Trillingen AWD - en hoe ik ze heb opgelost

[FKK]

Ik zie regelmatig berichten voorbijkomen over trillingen in de AWD. Ik heb er zelf ook last van gehad sinds ik de auto heb (2014). Na wat analyse er achter gekomen dat er vele factoren een rol spelen die elkaar versterken. Deze post is bedoeld om anderen te helpen die er ook last van hebben. Auto is MY98.

Wat speelt er een rol:

- "traditionele" aspecten zoals excentriciteit wielen, remschijven (vooral achter).
- AWD specifiek: visco, HO, aandrijfas

Eerst even een overzichtsplaatje. vlnr van onder de turbo de HO, daarna de aandrijfas met in het midden U-koppeling en hanglager, en in het geel de visco in zijn grijze behuizing. Als laatste het achterdifferentieel, zwart.



Ik had met name last bij exact 102 km/h (teller) snelheid. Dan voelde je het echt schudden in je stoel. Links en rechts en op en neer.  Bij 100 viel het mee, bij 105 ook. Ook voelde je het goed in de bodemplaat. Dit alles duidt op de achterzijde.

Omdat ik niet wist of de oorzaak nou bij de wielen of de AWD lag, heb ik eerst wat metingen gedaan bij 100 en 102 km/h. Hiervoor gebruikte ik de app vibsensor (https://itunes.apple.com/us/app/vibsensor-accelerometer-recorder-vibration-analysis/id932854520?mt=8).  Deze app meet tot 50 Hz in X, Y en Z richting en de resultaten kun je naar excel exporteren. De telefoon in de houder en gaan. Wel een stijve houder gebruiken, anders meet je de eigenfrequenties van de houder :-)

Een paar plaatjes:

AWD bij 100 km/h


AWD bij 102 km/h


Wat zien we hier.
De wielen draaien rond met ca 1/7 van de snelheid (100 km/h - 14,5 Hz wielfrequentie). Die zien we terug bij de veelvouden 14,5, 29 en 43 Hz. Trillingen met die frequentie liggen dus niet aan de AWD, maar aan onrondheid van de banden, excentriciteit en/of andere toleranties.

De HO heeft een overbrengverhouding van 3,31 op 1. De aandrijfas draait dus met 14,5*3,31 = 48 Hz. We zien duidelijk dat rond 48 Hz een piek ontstaat bij een snelheid van 102 die er bij 100 niet of althans veel kleiner is. De piek is ook groot in X (links-rechts) en Y (op-neer) richting en minder in Z (vooruit/achteruit). Duidelijk de AWD dus.

Daarom heb ik in eerste instantie de aandrijfas laten balanceren. Toen die eruit lag ook maar de FWD even gemeten:


Duidelijk zichtbaar dat de 48 Hz component verdwenen is in FWD situatie.

Echter de aandrijfas balanceren (en vervangen kruiskoppeling) bracht geen soelaas. Grote verdachte is dan de HO: uitgelubberde lagers slingeren de aandrijfas aan die dan gaat resoneren, ongeacht of deze goed gebalanceerd is of niet. Zelfde kan gelden voor de visco maar is minder waarschijnlijk.

Ik had al een tijdje wat geluiden uit de aandrijving dus was al op jacht naar een gebruikte visco MY98. Onvindbaar (sort of). En nieuw NLA... Evenzo voor de HO, nieuw NLA en hoe weet je of de jouwe goed is.

Daarom maar een list verzonnen. Volvo heeft een aanzienlijke wijziging doorgevoerd na MY98. De propshaft en visco zijn significant anders en ook op de remschijven achter is een wijziging doorgevoerd. Niet voor niets - ik vermoed voornamelijk vanwege trillingen. Ook is er een dempingsmassa op de visco behuizing geplaatst bij de bus in het montagepunt ergens vanaf my99 of zo (zie bovenop plaatje):



Bovendien moet het lager in de behuizing worden gelijmd (wijziging sinds 99).

Ik kon voor weinig een MY99 AWD keten op de kop tikken evenals een MY00 visco behuizing. Om deze in de 98 te krijgen moest er wel wat gebeuren.

Aanpassen visco behuizing MY00 aan 98 differentieelbehuizing. De pasring is net iets kleiner bij de MY98.. Bij een metaalbedrijf dus laten aanpassen (kan zelf geen alu lassen)





Ook moest de flens op het achterdiff worden uitgewisseld (dia 95 vs dia 92). Om trillingen te voorkomen moet deze gemonteerd worden met minimale uitslag (alle mogelijke posities op de as proberen):



De visco wordt gemonteerd met een balansmarkering op het laagste punt van de flens. Ook weer om trillingen te voorkomen. Daarna moest de visco zelf gebalanceerd worden. Volvo heeft daar een VIDA procedure voor, door het meten van de excentriciteit kan een contragewichtje worden geplaatst. Echter de contragewichtjes zijn NLA. (onderdeel nrs 9181400 .. 07). Volvo vertelt ook niet hoeveel ze wegen. Hoe weet je dan welk gewicht je nodig hebt...? Dus maar even de theorie erbij gepakt

m = e*M/R (voor een homogene massa)

met e de excentriciteit, M de massa van de visco en R de radius. De visco weegt een kilootje of 8,5 en is 9 cm in diameter. Uitgaande van een gelijkmatige massaverdeling (soort van) kom je bij een excentriciteit van 0,01 mm op een balansmassa van 1,9 gram.

