ООО Кинематика - станки и приборы для балансировки

ООО"Кинематика"
198095, Санкт-Петербург, ул.Шкапина, д.32-34
Тел +7 (812) 252-1919 E-mail: diakin@yandex.ru
Бесплатный звонок 7 (800) 555-81-68

     Продукция              Контакты           Публикации         Проблемы и решения         Полезные программы

Балансировочные станки для балансировки карданных валов.

Балансировка карданных валов. Основные сведения.

1. Виды карданных валов.

Карданная передача — механизм, передающий крутящий момент между валами, пересекающимися в центре карданной передачи и имеющими возможность взаимного углового перемещения. В автомобиле карданный вал служит для передачи крутящего момента от коробки передач (раздаточной коробки) к ведущим мостам в случае классической или полноприводной компоновки. У полноприводных колесных машин карданная передача обычно соединяет ведомый вал коробки передач (КП) с ведущим валом раздаточной коробки, а ведомые валы раздаточной коробки — с ведущими валами главных передач ведущих мостов. Агрегаты, закрепленные на раме (в частности, КП и раздаточная коробка), могут перемещаться относительно друг друга в результате деформации своих опор и самой рамы, а ведущие мосты присоединены к раме через подвеску, поэтому могут перемещаться относительно рамы и закрепленных на ней агрегатов при деформации упругих элементов подвески. При этом могут изменяться не только углы наклона карданных валов, соединяющих агрегаты, но и расстояние между агрегатами. Карданная передача имеет существенный недостаток — несинхронность вращения валов (если один вал вращается равномерно, то другой — нет), увеличивающуюся при увеличении угла между валами. Это исключает возможность применения карданной передачи во многих устройствах, например, в трансмиссии переднеприводных автомобилей (где главная проблема в передаче крутящего момента на поворотные колеса). Отчасти этот недостаток может быть скомпенсирован использованием на одном валу парных шарниров, повёрнутых на четверть оборота друг относительно друга. Однако там, где требуется синхронность, как правило, используется не карданная передача, а шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) — более совершенная, однако и более сложная конструкция того же назначения.
Карданные передачи могут иметь один или несколько карданных шарниров, соединенных карданными валами, и промежуточные опоры.

Схема карданной передачи.
Рис.1 Схема карданной передачи: 1, 4, 6 — карданные валы; 2, 5 — карданные шарниры; 3 — компенсирующее соединение; у1, у2 — углы между валами

В общем случае карданная передача состоит из карданных шарниров 2 и 5, карданных валов 1,4 и 6 и компенсирующего соединения 3. Иногда карданный вал устанавливают на промежуточной опоре, прикрепленной к поперечине рамы ТС. Карданные шарниры обеспечивают передачу вращающего момента между валами, оси которых пересекаются под углом. Различают карданные шарниры неравных и равных угловых скоростей. Карданные шарниры неравных угловых скоростей подразделяют на упругие и жесткие. Карданные шарниры равных угловых скоростей по конструкции бывают шариковые с делительными канавками, шариковые с делительным рычажком и кулачковые. Обычно их устанавливают в приводе ведущих управляемых колес, где угол между валами может достигать 45°, причём центр карданного шарнира должен совпадать с точкой пересечения осей вращения колеса и его поворота. Упругие карданные шарниры передают вращающий момент между валами с пересекающимися под углом 2…3° осями в результате упругой деформации соединительных элементов. Жесткий карданный шарнир неравных угловых скоростей передает вращающий момент от одного вала к другому вследствие подвижного соединения жестких деталей. Он состоит из двух вилок — 3 и 5, в цилиндрические отверстия которых установлены на подшипниках концы А, Б, В и Г соединительного элемента — крестовины 4. Вилки жестко соединены с валами 1 и 2. Вилка 5 может поворачиваться относительно оси БГ крестовины и в то же время вместе с крестовиной поворачиваться относительно оси АВ, благодаря чему и обеспечивается возможность передачи вращения от одного вала к другому при меняющемся угле между ними.

Схема карданной передачи.
Рис.2 Схема жесткого карданного шарнира неравных угловых скоростей

Если вал 7 повернется вокруг своей оси на угол а, то вал 2 за это же время повернется на угол В. Соотношение между углами поворота валов 7 и 2 определяется выражением tga= tgВ*cosy, где у — угол, под которым расположены оси валов. Из этого выражения следует, что угол В то меньше угла а, то равен ему. Равенство этих углов наступает через каждые 90° поворота вала 7. Таким образом, при равномерном вращении вала 1 угловая скорость вала 2 неравномерна и изменяется по синусоидальному закону. Неравномерность вращения вала 2 будет тем значительнее, чем больше угол у между осями валов. Если неравномерность вращения вала 2 будет передаваться на валы агрегатов, в трансмиссии возникнут дополнительные пульсирующие нагрузки, возрастающие при увеличении угла у. Чтобы неравномерность вращения вала 2 не передавалась на валы агрегатов, в карданной передаче применяют два карданных шарнира. Их устанавливают так, чтобы углы у1 и у2 были равны; вилки карданных шарниров, закрепленные на неравномерно вращающемся валу 4, должны быть расположены в одной плоскости.

