Балансування приводного валу

Опубліковано Nikolai Shelkovenko на

Зміст

1. Типи карданних валів

Карданний привід (карданний вал) - це механізм, який передає крутний момент між валами, що перетинаються в центрі карданного шарніра і можуть рухатися відносно один одного під певним кутом. У транспортному засобі карданний вал передає крутний момент від коробки передач (або роздавальної коробки) до ведучих осей у разі класичної або повнопривідної конфігурації. У повнопривідних автомобілях карданний шарнір зазвичай з'єднує ведений вал коробки передач з ведучим валом роздавальної коробки, а ведені вали роздавальної коробки - з ведучими валами головних передач ведучих мостів.

Агрегати, встановлені на рамі (наприклад, коробка передач і роздавальна коробка), можуть переміщатися відносно один одного за рахунок деформації їхніх опор і самої рами. У той же час, ведучі мости кріпляться до рами через підвіску і можуть переміщатися відносно рами і встановлених на ній агрегатів за рахунок деформації пружних елементів підвіски. Цей рух може змінювати не тільки кути нахилу карданних валів, що з'єднують агрегати, а й відстань між агрегатами.

Карданний привід має суттєвий недолік: нерівномірність обертання валів. Якщо один вал обертається рівномірно, то інший - ні, і ця нерівномірність збільшується зі збільшенням кута між валами. Це обмеження перешкоджає використанню карданного приводу в багатьох сферах застосування, наприклад, в трансмісії передньопривідних автомобілів, де основною проблемою є передача крутного моменту на колеса, що обертаються. Цей недолік можна частково компенсувати, використовуючи подвійні карданні шарніри на одному валу, які повернуті на чверть обороту відносно один одного. Однак у випадках, коли потрібне рівномірне обертання, замість них зазвичай використовують шарніри постійної швидкості (ШРУС). ШРУСи - це більш досконала, але і більш складна конструкція, що виконує ту ж саму функцію.

Карданний привід може складатися з одного або декількох карданних шарнірів, з'єднаних карданними валами і проміжними опорами.

Малюнок 1. Схема карданного приводу: 1, 4, 6 - карданні вали; 2, 5 - карданні шарніри; 3 - компенсаційне з'єднання; u1, u2 - кути між валами

Загалом карданний привід складається з карданних шарнірів 2 і 5, карданних валів 1, 4 і 6 та компенсаційного з'єднання 3. Іноді карданний вал встановлюють на проміжній опорі, прикріпленій до поперечини рами автомобіля. Карданні шарніри забезпечують передачу крутного моменту між валами, осі яких перетинаються під кутом. Карданні шарніри поділяються на типи нерівномірної та постійної швидкості. Карданні шарніри нерівномірної швидкості поділяються на еластичні та жорсткі. Шарніри постійної швидкості можуть бути кульковими з розділовими канавками, кульковими з розділовим важелем і кулачковими. Зазвичай вони встановлюються в приводі ведучих керованих коліс, де кут між валами може досягати 45°, а центр карданного шарніра повинен збігатися з точкою перетину осей обертання колеса з його віссю повороту.

Пружні карданні шарніри передають крутний момент між валами, осі яких перетинаються під кутом 2...3°, за рахунок пружної деформації з'єднувальних елементів. Жорсткий карданний шарнір нерівномірної швидкості передає крутний момент від одного вала до іншого через рухоме з'єднання жорстких деталей. Він складається з двох вилок - 3 і 5, в циліндричні отвори яких на підшипниках встановлені кінці A, B, V і G з'єднувального елемента - хрестовини 4. Вилки жорстко з'єднані з валами 1 і 2. Вилка 5 може обертатися навколо осі BG хрестовини і одночасно, разом з хрестовиною, обертатися навколо осі AV, забезпечуючи тим самим передачу обертання від одного вала до іншого зі зміною кута між ними.

Рисунок 2. Схема жорсткого нерівномірного карданного шарніра

Якщо вал 7 повернеться навколо своєї осі на кут α, то вал 2 за той самий час повернеться на кут β. Зв'язок між кутами повороту валів 7 і 2 визначається виразом tanα = tanβ * cosγде γ - кут, під яким розташовані осі валів. Цей вираз показує, що кут β може бути меншим, рівним або більшим за кут α. Рівність цих кутів відбувається через кожні 90° повороту вала 7. Тому при рівномірному обертанні вала 1 кутова швидкість вала 2 є нерівномірною і змінюється за синусоїдальним законом. Нерівномірність обертання вала 2 стає більш значною зі збільшенням кута γ між осями валів.

Якщо нерівномірне обертання вала 2 передається на вали агрегатів, в трансмісії виникають додаткові пульсуючі навантаження, що збільшуються зі збільшенням кута γ. Щоб запобігти передачі нерівномірного обертання вала 2 на вали агрегатів, в карданному приводі використовуються два карданних шарніри. Вони встановлюються так, щоб кути γ1 і γ2 були рівними; вилки карданних шарнірів, закріплені на валу 4, що нерівномірно обертається, повинні розташовуватися в одній площині.

