Балансирные валы двигателя: Балансирные валы

Балансирные валы

Работа кривошипно-шатунного механизма сопровождается возникновением сил инерции от движения его конструктивных элементов. Различают силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс (поршни) и вращающихся масс (шатуны). В многоцилиндровом двигателе силы инерции в отдельных цилиндрах создают еще и моменты инерции в продольной плоскости. В совокупности силы и моменты вызывают вибрацию двигателя, которая передается на кузов и сопровождается повышенным уровнем шума, перегрузками и увеличением износа элементов.

Для противодействия вибрации производится уравновешивание (балансировка) двигателя. Наиболее распространенным способом балансировки является установка дополнительных противовесов на щеках коленчатого вала. Вместе с тем данный способ не позволяет уравновесить силы инерции, возникающие в двигателях различных компоновочных схем. Так, в четырехцилиндровом рядном двигателе неуравновешенными остаются силы инерции второго порядка (силы, возникающие при движении масс с удвоенной частотой коленчатого вала). При этом величина сил инерции увеличивается с ростом объема двигателя.

Для уравновешивания сил инерции второго порядка в четырехцилиндровых рядных двигателях рабочим объемом 2,0 и более литра применяются дополнительные валы с противовесами – т.н. балансирные валы. Впервые балансирные валы на своих автомобилях применила в 1976 году компания Mitsubishi, технология получила название Silent Shaft (бесшумный вал). В настоящее время балансирные валы достаточно широко используются в продукции других автопроизводителей – VW, Audi, BMW, Mercedes-Benz, GM.

Балансирные валы устанавливаются попарно с одной и другой стороны коленчатого вала, как правило, симметрично. Наиболее предпочтительной в плане занимаемого объема является установка балансирных валов в картере двигателя ниже коленчатого вала. Балансирный вал представляет собой деталь сложной формы, обычно это металлический стержень с выбранными в нем пазами. Балансирный вал вращается в двух подшипниках скольжения, смазываемых в составе системы смазки двигателя.

Привод балансирных валов осуществляется непосредственно от коленчатого вала и обеспечивает вращение валов в разные стороны с удвоенной угловой скоростью. В качестве привода могут использоваться зубчатый редуктор, цепная передача или их комбинация. Для гашения крутильных колебаний, возникающих при вращении валов, в приводной звездочке цепного привода устанавливается пружинный гаситель колебаний.

В силу своей конструкции балансирные валы при работе испытывают значительные нагрузки. Особенно нагружены дальние от привода подшипники. Все это приводит к ускоренному износу подшипников, а также элементов привода. Износ сопровождается шумом, вибрацией и может привести к обрыву приводной цепи. Последствия для двигателя такой поломки несложно представить.

Ремонт балансирных валов – дорогое удовольствие. Поэтому отечественные умельцы просто от валов избавляются, а отверстия в картере закрывают заглушками. Вибрация, конечно, увеличивается, но опоры двигателя с ней неплохо справляются. Помимо повышенного износа, применение балансирных валов усложняет и удорожает конструкцию двигателя. При этом потери мощности двигателя на их привод могут достигать 15 л.с.

 

 

Что такое балансирный вал ДВС

Балансирный вал двигателя, он же уравновешивающий вал — это деталь не простой конструкции, функция которой заключается в снижении вибрации двигателя.

Содержание статьи:

1. Что такое балансирные валы.
2. Принцип работы балансирных валов.
3. Привод балансирных валов.
4. Ремонт балансирных валов.
5. Как уменьшить вибрацию двигателя.

 

Что такое балансирные валы

ДВС — это устройство сложной конструкции, основанной на преобразовании одной энергии в другую. Чем сложнее устройство, в данном случае, чем больше цилиндров имеет двигатель, тем сильнее создаются вибрации и колебания отдельных деталей, и двигателя целиком.

Цилиндры в ДВС располагаются по-разному:

1. Рядная схема двигателя. Это такая, при которой оси цилиндров находятся в одной плоскости.
2. Оппозитная схема. Оси цилиндров на противоположной стороне, то есть через 180 градусов. 
3. V-образная схема ДВС. Оси цилиндров в В-образных моторах располагаются в разных плоскостях.

Во всех двигателях существуют два вида сил:

• Уравновешенные. Уравновешенные силы — это сила давления, сила трения.
• Неуравновешенные. Неуравновешенные силы — это вес силового привода, сила инерции (то есть обратная сила).

В связи с тем, что двигатели не могут работать без вибрации, конструкторами была придумана деталь, которая сводит к минимуму повышенные значения вибрации и колебания.

Балансирный вал представляет собой цилиндрический стержень с имеющимися на нем пазами. Уравновешивающий вал гасит силы инерции второго порядка. Силы второго порядка в двигателе внутреннего сгорания не уравновешиваются путем установки дополнительных грузов на щека коленчатого вала.

