Balansering av drivaxel: Omfattande guide

Tänk dig att du kör en lastbil och plötsligt känner en skarp vibration eller hör ett högt klonk när du accelererar eller växlar. Detta är mer än bara en olägenhet – det kan vara ett tecken på en obalanserad drivaxel. För ingenjörer och tekniker indikerar sådana vibrationer och ljud förlorad effektivitet, snabbare slitage på komponenter och potentiellt kostsamma stillestånd om de inte åtgärdas.

I den här omfattande guiden ger vi praktiska lösningar på problem med drivaxelbalansering. Du lär dig vad en drivaxel är och varför den behöver balanseras, känner igen vanliga fel som orsakar vibrationer eller buller och följer en tydlig steg-för-steg-process för dynamisk drivaxelbalansering. Genom att tillämpa dessa bästa metoder kan du spara pengar på reparationer, minska felsökningstiden och säkerställa att din maskin eller ditt fordon fungerar tillförlitligt med minimal vibration.

Innehållsförteckning

• 1. Olika typer av drivaxlar
• 2. Fel på kardanledsdrivningen
• 3. Balansering av drivaxel
• 4. Moderna balanseringsmaskiner för drivaxlar
• 5. Förberedelse för balansering av drivaxel
• 6. Procedur för balansering av drivaxel
• 7. Rekommenderade klasser för balanseringsnoggrannhet för styva rotorer

1. Olika typer av drivaxlar

En kardanknut (drivaxel) är en mekanism som överför vridmoment mellan axlar som korsar varandra i kardanknutens mitt och kan röra sig i vinkel i förhållande till varandra. I ett fordon överför kardanaxeln vridmoment från växellådan (eller fördelningsväxellådan) till drivaxlarna i en klassisk eller fyrhjulsdriven konfiguration. För fyrhjulsdrivna fordon kopplar kardankopplingen vanligtvis växellådans drivaxel till fördelningsväxellådans drivaxel och fördelningsväxellådans drivaxlar till drivaxlarna på de drivna axlarnas huvuddrev.

Enheter monterade på ramen (såsom växellådan och fördelningslådan) kan röra sig i förhållande till varandra på grund av deformation av deras stöd och själva ramen. Drivaxlarna är fästa vid ramen genom fjädringen och kan röra sig i förhållande till ramen och de enheter som är monterade på den på grund av deformation av fjädringens elastiska element. Denna rörelse kan ändra inte bara vinklarna på drivaxlarna som förbinder enheterna utan även avståndet mellan enheterna.

The universal joint drive has a significant disadvantage: the non-uniform rotation of the shafts. If one shaft rotates uniformly, the other does not, and this non-uniformity increases with the angle between the shafts. This limitation prevents the use of a universal joint drive in many applications, such as in the transmission of front-wheel-drive vehicles, where the main issue is transmitting torque to the turning wheels. This disadvantage can be partially compensated by using two universal joints on one shaft, set to equal joint angles (γ1 = γ2) with the yokes at both ends of the intermediate shaft in the same plane (in phase). Yokes phased 90° apart do not cancel the fluctuation — they add to it. However, in applications requiring uniform rotation, constant velocity joints (CV joints) are typically used instead. CV joints are a more advanced but also more complex design serving the same purpose.

Kardandriften kan bestå av en eller flera kardanknutar som är förbundna med drivaxlar och mellanstöd.

Bild 1. Schematisk bild av en kardanknut: 1, 4, 6 - drivaxlar; 2, 5 - kardanknutar; 3 - kompensationsanslutning; u1, u2 - vinklar mellan axlar

I allmänhet består en universalkopplingsdrivning av universalkopplingar 2 och 5, drivaxlar 1, 4 och 6, och en kompenserande anslutning 3. Ibland är drivaxeln monterad på ett mellanliggande stöd som är fäst vid fordonets ramtvärbalk. Universalkopplingar säkerställer överföringen av vridmoment mellan axlar vars axlar skär varandra i en vinkel. Universalkopplingar delas in i ojämnhastighetskopplingar och konstanthastighetskopplingar. Ojämnhastighetskopplingar klassificeras vidare i elastiska och styva typer. Konstanthastighetskopplingar kan vara av kultyp med delningsspår, kultyp med en delningshävarm och kamtyp. De installeras vanligtvis i drivningen av de främre styrda hjulen, där vinkeln mellan axlarna kan nå 45°, och universalkopplingens centrum måste sammanfalla med skärningspunkten mellan hjulets rotationsaxlar och dess vridaxel.

Elastic universal joints transmit torque between shafts with intersecting axes at an angle of 2...3° due to the elastic deformation of the connecting elements. A rigid non-uniform velocity joint transmits torque from one shaft to another through the movable connection of rigid parts. It consists of two yokes – 3 and 5, into the cylindrical holes of which the ends A, B, C, and D of the connecting element – the cross 4, are installed on bearings. The yokes are rigidly connected to shafts 1 and 2. Yoke 5 can rotate around axis B–D of the cross and at the same time, along with the cross, rotate around axis A–C, thereby enabling the transmission of rotation from one shaft to another with a changing angle between them.