Конструкція основних частин карданного приводу показана на рисунку 3. Карданний шарнір нерівномірної швидкості складається з двох вилок (1), з'єднаних хрестовиною (3). Одна з вилок іноді має фланець, а інша приварена до труби карданного валу або має шліцьовий кінець (6) (або втулку) для з'єднання з карданним валом. Цапфи хрестовини встановлені в проушинах обох вилок на голчастих підшипниках (7). Кожен підшипник розміщений в корпусі (2) і утримується в проушині вилки кришкою, яка кріпиться до вилки двома болтами, що фіксуються виступами на шайбі. У деяких випадках підшипники закріплюються в вилках за допомогою стопорних кілець. Для утримання мастила в підшипнику і захисту його від води і бруду передбачено гумове самозатягувальне ущільнення. Внутрішня порожнина хрестовини заповнюється мастилом через мастильний штуцер, яке потрапляє до підшипників. Хрестовина зазвичай має запобіжний клапан для захисту ущільнення від пошкодження під тиском мастила, що нагнітається в хрестовину. Шліцьове з'єднання (6) змащується за допомогою маслянки (5).

Рисунок 3. Деталі жорсткого карданного шарніра нерівномірної швидкості

Максимальний кут між осями валів, з'єднаних жорсткими карданними шарнірами нерівномірної швидкості, зазвичай не перевищує 20°, оскільки при більших кутах значно знижується ККД. Якщо кут між осями валів змінюється в межах 0...2%, цапфи хрестовини деформуються голчастими підшипниками, що призводить до швидкого виходу карданного шарніра з ладу.

У трансмісіях високошвидкісних гусеничних машин часто використовують карданні шарніри з зубчастими муфтами, які дозволяють передавати крутний момент між валами, осі яких перетинаються під кутами до 1,5...2°.

Карданні вали зазвичай виготовляються трубчастими, з використанням спеціальних сталевих безшовних або зварних труб. До труб приварюються вилки карданних шарнірів, шліцьові втулки або наконечники. Для зменшення поперечних навантажень, що діють на карданний вал, виконується динамічне балансування карданних шарнірів в зборі. Дисбаланс усувається приварюванням до карданного валу балансувальних пластин або іноді встановленням балансувальних пластин під кришки підшипників карданних шарнірів. Взаємне розташування деталей шліцьового з'єднання після складання і балансування карданного приводу на заводі зазвичай позначається спеціальними мітками.

Компенсуюче з'єднання карданного приводу зазвичай виготовляється у вигляді шліцьового з'єднання, що дозволяє осьове переміщення деталей карданного приводу. Воно складається з шліцьового наконечника, який входить в шліцьову втулку карданного валу. Мастило подається в шліцьове з'єднання через маслянку або наноситься під час складання і замінюється після тривалої експлуатації транспортного засобу. Для запобігання витоку мастила і забруднення зазвичай встановлюється ущільнення і кришка.

Для довгих карданних валів в карданних приводах зазвичай використовуються проміжні опори. Проміжна опора зазвичай складається з кронштейна, прикріпленого болтами до поперечини рами автомобіля, в якому встановлений кульковий підшипник в гумовому еластичному кільці. Підшипник закритий з обох боків кришками і має пристрій для змащення. Еластичне гумове кільце допомагає компенсувати неточності монтажу і зміщення підшипника, які можуть виникнути через деформації рами.

Карданний шарнір з голчастими підшипниками (рис. 4а) складається з вилок, хрестовини, голчастих підшипників і ущільнень. Чашки з голчастими підшипниками встановлюються на цапфи хрестовини і закриваються ущільненнями. Чашки закріплені в вилках стопорними кільцями або ковпачками, прикрученими гвинтами. Карданні шарніри змащуються через маслянку через внутрішні отвори в хрестовині. Для усунення надлишкового тиску мастила в шарнірі використовується запобіжний клапан. При рівномірному обертанні ведучої вісі ведена вісь обертається нерівномірно: вона двічі за один оберт випереджає і відстає від ведучої вісі. Для усунення нерівномірності обертання і зменшення інерційних навантажень використовують два карданних шарніри.

У приводі передніх ведучих коліс встановлені карданні шарніри постійної швидкості. Карданний привід автомобілів ГАЗ-66 і ЗІЛ-131 складається з вилок 2, 5 (рис. 4б), чотирьох кульок 7 і центральної кульки 8. Ведуча вилка 2 нероз'ємна з валом внутрішнього моста, а ведена вилка викувана разом з валом зовнішнього моста, на кінці якого закріплена маточина колеса. Рушійний момент від вилки 2 до вилки 5 передається через кульки 7, які рухаються по кільцевих пазах в вилках. Центральна кулька 8 служить для центрування вилок і утримується шпильками 3, 4. Частота обертання вилок 2, 5 однакова завдяки симетрії механізму відносно вилок. Зміна довжини вала забезпечується вільними шліцьовими з'єднаннями вилок з валом.

