При работе кривошипно-шатунного механизма в двигателе внутреннего сгорания возникают силы инерции. Эти силы подразделяются на уравновешенные и неуравновешенные, которые также называют силами инерции второго порядка.
Они возникают от движения поршней и других деталей, а также зависят от веса силового агрегата. В результате дисбаланса появляются вибрация и шумы.
Стандартных противовесов на щеках коленвала и наличия маховика бывает недостаточно, поэтому для дополнительной балансировки устанавливаются балансирные валы.
Для чего предназначены балансиры
Главной задачей балансировочных валов является поглощение лишней инерции и уменьшение вибрации. Это стало актуальным после появления более мощных двигателей с объемом от двух литров.
Блок балансирных валов с шестеренчатым приводом от коленчатого вала двигателя
Немалую роль в балансе работы ДВС играет и расположение цилиндров. Можно выделить три распространённые схемы:
- Расположение в ряд, когда цилиндры располагаются в одной плоскости.
- Оппозитная схема, когда оси цилиндров находятся в одной плоскости противоположно направлены друг другу.
- V-образное расположение цилиндров.
Расположение осей цилиндров напрямую влияет на балансировку двигателя. Рядная схема хорошо себя зарекомендовала в 4-х цилиндровых двигателях небольшого объема. Оппозитная схема дает самые лучшие показатели балансировки. V-образное расположение требует точно выверенных углов между цилиндрами, чтобы достичь оптимального баланса.
Как бы то ни было, идеального баланса не удается достичь ни в одной схеме, поэтому и устанавливают балансиры.
Принцип работы
Балансирные валы устанавливаются парами с каждой стороны коленвала и представляют собой сложные по конструкции цилиндрические стержни. Каждый балансирный вал имеет сложную геометрическую форму. Вращаются валы в противоположную сторону в два раза быстрее скорости движения коленвала, тем самым уравновешивая инертные силы второго порядка.
Устанавливаются валы в картере двигателя на подшипниках скольжения (либо игольчатых) и приводятся в движение при помощи привода от коленвала. Подшипники связаны с системой смазки двигателя. Именно они испытывают самую большую нагрузку в процессе работы валов. Это обуславливает их быстрый износ, который сопровождается шумом и вибрацией.
Типы привода
Привод балансировочных валов
Наиболее распространенным вариантом привода балансиров является цепной или зубчатый ремень. Также приводом может служить зубчатый редуктор или комбинированный вариант: зубчатый редуктор плюс ремень. Чтобы снизить колебания самих валов, в звездочке привода устанавливается пружинный гаситель.
На каких двигателях применяются балансирные валы
Первой балансирные валы применила японская компания Mitsubishi в 1976 году. Новинка получила название «Silent Shaft», что в переводе означает «бесшумный вал».
Главным образом они устанавливаются на четырехцилиндровых двигателях с объемом больше двух литров и с рядным расположением цилиндров, так как именно эта схема наиболее подвержена вибрациям и шумам.
Также балансирные валы часто применяются на мощных дизельных моторах. Сейчас 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 привода. Ремонт обходится дорого, что обусловлено его сложностью. Поэтому некоторые автовладельцы вместо замены или дорогого ремонта предпочитают просто демонтировать блок валов. При этом крепления и отверстия закрываются заглушками.
Отсутствие балансиров повышает уровень вибрации и шума, нарушается балансировка двигателя. Однако, многие автолюбители заверяют, что вибрации при этом остаются незначительные и их успешно компенсируют подушки двигателя. Также работа валов забирает часть мощности самого двигателя. Снижение может достигать до 15 л.с.
При этом всем следует понимать, что демонтаж блока балансирных валов является существенным изменением конструкции двигателя и никто не сможет спрогнозировать как это отразится на работе мотора и его ресурсе в дальнейшем.
Решаясь на данную процедуру, владелец автомобиля полностью берет на себя всю ответственность и риски за его исправность и срок службы. Наилучшим вариантом будет замена неисправной детали на новую в специализированном центре.
(1
Балансирные валы мотора: зачем нужны и как работают?
Автомобилисты, которые немного понимают в устройстве автомобильного двигателя знают, что при работе кривошипно-шатунного механизма в ДВС возникаю инерционные силы. Данные силы могут быть как уравновешенными, так и неуравновешенными. Последние, к слову, считаются силами инерции второго порядка.