Figur 2. Diagram över en stel universalkoppling med ojämn hastighet

If shaft 1 rotates around its axis by an angle α, then shaft 2 will rotate by an angle β over the same period. The relationship between the rotation angles of shafts 1 and 2 is determined by the expression tanα = tanβ * cosγ, where γ is the angle at which the axes of the shafts are positioned. This expression indicates that the angle β is sometimes less than, equal to, or greater than angle α. Equality of these angles occurs every 90° of rotation of shaft 1. Therefore, with uniform rotation of shaft 1, the angular velocity of shaft 2 is non-uniform and varies according to a sinusoidal law. The non-uniformity of shaft 2's rotation becomes more significant as the angle γ between the shaft axes increases.

Om den ojämna rotationen hos axel 2 överförs till enheternas axlar, kommer ytterligare pulserande belastningar att uppstå i överföringen, ökande med vinkeln γ. För att förhindra att den ojämna rotationen hos axel 2 överförs till enheternas axlar, används två kardanknutar i kardankopplingen. De är installerade så att vinklarna γ1 och γ2 är lika; kardanknutarnas gafflar, som är fixerade på den ojämnt roterande axeln 4, bör placeras i samma plan.

Utformningen av huvuddelarna i universalkopplingar visas i figur 3. En universalkoppling med ojämn hastighet består av två ok (1) som är sammankopplade med ett kors (3). Ett av oken har ibland en fläns, medan det andra är svetsat fast på drivaxelröret eller har en splinesände (6) (eller hylsa) för anslutning till drivaxeln. Korsets axeltappar är monterade i båda okens öglor på nållager (7). Varje lager är inrymt i ett hölje (2) och hålls i okets ögla med en kåpa, som är fäst vid oket med två bultar som är låsta med flikar på brickan. I vissa fall är lagren säkrade i oken med låsringar. För att behålla smörjningen i lagret och skydda det från vatten och smuts finns en självåtdragande gummitätning. Korsets inre hålighet fylls med fett genom en smörjnippel, som når lagren. Korset har vanligtvis en säkerhetsventil för att skydda tätningen från skador på grund av trycket från fettet som pumpas in i korset. Splinesförbindningen (6) smörjs med hjälp av smörjnippeln (5).

Figur 3. Detaljer om en stel universalkoppling med ojämn hastighet

The maximum angle between the axes of shafts connected by rigid non-uniform velocity universal joints usually does not exceed 20°, as efficiency significantly decreases at larger angles. If the angle between the shaft axes varies within 0...2°, the trunnions of the cross are deformed by the needle bearings, causing the universal joint to fail quickly.

I transmissioner på bandfordon med hög hastighet används ofta universalkopplingar med kugghjulskopplingar, vilka möjliggör överföring av vridmoment mellan axlar med axlar som skär varandra i vinklar upp till 1,5...2°.

Drivaxlar tillverkas vanligen av sömlösa eller svetsade rör av specialstål. Kardanknutarnas, splineshylsornas eller spetsarnas ok svetsas fast i rören. För att minska de tvärgående belastningar som verkar på drivaxeln utförs dynamisk balansering med kardanknutarna monterade. Obalansen korrigeras genom att svetsa balansplattor på drivaxeln eller ibland genom att montera balansplattor under kardankopplingarnas lagerlock. De splinesförsedda anslutningsdelarnas relativa position efter montering och balansering av kardanaxeln på fabriken markeras vanligtvis med speciella etiketter.

Kardanaxelns längdkompenserande förbindning är vanligen utförd som en splinesförbindning, som tillåter axiell rörelse hos kardanaxelns delar. Den består av en splinesförsedd tapp som passar in i kardanaxelns splinesförsedda hylsa. Smörjmedel tillförs splinesförbindningen genom en smörjnippel eller appliceras vid monteringen och byts ut efter längre tids användning av fordonet. En tätning och ett skydd monteras normalt för att förhindra fettläckage och föroreningar.

För långa drivaxlar används vanligtvis mellanstöd i kardankopplingar. Ett mellanstöd består vanligtvis av en konsol som är bultad i fordonets ram, i vilken ett kullager är monterat i en elastisk gummiring. Lagret är tätat på båda sidor med lock och har en smörjanordning. Den elastiska gummiringen hjälper till att kompensera för monteringsfelaktigheter och lagerförskjutning som kan uppstå på grund av ramdeformationer.

En kardanknut med nållager (bild 4a) består av ok, kors, nållager och tätningar. Lagerkopparna med nållager monteras på korsets tappar och tätas med tätningar. Lagerkopparna fästs i oken med snäppringar eller lock som fästs med skruvar. Kardanknutarna smörjs genom en smörjnippel via invändiga borrningar i korset. En säkerhetsventil används för att eliminera för högt oljetryck i leden. Vid likformig rotation av det drivande oket roterar det drivna oket olikformigt: det går före och släpar efter det drivande oket två gånger per varv. För att eliminera den olikformiga rotationen och minska tröghetsbelastningarna används två kardanknutar.

I drivningen till de främre drivhjulen är kardanknutar med konstant hastighet installerade. Kardandrivningen på GAZ-66- och ZIL-131-fordon består av oken 2, 5 (figur 4b), fyra kulor 7 och en central kula 8. Det drivande oket 2 är integrerat med den inre axelaxeln, medan det drivna oket är smidd tillsammans med den yttre axelaxeln, i vars ände hjulnavet är fixerat. Drivmomentet från ok 2 till ok 5 överförs genom kulor 7, som rör sig längs cirkulära spår i oken. Den centrala kulan 8 används för att centrera oken och hålls på plats av tapparna 3, 4. Rotationsfrekvensen för ok 2, 5 är densamma på grund av mekanismens symmetri i förhållande till oken. Ändringen av axellängden säkerställs genom okens fria splinesanslutningar med axeln.