Deze excentriciteit hangt samen met je differentieel, dus zomaar een gebruikte "goede" visco (waar de balansmassa doorgaans nog op zit) op je auto schroeven zal daarom ook vrijwel zeker tot trillingen leiden als je niet de juiste balansmassa kiest!

Meest opvallende verschil tussen de 98 en 99 spullen is toch het feit dat de 99 aandrijfas VEEL lichter is dan de 98. Een zware as zal zodra deze een beetje uit balans is veel meer invloed hebben op de lagers e.d. van de HO. En veel harder trillen in je stoel dan een lichte.  Volvo heeft de boel niet voor niets veranderd tussen 98 en 99. Vermoedelijk was de oude as gedimensioneerd als ware het een RWD as (de hele achteras is van de 960 gekopieerd) terwijl bij de AWD er natuurlijk veel minder vermogen doorheen hoeft.

Resultaat: een trillingsvrije AWD. Hemels.





]

Ben zo blij met alles dat ik nog niet eens de tijd heb genomen om een frequentiemeting te doen. Komt nog...

Slotsom: er zijn veel factoren die een rol spelen. Het uitwisselen van onderdelen zal niet helpen bij het vinden van de oorzaak. Ook het omgekeerde - as wegnemen "dus lag het aan de as" kan de verkeerde conclusie zijn.

In mijn geval leek balanceren van de as de oplossing maar bleek het een HO met uitgelubberde lagers te zijn.


Hopelijk heeft iemand hier iets aan.


Groet Felix

[edit: kleine tekstuele wijzigingen]

[KIM]

Goed verhaal!
Ga ik even opslaan in mijn archieven.

[SB T-5R]

Hier ook!
Super!

[volvobug]

Chapeau, heb zelf geen belang bij AWD info maar vind je aanpak en beschrijving een verrijking voor de informatie op het forum. 

[razorx]

Wat een top artikel!

[FKK]

Graag gedaan. Ter aanvulling. Een lijstje met zaken die een rol spelen.

0. De voortrein niet te vergeten. Uitlijning, wielen/remmen/banden/lagers kunnen ook trillingen doorgeven omdat de HO hier aan gekoppeld is. Juist de 3e harmonische (die slecht gedempt lijkt) zit dicht bij die van de AWD  (3 versus 3.31).  Die stoten elkaar aan dus ook hier aandacht aan schenken. Tip: meten en in orde maken als de aandrijfas eruit ligt.

1. Wiellagers achter. Ik had een uitgelubberd lager. Kost 5 tientjes maar je moet m zelf persen. Perssetje op aliexpress kopen of https://www.vidaxl.nl/e/8718475816195/wiellagerset-universeel-20-delig.  Flens moet kraakschoon zijn en OPMETEN (maximaal 0,08 uitslag meen ik uit mijn hoofd). Meetklokje ook op aliexpress https://www.aliexpress.com/item/Mini-Flexible-Magnetic-stand-3Joints-Dial-Text-Indicator-Good-Quality-Full-Adjustable-Dial-Gauge-Free-shipping/1705727687.html

2. Remmelarij achter. MY98 is ongeveer gelijk aan van de 960. GOEIE schijven kopen, centrisch monteren door eerst 3 wielbouten handvast te plaatsen en dan pas het boutje dat de remschijf fixeert. ALLE 5 de gaten proberen, die met laagste uitslag nemen. OPMETEN wat de uitslag is. Wederom alles kraakschoon.

3. Wielen zelf. De hinderlijke frequenties van 3x de wielsnelheid en de aandrijfas liggen dicht bij elkaar. Ze versterken elkaar dus. Ik heb de wielen 3d laten balanceren op een Hunter machine (Karelsen in Soest). Ook hier geldt: alle 5 de montageposities proberen tenzij je op 0g balancering zit (dan nog zou ik het doen). En max 120 Nm aandraaien! Verder bleek ook dat het naafgat was uitgelubberd bij 2 van de 4 wielen. Dat zorgt ook voor trillingen omdat de wielen niet centrisch op de as komen. Die dus laten oplassen bij een velgenspecialist (65,1 mm).

