретања машине, лимб исправљача окреће се супротно од смера казаљке на сату, доводећи казаљку миливолтметра до максималног очитавања. Очитавање миливолтметра одговара величини неуравнотежености. Скала миливолтметра је баждарена у грам-центиметрима или грамима противтега. Настављајући да окрећете лимб исправљача супротно од смера казаљке на сату, очитавање миливолтметра се доводи на нулу, а машина се зауставља. На основу очитавања лимба исправљача одређује се угаони помак (угао помака неуравнотежености), и ручним окретањем погонске осовине та вредност се поставља на лимбу међувратила. Место заваривања балансирне плоче биће на врху погонске осовине, а утежени део на дну, у равни корекције. Затим се балансирна плоча причвршћује и веже танком жицом на удаљености од 10 mm од завара, машина се покреће, и проверава се баланс краја погонске осовине са плочом. Неуравнотеженост не сме бити већа од 70 g·cm (700 g·mm). Затим, ослобађањем једног краја и причвршћивањем другог краја клатног рама помоћу држача фиксатора, динамичка балансажа другог краја погонске осовине изводи се према горе описаном технолошком редоследу.

Карданске осовине имају неке карактеристике за балансирање. За већину делова, основа за динамичко уравнотежење су потпорна врата (нпр. ротори електричних мотора, турбине, вретена, коленасти вратови итд.), али код погонских осовина то су фланце. Током монтаже неизбежне су празнине у различитим спојевима које доводе до неуравнотежености. Ако се минимална неуравнотеженост не може постићи током уравнотежења, осовина се одбацује. Тачност уравнотежења утичу следећи фактори:

• Јаз у вези између пријемног појаса флањеса полуосовине и унутрашње рупе стезне флањесе левог и десног ослонца главине;
• Радијална и аксијална одступања основних површина флањета;
• Зазори у шарнирним и жлебним спојевима. Присуство масти у шупљини жлебног споја може довести до „плутајуће“ неравнотеже. Ако то спречава постизање потребне тачности балансирања, карданско вратило се балансира без масти.

Неки дисбаланси могу бити потпуно неисправљиви. Ако се у универзалним зглобовима погонског вратила уочи повећано трење, међусобни утицај равни корекције се повећава. То доводи до смањења ефикасности и прецизности балансирања.

Према OST 37.001.053-74, утврђени су следећи стандарди неравнотеже: карданска вратила са два зглоба (двоносна) се динамички балансирају, а са три (троносна) – склопљена са средњим носачем; прирубнице (јармови) карданских вратила и спојница тежине веће од 5 кг се статички балансирају пре склапања вратила или спојнице; норме преостале неравнотеже за карданска вратила на сваком крају или на средњем носачу трозглобних карданских вратила процењују се специфичном неравнотежом;

Максимално дозвољена специфична норма преосталог дисбаланса на сваком крају вратила или на међуносачу, као и за трозглобна карданска вратила у било ком положају на балансирајућем постољу, не сме прећи: за мењаче путничких аутомобила и камиона малог терета (до 1 т) и веома малих аутобуса – 6 г-цм/кг, за остале – 10 г-цм/кг. Максимално дозвољена норма преосталог дисбаланса карданског вратила или трозглобног карданског вратила треба да буде обезбеђена на балансирајућем постољу на фреквенцији обртања која одговара њиховим фреквенцијама у мењачу при максималној брзини возила.

Напомена: OST 37.001.053-74 је совјетски стандард аутомобилске индустрије из 1974. и овде је наведен као историјска референца. Модерним речником, 6 g·cm/kg при 3.000 rpm одговара отприлике G 19, а 10 g·cm/kg отприлике G 31 — захтев OST-а налази се између G 16 и G 40, у складу са класама ISO 21940-11 (раније ISO 1940-1) за погонске осовине. За нове радове наводите класе ISO 21940-11.

