Балансирные валы: принцип работы, особенности конструкции

Содержание
  1. Для чего предназначены балансиры
  2. Балансировочные валы: принцип работы, особенности конструкции
  3. Принцип работы балансировочных валов двигателя
  4. Привод балансировочных валов
  5. Сложности в ремонте балансировочных валов
  6. Сердце мотоцикла. Работа двигателя мотоцикла BMW R 1200 GS
  7. Что такое балансирные валы
  8. Инерционные силы уравновешивающих валов
  9. Эксплуатация балансировочных валов
  10. Ремонт балансировочных валов
  11. Принцип работы балансирных валов двигателя
  12. Типы привода
  13. Балансирный вал двигателя
  14. Что такое балансирные валы
  15. На каких двигателях применяются балансирные валы
  16. Назначение и принцип работы балансирных валов двигателя
  17. На каких двигателях применяются балансирные валы
  18. Ремонт балансировочных валов
  19. Первичная и вторичная балансировка
  20. Одноцилиндровые двигатели
  21. Как уменьшить вибрацию двигателя
  22. Двухцилиндровые двигатели
  23. Балансирные валы мотора: зачем нужны и как работают?
  24. Трёхцилиндровые двигатели
  25. Принцип работы балансирных валов
  26. Сложности в ремонте балансирных валов
  27. Типы привода
  28. Балансировка коленчатого вала, прихоть или необходимость?
  29. Ремонт балансирных валов

Для чего предназначены балансиры

Основная задача балансирных валов — поглощать излишнюю инерцию и снижать вибрации. Это стало актуальным после появления более мощных двигателей объемом от двух литров.


Шестерня стопора уравновешивающего вала, приводимая в движение коленчатым валом двигателя

Расположение цилиндров также играет важную роль в балансе двигателя внутреннего сгорания. Можно выделить три общих шаблона:

  1. Расположение в ряд, когда цилиндры находятся в одной плоскости.
  2. Противоположная схема, когда оси цилиндров находятся в одной плоскости и направлены друг напротив друга.
  3. V-образное расположение цилиндров.

Положение осей цилиндров напрямую влияет на балансировку двигателя. Рядный дизайн доказал свою эффективность в небольших 4-цилиндровых двигателях. Противоположная схема обеспечивает наилучшую балансировку. V-образное расположение требует точных углов между цилиндрами для достижения оптимального баланса.

Как бы то ни было, идеального баланса добиться невозможно ни в одной схеме, поэтому устанавливаются балансиры.

Балансировочные валы: принцип работы, особенности конструкции

Балансирные валы являются частью автомобильного двигателя сложной конструкции, в большинстве случаев представляют собой железный стержень с канавками, предназначенный для уравновешивания вращающихся грузов в цилиндрах автомобильного двигателя.

Балансирные валы впервые были установлены на машинах Mitsubishi. Такая разработка получила довольно простое название — бесшумный колодец.

Балансирные валы сейчас используются в большинстве моделей автомобилей таких марок, как GM, Audi, Mercedes, BMW.

Принцип работы балансировочных валов двигателя

Валы закреплены через два небольших отверстия на задней стенке картера, совершая вращательные движения на подшипниках скольжения.

Соединение верхнего балансировочного вала с нижним валом осуществляется с помощью приводов. Привод верхнего вала имеет зубчатый ремень, который использует специальную шестерню для привода нижнего вала.

Валы устанавливаются только попарно симметрично по обе стороны от коленчатого вала. При этом балансировочный вал постоянно совершает вращательные движения в направлении, противоположном валу двигателя, и его скорость движения увеличивается вдвое.

Это позволяет уменьшить все колебания двигателя за счет взаимной компенсации сил инерции уравновешивающих валов коленчатого вала, поскольку эти силы неизменно направлены друг на друга.

Уравновешивающие валы фиксируются только в продольном направлении с помощью стопорной пластины, которая фиксируется в кольцевых канавках. Подобные монтажные канавки находятся на каждой шестерне верхнего и нижнего уравновешивающих валов.

Принцип действия КШМ основан на формировании сил инерции от взаимодействия всех его элементов и механизмов работы. Некоторые элементы, например поршни, совершают альтернативные движения, в то время как другие, шатуны, вращаются.

Действие сил инерции в цилиндрах двигателя создает более высокий уровень и сильную вибрацию шума в двигателе в целом, что приводит к быстрому износу и перегрузкам отдельных элементов двигателя.

Чтобы как-то уравновесить колебания, возникающие в двигателе, используются балансирные валы.

Привод балансировочных валов

Привод приводится в действие валом двигателя и рекомендуется для обеспечения универсальных вращательных движений валов с заданной угловой скоростью. Обычно в роли привода выступает зубчатый ремень.