Bild 4. Kardanknutar: a - kardanknut: 1 - lock; 2 - kupa; 3 - nållager; 4 - tätning; 5, 9 - ok; 6 - säkerhetsventil; 7 - kors; 8 - smörjnippel; 10 - skruv; b - kardanknut med konstant hastighet: 1 - inre axel; 2 - drivande ok; 3, 4 - tappar; 5 - drivet ok; 6 - yttre axel; 7 - kulor; 8 - central kula

2. Fel på kardanledsdrivningen

Fel i kardanledsdrivningen visar sig vanligtvis som kraftiga knackningar i kardanlederna som uppstår när fordonet är i rörelse, särskilt vid växling mellan växlar och plötsliga ökningar av motorns vevaxelhastighet (t.ex. vid övergång från motorbromsning till acceleration). Ett tecken på fel på kardankopplingen kan vara att den värms upp till en hög temperatur (över 100°C). Detta sker på grund av betydande slitage på kardankopplingens bussningar och tappar, nållager, kors och splinesanslutningar, vilket leder till felaktig inriktning av kardankopplingen och betydande axiella belastningar på nållagren. Skador på korkförseglingarna i kardankorset leder till snabbt slitage på tapparna och deras lager.

Vid underhåll kontrolleras kardankopplingen genom att drivaxeln roteras kraftigt för hand i båda riktningarna. Graden av fri rotation på axeln avgör slitaget på kardanlederna och splinesanslutningarna. Var 8-10 tusen kilometer kontrolleras tillståndet för de bultade anslutningarna av växellådans drivaxelflänsar och huvudtransmissionsväxelns drivaxel med flänsarna på ändkardanförbanden och fästningen av drivaxelns mellanstöd. Skicket på gummistövlarna på de splinesförsedda anslutningarna och korktätningarna på kardankorset kontrolleras också. Alla fästbultar måste vara helt åtdragna (åtdragningsmoment 8-10 kgf-m).

Nållagren i kardanknutarna smörjs med flytande olja som används för transmissionsenheter; splinesanslutningar i de flesta fordon smörjs med fetter (US-1, US-2, 1-13, etc.); användning av fett för smörjning av nålager är strängt förbjudet. I vissa fordon smörjs splinesanslutningarna med transmissionsolja. Det mellanliggande stödlagret, som är monterat i en gummihylsa, kräver praktiskt taget ingen smörjning, eftersom det smörjs under monteringen på fabriken. Stödlagret på fordonet ZIL-130 smörjs med fett genom en tryckkoppling vid regelbundet underhåll (var 1100-1700 km).

Bild 5. Kardandrift med kardanknut: 1 - fläns för fastsättning av drivaxeln; 2 - kardankors; 3 - kardankroksok; 4 - glidok; 5 - drivaxelrör; 6 - nålrullager med stängd ände

Kardanväxeln består av två nålförsedda kardanknutar, som är förbundna med en hålaxel, och ett glidok med splines. För att säkerställa ett tillförlitligt skydd mot smuts och ge god smörjning av splinesanslutningen är glidoket (6), som är anslutet till växellådans sekundära axel (2), placerat i en förlängning (1) som är fäst vid växellådans hus. Dessutom ökar denna placering av splinesanslutningen (utanför zonen mellan lederna) avsevärt kardanväxelns styvhet och minskar sannolikheten för axelvibrationer när den glidande splinesanslutningen slits ut.

Drivaxeln är tillverkad av ett tunnväggigt elsvetsat rör (8), i vilket två identiska ok (9) är pressmonterade i varje ände och sedan svetsade med bågsvetsning. Nållagerhusen (18) på korset (25) är pressmonterade i okens (9) öglor och är säkrade med fjäderhållringar (20). Varje universalledslager innehåller 22 nålar (21). Stansade lock (24) är pressmonterade på korsens utskjutande tapplager, i vilka korkringar (23) är monterade. Lagren smörjs med en vinklad smörjnippel (17) som är skruvad i ett gängat hål i mitten av korset, ansluten till genomgående kanaler i korsets tapplager. På motsatt sida av universalledskorset finns en säkerhetsventil (16) i dess mitt, utformad för att släppa ut överflödigt fett vid fyllning av korset och lagren, och för att förhindra tryckuppbyggnad inuti korset under drift (ventilen aktiveras vid ett tryck på cirka 3,5 kg/cm²). Nödvändigheten av att inkludera en säkerhetsventil beror på att en för hög tryckökning inuti korset kan leda till skador (utpressning) av korktätningarna.

Bild 6. Drivaxelns montering: 1 - växellådans förlängning; 2 - växellådans sekundäraxel; 3 och 5 - smutsavvisare; 4 - gummitätningar; 6 - glidok; 7 - balansplatta; 8 - drivaxelrör; 9 - ok; 10 - flänsok; 11 - bult; 12 - fläns på bakaxelns drivväxel; 13 - fjäderbricka; 14 - mutter; 15 - bakaxel; 16 - säkerhetsventil; 17 - vinkelsmörjnippel; 18 - nållager; 19 - okögla; 20 - fjäderhållarring; 21 - nål; 22 - bricka med ringformad ände; 23 - korkring; 24 - stämplat lock; 25 - kors

Drivaxeln, monterad med båda universalkopplingarna, är noggrant dynamiskt balanserad i båda ändar genom att balanseringsplattor (7) svetsas fast på röret. Därför måste alla delar av axeln noggrant märkas vid demontering så att de kan monteras tillbaka i sina ursprungliga positioner. Underlåtenhet att följa denna instruktion stör axelns balans, vilket orsakar vibrationer som kan skada transmissionen och karossen. Om enskilda delar slits ut, särskilt om röret böjs på grund av stötar och det blir omöjligt att dynamiskt balansera axeln efter montering, måste hela axeln bytas ut.