Возникают они при движении поршней и других элементов и зависят напрямую от массы силовой установки. При возникновении дисбаланса обычно появлятся вибрация и шум и стандартных противовесов бывает недостаточно, чтобы балансировать.
По этой причине и принято устанавливать балансирные валы, о которых и пойдет речь в данном материале.
Зачем нужны балансирные валы?
Балансирные валы в конструкции выполняют функцию поглотителей лишней инерции и вибрации. И особенно актуальным данное решение стало тогда, когда на рынке стало все больше появляться силовых установок большей мощности и объема порядка от 2-х литров.
При этом немаловажную роль в балансировке работы двигателя внутреннего сгорания играет и само расположение цилиндров. При этом они могут располагаться в ряд, по оппозитной схеме, то есть когда оси цилиндров расположены в одной плоскости и противоположно направлены друг к другу или же иметь V-образное расположение.
Именно от этих показателей будет зависеть балансировка мотора. Но идеального баланса не при одной из этих схем расположения все равно невозможно достичь.
Как работают балансирные валы?
Устанавливать балансирные валы принято парами и с каждой стороны коленчатого вала. Представляют они собой сложные по своей конструкции цилиндрические стержни геометрической формы. Вращение валов в противоположную сторону происходит со скоростью в два раза быстрее, чем у коленвала.
Таким образом и происходит уравновешивание инертных сил второго порядка. Валы устанавливаются в картере мотора на подшипниках скольжения. В свое движение они приводятся за счет привода от коленчатого вала. Ну а поскольку подшипники связаны с системой смазки мотора, то они и испытывают в процессе работы валов самую большую нагрузку.
Из-за чего они и начинают быстро изнашиваться, в результате чего и появляется характерный шум и вибрация. Что же касается типа привода то наиболее распространенным вариантом считается цепной или зубчатый ремень. Иногда приводом может служить и зубчатый редуктор и комбинированный механизм, когда зубчатый редуктор идет вместе с ремнем.
Ну а для снижения колебаний валов, в конструкции привода предусмотрена установка пружинного гасителя.
- Подробнее о балансирных валах будет рассказано в данном видеоролике:
Балансирные валы
Главная » Двигатель
Рейтинг статьи Загрузка…
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.
Балансирные валы: принцип работы, особенности конструкции
| AutoLubitel |
Балансирные валы двигателя: назначение и принцип работы
Балансирные валы представляют собой деталь автомобильного двигателя сложной конструкции, как правило, металлический стержень с пазами, которая предназначена для обеспечения равновесия вращающихся масс в цилиндрах автомобильного двигателя.
Балансирные валы впервые были установлены в автомобилях концерна Mitsubishi. Подобная технология получила довольно простое название — бесшумный вал. Сегодня балансирные валы используются в большинстве моделей автомобилей, выпускаемых под такими брэндами, как GM, Audi, Mercedes, BMW.
Для чего предназначены балансиры
Главной задачей балансировочных валов является поглощение лишней инерции и уменьшение вибрации. Это стало актуальным после появления более мощных двигателей с объемом от двух литров.
Блок балансирных валов с шестеренчатым приводом от коленчатого вала двигателя
Немалую роль в балансе работы ДВС играет и расположение цилиндров. Можно выделить три распространённые схемы:
Сколько Тормозной Жидкости В Системе Ваз 2109
- Расположение в ряд, когда цилиндры располагаются в одной плоскости.
- Оппозитная схема, когда оси цилиндров находятся в одной плоскости противоположно направлены друг другу.
- V-образное расположение цилиндров.
Расположение осей цилиндров напрямую влияет на балансировку двигателя. Рядная схема хорошо себя зарекомендовала в 4-х цилиндровых двигателях небольшого объема. Оппозитная схема дает самые лучшие показатели балансировки.
V-образное расположение требует точно выверенных углов между цилиндрами, чтобы достичь оптимального баланса.
Как бы то ни было, идеального баланса не удается достичь ни в одной схеме, поэтому и устанавливают балансиры.
Зачем нужны балансирные валы?
Балансирные валы в конструкции выполняют функцию поглотителей лишней инерции и вибрации. И особенно актуальным данное решение стало тогда, когда на рынке стало все больше появляться силовых установок большей мощности и объема порядка от 2-х литров.