Для уменьшения вращательных колебаний, возникающих при вращательных движениях вала, используется подпружиненный гаситель колебаний, который установлен в шестерне на приводе.

Сложности в ремонте балансировочных валов

Интенсивная работа балансирных валов часто сопровождается повышенными рабочими нагрузками, в результате чего выходят из строя подшипники и отдельные элементы привода. Быстрый износ или поломка деталей приводит к увеличению уровня вибрации и шума и, как следствие, к остановке привода.

Ремонт и восстановление балансирных валов — дорогостоящие и сложные. Именно поэтому многие автовладельцы отдают предпочтение балансировочным валам вместо дорогостоящих замен и закрывают отверстия специальными заглушками.

Помимо всего прочего, использование балансирных валов сказывается на сложности конструкции двигателя самого автомобиля и дороговизне его обслуживания.

Если же необходимо заменить балансирный вал, вместе с новой деталью устанавливается новая цепь с трансмиссией и нижней шестерней коленчатого вала.

Сердце мотоцикла. Работа двигателя мотоцикла BMW R 1200 GS

Что такое балансирные валы

Двигатель внутреннего сгорания — устройство сложной конструкции, основанное на преобразовании одной энергии в другую. Чем сложнее устройство, в данном случае чем больше цилиндров у двигателя, тем сильнее колебания и колебания отдельных деталей и двигателя в целом.

Цилиндры в ДВС расположены несколькими способами:

  1. Схема рядного двигателя. Это так, что оси цилиндров находятся в одной плоскости.
  2. Противоположная схема. Оси цилиндров находятся на противоположной стороне, т.е через 180 градусов.
  3. V-образный двигатель внутреннего сгорания. Оси цилиндров в B-образных двигателях расположены в разных плоскостях.

Во всех двигателях есть два типа сил:

  • Сбалансированный. Уравновешенные силы — это сила давления, сила трения.
  • Несбалансированный. Неуравновешенные силы — это вес привода, сила инерции (т.е обратная сила).

Из-за того, что двигатели не могут работать без вибрации, конструкторы придумали деталь, которая сводит к минимуму повышенные значения вибрации и вибрации.

Уравновешивающий вал представляет собой цилиндрический стержень с пазами на нем. Уравновешивающий вал гасит силы инерции второго порядка. Силы второго порядка в двигателе внутреннего сгорания не уравновешиваются установкой дополнительных грузов на щеку коленчатого вала. Силы первого порядка включают массу кривошипа, радиус его движения, угловую скорость и угол поворота. Силы второго порядка в двигателе внутреннего сгорания включают лямбду, то есть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Инерционные силы уравновешивающих валов

Следовательно, в четырехцилиндровом рядном двигателе силы инерции второго порядка остаются неуравновешенными. Силы, возникающие в результате движения массы с удвоенной скоростью коленчатого вала. В этом случае величина силы инерции увеличивается с увеличением объема двигателя. Балансирные валы. Для уравновешивания сил инерции второго ряда в четырехцилиндровых двигателях рабочим объемом 2,0 л и более используются дополнительные валы с противовесами, так называемые коромысла. Балансирные валы в их автомобилях были впервые использованы в 1976 году компанией Mitsubishi, и эта технология получила название Silent Shaft. Балансирные валы сейчас широко используются в продукции других производителей автомобилей: VW, Audi, BMW, Mercedes-Benz, GM. Уравновешивающие валы устанавливаются попарно на одной и другой стороне коленчатого вала, обычно симметрично. Наиболее предпочтительной с точки зрения занимаемого объема является установка балансирных валов в картере под коленчатым валом.

Эксплуатация балансировочных валов

Балансирный вал представляет собой деталь сложной формы, обычно это металлический стержень с выделенными пазами. Уравновешивающий вал вращается в двух смазываемых подшипниках в системе смазки двигателя. Уравновешивающий вал движется непосредственно от коленчатого вала и вращает валы в разных направлениях с удвоенной угловой скоростью. Привод может быть коробкой передач, цепным приводом или их комбинацией. Для ослабления крутильных колебаний, возникающих при вращении валов, в приводной шестерне цепной передачи установлен пружинный демпфер. Уравновешивающие валы из-за своей конструкции во время работы подвергаются значительным нагрузкам. Подшипники трансмиссии подвергаются особой нагрузке. Все это приводит к ускоренному износу подшипников и узлов трансмиссии. Износ сопровождается шумом, вибрацией и может привести к обрыву приводной цепи.

Ремонт балансировочных валов

Как и любой другой сложный механизм, привод уравновешенного вала тоже может выйти из строя. Чаще всего это происходит из-за естественного износа подшипников и деталей редуктора, так как они испытывают довольно большие нагрузки.