Möjliga fel på drivaxeln, deras orsaker och lösningar

Orsak till felfunktion	Lösning
Drivaxelns vibrationer
1. Böjning av axeln på grund av ett hinder	1. Räta ut och dynamiskt balansera den monterade axeln eller byt ut den monterade axeln
2. Lager- och korsförslitning	2. Byt ut lager och kors och balansera den monterade axeln dynamiskt
3. Slitage på förlängningsbussningar och glidok	3. Byt ut förlängnings- och glidoket och balansera den monterade axeln dynamiskt
Knackningar vid start och frirullning
1. Slitage på glidokets splines eller sekundär växellådsaxel	1. Byt ut slitna delar. Vid byte av glidoket ska den monterade axeln balanseras dynamiskt
2. Lossa bultarna som fäster flänsoket till bakaxelns drivväxelfläns	2. Dra åt bultarna
Oljekast från kardanledstätningar
Slitage på korkringar i kardanknutstätningar	Byt ut korkringarna, och håll alla drivaxeldelar i rätt läge under återmonteringen. Om det finns slitage på korsen och lagren, byt ut lagren och korsen och balansera den monterade axeln dynamiskt

3. Balansering av drivaxel

Efter reparation och montering av drivaxeln balanseras den dynamiskt på en maskin. En konstruktion av en balanseringsmaskin visas i figur 7. Maskinen består av en platta (18), en pendelram (8) monterad på fyra vertikala elastiska stänger (3), vilket säkerställer dess svängning i horisontalplanet. En konsol och en främre huvuddocka (9), som är säkrade på en konsol (4), är monterade på de längsgående rören i pendelramen (8). Den bakre spindeldockan (6) är placerad på en rörlig travers (5), vilket möjliggör dynamisk balansering av drivaxlar med olika längder. Spindeldockans spindlar är monterade på precisionskullager. Spindeln i den främre spindeldockan (9) drivs av en elmotor som är installerad i maskinens bas, genom en kilremsdrivning och en mellanaxel, på vilken en lem (10) (graderad skiva) är monterad. Dessutom är två stativ (15) med infällbara låsstift (17) installerade på maskinplattan (18), vilket säkerställer fixeringen av pendelramens främre och bakre ändar beroende på balanseringen av drivaxelns främre eller bakre ände.

Bild 7. Dynamisk balanseringsmaskin för drivaxlar

1-spännare; 2-dämpare; 3-elastisk stång; 4-fäste; 5-rörlig travers; 6-bakre huvuddocka; 7-tvärstång; 8-pendulram; 9-främre drivande huvuddocka; 10-benskiva; 11-millivoltmeter; 12-ben av kommutator-likriktaraxeln; 13-magnetoelektrisk sensor; 14-fast stativ; 15-fixatorstativ; 16-stöd; 17-fixator; 18-stödplatta

De fasta stativen (14) är monterade på baksidan av maskinplattan, och magnetoelektriska sensorer (13) är installerade på dem, med stavar anslutna till pendelramens ändar. För att förhindra resonansvibrationer i ramen är dämpare (2) fyllda med olja installerade under konsolerna (4).

During dynamic balancing, the driveshaft assembly with the sliding yoke is installed and secured on the machine. One end of the driveshaft is connected by a flange-yoke to the flange of the front driving headstock, and the other end by the support neck of the sliding yoke to the splined sleeve of the rear headstock. Then the ease of rotation of the driveshaft is checked, and one end of the machine's pendulum frame is fixed using the fixator. After starting the machine, the limb of the rectifier is rotated counterclockwise, bringing the millivoltmeter needle to its maximum reading. The millivoltmeter reading corresponds to the magnitude of the imbalance. The millivoltmeter scale is graduated in gram-centimeters or grams of counterweight. Continuing to rotate the rectifier limb counterclockwise, the millivoltmeter reading is brought to zero, and the machine is stopped. Based on the rectifier limb reading, the angular displacement (angle of imbalance displacement) is determined, and by manually rotating the driveshaft, this value is set on the intermediate shaft limb. The welding place of the balancing plate will be on the top of the driveshaft, and the weighted part at the bottom in the correction plane. Then the balancing plate is attached and tied with thin wire at a distance of 10 mm from the weld, the machine is started, and the balance of the driveshaft end with the plate is checked. The imbalance should be no more than 70 g·cm (700 g·mm). Then, releasing one end and securing the other end of the pendulum frame with the fixator stand, dynamic balancing of the other end of the driveshaft is performed according to the technological sequence described above.

