Балансирные валы: Balance shaft | Autopedia | Fandom

Уравновешивающий вал | Автопедия | Фэндом

в: Технология двигателя

Посмотреть 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 их изобрел английский инженер Фредерик Ланчестер в 1904 году. ^[1]

Содержание

0015 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 дополнительных сложностей, затрат или потерь мощности, связанных с балансирными 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 силы инерции дважды за каждый оборот, интенсивность которой увеличивается квадратично с частотой вращения, независимо от того, насколько близко 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 этой 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 агрегаты

Компания Mitsubishi Motors в 1975 году впервые разработала конструкцию двигателей Astron с бесшумным валом, балансирные валы которых расположены низко на боковой стороне блока цилиндров и приводятся 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 вибраций (из-за той же базовой асимметрии в конструкции двигателя, но гораздо меньшей по величине) путем размещения уравновешивающих валов с поперечной симметрией, но на разной высоте. 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 обороте 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(г):

• 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 Ford Taunus V4
• Бьюик 3800 В6
• 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’
• Четырехцилиндровый двигатель Nissan 2,5 л (QR25DE)
• 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.

См. также

• Балансировка двигателя

Каталожные номера

1. ↑ ^{1.0 1.1} «Гладкость двигателя», Марк Ван, 900 64 Техническое училище AutoZine, 1998–2000
2. ↑ «Трясущие силы двухмоторных двигателей», Витторе Коссалтер, Dinamoto. it

Внешние ссылки

• «Оценка преимуществ балансировки двигателя», Ларри Карли, технический редактор, Babcox.com

Контент сообщества доступен по лицензии CC-BY-SA, если не указано иное.

DSM / EVO — СОХРАНИТЕ БАЛАНСИРОВОЧНЫЕ ВАЛИ

Если вы планируете приобрести двигатель или 60-километровое обслуживание у нас, рассмотрите возможность оставить балансировочные валы в вашем двигателе. Мы создали эту страницу, чтобы вы могли принять взвешенное решение, касающееся балансирных валов.

Мы не та компания, которая обслуживает 1% людей, которые хотят, чтобы автомобиль производился с однозначным числом. Мы обслуживаем среднего человека и многих шоссейных гонщиков. Те из нас, кто хочет машину, на которой можно ездить каждый день, а затем выезжать на ней на трассу, чтобы повеселиться, — это то, чем мы занимаемся. Благодаря этому мы стали очень успешными, и кажется, что то, что мы делаем, работает достаточно хорошо. Мы не бьём никаких рекордов, потому что это не то, чем мы занимаемся. Мы просто строим автомобили, которые будут работать и прослужат очень долго.

В связи с тем, что наши клиенты — обычные люди, мы хотим, чтобы у них был двигатель, который им понравится. Ровный двигатель на улице — это очень приятно, и многие покупатели это ценят. Большинство строителей не заботятся о факторе комфорта, о вашем сцеплении и трансмиссии, поэтому они сделают для вас такой же громкий и шумный двигатель для автомобиля, на котором ежедневно ездят, как и для своих гоночных автомобилей. Мы не считаем, что это уместно.

Вы вольны принимать собственные решения. Мы никого не принуждаем к чему-либо и будем более чем рады построить все, что вы хотите, но, пожалуйста, подумайте дважды, прежде чем вы решите, чтобы мы удалили ваши балансирные валы, поскольку вам может не понравиться то, что это сделает с вашим автомобилем.

Когда-то мы были компанией, которая, как и все остальные, поощряла клиентов снимать балансирные валы. Раньше мы говорили, что они нужны для удобства водителя и что их удаление повысит надежность. Мы ошибались. Трудно признать, что вы ошибаетесь в чем-то, что было широко принято в сообществе DSM и EVO 4G63, но мы считаем, что удаление балансирных валов — одна из худших вещей, которые вы можете сделать со своим автомобилем. Так что мы будем первыми, кто признает, что мы были неправы.

То, что делают балансирные валы, очень важно. Они резко уменьшают гармоники коленчатого вала двигателя. Чрезмерные гармоники могут вызвать следующие проблемы:

• Заедание сцепления при высоких оборотах
• Отказ сцепления
• Шумный двигатель
• Истирание и усталость коренных подшипников двигателя
• Отказ коленчатого вала
• Внутренние и внешние детали Buzzy

Чрезмерные гармоники вызывают заедание сцепления. Если вы проведете тест на перетаскивание сцепления, вы обнаружите, что мы хотим, чтобы вы увеличили обороты двигателя, чтобы увидеть, движется ли автомобиль вперед. Чем выше число оборотов, тем больше создается гармоник. Что произойдет, так это то, что диск сцепления начнет гудеть и бродить между маховиком и нажимным диском из-за высокой частоты гармоник двигателя. Если диск гудит и изгибается слишком сильно, он вступит в контакт и будет тянуться. Мы хотим, чтобы наши клиенты регулировали сцепление таким образом, чтобы оставалось достаточно места, чтобы диск мог вибрировать и не соприкасался с маховиком или нажимным диском. Если диск не соприкасается, то коробка переключается хорошо, так как сопротивления нет.