Устройство основных частей карданных передач приведено на рис.3 Карданный шарнир неравных угловых скоростей состоит из двух вилок — 1 и соединенных крестовиной 3. Одна из вилок иногда имеет фланец, а другая приварена к трубе карданного вала или имеет шлицевой наконечник 6 (или втулку) для соединения с карданным валом. Шипы крестовины устанавливаются в проушины обеих вилок на игольчатых подшипниках 7. Каждый подшипник размещается в корпусе 2 и удерживается в проушине вилки крышкой, которая присоединена к вилке двумя болтами, стопорящимися усиками шайбы. В отдельных случаях подшипники закрепляются в вилках стопорными кольцами. Для удержания смазки в подшипнике и защиты его от попадания воды и грязи имеется резиновый самоподжимной сальник. Внутренняя полость крестовины через масленку заполняется смазкой, поступающей к подшипникам. В крестовине обычно имеется предохранительный клапан, защищающий сальник от повреждения под действием давления нагнетаемой в крестовину смазки. Шлицевое соединение 6 смазывается с помощью масленки 5.

Схема карданной передачи.
Рис.3 Детали карданного шарнира неравных угловых скоростей

Максимальный угол между осями валов, соединенных карданными шарнирами неравных угловых скоростей, обычно не превышает 20°, так как при больших углах значительно снижается КПД карданных передач. Если угол между осями валов изменяется в пределах 0 …2%, то шипы крестовины деформируются иглами подшипников, и карданный шарнир быстро разрушается.
В трансмиссиях быстроходных гусеничных машин часто применяются карданные передачи с карданными шарнирами типа зубчатых муфт, допускающими передачу вращающего момента между валами, оси которых пересекаются под углом до 1,5… 2°.
Карданные валы выполняют, как правило, трубчатыми, для чего применяют специальные стальные цельнотянутые или сварные трубы. К трубам приваривают вилки карданных шарниров, шлицевые втулки или наконечники. Для уменьшения поперечных нагрузок, действующих на карданный вал, осуществляют его динамическую балансировку в сборе с карданными шарнирами. Дисбаланс устраняют приваркой к карданному валу балансировочных пластин, а иногда установкой балансировочных пластин под крышки подшипников карданных шарниров. Взаимное положение деталей шлицевого соединения после сборки и балансировки карданной передачи на заводе обычно отмечается специальными метками.
Компенсирующее соединение карданной передачи обычно выполняют в виде шлицевого соединения, допускающего осевое перемещение деталей карданной передачи и состоящего из шлицевого наконечника, который входит в шлицевую втулку карданной передачи. Смазку вводят в шлицевое соединение из масленки или при сборке закладывают смазку, которую заменяют после длительного пробега ТС. Для защиты шлицевого соединения от вытекания смазки и загрязнения обычно устанавливают сальник и чехол.
При большой длине карданных валов в карданных передачах обычно применяют промежуточные опоры. Промежуточная опора, как правило, представляет собой прикрепленный болтами к поперечине рамы кронштейн, в котором установлен в резиновом упругом кольце шариковый подшипник, закрытый с обеих сторон крышками с сальниками и устройством для его смазывания. Наличие упругого резинового кольца позволяет компенсировать неточности сборки и перекосы подшипника, возможные при деформациях рамы ТС.
Карданный шарнир с игольчатыми подшипниками (рисунок 4а) состоит из вилок, крестовины, игольчатых подшипников, сальников. Стаканы с игольчатыми подшипниками надевают на пальцы крестовины и уплотняют сальниками. Стаканы фиксируют в вилках стопорными кольцами или крышками, привернутыми к ним винтами. Карданные шарниры смазывают через масленку по внутренним сверлениям крестовины. Предохранительный клапан служит для устранения излишнего давления масла в шарнире. При равномерном вращении ведущей вилки ведомая вилка вращается неравномерно: за один оборот она дважды обгоняет ведущую вилку и дважды отстает от нее. Для устранения неравномерности вращения и снижения инерционных нагрузок применяют два карданных шарнира.
В приводе к передним ведущим колесам устанавливают карданную передачу равных угловых скоростей. Такая передача автомобилей ГАЗ-66 и ЗИЛ-131 состоит из вилок 2, 5 (рисунок 4б), четырех шариков 7 и центрального шарика 8. Ведущая вилка 2 представляет собой единое целое с внутренней полуосью, ведомая откована вместе с наружной полуосью, на конце которой закреплена ступица колеса. Ведущий момент от вилки 2 к вилке 5 передается через шарики 7, перемещающиеся по круговым желобам вилок. Шарик 8 служит для центрирования вилок и удерживается в неизменном положении шпильками 3, 4. Частота вращения вилок 2, 5 одинаковая вследствие симметричности механизма относительно вилок. Изменение длины вала обеспечивают свободные шлицевые соединения вилок карданных шарниров с валом.

Виды карданных шарниров.
Рис.4 Карданные шарниры: а — карданный шарнир: 1 — крышка; 2 — стакан; 3 — игольчатый подшипник; 4 — сальник; 5, 9 — вилки; 6 — предохранительный клапан; 7 — крестовина; 8 — масленка; 10 — винт; б — карданный шарнир равных угловых скоростей: 1 — внутренняя полуось; 2 — ведущая вилка; 3, 4 — шпильки; 5 — ведомая вилка; 6 — наружная полуось; 7 — шарики: 8 — центральный шарик.