Drivaxlar har vissa balanseringsfunktioner. För de flesta delar är basen för dynamisk balansering stödhalsarna (t.ex. rotorer i elmotorer, turbiner, spindlar, vevaxlar etc.), men för drivaxlar är det flänsarna. Under monteringen uppstår oundvikligen mellanrum i olika anslutningar, vilket leder till obalans. Om minsta möjliga obalans inte kan uppnås vid balanseringen kasseras axeln. Balanseringens noggrannhet påverkas av följande faktorer:

• Glapp i förbindelsen mellan drivaxelflänsens landningsband och det inre hålet i klämflänsen på vänster och höger stödhuvud;
• Radiellt och axiellt kast på flänsens basytor;
• Glapp i gångjärns- och splinesförbindningarna. Närvaron av fett i håligheten i splinesförbindningen kan leda till "flytande" obalans. Om det förhindrar att den erforderliga balanseringsnoggrannheten uppnås, balanseras drivaxeln utan fett.

Vissa obalanser kan vara helt omöjliga att korrigera. Om ökad friktion observeras i drivaxelns kardanknutar, ökar korrigeringsplanens ömsesidiga påverkan. Detta leder till en minskning av balanseringens prestanda och noggrannhet.

Enligt OST 37.001.053-74 fastställs följande obalansstandarder: drivaxlar med två leder (tvåstöd) balanseras dynamiskt, och med tre (trestöd) – monteras med mellanstödet; flänsarna (oken) på drivaxlar och kopplingar som väger mer än 5 kg balanseras statiskt innan axeln eller kopplingen monteras; de kvarvarande obalansnormerna för drivaxlar i varje ände eller vid mellanstödet på treledade drivaxlar utvärderas genom specifik obalans;

Den maximalt tillåtna specifika kvarvarande obalansnormen i varje ände av axeln eller vid mellanstödet, såväl som för treledade drivaxlar i någon position på balanseringsstativet, bör inte överstiga: för transmissioner till personbilar och små lastbilar (upp till 1 ton) och mycket små bussar – 6 g-cm/kg, för resten – 10 g-cm/kg. Den maximalt tillåtna kvarvarande obalansnormen för drivaxeln eller den treledade drivaxeln bör säkerställas på balanseringsstativet vid en rotationsfrekvens som motsvarar deras frekvenser i transmissionen vid maximal fordonshastighet.

Note: OST 37.001.053-74 is a Soviet automotive-industry standard from 1974 and is quoted here as a historical reference. In modern terms, 6 g·cm/kg at 3,000 rpm corresponds to about G 19 and 10 g·cm/kg to about G 31 — the OST requirement sits between G 16 and G 40, consistent with the ISO 21940-11 (formerly ISO 1940-1) grades for drive shafts. Specify new work in ISO 21940-11 grades.

För drivaxlar och treledade drivaxlar på lastbilar med en lastkapacitet på 4 ton och mer, små och stora bussar, är en minskning av rotationsfrekvensen på balanseringsstativet till 70% av transmissionsaxlarnas rotationsfrekvens vid maximal fordonshastighet tillåten. Enligt OST 37.001.053-74 bör balanseringsrotationsfrekvensen för drivaxlar vara lika med:

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

där n_b – balanserande rotationsfrekvens (bör motsvara stativets viktigaste tekniska data, n=3000 min)^-1); n_r – maximal arbetsrotationsfrekvens, min^-1.

I praktiken kan drivaxeln inte balanseras vid den rekommenderade rotationsfrekvensen på grund av gapet i lederna och splinesanslutningarna. I detta fall väljs en annan rotationsfrekvens, vid vilken den balanseras.

4. Moderna balanseringsmaskiner för drivaxlar

Bild 8. Balanseringsmaskin för drivaxlar som är upp till 2 meter långa och väger upp till 500 kg

Modellen har 2 stativ och möjliggör balansering i 2 korrektionsplaner.

Bild 9. Balanseringsmaskin för drivaxlar som är upp till 4200 mm långa och väger upp till 400 kg

Modellen har 4 stativ och möjliggör balansering i 4 korrektionsplan samtidigt.

Bild 10. Horisontell balanseringsmaskin med hårdlagrade stöd för dynamisk balansering av drivaxlar

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

Bild 11. Maskinens stödelement för dynamisk balansering av drivaxlar

1 - Vänster icke-justerbart stöd; 2 - Mellanliggande justerbart stöd (2 st.); 3 - Höger icke-justerbart fast stöd; 4 - Stödramens låshandtag; 5 - Rörlig stödplattform; 6 - Stödets vertikala justeringsmutter; 7 - Låshandtag för vertikal position; 8 - Stödets klämfäste; 9 - Mellanlagrets rörliga klämma; 10 - Klämmans låshandtag; 11 - Klämfästets lås; 12 - Drivande (ledande) spindel för montering av föremål; 13 - Drivande spindel

5. Förberedelse för balansering av drivaxel

Nedan följer en genomgång av uppställningen av maskinens stöd och monteringen av balanseringsobjektet (drivaxeln med fyra stöd) på maskinens stöd.

Bild 12. Montering av övergångsflänsar på balanseringsmaskinens spindlar

Bild 13. Montering av drivaxeln på balanseringsmaskinens stöd

Figur 14. Nivellering av drivaxeln horisontellt på balanseringsmaskinens stöd med hjälp av ett vattenpass

Bild 15. Fastsättning av balanseringsmaskinens mellanstöd för att förhindra vertikal förskjutning av drivaxeln

Rotera balanseringsobjektet manuellt ett helt varv. Se till att det roterar fritt och utan att fastna på stöden. Efter detta är den mekaniska delen av maskinen uppställd och installationen av objektet är klar.