Когда замок вала приходит в негодность, это сопровождается появлением вибрации и шума. Иногда приводная шестерня застревает из-за поломки подшипника, и ремень (или цепь) обрывается. При обнаружении неисправности балансирных валов метод устранения только один — замена поврежденных элементов.

Механизм имеет сложную конструкцию, поэтому за его ремонт придется заплатить приличную сумму (работы следует проводить исключительно в сервисном центре, даже если речь идет просто о замене устаревшей детали на новую). По этой причине при выходе из строя фиксатора вала его просто снимают с двигателя и отверстия закрывают специальными заглушками.

Это, конечно, должно быть крайней мерой, так как отсутствие компенсаторов вибрации приводит к разбалансировке двигателя. Как уверяют некоторые автомобилисты, использовавшие этот метод, неблокирующая вибрация вала не настолько сильна, чтобы можно было провести дорогостоящий ремонт. Несмотря на это, трансмиссия становится немного слабее (мощность может упасть до 15 лошадиных сил).

Принимая решение о разборке агрегата, водитель должен четко понимать, что существенное вмешательство в конструкцию двигателя может сильно повлиять на его работоспособность. А это в будущем может привести к капитальному ремонту двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы балансирных валов двигателя

Валы закреплены через два небольших отверстия на задней стенке кожуха двигателя, совершая вращательные движения на подшипниках скольжения.

Соединение верхнего балансировочного вала с нижним валом осуществляется с помощью приводов. Привод верхнего вала имеет зубчатый ремень, который использует специальную шестерню для привода нижнего вала.

Валы устанавливаются только попарно, симметрично по обе стороны от коленчатого вала. В этом случае балансировочный вал всегда вращается в направлении, противоположном коленчатому валу, и его скорость увеличивается вдвое.

Это дает возможность снизить все колебания двигателя за счет взаимной компенсации сил инерции уравновешивающих валов коленчатого вала, поскольку эти силы всегда направлены друг к другу.

Уравновешивающие валы фиксируются только в продольном направлении с помощью стопорной пластины, которая фиксируется в кольцевых канавках. Подобные монтажные канавки находятся на каждой шестерне верхнего и нижнего уравновешивающих валов.

Принцип действия КШМ основан на формировании сил инерции от взаимодействия всех его механизмов и рабочих элементов. Некоторые элементы, например поршни, совершают возвратно-поступательные движения, а другие — шатуны — вращаются.

Воздействие сил инерции в цилиндрах двигателя создает сильные вибрации и повышение уровня шума в двигателе в целом, что приводит к перегрузкам и быстрому износу отдельных элементов двигателя.

Чтобы как-то уравновесить колебания, возникающие в двигателе, используются балансирные валы.

Типы привода


Баланс приводного вала
Самый распространенный тип привода балансира — это цепной или зубчатый ремень. Кроме того, привод может быть редукторным или комбинированным — редуктор плюс ремень. Для уменьшения вибрации самих валов в звездочке привода установлен пружинный демпфер.

Балансирный вал двигателя

Уравновешивающий вал двигателя, также известный как уравновешивающий вал, не является простой частью конструкции, функция которой заключается в уменьшении вибрации двигателя.

Что такое балансирные валы

Двигатель внутреннего сгорания — устройство сложной конструкции, основанное на преобразовании одной энергии в другую. Чем сложнее устройство, в данном случае чем больше цилиндров у двигателя, тем сильнее колебания и колебания отдельных деталей и двигателя в целом.

Из-за того, что двигатели не могут работать без вибрации, конструкторы придумали деталь, которая сводит к минимуму повышенные значения вибрации и вибрации.

Уравновешивающий вал представляет собой цилиндрический стержень с пазами на нем. Уравновешивающий вал гасит силы инерции второго порядка. Силы второго порядка в двигателе внутреннего сгорания не уравновешиваются установкой дополнительных грузов на щеку коленчатого вала. Силы первого порядка включают массу кривошипа, радиус его движения, угловую скорость и угол поворота. Силы второго порядка в двигателе внутреннего сгорания включают лямбду, то есть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.








На каких двигателях применяются балансирные валы

Первые балансирные валы использовала японская компания Mitsubishi в 1976 году. Новинка получила название «Silent Shaft», что в переводе означает «бесшумный вал».

В основном они устанавливаются на четырехцилиндровые двигатели объемом более двух литров и с рядным расположением цилиндров, поскольку именно эта схема наиболее подвержена вибрации и шуму.

Балансирные валы также часто используются на мощных дизельных двигателях. Теперь их можно встретить не только на японских моделях, но и на европейских и американских.