2. Неисправности карданной передачи.

Неисправности карданной передачи обычно проявляются в виде резких стуков в карданах, возникающих при движении автомобиля в момент перехода с одной передачи на другую и резком увеличении числа оборотов коленчатого вала двигателя(например, при переходе от торможения двигателем к разгону). Показателем нарушения нормальной работы кардана может быть его нагрев до высокой температуры (свыше 100°С). Это происходит вследствие значительного износа втулок и шипов кардана, игольчатых подшипников, крестовин и шлицевых соединений кардана, в результате чего нарушается центровка кардана и возникают значительные ударные осевые нагрузки на игольчатые подшипники. Повреждения пробковых сальников крестовины кардана приводят к быстрому износу шипа и его подшипника. При техническом обслуживании карданную передачу проверяют резким проворачиванием карданного вала от руки в обе стороны. По величине свободного проворачивания вала определяют степень износа карданов и шлицевых соединений. Через 8—10 тыс. км пробега проверяют состояние болтовых соединений фланцев ведомого вала коробки передач и вала ведущей шестерни главной передачи с фланцами концевых карданов и крепления промежуточной опоры карданного вала. Проверяют также состояние резиновых чехлов на шлицевых соединениях и пробковых сальников крестовины кардана. Все болты крепления должны быть затянуты до отказа (момент затяжки 8—10 кГм). Игольчатые подшипники карданов смазывают жидким маслом, применяемым для агрегатов трансмиссии; шлицевые соединения у большинства автомобилей смазывают консистентными смазками (УС-1, УС-2, 1—13 и др.); применение консистентной смазки для смазывания игольчатых подшипников категорически запрещается. У некоторых автомобилей шлицевые соединения смазывают трансмиссионным маслом. Подшипник промежуточной опоры, смонтированный в резиновой обойме, в смазывании практически не нуждается, так как смазка заложена в него при сборке на заводе. Опорный подшипник автомобиля ЗИЛ-130 смазывают консистентной смазкой через пресс-масленку при очередном техническом обслуживании (через 1100—1700 км).

Виды карданных шарниров.
Рис.5 Карданная передача, карданный привод: 1 — фланец крепления кардана; 2 — крестовина кардана; 3 — вилка кардана; 4 — скользящая вилка кардана; 5 — труба карданного вала; 6 — игольчатый роликовый подшипник с закрытым торцом.

Карданная передача состоит из двух карданных шарниров с игольчатыми подшипниками, соединенных полым валом, и скользящей вилки с эвольвентными шлицами. Для надежной защиты от попадания грязи и обеспечении хорошей смазки шлицевого соединения скользящая вилка 6, соединенная с вторичным валом 2 коробки передач, размещена в удлинителе 1, закрепленном на картере коробки передач. Кроме того, такое расположение шлицевого соединения (вне зоны между шарнирами) значительно повышает жесткость карданной передачи и уменьшает возможность появления вибраций вала при износе скользящего шлицевого соединения. Карданный вал состоит из тонкостенной электросваркой трубы 8, в которую с каждого конца запрессованы, а затем приварены дуговой электросваркой две одинаковые вилки 9. В отверстия проушин вилок 9 запрессованы корпусы игольчатых подшипников 18 крестовины 25, которые крепятся пружинными стопорными кольцами 20. В каждом карданном подшипнике помещены 22 иглы 21. На выступы цапф крестовин напрессованы штампованные обоймы 24, в которые устанавливаются пробковые кольца 23. Подшипники смазываются с помощью угловой пресс-масленки 17, ввернутой в резьбовое отверстие в центре крестовины, которое соединено со сквозными каналами в цапфах крестовины. С другой стороны крестовины кардана в центре ее размещен предохранительный клапан 16, предназначенный для выпуска излишней смазки при заполнении крестовины и подшипников и предотвращающий повышение давления внутри крестовины при нагревании ее во время работы (клапан срабатывает при давлении около 3,5 кГ/см ). Необходимость введения предохранительного клапана вызвана тем, что чрезмерное повышение давления масла внутри крестовины может привести к порче (выдавливанию) пробковых сальников.

Чертеж карданной передачи.
Рис.6 Карданная передача: 1 — удлинитель картера коробки передач; 2 — вторичный вал коробки передач; 3 и 5 — грязеотражатели; 4 — резиновые сальники; б — скользящая вилка; 7 — балансировочная пластина; 8 — труба карданного вала; 9 — вилка;10 — фланцевая вилка; 11 — болт; 12 — фланец ведущей шестерни заднего моста; 13 — пружинная шайба; 14 — гайка; 15 — задний мост; 16 — предохранительный клапан; 17 — угловая пресс-масленка; 18 — игольчатый подшипник; 19 — проушина вилки; 20 — стопорное пружинное кольцо; 21 — игла; 22 — шайба с тороидным торцом; 23 — пробковое кольцо; 24 — штампованная обойма; 25 — крестовина

Карданный вал в сборе с обоими шарнирами тщательно динамически балансируется с обоих концов путем приварки балансировочных пластин 7 к трубе. Поэтому при разборке вала все его детали нужно тщательно замаркировать для того, чтобы при сборке можно было установить их в прежнее положение. Несоблюдение этого указания нарушает балансировку вала, что вызывает затем вибрации, разрушающие трансмиссию и кузов автомобиля. При износе отдельных деталей, и особенно при прогибе трубы в результате удара и невозможности динамически отбалансировать вал после сборки, необходимо заменить весь вал.