За карданска вратила и трозглобна карданска вратила камиона носивости 4 т и више, малих и великих аутобуса, дозвољено је смањење фреквенције обртања на балансирајућем постољу на 70% фреквенције обртања трансмисионих вратила при максималној брзини возила. Према OST 37.001.053-74, фреквенција обртања балансираних карданских вратила треба да буде једнака:

н_b = (0,7 ... 1,0) n_r,

Где је Н_b – фреквенција ротације балансирања (треба да одговара главним техничким подацима постоља, n=3000 min^-1); n_r – максимална радна фреквенција ротације, мин^-1.

У пракси, због јаза на спојевима и назубљеним везама, погонска осовина се не може уравнотежити на препорученој фреквенцији ротације. У том случају се бира друга фреквенција ротације на којој се уравнотежује.

4. Савремене машине за балансирање погонских осовина

Слика 8. Машина за балансирање погонских вратила дужине до 2 метра и масе до 500 кг

Модел има два ослона и омогућава балансирање у две равни корекције.

Слика 9. Машина за балансирање погонских осовина дужине до 4200 мм и масе до 400 кг

Модел има четири ослонца и омогућава балансирање у четири корекциона равни истовремено.

Слика 10. Хоризонтална машина за балансирање са чврстим лежајем за динамичко балансирање погонских осовина

1 – Предмет балансирања (погонско вратило); 2 – Постоље машине; 3 – Ослонци машине; 4 – Погон машине; Структурни елементи ослонаца машине приказани су на слици 11.

Слика 11. Носећи елементи машина за динамичко уравнотежење погонских вратила

1 – Лева нерегулисана подршка; 2 – Средња подесива подршка (2 ком.); 3 – Десна нерегулисана фиксна подршка; 4 – Ручка за закључавање оквира подршке; 5 – Покретна платформа ослонца; 6 – Орах за вертикално подешавање ослонца; 7 – Ручке за закључавање вертикалног положаја; 8 – Стезни носач ослонца; 9 – Покретна стезаљка са средњим лежајем; 10 – Ручка за закључавање стезаљке; 11 – Закључавање стезног носача; 12 – Погонски (водилички) вретено за монтажу предмета; 13 – Погонско вретено

5. Припрема за балансирање погонске осовине

У наставку ћемо размотрити подешавање машинских ослонаца и уградњу балансног елемента (четвороослонског погонског вратила) на машинске ослонце.

Слика 12. Монтажа прелазних фланци на вретена балансирне машине

Слика 13. Монтажа карданског вратила на ослонце машине за балансирање

Слика 14. Хоризонтално нивелисање карданског вратила на ослонцима машине за балансирање помоћу либеле

Слика 15. Фиксирање међуослонаца машине за балансирање ради спречавања вертикалног померања карданског вратила

Ручно окрените предмет за пун обрт. Уверите се да се окреће слободно и без заглављивања на ослонцима. Након тога, механички део машине је подешен, а уградња предмета је завршена.

6. Како балансирати полуосу: корак по корак поступак

Који комплет ми је потребан? Машина са два ослонца која коригује у две равни (слика 8) захтева двоканални Balanset-1A. Машина са четири ослонца која коригује истовремено у четири равни (слика 9, и поступак испод) захтева четвороканални Balanset-4A. Ток мерења и прорачуна је идентичан; разликује се само број канала. Поступак испод описан је за поставку са четири равни, док снимци екрана софтвера приказују исти ток рада на дворавинском Balanset-1A — на Balanset-4A исти екрани једноставно додају равни 3 и 4.

Процес балансирања погонске осовине на машини за балансирање биће размотрен на примеру мерног система Balanset-4A. Balanset-4A је преносиви комплет за балансирање намењен балансирању у једној, две, три и четири равни корекције ротора, било да се обрћу у сопственим лежајевима или су монтирани на машину за балансирање. Уређај укључује до четири сензора вибрације, сензор фазног угла, четвороканалну мерну јединицу и преносиви рачунар.

Читав процес балансирања, укључујући мерење, обраду и приказ информација о величини и положају корективних тегова, изводи се аутоматски и не захтева од корисника додатне вештине и знања изван приложеног упутства. Резултати свих операција балансирања чувају се у архиви балансирања (Balancing Archive) и могу се, по потреби, одштампати као извештаји. Осим за балансирање, Balanset-4A се може користити и као обичан вибро-тахометар, омогућавајући мерење на четири канала ефективне (RMS) вредности укупне вибрације, RMS вредности ротационе компоненте вибрације, као и контролу фреквенције обртања ротора.