Малюнок 4. Карданні шарніри: а - карданний шарнір: 1 - кришка; 2 - стакан; 3 - голчастий підшипник; 4 - ущільнення; 5, 9 - вилки; 6 - запобіжний клапан; 7 - хрестовина; 8 - маслянка; 10 - гвинт; б - карданний шарнір постійної швидкості: 1 - вал внутрішнього моста; 2 - ведуча вилка; 3, 4 - шпильки; 5 - ведена вилка; 6 - вал зовнішнього моста; 7 - кульки; 8 - центральна кулька

2. Несправності карданного приводу

Несправності карданного приводу зазвичай проявляються у вигляді різких стукотів в карданних шарнірах, які виникають під час руху автомобіля, особливо під час перемикання передач і різкого збільшення частоти обертання колінчастого валу двигуна (наприклад, при переході від гальмування двигуна до прискорення). Ознакою несправності карданного шарніра може бути його нагрівання до високої температури (понад 100°C). Це відбувається через значний знос втулок і цапф карданного шарніра, голчастих підшипників, хрестовин і шліцьових з'єднань, що призводить до перекосу карданного шарніра і значних ударних осьових навантажень на голчасті підшипники. Пошкодження коркових ущільнень хрестовини карданного шарніра призводить до швидкого зносу цапфи та її підшипника.

Під час технічного обслуговування карданний привід перевіряється шляхом різкого обертання карданного валу рукою в обох напрямках. За ступенем вільного обертання валу визначають знос карданних шарнірів і шліцьових з'єднань. Через кожні 8-10 тис. км пробігу перевіряється стан болтових з'єднань фланців веденого вала коробки передач і ведучого вала головної передачі з фланцями кінцевих карданних шарнірів і кріплення проміжної опори карданного вала. Також перевіряється стан гумових башмаків на шліцьових з'єднаннях і коркових ущільнень хрестовини карданної передачі. Всі болти кріплення повинні бути затягнуті повністю (момент затягування 8-10 кгс-м).

Голчасті підшипники карданних шарнірів змащуються рідким маслом, яке використовується для трансмісійних агрегатів; шліцьові з'єднання в більшості автомобілів змащуються консистентними мастилами (УС-1, УС-2, 1-13 та ін.); використання консистентного мастила для змащення голчастих підшипників категорично заборонено. У деяких автомобілях шліцьові з'єднання змащуються трансмісійним маслом. Проміжний опорний підшипник, встановлений в гумовій втулці, практично не потребує змащення, так як змащується при складанні на заводі. Опорний підшипник автомобіля ЗІЛ-130 змащується консистентним мастилом через напірний штуцер під час регулярного технічного обслуговування (кожні 1100-1700 км).

Малюнок 5. Карданний привід: 1 - фланець для кріплення карданного валу; 2 - хрестовина карданного шарніра; 3 - вилка карданного шарніра; 4 - вилка ковзання; 5 - труба карданного валу; 6 - голчастий підшипник із закритим кінцем

Карданний привід складається з двох карданних шарнірів з голчастими підшипниками, з'єднаних порожнистим валом, і вилки ковзання з евольвентними шліцами. Для забезпечення надійного захисту від бруду і хорошого змащення шліцьового з'єднання, вилка (6), з'єднана з вторинним валом (2) редуктора, розміщена в подовжувачі (1), прикріпленому до корпусу редуктора. Крім того, таке розташування шліцьового з'єднання (поза зоною між шарнірами) значно підвищує жорсткість карданної передачі і знижує ймовірність вібрацій вала при зносі ковзного шліцьового з'єднання.

Приводний вал виготовлений з тонкостінної електрозварної труби (8), в яку з обох кінців запресовані дві однакові вилки (9), а потім приварені дуговим зварюванням. Корпуси голчастих підшипників (18) хрестовини (25) запресовані в проушини вилок (9) і закріплені пружинними стопорними кільцями (20). Кожен карданний підшипник містить 22 голки (21). На виступаючі цапфи хрестовин напресовані штамповані кришки (24), в які встановлені коркові кільця (23). Підшипники змащуються за допомогою кутової маслянки (17), вкрученої в різьбовий отвір в центрі хрестовини, з'єднаної з наскрізними каналами в цапфах хрестовини. З протилежного боку хрестовини карданної передачі в її центрі розташований запобіжний клапан (16), призначений для випуску надлишків мастила при заповненні хрестовини і підшипників, а також для запобігання підвищенню тиску всередині хрестовини під час роботи (клапан спрацьовує при тиску близько 3,5 кг/см²). Необхідність наявності запобіжного клапана обумовлена тим, що надмірне підвищення тиску всередині хрестовини може призвести до пошкодження (видавлювання) коркових ущільнювачів.