Таблица. Возможные неисправности карданной передачи, их причины и способы устранения

Причина неисправности
Способ устранения неисправности
Вибрация карданного вала
1. Искривление трубы вследствие наезда на препятствие
1. Отрихтовать вал в сборе и отбалансировать динамически или заменить собранный вал
2. Износ подшипников и крестовин
2. Заменить подшипники и крестовины и отбалансировать динамически собранный вал
3. Износ втулок удлинителя и скользящей вилки
3. Заменить удлинитель и скользящую вилку и отбалансировать динамически собранный вал
Стуки при трогании с места и при езде в накат
1. Износ шлицев скользящей вилки или вторичного вала коробки передач
1. Заменить изношенные детали. При замене скользящей вилки отбалансировать динамически собранный вал
2. Ослабление болтов крепления фланцевой вилки к фланцу ведущей шестерни заднего моста
2. Подтянуть болты
Выбрасывание масла из сальников карданных подшипников
Износ пробковых колец сальников карданных подшипников
Заменить пробковые кольца, сохранив при переборке относительное положение всех деталей карданного вала. Если имеется износ крестовин и подшипников, заменить подшипники и крестовины и отбалансировать динамически собранный вал

3. Балансировка карданных валов.

После ремонта и сборки карданного вала осуществляют его динамическую балансировку на станке. Один из вариантов конструкции балансировочного станка показан на рис.7. Станок состоит из плиты 18, маятниковой рамы 8, установленной на четырех вертикальных упругих стержнях 3, обеспечивающих ее колебание в горизонтальной плоскости. На продольных трубах маятниковой рамы 8 установлены кронштейн и передняя бабка 9, закрепленная на кронштейне 4. Задняя бабка 6 находится на передвижной траверсе 5, что дает возможность осуществлять динамическую балансировку карданных валов различной длины. Шпиндели бабок установлены на прецизионных шариковых подшипниках. Вращение шпинделя передней бабки 9 происходит от электродвигателя, установленного в станине, через клиноременную передачу и промежуточный вал, на котором установлен лимб 10 (градуированный в градусах диск). Кроме этого, на плите 18 станка установлены две стойки 15 с выдвижными штифтами-фиксаторами 17, обеспечивающими закрепление переднего и заднего концов маятниковой рамы в зависимости от балансировки переднего или заднего конца карданного вала.

Станок для динамической балансировки карданных валов
Рис.7 Станок для динамической балансировки карданных валов

1—хомут; 2—демпферы; 3 —упругий стержень; 4—кронштейн; Б—передвижная траверса; 6 — задняя бабка; 7 —перекладина; 8 — маятниковая рама; 9 — передняя ведущая бабка; 10 — лимб-диск; 11— милливольтметр; 12 — лимб вала коммутатора-выпрямителя; 13 — магнитоэлектрический датчик; 14 — неподвижная стойка; 15 — стойка фиксатора; 16 — опора; 17 — фиксатор; 18 — опорная плита