При этом немаловажную роль в балансировке работы двигателя внутреннего сгорания играет и само расположение цилиндров. При этом они могут располагаться в ряд, по оппозитной схеме, то есть когда оси цилиндров расположены в одной плоскости и противоположно направлены друг к другу или же иметь V-образное расположение.
Именно от этих показателей будет зависеть балансировка мотора. Но идеального баланса не при одной из этих схем расположения все равно невозможно достичь.
Принцип работы
Балансирные валы устанавливаются парами с каждой стороны коленвала и представляют собой сложные по конструкции цилиндрические стержни. Каждый балансирный вал имеет сложную геометрическую форму. Вращаются валы в противоположную сторону в два раза быстрее скорости движения коленвала, тем самым уравновешивая инертные силы второго порядка.
Устанавливаются валы в картере двигателя на подшипниках скольжения (либо игольчатых) и приводятся в движение при помощи привода от коленвала. Подшипники связаны с системой смазки двигателя. Именно они испытывают самую большую нагрузку в процессе работы валов. Это обуславливает их быстрый износ, который сопровождается шумом и вибрацией.
Типы привода
Привод балансировочных валов
Наиболее распространенным вариантом привода балансиров является цепной или зубчатый ремень. Также приводом может служить зубчатый редуктор или комбинированный вариант: зубчатый редуктор плюс ремень. Чтобы снизить колебания самих валов, в звездочке привода устанавливается пружинный гаситель.
На каких двигателях применяются балансирные валы
Первой балансирные валы применила японская компания Mitsubishi в 1976 году. Новинка получила название «Silent Shaft», что в переводе означает «бесшумный вал».
Главным образом они устанавливаются на четырехцилиндровых двигателях с объемом больше двух литров и с рядным расположением цилиндров, так как именно эта схема наиболее подвержена вибрациям и шумам.
Также балансирные валы часто применяются на мощных дизельных моторах. Сейчас их можно встретить не только на японских моделях, но и на европейских и американских.
Вторичный гармонический балансир
Вторичный гармонический балансир Он был впервые применен в 1911 году Фредериком Ланчестером для балансировки четырехцилиндровых двигателей. Хотя это устройство оказалось весьма эффективным, в течение многих лет вместо демпфера применялись резиновые опоры, из соображений экономии.
В 1975 году японская фирма Мицубиси стала производить вторичные балансиры сходные по принципу действия с балансиром Ланчестера. Они и в настоящее время выпускаются по лицензии различными компаниями, и двигатели, в которых используются эти устройства, обеспечивают гораздо более равномерную работу. На рис. 12.
16 изображен принцип работы вторичного балансира. Два балансировочных вала со смещенными массами приводятся коленчатым валом с оборотами, равными удвоенным оборотам коленчатого вала.
Один балансировочный вал вращается по часовой стрелке, а другой — против часовой стрелки.
Оба вала «синхронизированы» с коленчатым валом таким образом, что когда поршень находится в ВМТ, обе массы располагаются так, что вызывают появление направленной вниз силы. Для компенсации вторичных сил, приложенных к двигателю, балансир должен создавать противоположные силы только тогда, когда в этом есть необходимость.
Для четырехцилиндровых двигателей с рядным расположением цилиндров это точки максимума, когда коленчатый вал находится в положениях 0°, 90°, 180° и 270°. На рис. 12.16а и с эти балансирующие силы направлены вниз и вверх, соответственно, тогда как на рис. 12.
16b и d, две массы балансира располагаются друг против друга и их влияние взаимно нейтрализуется; в этих нейтральных положениях двигатель будет иметь статическую балансировку. Компания Мицубиси использует два балансировочных вала, причем один вал располагается над двигателем выше, чем другой (рис. 12.17).
Такое расположение валов обеспечивает кроме подавления вибрации в вертикальном направлении подавление вторичного момента вращения, который возникает, когда коленчатый вал вращается силой сгорающих газов. Верхний вал поворачивается в том же направлении, что и коленчатый вал, и вертикальное расстояние между валами составляет 0,7 длины шатуна.
Расположенные таким образом балансировочные массы производят момент, противоположный моменту вращения.