Малюнок 6. Карданний вал у зборі: 1 - подовжувач коробки передач; 2 - вторинний вал коробки передач; 3 і 5 - грязевідбійники; 4 - гумові ущільнювачі; 6 - вилка ковзання; 7 - балансирна пластина; 8 - труба карданного валу; 9 - вилка; 10 - фланець вилки; 11 - болт; 12 - фланець шестерні приводу заднього моста; 13 - пружинна шайба; 14 - гайка; 15 - задній міст; 16 - запобіжний клапан; 17 - кутовий масляний штуцер; 18 - голчастий підшипник; 19 - вушко вилки; 20 - стопорне кільце пружини; 21 - голка; 22 - шайба з тороїдальним кінцем; 23 - коркове кільце; 24 - штампований ковпак; 25 - хрестовина

Карданний вал, зібраний з обома карданними шарнірами, ретельно динамічно збалансований з обох кінців шляхом приварювання до труби балансувальних пластин (7). Тому при розбиранні валу всі його частини повинні бути ретельно промарковані, щоб їх можна було зібрати в початкових положеннях. Недотримання цієї інструкції порушує баланс валу, викликаючи вібрації, які можуть пошкодити трансмісію і кузов автомобіля. Якщо окремі деталі зношуються, особливо якщо трубка згинається від удару і стає неможливим динамічне балансування валу після складання, необхідно замінити весь вал.

Можливі несправності карданного валу, їх причини та способи усунення

Причина несправності Рішення
Вібрація приводного валу
1. Згинання вала через перешкоду 1. Випрямити та динамічно збалансувати зібраний вал або замінити зібраний вал
2. Знос підшипників і хрестовин 2. Замініть підшипники і хрестовини та виконайте динамічне балансування зібраного валу
3. Знос подовжувальних втулок і розсувного ярма 3. Замініть подовжувач і розсувне ярмо та виконайте динамічне балансування зібраного валу
Стукіт при рушанні та рушанні з місця
1. Знос шліців вилки ковзання або валу вторинного редуктора 1. Замініть зношені деталі. Під час заміни розсувного коромисла динамічно збалансуйте зібраний вал
2. Ослаблені болти кріплення фланця вилки до фланця шестерні приводу заднього моста 2. Затягніть болти
Викидання масла з ущільнювачів карданних шарнірів
Знос коркових кілець в карданних шарнірах Замініть пробкові кільця, зберігаючи взаємне розташування всіх деталей карданного валу під час збирання. Якщо є знос хрестовин і підшипників, замініть підшипники і хрестовини та виконайте динамічне балансування зібраного валу

3. Балансування карданного валу

Після ремонту та складання карданного валу його динамічно балансують на верстаті. Одна з конструкцій балансувального верстата показана на рисунку 7. Верстат складається з плити (18), маятникової рами (8), встановленої на чотирьох вертикальних пружних стержнях (3), що забезпечують її коливання в горизонтальній площині. На поздовжніх трубах маятникової рами (8) встановлені кронштейн і передня бабка (9), закріплені на кронштейні (4). Задня бабка (6) знаходиться на рухомій траверсі (5), що дозволяє динамічно балансувати карданні вали різної довжини. Шпинделі бабок встановлені на прецизійних кулькових підшипниках. Шпиндель передньої бабки (9) приводиться в рух від електродвигуна, встановленого в станині верстата, через клинопасову передачу і проміжний вал, на якому закріплений лімб (10) (градуйований диск). Додатково на плиті верстата (18) встановлені дві стійки (15) з висувними стопорними штифтами (17), що забезпечують фіксацію переднього і заднього кінців маятникової рами в залежності від балансування переднього або заднього кінця приводного валу.

Малюнок 7. Верстат для динамічного балансування карданних валів

1-затискач; 2-демпфери; 3-пружна тяга; 4-кронштейн; 5-рухома траверса; 6-задня бабка; 7-хрестовина; 8-маятникова рама; 9-передня ведуча бабка; 10-лапа-диск; 11-мілівольтметр; 12-лапа вала комутатора-випрямляча; 13-магнітоелектричний датчик; 14-нерухома стійка; 15-стійка фіксатора; 16-опора; 17-фіксатор; 18-опорна плита.

Нерухомі стійки (14) кріпляться ззаду на плиті верстата, на них встановлюються магнітоелектричні датчики (13) зі стрижнями, з'єднаними з кінцями маятникової рами. Для запобігання резонансних коливань рами під кронштейнами (4) встановлені демпфери (2), заповнені маслом.