На задней части плиты станка закреплены стойки 14, на которых установлены магнитоэлектрические датчики 13, стержни которых соединены с концами маятниковой рамы. Для предотвращения резонансных колебаний рамы под кронштейнами 4 установлены демпферы 2, наполненные маслом.
При динамической балансировке карданный вал в сборе со скользящей вилкой устанавливают и закрепляют на станке. Один конец карданного вала соединяют фланцем-вилкой с фланцем передней ведущей бабки, а другой конец опорной шейкой скользящей вилки со шлицевой втулкой задней бабки. Затем проверяют легкость вращения карданного вала и при помощи фиксатора закрепляют один конец маятниковой рамы станка. Включив станок, вращают лимб выпрямителя против часовой стрелки, доводя показание стрелки милливольтметра до максимального значения. Показание милливольтметра будет соответствовать величине дисбаланса. Шкала милливольтметра градуируется в граммсантиметрах или граммах уравновешивающего груза. Продолжая вращение лимба выпрямителя против часовой стрелки, доводят показание милливольтметра до нулевого показания и останавливают станок. По показанию лимба выпрямителя определяют величину углового смещения (угол смещения дисбаланса) и, поворачивая вручную карданный вал, устанавливают эту величину на лимбе промежуточного вала. При этом место приварки балансировочной пластины будет находиться на верху карданного вала, а утяжеленная часть—внизу в плоскости коррекции. Затем устанавливают и привязывают балансировочную пластину тонкой проволокой на расстоянии 10 мм от сварочного шва, включают станок и проверяют сбалансированность конца карданного вала с пластиной. Величина дисбаланса должна быть не более 70 Г см. Затем, освобождая один и закрепляя другой конец маятниковой рамы при помощи фиксатора стойки, осуществляют динамическую балансировку другого конца карданного вала согласно технологической последовательности, описанной выше.
Карданные валы имеют некоторые особенности балансировки. У большинства деталей базой при динамической балансировке служат опорные шейки (например, роторы электродвигателей, турбин, шпинделей, коленчатые валы и т. д.), а у карданных валов — фланцы. При сборке, в разных соединениях существуют неустранимые зазоры, приводящие к дисбалансу. Если при балансировке не удается достичь минимального дисбаланса, то ее прекращают и вал бракуют. На точность балансировки влияют следующие факторы:
  • зазор в соединении посадочного пояска фланца карданного вала и внутреннего отверстия фланца зажима левой и правой опорных бабок;
  • радиальное и торцовое биение базовых поверхностей фланца;
  • зазоры в шарнирных и в шлицевых соединениях. Наличие смазки в полости шлицевого соединения может привести к появлению «плавающего» дисбаланса. Если он не позволяет достичь требуемой точности балансировки, то карданный вал балансируют без смазки.
    Некоторые дисбалансы могут быть вообще неустранимы. В случае, если в шарнирах карданного вала наблюдается повышенное трение, то увеличивается взаимное влияние плоскостей коррекции. Это приводит к снижению производительности и точности балансировки.
    Согласно ОСТ 37.001.053—74 установлены следующие нормы дисбаланса: карданные валы с двумя шарнирами (двухопорные) балансируют в динамическом режиме, а с тремя (трехопорные) — в сборе с промежуточной опорой; фланцы (вилки) карданных валов и муфт при их массе более 5 кг балансируют статически перед сборкой вала или муфты; нормы остаточного дисбаланса карданных валов на каждом их конце или у промежуточной опоры трехшарнирных карданных передач оценивают по удельному дисбалансу;
    максимально допустимая норма удельного остаточного дисбаланса на каждом конце вала или у промежуточной опоры, а также для трехшарнирных карданных передач при любом их положении на балансировочном стенде не должна быть более: для трансмиссий легковых и грузовых автомобилей малой грузоподъемности (до 1 т) и особо малых автобусов — 6 г-см/кг, для остальных— 10 г-см/кг. Максимально допустимая норма остаточного дисбаланса карданного вала или трехшарнирной карданной передачи должна обеспечиваться на балансировочном стенде при частоте вращения, соответствующей их частотам в трансмиссии при максимальной скорости автомобиля.
    Для карданных валов и трехшарнирных карданных передач грузовых автомобилей грузоподъемностью 4 т и выше, малых и больших автобусов допускается снижение частоты вращения на балансировочном стенде до 70 % частоты вращения валов трансмиссии при максимальной скорости автомобиля. Согласно ОСТ 37.001.053—74 частота вращения при балансировке карданных валов должна быть равна:

    nб= (0,7 ... 1,0)nр,

    где nб — частота вращения при балансировке (должна соответствовать основным техническим данным стенда, и=3000 мин-1; nр — максимальная рабочая частота вращения, мин-1.
    На практике из-за зазора в шарнирах и в шлицевых соединениях карданный вал не удается сбалансировать на рекомендуемой частоте вращения. В этом случае необходимо выбрать другую частоту вращения, при которой он балансируется.

    4. Современные балансировочные станки для карданных валов.


    Станок для балансировки карданных валов длиной до 2 метров, весом до 500 кг. типа ТБ Кардан 2000.
    Рис.8 Станок для балансировки карданных валов длиной до 2 метров, весом до 500 кг типа ТБ Кардан 2000.

    Модель имеет 2 стойки и позволяет осуществлять балансировку в 2-х плоскостях коррекции.

    Станок для балансировки карданных валов длиной до 4200 мм, весом до 400 кг типа ТБ Кардан 4000.
    Рис.9 Станок для балансировки карданных валов длиной до 4200 мм, весом до 400 кг типа ТБ Кардан 4000.

    Модель имеет 4 стойки и позволяет осуществлять балансировку сразу в 4-х плоскостях коррекции.

    Схема конструкции современного дорезонансного балансировочного станка представлена на рис.10

    Горизонтальный дорезонансный балансировочный станок БАЛКАР 3000 для динамической балансировки карданных валов.
    Рис.10 Горизонтальный дорезонансный балансировочный станок БАЛКАР 3000 для динамической балансировки карданных валов.

    1 – балансируемое изделие (карданный вал); 2 – станина станка; 3 – опоры станка; 4 –привод станка; Элементы конструкции опор станка представлены на рис.9.

    Элементы конструкции опор станка для динамической балансировки карданных валов.
    Рис.11 Элементы конструкции опор станка для динамической балансировки карданных валов.


    1 – левая нерегулируемая опора; 2 – промежуточная регулируемая опора (2 шт.); 3 – правая нерегулируемая неподвижная опора; 4 – рукоятка фиксации опоры на раме станка; 5 – подвижная площадка опоры; 6 – гайка вертикальной настройки опоры; 7 – рукоятки фиксации вертикального положения опоры; 8 – прижимная скоба опоры; 9 – подвижный зажим промежуточного подшипника; 10 – рукоятка фиксации зажима; 11 – замок прижимной скобы; 12 – приводной (ведущий) шпиндель для установки изделия; 13 – ведомый шпиндель

    4. Подготовка к проведению балансировки карданного вала.