Балансировка вращающего момента не может быть получена во всем диапазоне нагрузок двигателя, поэтому положение валов выбирается так, чтобы минимизировать разбалансированный момент вращения на большинстве частот, близким к частотам тряски, создаваемой неровностями дороги.
При таком расположении валов можно добиться балансировки четырехцилиндрового двигателя лучшей, чем у шестицилиндрового двигателя. В двигателе Порше (рис. 12.18) для привода балансировочных валов применен двусторонний зубчатый ремень. Разработчики утверждают, что применение балансировочной системы на этом двигателе уменьшает уровень шума на 20 дБ.
Минимизация вторичной вибрации, в особенности при высоких оборотах двигателя, обеспечивает уменьшение «гула», который ощутим и слышен в пассажирском салоне.
Кроме того, при уменьшении вторичной вибрации увеличивается срок службы навесного оборудования двигателя, например, устройств уменьшения токсичности отработанных газов, электрооборудования, устройств системы подачи топлива и систем управления, включающих в себя электронные устройства.
назад >>
Ремонт балансировочных валов
Нагрузки на балансирные валы сопровождаются износом подшипников и других деталей привода. Ремонт обходится дорого, что обусловлено его сложностью. Поэтому некоторые автовладельцы вместо замены или дорогого ремонта предпочитают просто демонтировать блок валов. При этом крепления и отверстия закрываются заглушками.
Воздушный фильтр форд фокус 2: где находится, замена
Отсутствие балансиров повышает уровень вибрации и шума, нарушается балансировка двигателя. Однако, многие автолюбители заверяют, что вибрации при этом остаются незначительные и их успешно компенсируют подушки двигателя. Также работа валов забирает часть мощности самого двигателя. Снижение может достигать до 15 л.с.
При этом всем следует понимать, что демонтаж блока балансирных валов является существенным изменением конструкции двигателя и никто не сможет спрогнозировать как это отразится на работе мотора и его ресурсе в дальнейшем.
Решаясь на данную процедуру, владелец автомобиля полностью берет на себя всю ответственность и риски за его исправность и срок службы. Наилучшим вариантом будет замена неисправной детали на новую в специализированном центре.
Балансировка (уравновешивание) вала
Вибрация от разбаланса укорачивает срок службы покрытия вала, повреждает подшипники и другие части машины, а также оказывает существенное отрицательное влияние на продукт.
Из-за высоких скоростей вращения все валы должны балансироваться для уменьшения вибрации. Если вес вала удваивается, удваивается центробежная сила; но если удваивается скорость, центробежная сила увеличивается в четыре раза, что показывает важность балансировки при высоких скоростях.
Балансировка вала — это изменение положения центра тяжести так, чтобы он находился на оси вращения.
Статическая балансировка. Если вал, закрепленный без трения, остается в состоянии покоя, независимо от того, в каком положении было остановлено его вращение, все локальные отклонения самокомпенсируются, и говорят, что имеет место статический баланс.
Если вал статически не сбалансирован, на его «легкую» сторону необходимо добавить массу, достаточную, чтобы достичь баланса. Обычно это делается путем сверления отверстия и добавления свинца до покрытия вала резиной. Статистическая балансировка применяется, в основном, для валов, работающих с окружной скоростью менее 180 м/мин.
Однако валы, сбалансированные для одной скорости, необязательно находятся в состоянии баланса при другой скорости.
Динамическая балансировка. Даже если вал статистически сбалансирован, центр тяжести одного из его концов может быть смещен от центра, и тогда необходимо вносить коррекцию с другой стороны.
Это изменение не может быть обнаружено простой статической балансировкой и становится заметным при ускорении вращения вала.
При этом появляющиеся колебания (это явление известно как динамический или моментный дисбаланс) требуют анализа, чтобы определить один конец или оба требуют балансировки (противовесов).
В такой ситуации каждый конец может требовать своего собственного противовеса, чтобы их сумма давала статический баланс. На поверхности резинового покрытия несбалансированного прижимного вала может появиться плоский участок или покрытие может отделиться от стержня. Отделение может также произойти, если верхний вал несбалансирован.
Кинематическая балансировка. Когда вал изготовлен из трубы, ее стенки могут иметь различную толщину вдоль поверхности вала, а также по окружности трубы.
Когда такой вал статически и динамически сбалансирован, а затем приведен во вращение с большой скоростью, возникают локальные нарушения баланса вдоль поверхности, при этом тяжелые участки оболочки удаляются от центра.