Під час динамічного балансування на верстаті встановлюється і закріплюється приводний вал в зборі з вилкою. Один кінець приводного вала з'єднується фланцем-раковиною з фланцем передньої ведучої бабки, а інший кінець - опорною шийкою ковзної раковини з шліцьовою втулкою задньої бабки. Потім перевіряють легкість обертання карданного валу і фіксують один кінець маятникової рами верстата за допомогою фіксатора. Після запуску верстата лімб випрямляча повертають проти годинникової стрілки, доводячи стрілку мілівольтметра до максимального показання. Показання мілівольтметра відповідає величині дисбалансу. Шкала мілівольтметра градуйована в грам-сантиметрах або грамах противаги. Продовжуючи обертати лімб випрямляча проти годинникової стрілки, доводять показання мілівольтметра до нуля і зупиняють машину. За показаннями лімба випрямляча визначають кутове зміщення (кут зміщення дисбалансу) і, обертаючи вручну приводний вал, встановлюють це значення на лімбі проміжного валу. Місце приварювання балансувальної пластини буде знаходитися у верхній частині приводного валу, а обтяжена частина - в нижній частині в площині корекції. Потім балансувальну пластину прикріплюють і обв'язують тонким дротом на відстані 10 мм від зварного шва, запускають машину і перевіряють баланс кінця карданного валу з пластиною. Дисбаланс повинен бути не більше 70 г см. Потім, відпустивши один кінець і закріпивши інший кінець маятникової рами за допомогою підставки-фіксатора, виконують динамічне балансування іншого кінця карданного валу згідно з технологічною послідовністю, описаною вище.

Приводні вали мають деякі особливості балансування. Для більшості деталей базою для динамічного балансування є опорні шийки (наприклад, ротори електродвигунів, турбін, шпинделів, колінчастих валів тощо), але для карданних валів - це фланці. Під час складання неминуче виникають зазори в різних з'єднаннях, що призводять до дисбалансу. Якщо під час балансування не вдається досягти мінімального дисбалансу, вал бракується. На точність балансування впливають наступні фактори:

  • Зазор в з'єднанні між посадковим поясом фланця приводного вала і внутрішнім отвором затискного фланця лівої і правої опорних бабок;
  • Радіальне і торцеве биття базових поверхонь фланця;
  • Зазори в шарнірних і шліцьових з'єднаннях. Наявність мастила в порожнині шліцьового з'єднання може призвести до "плаваючого" дисбалансу. Якщо це перешкоджає досягненню необхідної точності балансування, карданний вал балансується без мастила.

Деякі дисбаланси можуть бути повністю невиправними. Якщо в карданних шарнірах карданного валу спостерігається підвищене тертя, взаємний вплив площин корекції збільшується. Це призводить до зниження продуктивності і точності балансування.

Згідно з ОСТ 37.001.053-74 встановлені наступні норми дисбалансу: карданні вали з двома шарнірами (двоопорні) балансуються динамічно, а з трьома (триопорні) - в зборі з проміжною опорою; фланці (вилки) карданних валів і муфт масою понад 5 кг перед складанням вала або муфти балансуються статично; норми залишкового дисбалансу карданних валів на кожному кінці або на проміжній опорі триопорних карданних валів оцінюються за питомим дисбалансом;

Гранично допустима питома норма залишкового дисбалансу на кожному кінці вала або на проміжній опорі, а також для тришарнірних карданних валів у будь-якому положенні на балансувальному стенді не повинна перевищувати: для трансмісій легкових автомобілів і малотоннажних вантажних автомобілів (до 1 т) і дуже малих автобусів - 6 г-см/кг, для решти - 10 г-см/кг. Максимально допустима норма залишкового дисбалансу карданного або тришарнірного валу повинна забезпечуватися на балансувальному стенді при частоті обертання, що відповідає їх частотам в трансмісії при максимальній швидкості руху автомобіля.

Для карданних і тришарнірних валів вантажних автомобілів вантажопідйомністю 4 т і вище, малих і великих автобусів допускається зниження частоти обертання на балансувальному стенді до 701ТП3Т від частоти обертання валів трансмісії при максимальній швидкості руху автомобіля. Згідно ОСТ 37.001.053-74, балансувальна частота обертання карданних валів повинна дорівнювати:

nb = (0.7 ... 1.0) nr,

де nb - частота обертання балансування (повинна відповідати основним технічним характеристикам стенду, n=3000 хв)-1; nr - максимальна робоча частота обертання, хв-1.

На практиці через зазори в шарнірах і шліцьових з'єднаннях карданний вал не може бути збалансований на рекомендованій частоті обертання. У цьому випадку вибирається інша частота обертання, при якій він балансується.

4. Сучасні балансувальні верстати для карданних валів

Малюнок 8. Балансувальний верстат для карданних валів довжиною до 2 метрів і вагою до 500 кг

Модель має 2 стійки і дозволяє балансувати в 2 площинах корекції.