К силам первого порядка относится масса кривошипа, радиус его движения, угловая скорость и угол поворота. К силам второго порядка в ДВС относятся лямбда, то есть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

 

Принцип работы балансирных валов

Балансирные валы устанавливаются парами, по разные стороны от коленвала с симметричным расположением. Насаживаются валы для балансировки на подшипники скольжения, которая обеспечивается смазкой мотора.

Коленчатый вал ДВС вращает балансирные валы. Один балансирный вал вращается в одну сторону, второй — в другую. Вращаются балансиры со скоростью, в два раза больше скорости вращения коленвала.

А знаете ли вы, что перенатяг дифференциала — это показатель динамики управления и проходимости по бездорожью.

 

Привод балансирных валов

Привод для балансирных валов делают таким образом, чтобы передаваемое усилие коленвалом балансирным валам осуществлялось через зубчатый редуктор или ременной передачи, или комбинированного привода (зубчатый редуктор+ременная передача).

 

Ремонт балансирных валов

Во время работы ДВС, установленные балансирные валы испытываются большие нагрузки. Самая большая доля нагрузки приходится на дальние подшипники, в связи с чем, больший износ балансировочных валов происходит в местах соединения с подшипниками и самих подшипников. Если нагрузки на балансирующие валы превышает допустимую, то слышны шумы, ДВС вибрирует сильнее, из-за чего, также, рвется цепь привода балансиров.

Полная съемка работы на видео в автосервисе. Работа по удалению балансировочных валов D4CB, автомобиль Хендай Гранд Старекс.

Стоимость ремонта балансирных валов дороговато, в разных автосервисах по-разному. Поэтому, многие автоводители, чтобы не покупать новые или не ремонтировать, просто демонтируют эти балансировочные валы и ставят заглушки в отверстиях корпуса.

Если использовать балансировочные валы в двигателе, то это усложняет конструкцию и повышает стоимость ремонта, а также приводит к уменьшению мощности ДВС, примерно, на 15 л. с.

Если балансирные валы изношены, то, как правило, уменьшается мощность двигателя и увеличивается время разгона. Это связано с тем, что при износе валов для балансировке нарушаются фазы, фазы газораспределения смещаются в сторону позже.

 

Как уменьшить вибрацию двигателя

Для уменьшения «пляски» и тряски двигателя необходимо настроить все узлы устройства на оптимальные режимы работы. Чтобы ДВС не вибрировал, сначала надой найти причины. Причиной вибрации может быть банальное ослабление крепежа ДВС.

Причин из-за которых двигатель автомобиля сильно вибрирует может быть много:

1. подсос воздуха;
2. неправильное поступление топлива;
3. сбито зажигание;
4. ослаблено крепление мотора;
5. низкая компрессия;
6. троение двигателя.

В этом видео рассмотрена одна из возможных причин вибрации

В этом видео показывается ликвидация вибрации за счет правильно выставленных меток, автомобиль Чери Тиго.

 

Автор публикации

Балансировка двигателя и балансировочные валы – ZZPerformance

Технические статьи

Как и в случае с любым другим двигателем, особенно важен баланс, особенно на высоких оборотах. Распространено заблуждение, что уравновешивающий вал используется для балансировки двигателя, хотя на самом деле он создает вибрацию, чтобы противодействовать вибрации, которую вы чувствуете при низких оборотах двигателя. Причина этого в том, что кривошип вращается по кругу; вес в любой точке должен быть одинаковым, чтобы не было неравномерных сил, которые двигали бы двигатель в любом конкретном направлении во время его вращения, тем самым уравновешивая вращение. Простой пример можно найти в шинах вашего автомобиля. Если ваши колеса не отбалансированы, и вы попытаетесь ехать, вы почувствуете, как ваш автомобиль трясется. На высоких оборотах вы почувствуете сильные вибрации, которые могут буквально расшатать ваш двигатель. В случае с двигателем вы добавляете или снимаете вес с кривошипа, убеждаетесь, что веса штока и поршня равны, и вы следите за тем, чтобы балансир и маховик находились в равновесии. Чем лучше баланс, тем выше обороты, на которых сможет выжить ваш двигатель.

Давайте посмотрим на математику. Дисбаланс в одну унцию (вес стержневого болта) в одном дюйме от центра при 2000 об/мин будет испытывать силу в семь фунтов. При 4000 об/мин эта сила возрастает до 23,5 фунтов! Снова удвойте скорость до 8000 об/мин, и усилие станет равным 114 фунтам! Имейте в виду, что это всего лишь один дюйм от центра вращения. Идея этого примера состоит в том, чтобы продемонстрировать, как проблемы баланса незначительны при низких оборотах, но становятся значительно более важными при более высоких оборотах.