    Ниже рассмотрим настройку опор станка и установку балансируемого изделия (четырехопорного карданного вала) на опоры станка.

    Установка переходных фланцев на шпиндели балансировочного станка.
    Рис.12 Установка переходных фланцев на шпиндели балансировочного станка.


    Установка караданного вала на опоры балансировочного станка.
    Рис.13 Установка карданного вала на опоры балансировочного станка.


    Выставка горизонтали карданного вала на опорах балансировочного станка по пузырьковому уровню.
    Рис.14 Выставка горизонтали карданного вала на опорах балансировочного станка по пузырьковому уровню.




    Фиксация промежуточных опор балансировочного станка для предотвращения вертикального смещения карданного вала.
    Рис.15 Фиксация промежуточных опор балансировочного станка для предотвращения вертикального смещения карданного вала.

    Проверните изделие на полный оборот вручную. Убедитесь, что оно свободно и без заеданий вращается на опорах. После этого настройка механической части станка и установка изделия завершена.

    5. Проведение балансировки карданного вала.

    Процесс балансировки карданного вала на балансировочном станке рассмотрим на примере использования в качестве измерительной системы станка прибора Балком-4.
    Прибор «Балком-4» является портативным балансировочным комплектом, предназначенным для балансировки в одной, двух, трёх и четырёх плоскостях коррекции роторов, вращающихся в собственных подшипниках или установленных на балансировочном станке. Прибор включает в себя: до 4-х датчиков вибрации, датчик фазового угла, 4-х канальный измерительный блок, а так же переносной компьютер. Весь процесс балансировки, включающий в себя измерение, обработку и вывод на индикацию информации о величине и месте установки корректирующих грузов, выполняется в автоматизированном режиме и не требует от пользователя дополнительных навыков и знаний, выходящих за рамки прилагаемой инструкции. Результаты всех балансировок сохраняются в Архиве балансировки и при необходимости могут быть распечатаны в виде протоколов. Помимо балансировки прибор «БалКом-4» дополнительно может использоваться как обычный вибротахометр, позволяющий осуществлять измерение по четырём каналам среднего квадратического значения (СКЗ) суммарной вибрации, СКЗ оборотной составляющей вибрации, а также контролировать частоту вращения ротора. Кроме того, данный прибор позволяет выводить дисплей графики временной функции и спектра вибрации по виброскорости, что может быть полезным при оценке технического состояния балансируемой машины.

    Внешний вид прибора Балком-4 для использования в качестве измерительно-вычислительной системы балансировочного станка для карданных валов.
    Рис.16 Внешний вид прибора Балком-4 для использования в качестве измерительно-вычислительной системы балансировочного станка для карданных валов.



    Пример использования прибора Балком-4  в качестве измерительно-вычислительной системы балансировочного станка для карданных валов.
    Рис.17 Пример использования прибора Балком-4 в качестве измерительно-вычислительной системы балансировочного станка для карданных валов.



    Интерфейс пользователя измерительно-вычислительной системы балансировочного станка Балком-4
    Рис.18 Интерфейс пользователя прибора Балком-4.


    Прибор Балком-4 может комплектоваться двумя типами датчиков - виброакселерометрами для измерения вибрации (виброускорения) и датчиками силы.
    Датчики вибрации применяются для работы на балансировочных станках зарезонансного типа, а датчики силы - для станков дорезонансного типа.

    Установка датчиков вибрации прибора Балком-4 на опорах балансировочного станка
    Рис.19 Установка датчиков вибрации прибора Балком-4 на опорах балансировочного станка.


    Направление оси чувствительности датчиков должно совпадать с направлением вибросмещения опор, в данном случае - горизонтальном.
    Дополнительную информацию об установке датчиков см. в БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ В ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ .
    Установка датчиков силы зависит от конструктивных особенностей станка.

  • Установить датчики вибрации 1, 2, 3, 4 на опорах балансировочного станка.
  • Подключить датчики вибрации к разъемам Х1, Х2, Х3, Х4.
  • Установить датчик фазового угла (лазерный тахометр) 5 таким образом, чтобы номинальный зазор между радиальной (или торцовой) поверхностью балансируемого ротора и корпусом датчика находился в диапазоне от 10 до 300 мм.
  • Наклеить на поверхность ротора метку из катафотной ленты шириной не менее 10 -15 мм.
  • Подключить датчик фазового угла к разъёму Х5.
  • Подключить измерительный блок к USB-входу компьютера.
  • При использовании сетевого питания подключить компьютер к блоку сетевого питания. Подключить блок питания к сети 220 В, 50 Гц.
  • Включить компьютер и выбрать программу «БалКом-4». При нажатии кнопки «F12-четырёхплоскостная» (или функциональной клавиши F12 на клавиатуре компьютера) производится выбор режима измерения вибрации одновременно в четырёх плоскостях с использованием датчиков вибрации 1, 2, 3, 4, подключённых соответственно к входам Х1, Х2, Х3 и Х4 измерительного блока. В этом случае на дисплее компьютера появляется мнемосхема, представленная на рис. 16, иллюстрирующая процесс измерения вибрации одновременно по четырем измерительным каналам (или процесс балансировки в четырёх плоскостях).