Когда форма вала меняется под действием неравномерности распределения его массы, возникающее состояние называют кинематическим дисбалансом. Чтобы избежать этой проблемы, рекомендуется использовать механически обработанный стержень (как внутри, так и снаружи), сбалансированный при рабочей скорости до установки покрытия.
Статический дисбаланс выражается в килограммах на рабочую поверхность, а динамический дисбаланс может быть выражен в килограмм-сантиметрах и является мерой одной или нескольких сил, вызывающих вибрацию при вращении вала. Вибрация измеряется как линейное движение на концах вала.
Требования к динамической балансировке должны быть выражены через амплитуду вибрации на концах вала при заданной скорости, измеренную регистрирующим измерителем вибраций.
Для валов с заданным динамическим балансом минимальная амплитуда равна 0,13 мм на концах вала, в два раза больше, чем в центре вала при заданной скорости.
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Назначение и принцип работы балансирных валов двигателя
В процессе работы ДВС кривошипно-шатунный механизм создает вибрации внутри блока цилиндров. В конструкцию стандартных коленчатых валов входят особенные элементы – противовесы. Их назначение – гасить инерционные силы, которые возникают в результате вращения коленвала.
Не во всех моторах этих деталей достаточно, чтобы минимизировать силы инерции, из-за которых быстрее выходят из строя подшипники и другие важные элементы силового агрегата. В качестве дополнительного элемента устанавливаются балансирные валы.
Как следует из названия детали, она предназначена для более эффективной балансировки в моторе. Они поглощают излишнюю инерцию и вибрацию. Особенно актуальными такие валы стали с момента появления более мощных моторов с объемом от двух литров.
В зависимости от модификации требуется свой балансирный вал. Для рядных, оппозитных и V-образных моторов используются разные модели валов. Хотя каждая разновидность двигателей имеет свои преимущества, ни одна не способна полностью устранять вибрации.
Презентация «ОКА-3»: «Калина»-три четверти
Балансировочные валы – что это такое? Зачем они нужны? Видео
При работе кривошипно- шатунного механизма возникают силы инерции. Возникновение их связано с движущимися частями механизма.
Можно различить следующие виды сил инерции: возвратно- поступательные движения масс и вращающиеся. В многоцилиндровых двигателях также возникают силы инерции и в продольных плоскостях.
Проще говоря всё это создаёт вибрации и шум при работе двигателя и увеличивает износ элементов двигателя.
Чтобы снизить вибрации производят балансировку двигателя. Наиболее часто при балансировке на щёки коленвала устанавливают противовесы. Но это не может позволить уравновесить инерционные силы у разных компоновочных схем двигателя. Например у рядных четырёхцилиндровых двигателей не уравновешиваются силы инерции второго порядка. Величина сил инерции возрастает с увеличением объёма двигателя.
Чтобы уравновесить инерционные силы второго порядка на рядных четырёхцилиндровых двигателях объёмом 2 и более литра, применяют специальные валы имеющие противовесы, т.е. балансировочные валы. Впервые балансировочный вал был применён в 1976 году . Сейчас они довольно широко используются такими концернами как Фольксфаген, Ауди, БМВ и др.
Видео
Устанавливают балансировочные валы попарно с обоих сторон коленвала, обычно их устанавливают симметрично. Но для того чтобы уменьшить занимаемое место предпочтительно установить балансировочные валы в картере двигателя, ниже коленвала.
Балансировочный вал представляет собой сложную деталь выполненную из металла, обычно он выглядит как стержень в котором выбраны пазы. Вращается балансировочный вал в подшипниках скольжения, которые включены в систему смазки двигателя.
Приводятся в движение балансировочные валы коленвалом и вращаются в разные стороны с удвоенной угловой скоростью. Приводом может служить зубчатый бесзазорный редуктор, цепные передачи либо их комбинации. Чтобы гасить крутильные колебания в процессе работы в приводной звёздочке (цепной привод БМВ) устанавливают специальный пружинный гаситель.
При работе на балансировочные валы действуют больше нагрузки. Наиболее нагружаются дальние от привода подшипники. Это приводе к повышенному износу подшипников, а также других элементов. Всё это сопровождается шумом, вибрациями, и даже возможен обрыв цепи привода. Последствия для двигателя печальные.