Двигатель Ecotec имеет четыре цилиндра, которые движутся попарно. Два пойдут вверх, а два других опустятся. Такая конструкция четырехцилиндрового двигателя создает тряску на холостом ходу. Тряска не обязательно означает, что двигатель не сбалансирован, это действительно так. Встряска возникает в тот момент, когда цилиндры меняют направление. Цилиндры, движущиеся вверх, меняют направление на опускание, а опускающиеся — вверх, создавая легкий толчок, который ощущается как тряска двигателя. По мере увеличения оборотов двигателя увеличивается и частота ударов, и они не так сильно ощущаются, поскольку поглощаются креплениями и шасси. Хорошим примером этого является сабвуфер против твитера. Бас — это более низкая частота, и его можно услышать на больших расстояниях. Но ваши твитеры работают на более высокой частоте и не путешествуют. Принцип, по сути, тот же.

 Уравновешивающие валы на самом деле представляют собой неуравновешенные стержни, создающие вибрацию. Это сделано специально, так как гасит вибрацию, присущую четырехцилиндровому двигателю. В основном они работают на холостом ходу и на малых оборотах двигателя, где больше всего ощущаются вибрации. Нарушение баланса плохо сказывается на производительности; однако этот компромисс того стоит для среднего потребителя. Настоящая проблема возникает, когда вы хотите использовать двигатель на высоких скоростях. Вспомните математику выше и то, как силы связаны с оборотами в минуту. Заводской уравновешивающий вал имеет радиус чуть более дюйма, что делает противовес намного больше унции, что, в свою очередь, создает ужасную тряску двигателя. Для работы двигателя с высокими оборотами важно исключить заводские балансирные валы или использовать нейтральные валы (которые могут вращаться на любой скорости, не вызывая вибраций).

Это также помогает добавить 10/210 и мод супердемпфера ATI. Мы прошли через множество стандартных шкивов коленчатого вала, пока не сдались и, наконец, не запустили это.

---

Еще от: Технические статьи

Вернуться к техническим статьям

Уравновешивающий вал | Автопедия | Фэндом

в: Технология двигателя

Просмотреть источник

В поршневых двигателях уравновешивающий вал представляет собой утяжеленный эксцентриком вал, который компенсирует вибрации в конструкциях двигателей, которые не сбалансированы по своей природе (например, большинство четырехцилиндровых двигателей). Впервые они были изобретены британским инженером Фредериком Ланчестером в 1904. ^[1]

Содержание

• 1 Обзор
• 2 Применение с четырьмя цилиндрами
• 3 Применение с шестью цилиндрами
• 4 Производственные реализации
• 5 См. также
• 6 Каталожные номера
• 7 Внешние ссылки

Обзор

Уравновешивающие валы чаще всего используются в рядных четырехцилиндровых двигателях, которые из-за асимметрии конструкции имеют присущую им вибрацию второго порядка (вибрация при удвоенном числе оборотов двигателя), которую невозможно устранить независимо от того, насколько хорошо работают внутренние компоненты. сбалансированы. В плоских двигателях поршни расположены горизонтально друг против друга, поэтому они естественным образом сбалансированы и не требуют дополнительной сложности, затрат или потерь мощности, связанных с уравновешивающими валами. Эта вибрация возникает из-за того, что движение шатунов в рядном двигателе несимметрично при вращении коленчатого вала; таким образом, в течение заданного периода вращения коленчатого вала опускающийся и восходящий поршни не всегда полностью противоположны в своем ускорении, что приводит к возникновению чистой вертикальной инерционной силы дважды за каждый оборот, интенсивность которой увеличивается квадратично с частотой вращения, независимо от того, насколько точно компоненты согласованы. для веса.

[2]

Проблема усугубляется с увеличением рабочего объема двигателя, поскольку единственными способами добиться большего рабочего объема являются более длинный ход поршня, увеличивающий разницу в ускорении, или больший диаметр цилиндра, увеличивающий массу поршней; в любом случае, Величина инерционной вибрации увеличивается. В течение многих лет два литра считались «неофициальным» пределом рабочего объема серийного рядного четырехцилиндрового двигателя с приемлемыми характеристиками NVH.

Основная концепция балансирных валов существует с 1904, когда он был изобретен и запатентован британским инженером Фредериком Ланчестером. Два уравновешивающих вала вращаются в противоположных направлениях с удвоенной частотой вращения двигателя. Эксцентриковые грузы одинакового размера на этих валах рассчитаны и сфазированы таким образом, что инерционная реакция на их вращение в противоположных направлениях компенсируется в горизонтальной плоскости, но добавляется в вертикальной плоскости, давая результирующую силу, равную всего лишь 180 градусам, не совпадающую по фазе с нежелательной. вибрации второго порядка базового двигателя, тем самым отменяя ее. Однако фактическая реализация концепции достаточно конкретна, чтобы ее можно было запатентовать. Основная проблема, представленная концепцией, заключается в адекватной поддержке и смазке детали, вращающейся с удвоенной частотой вращения двигателя при более высоких оборотах, когда вибрация второго порядка становится неприемлемой.