Поред тога, уређај омогућава приказивање графикона временске функције и спектра вибрација по брзини вибрација, што може бити корисно за процену техничког стања уравнотежене машине.

Слика 16. Спољашњи изглед уређаја Balanset-4A за употребу као мерно-рачунарски систем машине за балансирање погонских осовина

Слика 17. Пример употребе уређаја Balanset-4A као мерно-рачунарског система машине за балансирање погонских осовина

Слика 18. Главни прозор Balanset софтвера: F1 – О програму, F5 – Мерач вибрације, F7 – Балансирање, F8 – Графикони, F6 – Извештаји

Уређај Balanset-4A испоручује се са сензорима вибрације. Сензори су засновани на акцелерометру; софтвер интегрише њихов сигнал и приказује брзину вибрације у mm/s RMS.

Слика 19. Уградња сензора вибрација Balanset-4A на ослонце машине за балансирање

Правац осе осетљивости сензора треба да се поклапа са правцем померања вибрације ослонца, у овом случају – хоризонтално. За додатне информације о инсталацији сензора, погледајте БАЛАНСИРАЊЕ РОТОРА У РАДНИМ УСЛОВИМА.

1. Инсталирајте сензоре вибрације 1, 2, 3 и 4 на носаче балансирне машине.
2. Повежите сензоре вибрације на конекторе X1, X2, X3 и X4.
3. Инсталирајте сензор фазног угла (ласерски тахометар) 5 тако да номинални јаз између радијалне (или крајње) површине уравнотеженог ротора и кућишта сензора буде у распону од 10 до 300 мм.
4. Причврстите рефлектујућу траку ширине најмање 10–15 мм на површину ротора.
5. Повежите сензор фазног угла на конектор X5.
6. Повежите мерну јединицу на УСБ порт рачунара.
7. Када користите наизменично напајање, повежите рачунар на јединицу за напајање.
8. Прикључите напојно једиње на мрежу од 220 V, 50 Hz.
9. Укључите рачунар и покрените Balanset софтвер.
10. Отворите радни простор за уравнотежење дугметом „F7 - Balancing” и подесите потребан број корекционих равни у пољу „Plane count”, тако да се вибрација мери истовремено сензорима вибрације повезаним на улазе мерне јединице.
11. Мнемонички дијаграм који илуструје повезивање сензора и мерне јединице приказује се на екрану рачунара, као што је приказано на слици 18.

Пре извођења уравнотежења, препоручује се мерење у режиму виброметра (тастер F5).

Слика 20. Режим Vibration Meter (F5): укупна вибрација V1s, V2s и ротационе компоненте V1o, V2o са фазама F1, F2, приказане као брзина вибрације у mm/s RMS

Ако укупна магнитуда вибрација V1s (V2s) приближно одговара магнитуди ротационе компоненте V1o (V2o), може се претпоставити да је главни допринос вибрацијама механизма последица неравнотеже ротора. Ако укупна магнитуда вибрација V1s (V2s) значајно премашује ротациону компоненту V1o (V2o), препоручује се преглед механизма – провера стања лежајева, осигурање сигурног монтирања на темељ, провера да ли ротор не додирује непокретне делове током ротације и разматрање утицаја вибрација других механизама итд.

Проучавање графикона временске функције и спектара вибрација у режиму графикона („F8 - Charts“, картица „F5-Spectrum (Hz)“) овде може бити корисно.

Слика 21. Графикони временске функције вибрације и спектра

График приказује на којим фреквенцијама су нивои вибрација највиши. Ако се ове фреквенције разликују од фреквенције обртања ротора уравнотеженог механизма, потребно је идентификовати изворе ових компоненти вибрација и предузети мере за њихово елиминисање пре балансирања.