Видео
Так как ремонт балансировочных валов слишком дорогое удовольствие, наши умельцы просто избавляются от них. Отверстия для них закрывают заглушками.
Вибрации двигателя увеличиваются, но опоры всё равно с ними могут справится. Применение балансировочных валов естественно усложнит конструкцию двигатели и повысит его стоимость.
Но и это ещё не всё, при их применении снижается мощность двигателя примерно на 15 л.с.
of your page –>
Балансирный вал двигателя, он же уравновешивающий вал — это деталь не простой конструкции, функция которой заключается в снижении вибрации двигателя.
Принцип работы балансирных валов двигателя
Балансировочные валы это цельные металлические стержни цилиндрической формы. Они устанавливаются по два с одной стороны коленчатого вала. Между собой они соединены при помощи шестерен. Когда вращается коленвал, валы тоже вращаются, только в противоположные стороны и с большей скоростью.
На уравновешенных валах имеются эксцентрики, а в приводных шестернях установлены пружины. Эти элементы предназначены для компенсации инерции, которая возникает в КШМ. Балансиры приводятся в движение коленчатым валом. Пара валов всегда вращается в противоположном направлении друг от друга.
Устанавливаются эти детали в картере ДВС для лучшей смазки. Вращаются они на подшипниках (игольчатые или скольжения). Благодаря работе этого механизма детали двигателя не так сильно изнашиваются из-за дополнительных нагрузок от вибрации.
Сколько масла в двигателе 4b10?
Принцип работы
Балансирные валы устанавливаются парами с каждой стороны коленвала и представляют собой сложные по конструкции цилиндрические стержни. Каждый балансирный вал имеет сложную геометрическую форму. Вращаются валы в противоположную сторону в два раза быстрее скорости движения коленвала, тем самым уравновешивая инертные силы второго порядка.
Устанавливаются валы в картере двигателя на подшипниках скольжения (либо игольчатых) и приводятся в движение при помощи привода от коленвала. Подшипники связаны с системой смазки двигателя. Именно они испытывают самую большую нагрузку в процессе работы валов. Это обуславливает их быстрый износ, который сопровождается шумом и вибрацией.
Типы привода
Привод балансировочных валов
Наиболее распространенным вариантом привода балансиров является цепной или зубчатый ремень. Также приводом может служить зубчатый редуктор или комбинированный вариант: зубчатый редуктор плюс ремень. Чтобы снизить колебания самих валов, в звездочке привода устанавливается пружинный гаситель.
Типы привода
Так как балансировочные валы предназначены для балансировки коленвала, то их работа должна быть синхронизирована с этой деталью агрегата. По этой причине они подсоединяются к приводу ГРМ.
Чтобы гасить вращательные колебания, приводная шестерня балансирных валов имеет пружины. Они позволяют немного проворачиваться приводу вокруг оси, обеспечивая плавное начало движения устройства.
Чаще всего используется общий приводной ремень или цепь, установленные на моторе. Намного реже встречаются приводы редукторного типа. Также бывают комбинированные модификации. В них валы приводятся в движение и зубчатым ремнем, и редуктором.
Трёхцилиндровые двигатели
Цилиндры могут располагаться в следующих конфигурациях:
- В ряд
- Под углом (V-образно)
В рядном трёхцилиндровом двигателе наилучший баланс получается при расположении кривошипов под углом 120°, Силы инерции 1-го и 2-го порядка взаимно компенсируются, но проявляются моменты этих сил из-за того, что цилиндры смещены друг относительно друга вдоль коленвала.
Уравновесить момент 1-го порядка можно дополнительным балансирующим валом, вращающимся со скоростью коленвала в противоположную сторону. Для уравновешивания момента 2-го порядка нужны два балансирующих вала, расположенные симметрично по бокам двигателя и вращающиеся в противоположные друг от друга стороны в два раза быстрее коленвала.
Однако это ведёт к значительному усложнению двигателя, поэтому не применяется (тем более что данный момент инерции незначителен).
Аналогично уравновешиваются любые рядные двигатели с нечётным числом цилиндров (при числе цилиндров более двух), при этом неуравновешенные моменты уменьшаются при увеличении числа цилиндров, в ряде случаев уже у пятицилиндрового двигателя можно обойтись без балансирующих валов.