Назначение и принцип работы балансирных валов двигателя

Для чего нужны балансирные валы в двигателе?

Когда кривошипно-шатунный механизм работает, в двигателе внутреннего сгорания возникают силы инерции. Эти силы делятся на уравновешенные и неуравновешенные, также называемые силами инерции второго порядка. Они возникают в результате движения поршней и других деталей, а также зависят от веса силового агрегата. Дисбаланс вызывает вибрацию и шум. Стандартных противовесов на щеках коленчатого вала и наличия маховика недостаточно, поэтому для дополнительной балансировки устанавливаются балансирные валы.

На каких двигателях применяются балансирные валы

Первые балансирные валы использовала японская компания Mitsubishi в 1976 году. Новинка получила название «Silent Shaft», что в переводе означает «бесшумный вал».

В основном они устанавливаются на четырехцилиндровые двигатели объемом более двух литров и с рядным расположением цилиндров, поскольку именно эта схема наиболее подвержена вибрации и шуму.

Балансирные валы также часто используются на мощных дизельных двигателях. Теперь их можно встретить не только на японских моделях, но и на европейских и американских.

Ремонт балансировочных валов

Нагрузки на балансирные валы сопровождаются износом подшипников и других деталей трансмиссии. Ремонт стоит дорого из-за своей сложности. Поэтому некоторые автовладельцы вместо дорогой замены или ремонта предпочитают просто разобрать блок вала. В этом случае застежки и отверстия закрываются заглушками.

Отсутствие балансиров увеличивает уровень вибрации и шума, а также нарушается балансировка двигателя. Однако многие автолюбители следят за тем, чтобы вибрации оставались незначительными и успешно компенсировались опорами двигателя. Кроме того, для работы валов требуется часть мощности самого двигателя. Уменьшение может составлять до 15 л.с.

В то же время каждый должен понимать, что демонтаж узла уравновешивающего вала — это существенное изменение конструкции двигателя, и никто не может предсказать, как это отразится на работе двигателя и его активов в будущем. Принимая решение об этой процедуре, автовладелец принимает на себя все обязательства и риски, связанные с ее работоспособностью и долговечностью. Лучшим вариантом будет замена неисправной детали на новую в специализированном центре.

Первичная и вторичная балансировка

Исторически сложилось так, что конструкторы двигателей использовали термины первичный баланс и вторичный баланс. Эти термины относятся к порядку, в котором проблемы возникают в процессе разработки, и, таким образом, в некоторой степени отражают важность этих аспектов в балансировании.

Определения первичного и вторичного баланса различаются. Обычно первичная балансировка связана с компенсацией момента движущихся поршней (но не их кинетической энергии) во время вращения коленчатого вала. Вторичный баланс связан с компенсацией (или ее отсутствием):

  • кинетическая энергия поршней;
  • несинусоидальное движение поршня (иногда часть первичного баланса);
  • боковое смещение коленвала и балансирного вала;
  • различные паразитные колебания (моменты инерции), создаваемые уравновешенными массами, такие как нежелательное смещение противоположных цилиндров в оппозитном двигателе, вызванное конфигурацией коленчатого вала.

Несмотря на заявления конструкторов и производителей, ни одна конфигурация поршня не является идеально сбалансированной. Подбирая некоторые определения первичной и вторичной балансировки, можно утверждать, что некоторые конфигурации идеально сбалансированы в ограниченных рамках. Таким образом, «шестицилиндровый», V12 и поперечная плоскость (то есть V8 с углом развала 90 градусов, кривошипы которого лежат в двух взаимно перпендикулярных плоскостях) идеально сбалансированы по своей природе, а оппозитный двигатель имеет идеальный первичный баланс, поскольку движение одной части компенсируется противоположным движением.

Одноцилиндровые двигатели

Одноцилиндровый двигатель генерирует три типа вибрации (при условии, что цилиндр находится в вертикальном положении).

Во-первых, без противовесов в двигателе будут значительные колебания из-за изменения направления движения поршня и шатуна на каждом обороте. Это создает силу инерции первого порядка, которая вызывает вертикальную вибрацию с частотой, равной скорости вала двигателя. Почти все одноцилиндровые двигатели оснащены балансировочными противовесами на коленчатом валу для уменьшения этих вибраций.