Балансувальний верстат для карданних валів довжиною до 4200 мм, вагою до 400 кг

Малюнок 9. Балансувальний верстат для карданних валів довжиною до 4200 мм і вагою до 400 кг

Модель має 4 стійки і дозволяє балансувати в 4 площинах корекції одночасно.

Малюнок 10. Горизонтальний балансувальний верстат для динамічного балансування карданних валів з жорсткими підшипниками

1 - Балансувальний елемент (карданний вал); 2 - Основа верстата; 3 - Опори верстата; 4 - Привід верстата; Конструктивні елементи опор верстата показані на рисунку 9.

Рисунок 11. Елементи підтримки верстата для динамічного балансування карданних валів

1 - ліва нерегульована опора; 2 - проміжна регульована опора (2 шт.); 3 - права нерегульована нерухома опора; 4 - рукоятка фіксації опорної рами; 5 - рухома опорна платформа; 6 - гайка вертикального регулювання опори; 7 - рукоятки фіксації вертикального положення; 8 - затискний кронштейн опори; 9 - рухомий затискач проміжного підшипника; 10 - рукоятка фіксації затискача; 11 - фіксатор затискного кронштейна; 12 - приводний (ведучий) шпиндель для установки виробу; 13 - ведений шпиндель

5. Підготовка до балансування карданного валу

Нижче ми розглянемо налаштування опор верстата та встановлення балансувального елемента (чотириопорного карданного валу) на опори верстата.

Малюнок 12. Встановлення перехідних фланців на шпинделі балансувального верстата

Малюнок 13. Встановлення карданного валу на опори балансувального верстата

Малюнок 14. Вирівнювання карданного валу по горизонталі на опорах балансувального верстата за допомогою бульбашкового рівня

Малюнок 15. Фіксація проміжних опор балансувального верстата для запобігання вертикальному зміщенню карданного валу

Поверніть елемент вручну на повний оберт. Переконайтеся, що він обертається вільно і без заклинювання на опорах. Після цього механічна частина верстата налаштована, і встановлення елемента завершено.

6. Процедура балансування карданного валу

Процес балансування карданних валів на балансувальному верстаті буде розглянуто на прикладі вимірювальної системи Balanset-4. Balanset-4 - це портативний балансувальний комплект, призначений для балансування в одній, двох, трьох і чотирьох площинах корекції роторів, що обертаються на власних підшипниках або встановлених на балансувальному верстаті. Прилад включає в себе до чотирьох датчиків вібрації, датчик фазового кута, чотириканальний вимірювальний блок і портативний комп'ютер.

Весь процес балансування, включаючи вимірювання, обробку та відображення інформації про величину і розташування коригувальних вантажів, виконується автоматично і не вимагає від користувача додаткових навичок і знань, окрім наданих інструкцій. Результати всіх операцій балансування зберігаються в архіві балансування і при необхідності можуть бути роздруковані у вигляді звітів. Крім балансування, Balanset-4 також може використовуватися як звичайний вібротахометр, дозволяючи вимірювати по чотирьох каналах середньоквадратичне значення загальної вібрації, середньоквадратичне значення обертальної складової вібрації, а також контролювати частоту обертання ротора.

Крім того, прилад дозволяє відображати графіки часової функції і спектра вібрації за віброшвидкістю, що може бути корисним при оцінці технічного стану збалансованої машини.

Рисунок 16. Зовнішній вигляд приладу Balanset-4 для використання в якості вимірювально-обчислювальної системи верстата для балансування карданних валів

Малюнок 17. Приклад використання приладу "Балансет-4" як вимірювально-обчислювальної системи верстата для балансування карданних валів

Малюнок 18. Інтерфейс користувача пристрою Balanset-4

Прилад Balanset-4 може бути оснащений двома типами датчиків - віброакселерометрами для вимірювання вібрації (віброприскорення) і датчиками сили. Датчики вібрації використовуються для роботи на балансувальних верстатах післярезонансного типу, а датчики сили - на верстатах дорезонансного типу.

Рисунок 19. Встановлення датчиків вібрації Balanset-4 на опорах балансувального верстата

Напрямок осі чутливості датчиків повинен збігатися з напрямком вібраційного зміщення опори, в даному випадку - горизонтальним. Додаткову інформацію щодо встановлення датчиків див. у розділі БАЛАНСУВАННЯ РОТОРІВ В УМОВАХ ЕКСПЛУАТАЦІЇ. Встановлення датчиків сили залежить від конструктивних особливостей машини.