Ведутся споры о том, сколько мощности стоят двигателю сдвоенные балансирные валы. Базовая приведенная цифра обычно составляет около 15 л.с. (11 кВт), но она может быть чрезмерной для чисто потерь на трение. Возможно, это просчет, полученный из-за обычного использования инерционного динамометра, который рассчитывает мощность по угловому ускорению, а не по фактическому измерению крутящего момента в установившемся режиме. Таким образом, мощность 15 л.с. (11 кВт) включает в себя как фактические потери на трение, так и увеличение угловой инерции быстро вращающихся валов, что не будет иметь значения при постоянной скорости. Тем не менее, некоторые владельцы модифицируют свои двигатели, удаляя балансирные валы, как для того, чтобы восстановить часть этой мощности, так и для уменьшения сложности и потенциальных областей поломки для повышения производительности и использования в гонках, поскольку обычно (но ошибочно) считается, что плавность, обеспечиваемая уравновешивающие валы могут быть получены после их снятия путем тщательной балансировки возвратно-поступательных компонентов двигателя.

Четырехцилиндровые двигатели

Компания Mitsubishi Motors первой в современную эпоху разработала двигатели Astron с «бесшумным валом» в 1975 году, с уравновешивающими валами, расположенными внизу на боковой стороне блока цилиндров и приводимыми в движение цепями от масляного насоса. впоследствии лицензировал патент Fiat, Saab и Porsche. ^[1]

Компания Saab дополнительно усовершенствовала принцип уравновешивающего вала для преодоления второй гармоники боковых колебаний (из-за той же базовой асимметрии в конструкции двигателя, но гораздо меньшей по величине) путем размещения уравновешивающих валов с поперечной симметрией, но на разных высотах. над коленчатым валом, тем самым создавая крутящий момент, который противодействует боковым вибрациям при удвоенных оборотах двигателя, что обеспечивает исключительно плавную работу двигателя B234.

Шестицилиндровые двигатели

Другая конструкция уравновешивающего вала используется во многих двигателях V6. В то время как оптимально спроектированный двигатель V6 будет иметь угол 60 градусов между двумя рядами цилиндров, многие современные двигатели V6 являются производными от старых двигателей V8, которые имеют угол 90 градусов между двумя рядами цилиндров. В то время как это обеспечивает равномерный порядок воспламенения в 8-цилиндровом двигателе, в шестицилиндровом двигателе это приводит к скачкообразному ритму, когда при каждом вращении коленчатого вала три цилиндра зажигаются с частотой 9Интервалы 0 градусов, за которыми следует промежуток 90 градусов без импульса мощности. Этого можно избежать, используя более сложный и дорогой коленчатый вал, который изменяет соотношение между цилиндрами в двух рядах, чтобы обеспечить эффективную разницу в 60 градусов, но в последнее время многие производители сочли более экономичным адаптировать концепцию балансирного вала, используя один вал с противовесами, расположенными так, чтобы обеспечить вибрацию, которая компенсирует тряску, присущую 90-градусному V6.

Внедрение производства

Другие производители, выпускающие двигатели с одним или двумя уравновешивающими валами, включают(d):

• Alfa Romeo 2,0 л, четырехцилиндровый, устанавливается на Alfa Romeo 156
• Двигатель Крайслер К
• Chrysler 2,4 л и 2,5 л Двигатель Neon
• Модульный двигатель Ford V10
• Двигатель Форд Таунус V4
• Бьюик 3800 V6
• General Motors Corporation Quad 4 и Ecotec
• Двигатель GM Atlas четырех- и пятицилиндровые двигатели (два балансирных вала)
Двигатель
• GM Quad-4, который использовался в Pontiac Sunfire 1995 года.
• Двигатель GM Vortec V-6 (один балансирный вал)
• Четырехцилиндровый двигатель Honda 2,2 л (F22)
• Двигатель Mazda 2,3 л MZR (два балансирных вала)
• Двигатель Mitsubishi ‘Astron’
• Nissan 2,5 л (QR25DE) четырехцилиндровый двигатель
• Рядные четырехцилиндровые двигатели Porsche 2,5 л, 2,7 л и 3,0 л
• Двигатель Subaru EF
• Тата Нано
• Тойота 2,4 л (2AZ-FE)
• Двигатель Saab H

• Volvo B234F, B204GT и B204FT (четыре цилиндра, два уравновешивающих вала, головка 16V, используется в сериях 700 и 900)

, а также многочисленные мотоциклетные двигатели, особенно вертикальные близнецы, и даже некоторые небольшие одноцилиндровые двигатели.