Хотя эти балансиры устраняют вибрации коленчатого вала, они не могут полностью уравновесить движение поршня по двум причинам. Первая причина заключается в том, что балансиры перемещаются как вертикально, так и горизонтально, поэтому компенсация вертикального движения поршня массой коленчатого вала вызывает горизонтальные колебания. Масса балансиров выбирается таким образом, чтобы уменьшить вдвое вертикальную силу инерции 1-го порядка, при этом вертикальная и горизонтальная силы инерции становятся равными по величине и при сложении образуют круговую силу инерции, вектор которой вращается в направлении, противоположном вращению коленчатого вала. Вторая причина касается движения шатуна, который из-за своей формы заставляет поршень двигаться в верхней половине цилиндра быстрее, чем в нижней половине. Это создает вертикальную силу инерции второго порядка, которая вибрирует с удвоенной скоростью коленчатого вала. Следовательно, синусоидальное движение коленчатого вала не может полностью компенсировать движение поршня. Полностью круговая сила 1-го порядка может быть уравновешена двумя уравновешивающими валами, которые должны быть расположены симметрично сторонам коленчатого вала и вращаться в направлении, противоположном направлению вращения коленчатого вала. Противовесы этих валов должны быть одинаковыми и ориентированными для создания одинаковой круговой силы инерции, но в противоположном направлении. Вертикальная сила инерции 2-го порядка может быть уравновешена двумя уравновешивающими валами, расположенными симметрично по бокам двигателя и вращающимися в противоположных направлениях друг к другу в два раза быстрее, чем коленчатый вал. Уравновешивающие массы этих валов также должны быть одинаковыми и ориентированными для создания уравновешивающей вертикальной силы инерции в противоположном направлении. Однако это приводит к значительному усложнению двигателя, поэтому, как правило, неуравновешивается сила 2-го порядка, к тому же она значительно меньше силы инерции 1-го порядка.

Во-вторых, это колебания, вызванные изменением скорости и кинетической энергии поршня. Следовательно, коленчатый вал замедляется, когда поршень ускоряется и поглощает энергию, и ускоряется, когда поршень замедляется и высвобождает энергию вверху и внизу. Эта вибрация имеет двойную частоту по сравнению с частотой вращения коленчатого вала, и за ее поглощение отвечает маховик.

Третий тип вибрации возникает из-за того, что двигатель передает мощность только во время рабочего хода. В четырехтактном цикле эта вибрация будет составлять половину частоты колебаний первого порядка, поскольку горючая смесь сгорает при каждом втором обороте коленчатого вала. Также маховик должен поглощать этот тип вибрации.

Как уменьшить вибрацию двигателя

Чтобы уменьшить «пляску» и тряску мотора, необходимо настроить все узлы устройства на оптимальные режимы работы. Чтобы двигатель внутреннего сгорания не завибрировал, для начала нужно найти причины. Причиной вибраций может стать банальное ослабление крепежа ДВС.

Двухцилиндровые двигатели

Пара цилиндров может быть расположена в следующих конфигурациях:

  • В ряд
  • В углу
  • Лицом друг к другу (напротив)

Каждый из этих вариантов имеет как преимущества, так и недостатки с точки зрения баланса.

Два цилиндра подряд могут иметь простой одинарный коленчатый вал с синхронной верхней мертвой точкой. Для четырехтактного двигателя это дает наиболее выгодную последовательность миганий: один цилиндр на оборот, но худший механический баланс, не лучше, чем у одноцилиндрового двигателя. Поэтому в этой конфигурации часто используются уравновешивающие валы для компенсации силы инерции 1-го порядка. Иногда для «два в ряд» используется двойной коленчатый вал с определенным углом между коленями (до 180 °), из-за чего поршни в разное время достигают верхней мертвой точки, что улучшает баланс (неуравновешенность 1-го и 2-го Чтобы силы инерции уменьшались, однако моменты этих сил увеличивались, стремясь заставить двигатель вращаться вокруг оси, проходящей через центр коленчатого вала), но это не обеспечивает равномерное чередование молний. В двухтактном двигателе равномерная последовательность зажигания достигается при угле между коленями 180 °, поэтому используется только конфигурация, которая также обеспечивает лучший баланс (инерция 1-го порядка полностью сбалансирована, но c ‘- момент от Силы инерции 1-го порядка, а также силы инерции 2-го порядка). Момент 1-го порядка можно устранить с помощью уравновешивающего вала, который вращается в направлении, противоположном коленчатому валу и создает уравновешивающий момент инерции в противоположном направлении (при условии, что силы инерции 1-го порядка поршней и верхних частей шатуны, складываясь с силами, создаваемыми коленчатым валом балансиров, образуют круговой момент инерции).