4. HO. Niet meer leverbaar, maar zelf reviseren zou niet TE moelijk moeten zijn voor een handige Harry. Zie vooral

http://forums.swedespeed.com/showthread.php?187388-Fixing-the-angle-gear

en

https://www.brickboard.com/AWD/volvo/1443079/V70/successful_bevel_gear_rebuild.html

de laatste geeft de onderdeelnummers van de betreffende lagers. Speciale momentsleutels haal je natuurlijk op aliexpress:

https://www.aliexpress.com/item/Mxita-tools-1-4-0-5Nm-Dial-torque-spanner-High-precision-pointer-torque-wrench/32788061448.html

en

https://www.aliexpress.com/item/Digital-torque-wrench/32819984818.html

5. De rubbers van de ophanging.  Zoals deze



Lastig thema, zijn er veel en eigenlijk moet het subframe eronderuit (schijnt, althans). Op mijn todo lijst. Zie ook

http://v70r.com/forums/topic/37473-p80-awd-rear-suspension-bushings/

6. Uitlijning van de aandrijfas. Mn wagen is verlaagd. Hierdoor zakt de as als een soort "V" onder de auto. Een as moet perfect recht liggen om trillingen te minimaliseren. Dat kan door het hanglager te "shimmen". Wordt weer een aparte studie, waarschijnlijk met hoekmeters, ook weer van aliexpress :-)

https://www.aliexpress.com/item/Free-shipping-360-degree-digital-protractor-inclinometer-Bevel-Box-Level-Angle-Gauge-Protractor/1000001352921.html

7. Niet te vergeten: geen PU meuk voor de motor/transmissie steunen. Heb er alles weer uitgesloopt en vervangen door origineel nadat mijn vullingen uit mn tanden waren getrild. Enkel de subframe inserts laten zitten voor wat strakker sturen (https://www.ipdusa.com/products/8969/120168-ipd-poly-subframe-bushing-insert-kit)

Tot zover,

groet

Felix

[freefall]

Word hier ook in de peiling gehouden. Die bussen heb ik vorige week al gedaan. Als.de as er onder weg is is dat zo gebeurt. Ik wacht nog op een draagarm. Wat de ho revisie aangaat, de lagers zijn niet t probleem. Vooropgesteld dat de splines nog ok zijn is het afstellen van de tandflankspeling lastig. De shims die daarvoor gebruikt worden heb ik nog niet kunnen vinden. De ho op zich os redelijk simpel en de moeite waard om open te maken en een dag in een bak met diesel te leggen. De meeste ho's hebben weinig tot geen onderhoud gehad en de olie koekt aan op plaatsen waar de olie eigenlijk terug zou moeten stromen.

Maar zeker goed bezig geweest...

[Vulk]

Ik heb hem even sticky gemaakt!

[classicT5]

Mooi gedaan en prachtig verslag, respect

[FKK]

Intussen ook wat metingen gedaan...

Let wel, ze zijn niet volledig vergelijkbaar (uitlijning beetje off, andere wielen). Maar een plaatje zegt meer dan duizend woorden:

100 km/h - de piek bij 47 Hz is een factor 5 kleiner


102 km/h - de piek bij 48 Hz is verdwenen!



Nu de wielen nog, om de trillingen bij 14.5, 29 en 44 Hz nog aan te pakken. Ik zie ook dat ze in Y en Z richting groter zijn dan in X. duidt wellicht op niet centrisch gemonteerde wielen.

[FKK]

Weging vd aandrijfassen. 1,7x zwaarder de My98. Scheelt behoorlijk al was het maar in de benzine die nodig is de massa aan het draaien te houden

[Ries van de Zilverschuit]

Wow, een heel nieuw hoofdstuk op ons forum. Ik rij wel geen awd, maar dat verhaal van die hertzen en die app is wel reuze interessant. Al begrijp ik het nog niet goed genoeg om deze materie zelf toe te kunnen passen. Bijvoorbeeld om trillingen in mijn eigen fwd-aandrijflijn te kunnen traceren.   

[elmarconi]

Balanceren kun je ook doen met de zgn 4-run methode.
Komt erop neer dat je de 3 x invloed van een proefgewichtje meet, gemonteerd onder 0°, 120° en 240°.
Dan kun je samen met de ongebalanceerde trilling berekenen/tekenen hoeveel gewicht onder welke hoek gemonteerd moet worden.

[FKK]

Wow, een heel nieuw hoofdstuk op ons forum. Ik rij wel geen awd, maar dat verhaal van die hertzen en die app is wel reuze interessant. Al begrijp ik het nog niet goed genoeg om deze materie zelf toe te kunnen passen. Bijvoorbeeld om trillingen in mijn eigen fwd-aandrijflijn te kunnen traceren.  

Wellicht nog wat toelichting.