6. Procedur för balansering av drivaxel

Which kit do I need? A two-support machine correcting in two planes (Figure 8) needs the two-channel Balanset-1A. A four-support machine correcting in four planes simultaneously (Figure 9, and the procedure below) needs the four-channel Balanset-4A. The measurement and calculation workflow is identical; only the channel count differs. The procedure below is described for a four-plane setup, while the software screenshots show the same workflow on the two-plane Balanset-1A — on the Balanset-4A the same screens simply add planes 3 and 4.

The process of driveshaft balancing on the balancing machine will be considered using the Balanset-4A measuring system as an example. The Balanset-4A is a portable balancing kit designed for balancing in one, two, three, and four correction planes of rotors, either rotating in their own bearings or mounted on a balancing machine. The device includes up to four vibration sensors, a phase angle sensor, a four-channel measuring unit, and a portable computer.

The entire balancing process, including measurement, processing, and display of information on the magnitude and location of corrective weights, is performed automatically and does not require the user to have additional skills and knowledge beyond the provided instructions. The results of all balancing operations are saved in the Balancing Archive and can be printed as reports if necessary. In addition to balancing, the Balanset-4A can also be used as a regular vibro-tachometer, allowing measurement on four channels of the root mean square (RMS) value of total vibration, RMS of the rotational component of vibration, and control of rotor rotation frequency.

Dessutom kan enheten visa grafer över tidsfunktionen och vibrationsspektrumet efter vibrationshastighet, vilket kan vara användbart för att bedöma den balanserade maskinens tekniska skick.

Figure 16. External View of the Balanset-4A Device for Use as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 17. Example of Using the Balanset-4A Device as a Measuring and Computing System of the Driveshaft Balancing Machine

Figure 18. Main window of the Balanset software: F1 - About, F5 - Vibration Meter, F7 - Balancing, F8 - Charts, F6 - Reports

The Balanset-4A device is supplied with vibration sensors. The sensors are accelerometer-based; the software integrates their signal and displays vibration velocity in mm/s RMS.

Figure 19. Installation of Balanset-4A Vibration Sensors on the Supports of the Balancing Machine

The direction of the sensors' sensitivity axis should match the direction of the support's vibration displacement, in this case – horizontal. For additional information on sensor installation, see BALANCING ROTORS IN OPERATING CONDITIONS.

1. Montera vibrationsgivarna 1, 2, 3, 4 på balanseringsmaskinens stöd.
2. Anslut vibrationsgivarna till kontakterna X1, X2, X3, X4.
3. Montera fasvinkelgivaren (lasertachometern) 5 så att det nominella avståndet mellan den balanserade rotorns radiella yta (eller ändyta) och givarhuset ligger i intervallet 10 till 300 mm.
4. Fäst ett reflekterande tejpmärke med en bredd på minst 10-15 mm på rotorytan.
5. Anslut fasvinkelgivaren till kontakt X5.
6. Anslut mätenheten till datorns USB-port.
7. När du använder nätström ska du ansluta datorn till strömförsörjningsenheten.
8. Anslut strömförsörjningsenheten till ett 220 V, 50 Hz-nät.
9. Turn on the computer and start the Balanset software.
10. Open the balancing workspace with the “F7 - Balancing” button and set the required number of correction planes in the “Plane count” field, so that vibration is measured simultaneously by the vibration sensors connected to the inputs of the measuring unit.
11. A mnemonic diagram illustrating the connection of the sensors and the measuring unit appears on the computer display, as shown in Figure 18.

Innan du utför balansering rekommenderas att du gör mätningar i vibrometerläget (F5-knappen).

Figure 20. Vibration Meter mode (F5): total vibration V1s, V2s and rotational components V1o, V2o with phases F1, F2, displayed as vibration velocity in mm/s RMS

Om den totala vibrationsmagnituden V1s (V2s) ungefär matchar rotationskomponentens magnitud V1o (V2o), kan det antas att det huvudsakliga bidraget till mekanismens vibration beror på rotorns obalans. Om den totala vibrationsmagnituden V1s (V2s) avsevärt överstiger rotationskomponenten V1o (V2o), rekommenderas det att inspektera mekanismen – kontrollera lagrens skick, säkerställa säker montering på fundamentet, verifiera att rotorn inte kommer i kontakt med stationära delar under rotation och beakta påverkan av vibrationer från andra mekanismer etc.

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

Figur 21. Tidsfunktion för vibrationer och spektrumdiagram

Diagrammet visar vid vilka frekvenser vibrationsnivåerna är högst. Om dessa frekvenser skiljer sig från rotationsfrekvensen för den balanserade mekanismens rotor är det nödvändigt att identifiera källorna till dessa vibrationskomponenter och vidta åtgärder för att eliminera dem innan balansering.

Reading the spectrum of a driveshaft: 1x is unbalance, 2x may be the joint itself. A dominant peak at the rotational frequency (1x) points to unbalance — this is what balancing removes. A dominant peak at twice the rotational frequency (2x), especially together with strong axial vibration, points to the joint angles, worn crosses or splines, or feljustering: a universal (cardan) joint working at an angle γ makes the driven yoke lead and lag twice per revolution, so it produces a 2x component even when the shaft is perfectly balanced. Balancing will not remove it — equalise the joint angles (γ1 = γ2) and check the joints first. In the charts mode (“F8 - Charts”) the “F5-Spectrum (Hz)” tab shows the spectrum and the “F3-1x vibration” tab the rotational component; at 3000 min^-1 1x = 50 Hz and 2x = 100 Hz.