Двухцилиндровый V-образный двигатель обычно используется только в четырехтактной версии, поскольку необходимость в отдельных камерах кривошипа в двухтактном двигателе не позволяет размещать кривошипы близко друг к другу, что сводит на нет преимущества двигателя двухтактный двигатель. V-образное расположение двухцилиндрового двигателя. В этом варианте осуществления сила инерции 1-го порядка может быть полностью уравновешена, если угол между кривошипами равен разнице между удвоенным углом развала и 180 °, в то время как шатуны пересекаются, когда кривошипы находятся в высоком положении, если угол развала меньше 90 ° или низкое, если больше 90 °. Вспышки в цилиндрах чередуются неравномерно; с увеличением угла развала эта неравномерность уменьшается. Если угол развала 90 °, цилиндры имеют общий кривошип, а вспышки чередуются под углом 270 и 450 ° по углу коленчатого вала. При других углах развала требуются отдельные кривошипы, хотя встречаются и двигатели с общим кривошипом, их сила первого порядка полностью компенсируется только дополнительными балансирными валами, а неравномерное чередование раструбов, наоборот, увеличивается с l угол развала увеличивается, поэтому используется угол развала менее 90 °. Кроме того, кривошипы можно расположить под углом, равным углу развала, так что поршни синхронно достигают верхней мертвой точки, обеспечивая равномерное чередование вспышек. Сила 1-го порядка аналогичным образом уравновешивается балансирными валами. Инерция 2-го порядка V-образного двигателя уменьшается с увеличением развала колес. Кроме того, существуют малые моменты сил инерции первого и второго порядка, вызванные смещением цилиндров друг относительно друга по оси коленчатого вала (при наличии).

Двухцилиндровый оппозитный двигатель можно рассматривать как частный случай V-образного двухцилиндрового двигателя с развалом 180 °. Угол между кривошипами тоже 180 °. При этом вспышки в цилиндрах в четырехтактном варианте чередуются равномерно, а в двухтактном — одновременно в обоих цилиндрах (что не требует разделения полостей кривошипа). Силы инерции 1-го и 2-го порядка уравновешены друг с другом, но есть небольшие моменты этих сил из-за смещения цилиндров.

Балансирные валы мотора: зачем нужны и как работают?

Автомобилисты, немного разбирающиеся в устройстве автомобильного двигателя, знают, что при работе кривошипно-шатунного механизма в ДВС возникают силы инерции. Эти силы могут быть как сбалансированными, так и неуравновешенными. Последние, среди прочего, считаются силами инерции второго порядка. Они возникают при движении поршней и других элементов и напрямую зависят от массы силовой установки. Когда возникает дисбаланс, обычно возникают вибрация и шум, и стандартных противовесов недостаточно для балансировки. По этой причине принято устанавливать балансирные валы, о которых пойдет речь в этом материале.

Трёхцилиндровые двигатели

Цилиндры могут быть расположены в следующих конфигурациях:

  • В ряд
  • Угловой (V-образный)

В рядном трехцилиндровом двигателе наилучший баланс достигается, когда кривошипы расположены под углом 120 °. Силы инерции 1-го и 2-го порядка взаимно компенсируются, но моменты этих сил возникают из-за того, что цилиндры смещены друг относительно друга по коленчатому валу. Крутящий момент 1-го порядка может быть уравновешен дополнительным уравновешивающим валом, который вращается со скоростью коленчатого вала в противоположном направлении. Для уравновешивания крутящего момента второго порядка необходимы два уравновешивающих вала, симметрично расположенных по бокам двигателя и вращающихся в противоположных направлениях друг от друга в два раза быстрее, чем коленчатый вал. Однако это приводит к значительному усложнению двигателя, поэтому его не применяют (тем более, что этот момент инерции незначителен). Любые рядные двигатели с нечетным числом цилиндров (с более чем двумя цилиндрами) балансируются аналогичным образом, а неуравновешенные моменты уменьшаются с увеличением числа цилиндров; в некоторых случаях уже с пятицилиндровым двигателем можно обойтись без балансирных валов.

Трехцилиндровый V-образный двигатель используется редко. В этой конфигурации мигания чередуются неравномерно, центральный цилиндр обычно повернут на угол 90 ° по отношению к двум внешним. При этом все кривошипы направлены в одну сторону, а масса поршня и верха шатуна центрального цилиндра вдвое больше, чем у наружных. Это единственный способ полностью компенсировать неуравновешенные силы 1-го порядка, собрав массу противовесов на коленчатом валу.

Принцип работы балансирных валов

Уравновешивающие валы установлены попарно на противоположных сторонах коленчатого вала с симметричным расположением. Валы установлены для балансировки на подшипниках скольжения, что обеспечивается смазкой двигателя.

Коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания вращает балансирные валы. Один балансирный вал вращается в одном направлении, другой — в другом. Балансиры вращаются с удвоенной скоростью вращения коленчатого вала.

Сложности в ремонте балансирных валов

Утомительная работа балансирных валов часто сопровождается повышенными рабочими нагрузками, в результате которых выходят из строя подшипники, а также отдельные элементы привода. Быстрый износ или поломка деталей приводит к повышенному уровню шума и вибрации и, как следствие, к нарушению работы привода.