De trillingen die je voelt hebben een bepaalde frequentie. Dat  is het aantal keer per seconde dat je een beweging voelt. Het menselijk lichaam is gevoeliger voor de ene frequentie dan de andere. In de plaatjes is te zien dat de frequenties (op de x-as van de grafiek) hoge waardes hebben bij  ca 14, 28 en 42. Die waardes, de sterkte van de trilling, zien we op de y-as. We zien dus bijv op het eerste plaatje bij 41 Hz een sterkte van 0,25 en bij 45 Hz een sterkte (piek) van 0,03.

De metingen doen we door de telefoon in een houder te zetten, en recht (haaks) op de rijrichting te zetten. (Dus niet schuin naar de chauffeur toe). De app neemt op gedurende 60 seconden ; gedurende deze 60 seconden moet je dezelfde snelheid aanhouden (die snelheid bij welke je de trillingen goed voelt uiteraard). De cruise control is hiervoor ideaal. Verder: vlakke weg, geen bochten, geen richels (bruggen e.d.). De app laat meteen het plaatje zien.

MIjn ervaring is dat als de sterktes zo'n beetje onder de 0,1 zitten je er weinig van merkt.

Verder kun je kijken naar de X, Y en Z richting. Als de grafiek in de ene richting grotere waarden geeft dan de ander, is daar iets aan de hand.

X richting is links-rechts. Dan staat er dus iets te trillen van links naar rechts. Dat zien we bij de AWD sterk: de cardanas gaat slingeren recht onder je stoel. Ook wanneer een wiel (of remschijf) niet vlak op de naaf zit of slecht gebalanceerd is krijg je links-rechts trillingen. Bij FWD voel je die goed in je stuur (in geval van de voorwielen); in geval van de achterwielen in je stoel en bij je voeten in de bodemplaat.

Y richting is op-neer. Dat is het geval wanneer een wiel niet precies op het midden van de as zit. Is een soort ei dat dan ronddraait. ook onronde banden of versleten lagers kunnen dit veroorzaken. Of een versleten aandrijfas.

Z richting is vooruit/achteruit. Ook dat krijg je als een wiel onrond is, maar je merkt er eigenlijk weinig van.

De frequentie van de wielen is doorgaans goed terug te zien in de grafieken. Verder hebben we dus de frequentie van de AWD as, die is 3,31x zo groot.
Andere frequenties zijn bijvoorbeeld die van de krukas. Die zie je op je toerenteller.

Rekenvoorbeeld voor hierboven. We rijden 102 km/h. De wielen zijn 215/45/17 hebben een omtrek van 1,96 m (2 pi R). 102 km/h is 28,33 m/s. Het wiel draait dus 28,33/1,96 = 14,33 x per seconde rond. Dit is de 14 Hz waar ik het over heb. De toerenteller geeft dan 2400 toeren per minuut aan (5e versnelling). Dit is gelijk aan 40 toeren per seconde = 40 Hz. We zien weinig trillingen bij 40 Hz; de trillingen van de krukas zijn goed gedempt (of sowieso niet groot uit zichzelf).

Uit de theorie weten we dat systemen gaan resoneren bij bepaalde frequenties (denk aan een stemvork). In geval van mechanische systemen zoals een aandrijflijn zijn deze frequenties veelvouden van zichzelf: 14, 28, 42. Autofabrikanten weten dit en proberen te zorgen dat de trillingen bij deze frequenties worden gedempt. De rubbers van de motorsteunen bijvoorbeeld worden zodanig uitgekozen dat ze precies deze juiste frequenties dempen. Als je ze vervangt door PU zul je zien dat de demping minder wordt en de auto gaat trillen bij die frequenties. En dat zijn dan net weer de frequenties waarbij interieurdelen gaan resoneren...

Uiteraard zijn er nog andere trillingsbronnen, maar de meeste zijn toch te herleiden naar de draaiende delen van de aandrijflijn. Maar zoals ik heb laten zien, was de trillingsbron bij mij de AWD. Daar kwam ik achter door te meten. Had ook iets anders kunnen zijn.

Slotsom: meten is weten. Het is een specialistisch vakgebied (NVH - Noise Vibration Harshness). Niet mijn vak, overigens, maar heb er wel mee te maken. In de automotive, treinen en vliegtuigindustrie een belangrijk thema. Niet alleen voor comfort, maar dergelijke trillingen kunnen een systeem ook gewoon slopen.

[FKK]

Balanceren kun je ook doen met de zgn 4-run methode.
Komt erop neer dat je de 3 x invloed van een proefgewichtje meet, gemonteerd onder 0°, 120° en 240°.
Dan kun je samen met de ongebalanceerde trilling berekenen/tekenen hoeveel gewicht onder welke hoek gemonteerd moet worden.

Leuk, dat ga ik uitzoeken...!