  1. Встановіть датчики вібрації 1, 2, 3, 4 на опори балансувального верстата.
  2. Підключіть датчики вібрації до роз'ємів X1, X2, X3, X4.
  3. Встановіть датчик фазового кута (лазерний тахометр) 5 так, щоб номінальний зазор між радіальною (або торцевою) поверхнею збалансованого ротора і корпусом датчика знаходився в діапазоні від 10 до 300 мм.
  4. Прикріпіть до поверхні ротора світловідбиваючу стрічку шириною не менше 10-15 мм.
  5. Підключіть датчик фазового кута до роз'єму X5.
  6. Підключіть вимірювальний пристрій до USB-порту комп'ютера.
  7. Якщо ви використовуєте мережеве живлення, підключіть комп'ютер до блоку живлення.
  8. Підключіть блок живлення до мережі 220 В, 50 Гц.
  9. Увімкніть комп'ютер і виберіть програму "BalCom-4".
  10. Натисніть кнопку "F12-чотири площини" (або функціональну клавішу F12 на клавіатурі комп'ютера) для вибору режиму вимірювання вібрації одночасно в чотирьох площинах за допомогою датчиків вібрації 1, 2, 3, 4, підключених відповідно до входів X1, X2, X3 і X4 вимірювального блоку.
  11. На дисплеї комп'ютера з'являється мнемосхема, що ілюструє процес вимірювання вібрації одночасно по чотирьох каналах вимірювання (або процес балансування в чотирьох площинах), як показано на рисунку 16.

Перед виконанням балансування рекомендується провести вимірювання в режимі віброметра (кнопка F5).

Малюнок 20. Вимірювання в режимі віброметра

Якщо сумарна величина вібрації V1s (V2s) приблизно відповідає величині обертальної складової V1o (V2o), можна припустити, що основний внесок у вібрацію механізму вносить дисбаланс ротора. Якщо сумарна величина вібрації V1s (V2s) значно перевищує обертальну складову V1o (V2o), рекомендується провести обстеження механізму - перевірити стан підшипників, забезпечити надійне кріплення на фундаменті, переконатися, що ротор під час обертання не зачіпає нерухомі частини, врахувати вплив вібрацій від інших механізмів тощо.

Вивчення графіків часових функцій і спектрів коливань, отриманих в режимі "Графіки-Спектральний аналіз", може бути корисним тут.

Програмне забезпечення для портативного балансира і віброаналізатора Balanset-1A. Графіки спектрів вібрації.

Рисунок 21. Функція часу коливань та графіки спектру

На графіку показано, на яких частотах рівень вібрації найвищий. Якщо ці частоти відрізняються від частоти обертання ротора механізму, що балансується, необхідно виявити джерела цих складових вібрації і вжити заходів щодо їх усунення перед балансуванням.

Також важливо звернути увагу на стабільність показань в режимі віброметра - амплітуда і фаза вібрації не повинні змінюватися більш ніж на 10-151ТП3Т під час вимірювання. В іншому випадку механізм може працювати поблизу резонансної області. В такому випадку слід відрегулювати частоту обертання ротора.

При виконанні балансування в чотирьох площинах в режимі "Первинне" необхідно виконати п'ять калібрувальних прогонів і принаймні один перевірочний прогін збалансованого верстата. Вимірювання вібрації під час першого запуску машини без пробного вантажу виконується в робочій області "Балансування в чотирьох площинах". Наступні прогони виконуються з пробним вантажем, який послідовно встановлюється на приводний вал в кожній площині корекції (в зоні кожної опори балансувального верстата).

Перед кожним наступним запуском слід виконати наступні кроки:

  • Зупиніть обертання ротора збалансованої машини.
  • Зніміть раніше встановлений пробний вантаж.
  • Встановіть пробний вантаж у наступній площині.

Зображення 23. Чотириплощинна робоча область балансування

Після завершення кожного вимірювання результати частоти обертання ротора (Nоб), а також середньоквадратичні значення (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) і фаз (F1, F2, F3, F4) вібрації на частоті обертання збалансованого ротора зберігаються у відповідних полях вікна програми. Після п'ятого прогону (Weight in Plane 4) з'являється робоча область "Balancing Weights" (див. рисунок 24), в якій відображаються розраховані значення мас (M1, M2, M3, M4) та кути встановлення (f1, f2, f3, f4) коригувальних вантажів, які потрібно встановити на ротор у чотирьох площинах, щоб компенсувати його дисбаланс.

Рисунок 24. Робоча область з розрахованими параметрами коригувальних ваг у чотирьох площинах

Струнко!: Після завершення процесу вимірювання під час п'ятого прогону збалансованої машини необхідно зупинити обертання ротора і зняти раніше встановлений пробний вантаж. Тільки після цього можна приступати до встановлення (або зняття) коригувальних вантажів на ротор.

Кутове положення для додавання (або зняття) коригувального вантажу на роторі в полярній системі координат вимірюється від місця встановлення пробного вантажу. Напрямок вимірювання кута збігається з напрямком обертання ротора. У разі балансування за лопатями, лопать збалансованого ротора, яка умовно вважається 1-ю лопаттю, збігається з місцем встановлення пробного вантажу. Напрямок нумерації лопатей, вказаний на дисплеї комп'ютера, відповідає напрямку обертання ротора.