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

      Балансировочный прибор Балком-4 - измерения в режиме виброметра
    рис.20 Измерения в режиме виброметра  


    Если величина суммарной вибрации V1s(V2s) примерно совпадает с величиной оборотной составляющей V1o(V2o), то можно предположить, что основной вклад в вибрацию механизма вносит дисбаланс ротора. Если величина суммарной вибрации V1s(V2s) значительно превышает оборотную составляющую V1o(V2o), рекомендуется провести обследование механизма – проверить состояние подшипников, надежность крепления на фундаменте, отсутствие задевания ротора за неподвижные части при вращении, влияние вибрации других механизмов и т.д.
    Здесь может оказаться полезным изучение графиков временной функции и спектра вибрации, полученных при измерении в режиме "Графики-Спектральный анализ".

      Графики временной функции и спектра вибрации
    рис.21 Графики временной функции и спектра вибрации  


    На графике можно видеть на каких частотах уровни вибрации максимальны. Если эти частоты отличаются от частоты вращения ротора балансируемого механизма, то следует попытаться определить источники этих составляющих вибрации и принять меры к их устранению перед проведением балансировки..
    Также следует обратить внимание на стабильность показаний в режиме виброметра – величина амплитуды и фазы вибрации не должны меняться более чем на 10-15% в процессе измерения. В противном случае, может оказаться, что механизм работает близко к области резонанса. В этом случае необходимо изменить скорость вращения ротора.

    При проведении балансировки в четырёх плоскостях в режиме «Первичная» балансировка требуется выполнение пяти тарировочных пусков и, как минимум, одного проверочного пуска балансируемой машины. Измерение вибрации на первом пуске машины без пробного груза выполняется в рабочем окне «Балансировка в 4-х плоскостях» Далее производятся пуски с пробным грузом, последовательно устанавливаемом на карданный вал в каждой плоскости коррекции (в районе каждой опоры балансировочного станка).
    Перед проведением каждого последующего пуска следует:
    - остановить вращение ротора балансируемой машины;
    - снять ранее установленный пробный груз ;
    - установить пробный груз в следующей плоскости.

      Рабочее окно «Балансировка в 4-х плоскостях»
    рис.23 Рабочее окно «Балансировка в 4-х плоскостях»  



    После завершения каждого замера результаты измерений частоты вращения ротора (Nоб), а также значения величин СКЗ (Vо1, Vо2, Vо3, Vо4) и фаз (F1, F2, F3, F4) вибрации, проявляющиеся на частоте вращения баланcируемого ротора сохраняются в соответствующих полях в окне программы. После завершения пятого пуска (Груз в плоскости 4) появляется рабочее окно «Балансировочные грузы» (см. рис.21), в котором выводятся результаты расчёта значения масс (М1, М2, М3, М4) и углов установки (f1, f2, f3, f4) корректирующих грузов, которые необходимо установить на роторе в четырех плоскостях для компенсации его дисбаланса.

      Рабочее окно с результатами расчета параметров корректирующих грузов в четырёх плоскостях.
    рис.21 Рабочее окно с результатами расчета параметров корректирующих грузов в четырёх плоскостях.  



    Внимание!:
  • После завершения процесса измерения на пятом пуске балансируемой машины необходимо остановить вращение её ротора и снять с него, установленный ранее, пробный груз. Только после этого можно приступать к установке (или съему) на роторе корректирующих грузов.
  • Отсчет углового положения места добавления (или удаления) на роторе корректирующего груза в полярной системе координат выполняется от места установки пробного груза. Направление отсчета угла совпадает с направлением вращения ротора.
  • В случае балансировки по лопастям лопасть балансируемого ротора, условно принимаемая за 1-ю, совпадает с местом установки пробного груза. Направление отсчёта номера лопасти, указанной на дисплее компьютера, выполняется по направлению вращения ротора.
  • В данной версии программы по умолчанию принимается, что корректирующий груз будет добавлен на ротор. Об этом свидетельствует метка, установленная в поле «Добавление». В случае корректировки дисбаланса путём удаления груза (например высверлива-нием) необходимо установить с помощью мышки метку в поле «Съём», после чего угловое положение корректирующего груза автоматически изменится на 180.

    После установки на балансируемом роторе корректирующих грузов нужно нажать кнопку «Выход -F10» (или функциональную клавишу F10 на клавиатуре компьютера), вернуться в предыдущее рабочее окно программы «Балансировка в 4-х плоскостях» и провести проверку эффективности выполненной балансировочной операции После завершения проверочного пуска результаты измерений частоты вращения ротора (Nоб) а также значения величин СКЗ (Vо1, Vо2, Vо3, Vо4) и фаз (F1, F2, F3, F4) вибрации, проявляющиеся на частоте вращения баланcируемого ротора. Одновременно поверх рабочего окна «Балансировка в 4-х плоскостях» появляется рабочее окно «Балансировочные грузы» (см. рис.21), в котором выводятся результаты расчёта параметров дополнительных корректирующих грузов, которые необходимо установить (удалить) на роторе для компенсации его остаточного дисбаланса. Кроме того в этом же окне выводится величины остаточного дисбаланса ротора, достигнутые после балансировки. В случае, когда величины остаточной вибрации и/или остаточного дисбаланса балансируемого ротора удовлетворяют требованиям допусков, установленных в технической документации, процесс балансировки может быть завершён. В противном случае процесс балансировки может быть продолжен. Это позволяет методом последовательных приближений скорректировать возможные погрешности, которые могут иметь место при установке (удалении) корректирующего груза на балансируемом роторе. При продолжении процесса балансировки на балансируемом роторе необходимо установить (удалить) дополнительные корректирующие грузы, параметры которых указаны в окне «Балансировочные грузы».
    Кнопка «Коэффициенты – F8» (или функциональная клавиша F8 на клавиатуре компьютера) используется для просмотра и запоминания в памяти компьютера коэффициентов балансировки ротора (коэффициентов динамического влияния), рассчитанных по результатам пяти тарировочных пусков.