Ремонт для восстановления работоспособности уравновешивающего вала сложен и дорог. Именно поэтому многие автовладельцы вместо дорогостоящей замены просто предпочитают снимать балансирные валы и закрывать отверстия специальными заглушками.

Помимо прочего, использование балансирных валов сказывается на сложности конструкции двигателя самого автомобиля, а также на дороговизне его обслуживания.

Если все же необходимо заменить балансирный вал, устанавливают новую цепь с трансмиссией и нижнюю шестерню коленчатого вала с новой деталью.

Типы привода

Поскольку балансирные валы предназначены для уравновешивания коленчатого вала, их работа должна быть синхронизирована с этой частью агрегата. По этой причине они связаны с синхронизацией передачи.

Для гашения вращательных колебаний ведущая шестерня уравновешивающего вала снабжена пружинами. Они позволяют устройству немного вращаться вокруг оси, обеспечивая плавный пуск устройства.

Чаще всего используется обычный приводной ремень или цепь, установленная на двигателе. Зубчатые передачи встречаются гораздо реже. Также есть комбинированные модификации. В них валы приводятся в движение как зубчатым ремнем, так и коробкой передач.

Балансировка коленчатого вала, прихоть или необходимость?

При выборе обязательных процессов для капитального ремонта двигателя необходимо учитывать такие потребности, как балансировка коленчатого вала, состоящего из одного или нескольких колен и нескольких соосных коренных шеек, поддерживаемых подшипниками. Каждое колено А. В имеет две щеки и шейку для соединения шатуна. Оси шатунных шейек смещены относительно оси вращения двигателя, что вызывает сомнения у многих заказчиков. Стоит ли денег на эту дорогостоящую операцию? Попробуем ответить на этот вопрос.

По словам доктора технических наук проф. В.А. Щепетильникова «. правильная балансировка деталей автомобиля продлевает срок службы на 25… 100%, увеличивает полезную мощность на 10%». Можно подсчитать, что при частоте вращения n = 6000 об / мин коленчатый вал массой 20 кг (противовесы, поршни, шатуны, маховик, корзина сцепления) и т.д.) создает центробежную силу 788 кг.

Эта разрушающая сила распространяется на опоры и приводит к:

  • к увеличению расхода топлива;
  • потеря мощности;
  • снизить ресурс двигателя и других агрегатов автомобиля;
  • усиление вибрации и шума в салоне, что вызывает дискомфорт и утомление как водителя, так и пассажиров.

«Это все теория, вы говорите…» — поэтому мы приводим более веские аргументы, исходя из нашей практики.

Конечно, коленчатые валы двигателей хороших зарубежных производителей проходят тщательную балансировку на заводе по модульному методу сборки. Все эти части (коленчатый вал, маховик, сцепление, передний шкив…) соосны друг с другом, сбалансированы отдельно, что позволяет заменять любой узел без дальнейшей балансировки. Например, коленчатые валы массой до 10 кг после балансировки имеют остаточный дисбаланс, не превышающий 15-30 г. (здесь надо сказать, что на балансировочном стенде «HINES» специалисты нашей компании могут улучшить этот результат до 2-5г.). Однако такие валы требуют обязательной балансировки после механических повреждений, при шлифовании после деформации, а также при любом вмешательстве в конструктивные особенности узлов (разгрузка противовесов, маховика и т.д.).

При всем уважении к отечественному автопрому и автопрому соседних стран, деревья наших производителей необходимо балансировать в 99% случаев. Исключение, пожалуй, составляют оригинальные запчасти на ВАЗ. И это тоже непредсказуемо… В общем, как и в случае с новыми деталями двигателя, здесь есть одна особенность: худший сюрприз для балансира — это новый коленвал. На некоторых «уникальных» скважинах завода ЗМЗ дисбаланс как минимум на порядок превышает все существующие нормативы. Сожалеем, что мы не можем предоставить вам максимальные значения. Дело в том, что наша машина не воспринимает дисбаланс больше 700 г * см. В этом случае на экране компьютера отображается «ERROR» — ошибка. И пусть нас простят американские технологии: оператор не ошибся в настройках… Ошибка — это сама деталь, установленная на машине. О модульных сборках не может быть и речи. При перебалансировке таких валов необходимо было просверлить в маховике отверстия противоположные заводским! Из этого следует, что либо заводская корректировка производилась «для галочки», либо вся задняя часть вала в сборе, включая задние противовесы, сам маховик и крышку сцепления были уравновешены маховиком! Очевидно, что в обоих случаях балансировка только маховика на калибровочном валу (идеально сбалансированном) или балансировочном шпинделе бесполезна. Если маховик не меняли, то после корректировки масс, будучи установленным на старый вал, он, скорее всего, будет давать еще большие колебания, чем до балансировки. Если маховик был заменен на новый, последствия совершенно непредсказуемы: неуравновешенный коленчатый вал будет создавать вибрации. Поэтому балансировка отдельных частей коленчатого вала в сборе очень рискованна, если не безнадежна. Но, может быть, у нас также есть хорошо сбалансированные одиночные коленчатые валы, маховики, корзины сцепления? Справедливости ради стоит отметить — да. Случайно натолкнуться на. Примерно один из пятидесяти. Стоит ли рассчитывать на такую ​​удачу? Разве не лучше не жалеть сил и уравновесить весь коленчатый вал в сборе модульными узлами?