У цій версії програми за замовчуванням передбачається, що до ротора буде додано коригувальну вагу. На це вказує позначка, встановлена в полі "Додати". Якщо необхідно виправити дисбаланс шляхом видалення вантажу (наприклад, при свердлінні), встановіть позначку в полі "Видалити" за допомогою миші, після чого кутове положення коригувального вантажу автоматично зміниться на 180 градусів.

Після встановлення коригувальних вантажів на збалансований ротор натисніть кнопку "Вихід - F10" (або функціональну клавішу F10 на клавіатурі комп'ютера), щоб повернутися в попереднє робоче середовище "Чотириплощинне балансування" і перевірити ефективність операції балансування. Після завершення перевірочного запуску результати частоти обертання ротора (Nоб) та середньоквадратичні значення (Vo1, Vo2, Vo3, Vo4) та фаз (F1, F2, F3, F4) вібрації на частоті обертання збалансованого ротора зберігаються. Одночасно над робочою областю "Чотириплощинне балансування" з'являється робоча область "Балансувальні вантажі" (див. Рис. 21), в якій відображаються розраховані параметри додаткових коригувальних вантажів, які необхідно встановити (або зняти) на ротор для компенсації його залишкового дисбалансу. Крім того, в цій робочій області відображаються значення залишкового дисбалансу, досягнутого після балансування. Якщо значення залишкової вібрації та/або залишкового дисбалансу відбалансованого ротора відповідають вимогам допуску, зазначеним у технічній документації, процес балансування можна завершити. В іншому випадку процес балансування можна продовжити. Цей метод дозволяє виправити можливі похибки шляхом послідовних наближень, які можуть виникнути при встановленні (знятті) коригувального вантажу на збалансований ротор.

Якщо процес балансування триває, на збалансований ротор необхідно встановити (або зняти) додаткові коригувальні вантажі відповідно до параметрів, зазначених у робочій області "Балансувальні вантажі".

Кнопка "Коефіцієнти - F8" (або функціональна клавіша F8 на клавіатурі комп'ютера) використовується для перегляду і збереження в пам'яті комп'ютера коефіцієнтів балансування ротора (коефіцієнтів динамічного впливу), розрахованих за результатами п'яти калібрувань.

7. Рекомендовані класи точності балансування для жорстких роторів

Таблиця 2. Рекомендовані класи точності балансування для жорстких роторів.

Рис. 7.34. Вікно розрахунку допуску балансування

Рекомендовані класи точності балансування для жорстких роторів

Типи машин (роторів) Клас точності балансування Значення eper Ω мм/с
Приводні колінчасті вали (конструктивно незбалансовані) для великих низькообертових суднових дизельних двигунів (швидкість поршня менше 9 м/с) G 4000 4000
Приводні колінчасті вали (конструктивно збалансовані) для великих низькообертових суднових дизельних двигунів (швидкість поршня менше 9 м/с) G 1600 1600
Привідні колінчасті вали (конструктивно неврівноважені) на віброізоляторах G 630 630
Привідні колінчасті вали (конструктивно неврівноважені) на жорстких опорах G 250 250
Поршневі двигуни в зборі для легкових, вантажних автомобілів і локомотивів G 100 100
Автомобільні запчастини: колеса, колісні диски, колісні пари, трансмісії
Привідні колінчасті вали (конструктивно збалансовані) на віброізоляторах G 40 40
Сільськогосподарські машини G 16 16
Привідні колінчасті вали (збалансовані) на жорстких опорах
Дробарки
Приводні вали (карданні вали, гвинтові вали)
Авіаційні газові турбіни G 6.3 6.3
Центрифуги (сепаратори, відстійники)
Електродвигуни та генератори (з висотою валу не менше 80 мм) з максимальною номінальною швидкістю обертання до 950 хв-1
Електродвигуни з висотою вала менше 80 мм
Вболівальники
Зубчасті передачі
Машини загального призначення
Металорізальні верстати
Папероробні машини
Насоси
Турбокомпресори
Водяні турбіни
Компресори
Приводи з комп'ютерним керуванням G 2.5 2.5
Електродвигуни та генератори (з висотою валу не менше 80 мм) з максимальною номінальною частотою обертання понад 950 хв-1
Газові та парові турбіни
Приводи металорізальних верстатів
Текстильні машини
Накопичувачі для аудіо- та відеообладнання G 1 1
Приводи шліфувальних верстатів
Шпинделі та приводи високоточного обладнання G 0.4 0.4

 

Категорії: ПрикладроториРішенняВміст
Мітки:

0 Коментарі

Залишити відповідь

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