Det är också viktigt att vara uppmärksam på stabiliteten hos avläsningarna i vibrometerläge - vibrationens amplitud och fas får inte ändras med mer än 10-15% under mätningen. Annars kan det hända att mekanismen arbetar nära ett resonansområde. I detta fall bör rotorhastigheten justeras.

When performing four-plane balancing of a new rotor, five calibration runs and at least one trim run (Run T) of the balanced machine are required. Vibration measurement during the first machine run without a trial weight is performed as Run 0 in the balancing workspace. Subsequent runs are performed with a trial weight, sequentially installed on the driveshaft in each correction plane (in the area of each balancing machine support).

Före varje efterföljande körning bör följande steg vidtas:

• Stoppa rotationen av den balanserade maskinens rotor.
• Ta bort den tidigare monterade provvikten.
• Installera provvikten i nästa plan.

Figure 22. Balancing workspace (“F7 - Balancing”) during a measurement run: Run 0 - Initial, trial-mass runs Run 1 and Run 2, and the trim run Run T

Efter varje mätning visas resultaten av rotorns rotationsfrekvens (N_ob), samt RMS-värdena (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) och faserna (F₁, F₂, F₃, F₄) of the vibration at the rotational frequency of the balanced rotor are saved in the corresponding fields in the program window. After the fifth run (Weight in Plane 4), the balancing results with the polar plot (see Figure 23) appear, displaying the calculated values of the masses (M₁, M₂, M₃, M₄) och installationsvinklarna (f₁, f₂, f₃, f₄) av de korrigeringsvikter som måste installeras på rotorn i fyra plan för att kompensera för dess obalans.

Figure 23. Polar plot of the balancing result: calculated correction masses and angles for each plane, measured from the trial weight position in the direction of rotation

Givakt! Efter att mätprocessen är avslutad under den femte körningen av den balanserade maskinen är det nödvändigt att stoppa rotorns rotation och ta bort den tidigare installerade provvikten. Först därefter kan du fortsätta med att installera (eller ta bort) korrigeringsvikterna på rotorn.

Vinkelpositionen för att lägga till (eller ta bort) korrigeringsvikten på rotorn i det polära koordinatsystemet mäts från platsen för installationen av provvikten. Vinkelmätningsriktningen sammanfaller med rotorns rotationsriktning. Vid balansering med blad sammanfaller bladet på den balanserade rotorn, villkorligt betraktat som det första bladet, med installationsplatsen för provvikten. Numreringsriktningen för bladen som visas på datorskärmen följer rotorns rotationsriktning.

In this version of the program, it is assumed by default that the corrective weight will be added to the rotor. This is indicated by the mark set in the “Add mass” field. If correcting the imbalance by removing the weight (e.g., by drilling) is necessary, set the mark in the “Remove mass” field using the mouse, after which the angular position of the corrective weight will automatically change by 180 degrees.

After installing the corrective weights on the balanced rotor, carry out the trim run (Run T) to check the effectiveness of the balancing operation. After completing the trim run, the results of the rotor's rotation frequency (N_ob) och RMS-värden (V_o1, V_o2, V_o3, V_o4) och faser (F₁, F₂, F₃, F₄) of the vibration at the rotational frequency of the balanced rotor are saved. Simultaneously, the balancing results (see Figure 23) are updated, displaying the calculated parameters of additional corrective weights that need to be installed (or removed) on the rotor to compensate for its residual imbalance. Additionally, this workspace shows the values of the residual imbalance achieved after balancing. If the values of residual vibration and/or residual imbalance of the balanced rotor meet the tolerance requirements specified in the technical documentation, the balancing process can be completed. Otherwise, the balancing process can be continued. This method allows for correcting possible errors through successive approximations that may occur when installing (removing) the corrective weight on the balanced rotor.

If the balancing process continues, additional corrective weights must be installed (or removed) on the balanced rotor according to the calculated parameters shown in the balancing results.

The rotor balancing coefficients (dynamic influence coefficients) calculated from the results of the five calibration runs are saved in the computer's memory and can be reused with the “Load Coefficients” function when balancing rotors of the same type.

7. Rekommenderade klasser för balanseringsnoggrannhet för styva rotorer

The grades below are the balance quality grades G of ISO 1940-1, superseded without change of values by ISO 21940-11:2016. The grade is defined as G = e_per·Ω, where e_per is the permissible specific residual unbalance (g·mm/kg = µm) and Ω = 2πn/60 is the service angular velocity (rad/s). The permissible residual unbalance follows as U_per = 9549·G·M/n [g·mm], split between the correction planes. See our ISO 1940-1 glossary entry.

The default grade for a road-vehicle driveshaft is G 40; G 16 applies when the drawing or the OEM specification calls for special requirements. Note that residual unbalance and vibration are separate acceptance criteria: the vibration of the assembled machine is assessed to ISO 20816 (formerly ISO 10816) — see our ISO 10816-1 glossary entry.

The G-grade table applies to rigid rotors only — rotors whose service speed stays below roughly 0.5…0.7 of the first bending critical speed. Long driveshafts (2 m and above, and any shaft with an intermediate support) can approach that limit: check the shaft's first critical speed against both the service speed and the balancing speed. If the shaft is flexible at speed, use a modal / multi-speed procedure (ISO 21940-12) — a two-plane rigid-rotor correction will not hold.

Tabell 2. Rekommenderade noggrannhetsklasser för balansering av styva rotorer.