Особое внимание следует уделить балансировке V-образных и других несимметричных коленчатых валов, в том числе рядных валов двигателя с непарным числом цилиндров. Если поставить такой вал на балансировочный станок, мощная составляющая крутящего момента вырвет его из опор на самых первых оборотах. Дело в том, что масса противовесов V-образного вала неразрывно связана с массой шатунно-поршневых узлов двигателя. Компенсирующие втулки требуются строго (с точностью до 1 г) расчетной массы. Эту массу можно указать в технической документации на двигатель или рассчитать с помощью специального метода: 100% вращательной массы (нижний шатун + гильзы) и процент альтернативного компонента (верхний шатун + поршень). + кольца + палец + замки) от 0 до 100%. К сожалению, данные по компенсационным втулкам для импортных коленчатых валов можно определить только расчетным путем. Конечно, на расчет и изготовление самих вводов уйдет не меньше недели времени, а количество специалистов, умеющих это сделать, можно сосчитать в одну сторону. Наша техника и наши станки позволяют балансировать асимметричный вал в течение 24 часов. Тем не менее, старайтесь не вмешиваться в конструктивные характеристики агрегатов (осмотр, настройка…), а при замене элементов шатунно-поршневого узла, маховика, переднего шкива настоятельно рекомендуется проконсультироваться с нашими специалистами. Постоянно наблюдая за нашими клиентами, которые воспользовались услугами по балансировке, мы сообщаем факты: • После балансировки коленчатого вала двигателя ЗМЗ-402 такое частое явление, как потеря прокладки заднего сальника, исчезает из-за всегда. • мощность двигателя увеличилась на 10-15%. • двигатель стабильно работает на всех режимах и на холостом ходу. • расход топлива снижен на 5-10%. • пропадает вибрация.

В наше время высоких скоростей каждый водитель знает и понимает, насколько важно балансировать колеса автомобиля и что это необходимо почти после каждого посещения магазина шин. Но, к сожалению, не все знают, что балансировка коленчатого вала не менее важна при капремонте ДВС.

Ремонт балансирных валов

При работе ДВС установленные балансирные валы подвергаются большим нагрузкам. Большая часть нагрузки приходится на дальние подшипники, поэтому происходит повышенный износ балансирных валов в местах соединения с подшипниками и самими подшипниками. Если нагрузка на балансирные валы превышает допустимое значение, слышны шумы, ДВС сильнее вибрирует, что также разрывает приводную цепь балансиров.

Стоимость ремонта балансировочных валов дорогая, в разных автосервисах по разному. Поэтому многие автолюбители, чтобы не покупать новые и не ремонтировать их, просто демонтируют эти балансирные валы и вставляют заглушки в отверстия кузова.

Если в двигателе используются балансирные валы, это усложняет конструкцию и увеличивает стоимость ремонта, а также приводит к снижению мощности ДВС примерно на 15 л.с.

Если балансирные валы изношены, мощность двигателя обычно снижается, а время разгона увеличивается. Это связано с тем, что при изнашивании валов для балансировки нарушаются фазы, фаза газораспределения смещается в сторону в более позднее время.

Источники

  • https://r-ro.ru/transmissiya/balansirnyj-val-dvigatelya-chto-eto.html
  • https://gazykt.ru/dvigatel/balansirovochnye-valy-dvigatelya-printsip-raboty.html
  • https://autostuk.ru/balansirnyj-val-dvigatelya.html
  • https://avtika.ru/dlya-chego-nuzhny-balansirnye-valy-v-dvigatele/
  • https://dlobal.ru/balansirnye-valy-motora-zachem-nuzhny-i-kak-rabotayut/
  • https://AvtoTachki.com/chto-takoe-balansirovochnye-valy-dvigatelya/
  • https://AutoLions.ru/remont/balansirovochnye-valy.html

Оцените статью
Блог о грузовых автомобилях