Читање спектра погонске осовине: 1x је небаланс, 2x може бити сам зглоб. Доминантан врх на фреквенцији ротације (1x) указује на неуравнотеженост — то је оно што уравнотежење уклања. Доминантан врх на двострукој фреквенцији ротације (2x), нарочито заједно са јаком аксијалном вибрацијом, указује на углове зглоба, истрошене крстове или назубљене везе, или неусклађеност: кардански зглоб који ради под углом γ чини да покретана виљушка предњачи и заостаје двапут по обртају, тако да производи 2x компоненту чак и када је вратило савршено балансирано. Балансирање је неће уклонити — прво изједначите углове зглобова (γ1 = γ2) и проверите зглобове. У режиму графикона („F8 - Charts”) картица „F5-Spectrum (Hz)” приказује спектар, а картица „F3-1x vibration” ротациону компоненту; на 3000 min^-1 1x = 50 Hz и 2x = 100 Hz.

Такође је важно обратити пажњу на стабилност очитавања у режиму виброметра – амплитуда и фаза вибрације не би требало да се мењају за више од 10–15% током мерења. У супротном, механизам може да ради у близини резонантне зоне. У том случају треба прилагодити брзину ротора.

При извођењу балансирања у четири равни новог ротора, потребно је пет калибрационих вожњи и најмање једна завршна вожња (Run T) балансиране машине. Мерење вибрације током прве вожње машине без пробног тега изводи се као Run 0 у радном простору балансирања. Наредне вожње изводе се са пробним тегом, редом постављаним на погонску осовину у свакој равни корекције (у зони сваког ослонца машине за балансирање).

Пре сваког наредног покретања треба предузети следеће кораке:

• Зауставите ротацију ротора уравнотежене машине.
• Уклоните претходно инсталирану пробну тежину.
• Инсталирајте пробно тежиште у следећем правцу.

Слика 22. Радни простор балансирања („F7 - Balancing“) током мерног покретања: Run 0 - Initial, покретања са пробном масом Run 1 и Run 2, и завршно покретање Run T

Након завршетка сваког мерења, резултати фреквенције ротације ротора (N_ob), као и вредности RMS-а (V_o1, В_o2, В_o3, В_o4) и фазе (F₁, F₂, F₃, F₄) вибрације на фреквенцији ротације уравнотеженог ротора чувају се у одговарајућим пољима у прозору програма. После петог рада (Weight in Plane 4), приказују се резултати уравнотежења са поларним дијаграмом (видети Слику 23), који приказује израчунате вредности маса (M₁, M₂, M₃, M₄) и углове инсталације (f₁, f₂, f₃, f₄) корекционих тежина које треба поставити на ротор у четири равни да би се компензовао његов дисбаланс.

Слика 23. Поларни дијаграм резултата уравнотежења: израчунате корекционе масе и углови за сваку раван, мерени од позиције пробне масе у смеру ротације

Пажња! Након завршетка процеса мерења током петог покретања балансиране машине, потребно је зауставити ротацију ротора и уклонити претходно постављени пробни тег. Тек након тога можете наставити са постављањем (или уклањањем) корективних тегова на ротору.

Угаони положај за додавање (или уклањање) корективног тега на ротору у поларном координатном систему мери се од места постављања пробног тега. Правац мерења угла поклапа се са смером ротације ротора. У случају балансирања лопатицама, лопатица уравнотеженог ротора, условно сматрана првом лопатицом, поклапа се са местом постављања пробног тега. Правац нумерације лопатица приказан на екрану рачунара прати смер ротације ротора.

У овој верзији програма, подразумевано се претпоставља да ће корективни тег бити додат на ротор. Ово је означено ознаком постављеном у пољу „Add mass”. Ако је потребно исправити неуравнотеженост уклањањем тега (нпр. бушењем), поставите ознаку у пољу „Remove mass” мишем, након чега ће се угаони положај корективног тега аутоматски променити за 180 степени.