    6. Рекомендуемые классы точности балансировки для жестких роторов.

    Таблица 2. Рекомендуемые классы точности балансировки для жестких роторов.

    Виды машин (роторов)

    Класс точности балансировки

    Значение eper Ω мм/с

    Приводные коленчатые валы (конструктивно не уравновешенные) для крупных низкоскоростных судовых дизельных двигателей (скорость движения поршня менее 9 м/с)

    G 4000

    4000

    Приводные коленчатые валы (конструктивно уравновешенные) для крупных низкоскоростных судовых дизельных двигателей (скорость движения поршня менее 9 м/с)

    G 1600

    1600

    Приводные коленчатые валы (конструктивно не уравновешенные) на виброизоляторах

    G 630

    630

    Приводные коленчатые валы (конструктивно не уравновешенные) на жестких опорах

    G 250

    250

    Двигатели возвратно-поступательного действия в сборе для легковых автомобилей, грузовиков и локомотивов

    G 100

    100

    Детали автомобилей: колеса, колесные диски, колесные пары, трансмиссии

    Приводные коленчатые валы (конструктивно уравновешенные) на виброизоляторах

    G 40

    40

    Сельскохозяйственные машины

    G 16

    16

    Приводные коленчатые валы (уравновешенные) на жестких опорах

    Дробилки

    Приводные валы (карданные валы, винтовые валы)

    Авиационные газовые турбины

    G 6,3

    6,3

    Центрифуги (сепараторы, отстойники)

    Электрические двигатели и генераторы (с высотой оси вала не менее 80 мм) с максимальной номинальной частотой вращения до 950 мин-1

    Электрические двигатели с высотой оси вала менее 80 мм

    Вентиляторы

    Зубчатые передачи

    Машины общего назначения

    Металлорежущие станки

    Бумагоделательные машины

    Насосы

    Турбонагнетатели

    Водяные турбины

    Компрессоры

    G 2,5

    2,5

    Приводы с управлением от компьютера

    Электрические двигатели и генераторы (с высотой оси вала не менее 80 мм) с максимальной номинальной частотой вращения свыше 950 мин-1

    Газовые и паровые турбины

    Приводы металлорежущих станков

    Текстильные станки

    Приводы аудио- и видеоаппаратуры

    G 1

    1

    Приводы шлифовальных станков (машин)

    Шпиндели и приводы высокоточного оборудования

    G 0,4

    0,4

    Гироскопы

    Примечания

    1 Данные относятся к роторам в сборе. Рекомендации для частей роторов даны в разделе 9.

    2 Если иное специально не оговорено или не самоочевидно (как, например, в случае приводных коленчатых валов), предполагают, что данные приведены для машин и оборудования вращательного действия.

    3 В отношении ограничений, связанных с условиями установки (балансировочные станки, инструменты), см. примечания 4 и 5 к 5.2.

    4 Некоторая дополнительная информация в отношении выбора класса точности приведена на рисунке 2, на котором указаны типичные области применения (в параметрах рабочей частоты вращения и класса точности G), основанные на накопленном опыте.

    5 В состав приводных коленчатых валов могут входить коленчатый вал, маховик, муфта сцепления, виброизоляторы, вращающиеся элементы шатунов. «Конструктивно не уравновешенные коленчатые валы» означает, что такие валы теоретически не могут быть уравновешены, «конструктивно уравновешенные коленчатые валы» означает, что такие валы теоретически могут быть уравновешены.

    6 Для машин некоторых видов допустимые дисбалансы могут быть установлены соответствующими стандартами (см., например, [1][2]).

      Допустимый остаточный удельный дисбаланс для разных классов точности G и рабочих частот вращения

    Рисунок 22 - Допустимый остаточный удельный дисбаланс для разных классов точности G и рабочих частот вращения п (см. )

     


    Использованные материалы.
    1. Сайт "Устройство автомобиля"
    2. Интердальнобой
    3. Горизонтальный дорезонансный балансировочный станок БАЛКАР. Инструкция по эксплуатации. Паспорт
    4. ГОСТ ИСО 1940-1-2007 «Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса»
    5. Сайт http://motoavto.su

  • © ООО «Кинематика», 2011-2016 г.
    198095, Санкт-Петербург, ул.Шкапина, д.32-34
    Тел +7 (812) 252-1919 E-mail: diakin@yandex.ru


    Яндекс.Метрика