Во многих случаях люди регулируют сцепление как могут, но оно все равно будет тянуть на высоких оборотах. Вы можете установить новую вилку сцепления и убедиться, что она находится в правильном положении, заменить TOB, шаровую опору, нажимную пластину, диск и маховик с правильным шагом, и он все равно будет тянуть на высоких оборотах. Просто выполните поиск на любом форуме DSM или EVO. Таких случаев бесчисленное множество.

Те, у кого есть проблемы с заеданием сцепления и которые не могут от него избавиться, как правило, это люди с высокой степенью сжатия, увеличенным ходом и/или двигателями с удаленным уравновешивающим валом. Это создаст такие чрезмерные гармоники, что диск будет слишком сильно гудеть, и торможение сцепления не может быть устранено на высоких оборотах. Затем они вынуждены перейти на 7,25-дюймовые двойные диски, которые в нашем варианте представляют собой ужасное сцепление для уличных или дрэг-рейсингов. Причина, по которой 7,25-дюймовые двойные диски не тянут, связана с размером. Он меньше в диаметре, поэтому конец диска будет перемещаться на более короткое расстояние, что уменьшит его вероятность волочения. Размер — это то, что не позволяет диску двигаться достаточно далеко, чтобы ударить что-нибудь, поэтому маленький двойной диск может смещаться на таких высоких оборотах.

Возьмите диск сцепления и наденьте его на входной вал коробки передач. Затем возьмите руку, как на картинке ниже, и покачивайте ее пальцами вперед и назад. Видишь, сколько он движется? Гармоники заставят диск делать это на высоких оборотах и ​​на очень высокой частоте. Эта вибрация снижает зазор, когда вы нажимаете педаль сцепления, вызывая сопротивление.

Уравновешивающие валы имеют огромное значение в решении подобных проблем! Сцепление, у которого у клиента есть проблемы с сопротивлением при высоких оборотах, никогда не будет тянуть и переключать лучше, чем что-либо, что клиент когда-либо чувствовал раньше, когда переустанавливали балансирные валы. Мы неоднократно доказывали это себе. Уравновешивающие валы уменьшают гармоники и позволяют вашему однодисковому сцеплению очень хорошо переключаться.

Мы знаем, в это трудно поверить. Возможно, не имеет смысла, что балансирные валы, приводимые в движение ремнями и не связанные напрямую с кривошипом, смогут это сделать, но удивительно, как это работает!

Раньше мы также думали, что это должно быть что-то среднее между кривошипом и сцеплением, чтобы на него не попадали гармоники, но это также оказалось очень неожиданным заблуждением. Каким-то образом они могут иметь значение даже в сцеплении, и оно очень велико!

Пользуетесь шайбовым диском и через короткое время замечаете, что большие куски шайб откололись? Раньше мы думали, что это проблема с перегревом, но на самом деле вибрации от гармоник двигателя в некоторых автомобилях настолько сильны, что колодки трескаются и ломаются. Шум, о котором мы говорили выше, очень сильно действует на диск и может сломать шайбы. Они трескаются и вовремя отлетают. Несколько фотографий этой проблемы ниже:

   

Мы видим это все время. У нас есть клиент, пришедший с автомобилем для обслуживания ремня ГРМ на 60 тыс. Автомобиль плавный, тихий и отлично переключается на высоких оборотах, когда они его бросают. Во время работы с ремнем ГРМ они хотят, чтобы мы сняли балансирные валы (что является «модернизацией», которую многие хотели бы выполнить). После того, как уравновешивающие валы сняты, детали начинают вибрировать, сцепление буксует, а двигатель кажется таким гулким, что салон автомобиля начинает шуметь. По нашему мнению, машина испорчена. Было так хорошо, когда все было гладко и тихо, а сейчас это шумный беспорядок.