Након уградње корекционих тегова на уравнотежени ротор, извршите корекциони рад (Run T) да бисте проверили ефикасност операције уравнотежења. Након завршетка корекционог рада, резултати фреквенције ротације ротора (N_ob) и РМС вредности (V_o1, В_o2, В_o3, В_o4) и фазе (F₁, F₂, F₃, F₄) вибрације на фреквенцији обртања балансираног ротора се чувају. Истовремено, резултати балансирања (видети слику 23) се ажурирају, приказујући прорачунате параметре додатних корективних тегова које треба поставити (или уклонити) на ротор ради компензације преостале неуравнотежености. Поред тога, овај радни простор приказује вредности преостале неуравнотежености постигнуте након балансирања. Ако вредности преостале вибрације и/или преостале неуравнотежености балансираног ротора задовољавају захтеве толеранције наведене у техничкој документацији, процес балансирања се може завршити. У супротном, процес балансирања се може наставити. Овај метод омогућава исправљање могућих грешака кроз узастопне апроксимације које се могу јавити приликом постављања (уклањања) корективног тега на балансирани ротор.

Ако се процес уравнотежења наставља, потребно је уградити (или уклонити) додатне корекционе тегове на уравнотеженом ротору у складу са израчунатим параметрима приказаним у резултатима уравнотежења.

Коефицијенти уравнотежења ротора (динамички коефицијенти утицаја) израчунати из резултата пет калибрационих радова чувају се у меморији рачунара и могу се поново користити функцијом „Load Coefficients” при уравнотежењу ротора истог типа.

7. Препоручене класе прецизности балансирања за круте роторе

Класе испод су класе квалитета балансирања G према ISO 1940-1, замењене без промене вредности стандардом ISO 21940-11:2016. Класа је дефинисана као G = e_per·Ω, где је e_per је дозвољена специфична преостала неуравнотеженост (g·mm/kg = µm), а Ω = 2πn/60 је радна угаона брзина (rad/s). Дозвољена преостала неуравнотеженост следи као U_per = 9549·G·M/n [g·mm], подељено између равни корекције. Погледајте наш ИСО 1940-1 унос у речнику.

Подразумевана класа за погонску осовину друмског возила је G 40; G 16 се примењује када цртеж или спецификација произвођача (OEM) захтева посебне услове. Имајте у виду да су преостала неуравнотеженост и вибрација одвојени критеријуми прихватања: вибрација склопљене машине се процењује према ISO 20816 (раније ISO 10816) — погледајте наш ИСО 10816-1 унос у речнику.

Табела G-класа примењује се само на круте роторе — роторе чија радна брзина остаје испод отприлике 0,5…0,7 прве савојне критичне брзине. Дуге погонске осовине (2 m и веће, и свако вратило са међуослонцем) могу се приближити тој граници: проверите прву критичну брзину вратила у односу и на радну брзину и на брзину балансирања. Ако је вратило флексибилно при радној брзини, користите модалну / вишебрзинску процедуру (ISO 21940-12) — корекција крутог ротора у две равни неће издржати.

Табела 2. Препоручене класе тачности балансирања за круте роторе.

Типови машина (ротори)	Класа прецизности балансирања	Степен квалитета уравнотежења G = eper·Ω, mm/s
Погонска коленаста вратила (структурно неуравнотежена) за велике спороходне морске дизел моторе (брзина клипа мања од 9 м/с)	Г 4000	4000
Погонска коленаста вратила (структурно уравнотежена) за велике спороходне морске дизел моторе (брзина клипа мања од 9 м/с)	Г 1600	1600
Погонска коленаста вратила (структурно неуравнотежена) на вибрационим изолаторима	Г 630	630
Погонска коленаста вратила (структурно неуравнотежена) на крутим ослонцима	Г 250	250
Клипни мотори склопљени за путничке аутомобиле, камионе и локомотиве	Г 100	100
Погонска коленаста вратила (структурно уравнотежена) на вибрационим изолаторима	Г 40	40
Точкови аутомобила, наплаци, склопови точкова, погонске осовине (кардански вратила)	Г 40	40
Пољопривредне машине	Г 16	16
Погонска коленаста вратила (уравнотежена) на крутим ослонцима	Г 16	16
Дробилице	Г 16	16
Погонске осовине (кардански вратила) са посебним захтевима	Г 16	16
Гасне турбине за авионе	Г 6.3	6.3
Центрифуге (сепаратори, седиментатори)	Г 6.3	6.3
Електрични мотори и генератори (са висином вратила од најмање 80 мм) са максималном номиналном брзином ротације до 950 обртаја у минути-1	Г 6.3	6.3
Електрични мотори са висином вратила мањом од 80 мм	Г 6.3	6.3
Вентилатори	Г 6.3	6.3
Зупчасти погони	Г 6.3	6.3
Машине опште намене	Г 6.3	6.3
Машине за сечење метала	Г 6.3	6.3
Машине за производњу папира	Г 6.3	6.3
Пумпе	Г 6.3	6.3
Турбопуњачи	Г 6.3	6.3
Водне турбине	Г 6.3	6.3
Компресори	Г 6.3	6.3
Компјутерски управљани погони	Г 2.5	2.5
Електрични мотори и генератори (са висином вратила од најмање 80 мм) са максималном номиналном брзином ротације већом од 950 обртаја у минути-1	Г 2.5	2.5
Гасне и парне турбине	Г 2.5	2.5
Погонски механизми машина за сечење метала	Г 2.5	2.5
Текстилне машине	Г 2.5	2.5
Аудио и видео опрема дискови	G 1	1
Погонске јединице брусилица	G 1	1
Вретена и погони високопрецизне опреме	G 0.4	0.4