Typer av maskiner (rotorer)	Balanseringsnoggrannhetsklass	Balance quality grade G = eper·Ω, mm/s
Drivvevaxlar (strukturellt obalanserade) för stora lågvarviga marina dieselmotorer (kolvhastighet mindre än 9 m/s)	G 4000	4000
Drivvevaxlar (strukturellt balanserade) för stora lågvarviga marina dieselmotorer (kolvhastighet mindre än 9 m/s)	G 1600	1600
Drivvevaxlar (strukturellt obalanserade) på vibrationsisolatorer	G 630	630
Drivvevaxlar (strukturellt obalanserade) på styva stöd	G 250	250
Kolvmotorer monterade för personbilar, lastbilar och lokomotiv	G 100	100
Drivvevaxlar (strukturellt balanserade) på vibrationsdämpare	G 40	40
Car wheels, wheel rims, wheel sets, drive shafts (cardan shafts)	G 40	40
Lantbruksmaskiner	G 16	16
Driva vevaxlar (balanserade) på styva stöd	G 16	16
Krossar	G 16	16
Drive shafts (propeller / cardan shafts) with special requirements	G 16	16
Gasturbiner för flygplan	G 6.3	6.3
Centrifuger (separatorer, sedimenterare)	G 6.3	6.3
Elektriska motorer och generatorer (med en axelhöjd på minst 80 mm) med en maximal nominell rotationshastighet på upp till 950 min-1	G 6.3	6.3
Elektriska motorer med en axelhöjd på mindre än 80 mm	G 6.3	6.3
Fläktar	G 6.3	6.3
Växeldrivning	G 6.3	6.3
Maskiner för allmänt bruk	G 6.3	6.3
Maskiner för metallbearbetning	G 6.3	6.3
Maskiner för papperstillverkning	G 6.3	6.3
Pumpar	G 6.3	6.3
Turboladdare	G 6.3	6.3
Vattenturbiner	G 6.3	6.3
Kompressorer	G 6.3	6.3
Datorstyrda drivsystem	G 2,5	2.5
Elektriska motorer och generatorer (med en axelhöjd på minst 80 mm) med ett maximalt nominellt varvtal på över 950 min-1	G 2,5	2.5
Gas- och ångturbiner	G 2,5	2.5
Drivsystem för metallbearbetningsmaskiner	G 2,5	2.5
Textilmaskiner	G 2,5	2.5
Drivsystem för ljud- och videoutrustning	G 1	1
Drivsystem för slipmaskiner	G 1	1
Spindlar och drivenheter för högprecisionsutrustning	G 0,4	0.4

Vanliga frågor om balansering av drivaxeln

Vad är balansering av drivaxeln?

Balansering av drivaxeln är processen att korrigera eventuella massobalanser i en drivaxel så att den roterar jämnt utan att orsaka vibrationer. Detta innebär att mäta var axeln är tyngre på ena sidan och sedan lägga till eller ta bort små mängder vikt (till exempel svetsning av balansvikter) för att motverka den obalansen. En balanserad drivaxel löper jämnt, vilket förhindrar överdrivna vibrationer och slitage på fordonskomponenter.

Varför är det viktigt att balansera drivaxeln?

En obalanserad drivaxel kan leda till starka vibrationer, särskilt vid vissa hastigheter, och kan orsaka klonkande ljud vid acceleration eller växling. Med tiden kan dessa vibrationer skada lager, universalkopplingar och andra drivlinans komponenter. Att balansera drivaxeln eliminerar dessa vibrationer, vilket säkerställer en jämnare gång, minskar belastningen på delar och förhindrar kostsamma skador eller stillestånd.

Vilka är vanliga symtom på en obalanserad drivaxel?

Typiska symtom på en obalanserad eller felaktig kardanaxel inkluderar märkbara vibrationer eller skakande ljud i fordonets golv eller säte, särskilt när hastigheten ökar. Du kan också höra knackande eller skrammelande ljud när du växlar eller under acceleration och retardation. I vissa fall kan universalkopplingen överhettas på grund av obalans. Om du observerar dessa tecken är det troligt att kardanaxeln behöver balanseras eller repareras.

Hur balanserar man en drivaxel?

Drive shaft balancing is usually done using a specialized balancing machine. The drive shaft is mounted and spun at high speed while sensors detect any imbalance. A technician then attaches small weights to the drive shaft (or removes material) at specific positions based on the machine's readings. This process is repeated until the drive shaft rotates without significant vibration. Modern systems like the Balanset-4A can guide this process and calculate exactly where and how much weight to add for precise balancing.

Slutsats

Sammanfattningsvis är korrekt balansering av drivaxeln avgörande för säkerhet, prestanda och kostnadsbesparingar. By detecting and correcting imbalance, you prevent unnecessary wear on parts, avoid damaging breakdowns, and maintain optimal machine performance. Modern balancing systems like our Balanset-1A and Balanset-4A devices make the process efficient, helping even small workshops achieve professional results.

Om du upplever ihållande vibrationer i drivaxeln eller behöver en pålitlig balanseringslösning, tveka inte att agera. Använd stegen som beskrivs i den här guiden eller kontakta våra experter för hjälp. Med rätt tillvägagångssätt och utrustning kan du säkerställa att din drivaxel går smidigt och tillförlitligt i många år framöver. Kontakta oss för att lära dig mer eller utforska den bästa utrustningen för balansering av drivaxeln för dina behov.