Общие проблемы, связанные с сохранением уравновешивающих валов:

1. Может ли порваться ремень уравновешивающего вала? Да. Известно, что такое случается, но только на автомобилях с плохим обслуживанием и ремнями, пропитанными маслом или дешевой марки. Просто используйте кевларовый ремень, правильно обслуживайте систему, и ремень никогда не порвется. Главное, убедитесь, что балансировочный ремень заменяется одновременно с кулачковым ремнем. Удивительно, как много людей не заменяют балансировочный ремень при выполнении 60-тысячного пробега, а потом он рвется. Затем человек винит балансирный вал.
2. Вы хотите отправить свой двигатель на Луну по какой-то причине и верите, что балансирные валы каким-то образом сломаются. За многие годы, что мы построили сотни двигателей 4G63, мы никогда не видели, чтобы уравновешивающий вал вышел из строя или сломался. Это не следует путать с двигателем, который плохо обслуживается, старый и изношенный. Если ваш двигатель изношен, вы рискуете прокрутить подшипник уравновешивающего вала, и мы видели это в бесчисленном количестве двигателей. Однако мы также заметили еще одну вещь: у тех же двигателей также был износ серверов на всех других подшипниках. Твои шатунные подшипники все равно крутятся, так какая разница? Если вы поддерживаете уровень масла и правильно обслуживаете двигатель, ваши балансирные валы будут в порядке. Если вы очень беспокоитесь о них, приобретите балансирные валы EVO, поскольку они немного более аэродинамичны. У нас есть много клиентов, которые участвуют в шоссейных гонках на своих 4G63, и особенно один из наших клиентов, который находится на любой из наших больших трасс в Колорадо в любое время, гоняет на своем EVO весь день (он сумасшедший). Все делают это в течение многих лет, и ни у кого никогда не было поломки балансирного вала. Дорожные гонки на автомобиле и поддержание его на красной черте и полной мощности в течение всего дня — это настоящее испытание двигателя, и у нас не было ни одного отказа балансирного вала. Люди, которые утверждают, что у вас выйдет из строя балансирный вал, на наш взгляд, не правы. Наш опыт показывает, что они могут без проблем работать и жить в самых экстремальных условиях.
3. Будут ли они грабить власть? Да. Они отнимут незаметное количество мощности, но это будет компенсировано возможностью переключать передачи на высоких оборотах и ​​иметь гораздо более надежное сцепление. Мы считаем, что это достойный компромисс для уличного автомобиля.
4. Двигатель будет отбалансирован и снабжен чертежами, поэтому нужны балансировочные валы? ДА! Баланс двигателя не имеет ничего общего с гармониками двигателя. Двигатель будет создавать гармоники независимо от того, насколько он идеально сбалансирован. Вы все еще нуждаетесь в них.
5. Будет ли дополнительный ход и сжатие увеличивать гармоники? ДА! Для тех, у кого такие двигатели, важнее сохранить балансирные валы. Чем больше ход и сжатие, тем больше гармоник.

ТОРСИОННЫЙ ХЛОПОК 

Говоря о вещах, которые могут убить удовольствие от вождения автомобиля, мы также хотели бы поделиться информацией о крутильных хлыстах коленчатого вала.

Что такое торсионный хлыст? Торсионный бич создается во всех поршневых двигателях. По сути, хлыст представляет собой кривошип, крутящийся вперед и назад из-за особенностей работы поршневого двигателя. Думаю об этом. У вас есть поршень, который создает сопротивление кривошипу на такте сжатия. Когда поршень достигает ВМТ и ваше топливо/воздух воспламеняется, оно быстро меняется, добавляя усилие к кривошипу. Таким образом, при каждом обороте кривошип вынужден замедляться на первой половине оборота, а затем вынужден ускоряться на второй половине оборота. Это заставляет кривошип крутиться вперед и назад при каждом обороте. Неважно, какие обороты, мощность, топливо, температура, компрессия всегда будут иметь эти силы.

Представьте, какие силы должен выдерживать кривошип при высоких оборотах. Допустим, вы разгоняете двигатель до 8000 об/мин. На такой скорости ваш кривошип крутится вперед и назад 133 раза в секунду!! Этот хлыст тоже не мягкий, он похож на большой молот, бьющий по вашей трансмиссии 133 раза в секунду. Когда мы думаем о том, через что проходит кривошип на высоких оборотах, мы думаем, насколько быстро он вращается и как удивительно то, что он может удерживать мощность, которую мы проталкиваем через него, но это еще не все. Он также изгибается и скручивается во время вращения и 133 раза в секунду на пределе оборотов в 8000 об / мин. Это то, что наш разум просто не может понять. Этот кнут создает для нас ряд проблем.

Крутящий хлыст очень разрушительный. Болты будут откручиваться в разных местах, вы услышите гудение от двигателя, фрикционы заедают и ломаются, коленчатые валы ломаются, трансмиссия гремит и изнашивается, а карданный вал резонирует. Что помогает гасить крутильный хлыст? Многие вещи, и все они являются частями, которые мы комично пытаемся удалить, когда модифицируем наши автомобили.