Често постављана питања о балансирању карданског вратила

Шта је балансирање карданског вратила?

Балансирање карданског вратила је процес исправљања било какве неравнотеже масе у карданском вратилу тако да се оно глатко окреће без изазивања вибрација. Ово подразумева мерење где је вратило теже на једној страни, а затим додавање или уклањање малих количина тежине (на пример, заваривање балансирајућих тегова) како би се супротставило тој неравнотежи. Балансирано карданско вратило ради равномерно, што спречава прекомерне вибрације и хабање компоненти возила.

Зашто је балансирање карданског вратила важно?

Небалансирано карданско вратило може довести до јаких вибрација, посебно при одређеним брзинама, и може изазвати лупање током убрзања или промене брзина. Временом, ове вибрације могу оштетити лежајеве, карданске зглобове и друге компоненте погонског склопа. Балансирање карданског вратила елиминише ове вибрације, обезбеђујући глађу вожњу, смањујући оптерећење делова и спречавајући скупа оштећења или застоје.

Који су уобичајени симптоми неуравнотеженог погонског вратила?

Типични симптоми небалансираног или неисправног карданског вратила укључују приметне вибрације или подрхтавање које се осећа у поду возила или седишту, посебно како се брзина повећава. Такође можете чути куцање или звецкање приликом мењања брзина или током убрзања и успоравања. У неким случајевима, кардански зглоб се може прегрејати због неравнотеже. Ако приметите ове знаке, вероватно је потребно балансирање или поправку карданског вратила.

Како балансирате карданско вратило?

Балансирање погонске осовине обично се врши на специјализованој машини за балансирање. Погонска осовина се монтира и обрће великом брзином док сензори откривају сваку неуравнотеженост. Техничар затим причвршћује мале тегове на погонску осовину (или уклања материјал) на одређеним положајима на основу очитавања машине. Овај поступак се понавља све док осовина не почне да се обрће без значајне вибрације. Модерни системи попут Balanset-4A могу водити овај процес и прецизно израчунати где и колико тега додати ради прецизног балансирања.

Закључак

Закључно, правилно балансирање карданског вратила је неопходно за безбедност, перформансе и уштеду трошкова. Откривањем и исправљањем неуравнотежености спречавате непотребно хабање делова, избегавате оштећујуће кварове и одржавате оптималне перформансе машине. Модерни системи за уравнотежење попут наших уређаја Balanset-1A и Balanset-4A чине процес ефикасним, помажући чак и малим радионицама да постигну професионалне резултате.

Ако се суочавате са сталним вибрацијама карданског вратила или вам је потребно поуздано решење за балансирање, не оклевајте да делујете. Примените кораке наведене у овом водичу или се консултујте са нашим стручњацима за помоћ. Уз прави приступ и опрему, можете осигурати да ваше карданско вратило ради глатко и поуздано годинама које долазе. Контактирајте нас да бисте сазнали више или истражили најбољу опрему за балансирање карданског вратила за ваше потребе.