Детали, уменьшающие биение кручения:

1. Тяжелые маховики
2. Пружины в дисках сцепления
3. Демпфер кривошипа
4. Везде больше массы вращения

Вещи, которые увеличивают Торсионный хлыст:

1. Легкие маховики
2. Неподрессоренные муфты
3. Без демпфирования кривошипа
4. Добавление хода
5. Повышенное сжатие

Мы видели много людей, которые жалуются на шум, который они слышат во время круиза, движения накатом или замедления на передаче. Мы называем это шумом «вомп-вомп». Вы слышите стук, который резонирует через сцепление, трансмиссию и карданный вал, но в основном он исходит от кардана. Этот шум вызван торсионным хлыстом. Вы можете заменить коробку передач, приводной вал, тройник, заднюю часть, и это не будет иметь никакого значения. Шум будет всегда, если вы не найдете способ уменьшить биение двигателя. Мы обнаружили, что использование тяжелого маховика также значительно уменьшит этот шум от вашей трансмиссии. Использование тяжелого маховика и подпружиненного диска уменьшит этот шум как минимум на 75%.

Многие думают, что пружины в диске сцепления нужны для плавного включения. Это неправильно. Пружины предназначены для поглощения крутильных колебаний коленчатого вала. Если вы используете сплошной неподрессоренный диск, вы усугубляете проблему с хлыстом. Это усложняет выбор правильного диска для вашего приложения, поскольку пружинные диски, как известно, ненадежны. Так вы справляетесь с добавленными шумами или используете подпружиненный диск, чтобы поглотить их? Это ваш выбор. ..

Торсионный хлыст резонирует в вашей трансмиссии и со временем вызывает ускоренный износ шлицов. Помните, что хлыст может быть очень сильным и иметь высокую частоту, поэтому все в вашей трансмиссии подвергается ударам. У вашего Т-образного выходного вала шлицы зубчатые? Фотографии ниже износа шлицев от автомобилей с чрезмерным биением:

  

Чрезмерный крутящий момент также плохо влияет на шестерни. Мало того, что шестерни должны справляться с вашим дополнительным крутящим моментом и жесткостью сцепления, они также несут удары от торсионного хлыста. Как будто добавленного крутящего момента недостаточно, мы должны бить по ним еще и молотком более 100 раз в секунду. Без чего-либо, что могло бы поглотить оскорбительный хлыст, он попадает прямо в шестерни внутри вашей трансмиссии. Со временем они устанут и сломаются. Нет необходимости в большой мощности, чтобы сломать шестерни благодаря хлысту. Если вы продолжаете убивать шестерни на уровне мощности, который не должен, у вас может возникнуть проблема с чрезмерным крутящим моментом:

Чрезмерный хлыст также со временем убьет ваши транссинхронизаторы. Если у вас есть трансмиссия Jacks, мы нашли решение, благодаря которому синхронизаторы будут жить, но если у вас этого нет, вы можете столкнуться с отказом синхронизатора из-за синхронизатора. Техническая статья о синхронных грибах и отказах пружин ЗДЕСЬ. Обратите внимание, что если у вас есть чрезмерные гармоники и торсионный хлыст, наши трансмиссии спроектированы так, чтобы справиться с этим. Это не аннулирует вашу гарантию.

Итак, мы узнали следующее: мы знаем, что вы хотите модифицировать свой автомобиль, чтобы не было возможности использовать неподрессоренное сцепление, более легкий маховик, более высокое сжатие или дополнительный ход. Вы должны использовать эти части, чтобы двигаться быстро, но одна вещь, которую вы можете оставить, которая поглотит много этих добавленных модов, создающих гармонию, — это ваши балансировочные валы. Балансировочные валы 4G63 прекрасно поглощают эти чрезмерные гармоники. Просто держите их там.

Что касается сил кручения, балансирные валы не должны помочь, но мы обнаружили, что они немного помогают. Мы понимаем, что это может не иметь большого смысла, но они определенно имеют значение. Напряжение кручения значительно снижается за счет использования более тяжелого маховика и пружинного сцепления, но балансирные валы также помогают в этой области.

Как вы думаете, почему производитель вообще установил балансирные валы? Почему они использовали такие тяжелые маховики и подпружиненные сцепления? Для уменьшения гармоник и крутильных биений. Многие роскошные автомобили имеют двухмассовые маховики, чтобы попытаться убрать больше этих сил. Сейчас многие BMW поставляются с двухмассовыми маховиками. Что делают большинство владельцев BMW, когда впервые трогают сцепление? Они снимают свой двухмассовый маховик и устанавливают стандартный легкий маховик… Затем у них начинаются проблемы с синхронизатором 3-й передачи, они рвут и ломают гибкое соединение резинового изолятора, и автомобиль становится ненадежным. Это как мы с DSM и EVO. Мы просто настаиваем на том, чтобы удалить и выбросить все эти тщательно спроектированные и столь необходимые детали, думая, что они ненадежны.