Трёхцилиндровый V-образный двигатель применяется очень редко. В такой конфигурации вспышки чередуются неравномерно, средний цилиндр как правило повёрнут на угол 90° относительно двух крайних.
При этом все кривошипы направлены в одну сторону, а массы поршня и верхней части шатуна среднего цилиндра в два раза больше, чем у крайних.
Только так можно полностью скомпенсировать неуравновешенные силы 1-го порядка, подобрав массу противовесов на коленвале.
На каких двигателях применяются балансирные валы
Впервые балансировочные валы на двигатели начала устанавливать компания Mitsubishi. С 1976г. эта технология носит название Silent Shaft. Такой разработкой оснащаются в основном силовые агрегаты с рядным расположением цилиндров (4-цилиндровые модификации более подвержены возникновению инерционных сил).
Высокооборотные моторы с большой мощностью также нуждаются в таких элементах. Нередко их используют в дизельных ДВС.
Если раньше этой технологией пользовались японские производители, на данный момент нередко встречаются и европейские авто с системой бесшумных валов.
Инерционные силы уравновешивающих валов
Таким образом, в рядном двигателе с четырьмя цилиндрами силы инерции второго порядка остаются неуравновешенными. Силы, возникающие при движении массы с удвоенной частотой вращения коленчатого вала. В этом случае величина силы инерции увеличивается с увеличением объема двигателя. Балансировочные валы.
Для уравновешивания сил инерции второго ряда в четырехцилиндровых двигателях с рабочим объемом 2,0 литра и более используются дополнительные валы с противовесами — так называемые. балансирные валы. Балансировочные валы в их автомобилях были впервые использованы в 1976 году компанией Mitsubishi, а технология получила название Silent Shaft.
В настоящее время балансировочные валы широко используются в продуктах других автопроизводителей — VW, Audi, BMW, Mercedes-Benz, GM. Балансировочные валы установлены попарно на одной и другой стороне коленчатого вала, обычно симметрично.
Наиболее предпочтительным с точки зрения занимаемого объема является установка балансировочных валов в картер под коленчатым валом.
Ваз 2114 («Четырка»): обзор и технические характеристики
Ремонт балансировочных валов
Как и любой другой сложный механизм, привод уравновешенных валов тоже может выйти из строя. Чаще всего это происходит в результате естественного износа подшипников и зубчатых деталей, так как они испытывают достаточно большие нагрузки.
Когда блок валов приходит в негодность, это сопровождается появлением вибраций и шумами. Иногда шестерня привода из-за поломки подшипника блокируется и обрывает ремень (или цепь). Если выявлена неисправность балансировочных валов, метод устранения один – замена испорченных элементов.
Механизм имеет сложную конструкцию, поэтому за его ремонт придется заплатить приличную сумму (работы должны проводиться исключительно в сервисном центре, даже если это просто замена устаревшей детали на новую). По этой причине, когда блок валов выходит из строя, его просто удаляют из мотора, а отверстия закрывают соответствующими заглушками.
Это, конечно, должна быть крайняя мера, так как отсутствие компенсаторов вибраций приводит к разбалансировке мотора. Как заверяют некоторые автомобилисты, которые воспользовались таким методом, вибрации без блока валов не настолько серьезные, чтобы соглашаться на дорогостоящий ремонт. Несмотря на это, силовой агрегат становится немного слабее (мощность может снизиться до 15 лошадиных сил).
Решаясь на демонтаж блока, автомобилист должен четко понимать, что существенное вмешательство в конструкцию мотора может сильно повлиять на его работоспособность. А это в последующем может привести к капитальному ремонту ДВС.
Одноцилиндровые двигатели
Одноцилиндровый двигатель порождает три вида вибраций (предполагается, что цилиндр расположен вертикально).
Во-первых, без балансирующих противовесов в двигателе будут присутствовать значительные вибрации, порождённые изменением направления движения поршня и шатуна за каждый оборот.
Это порождает силу инерции I порядка, которая вызывает вертикальную вибрацию с частотой, равной частоте вращения коленвала.
Практически все одноцилиндровые двигатели снабжены балансирующими массами на коленвале для уменьшения этой вибрации.
Хотя эти балансиры устраняют вибрации на коленвале, они не могут полностью сбалансировать движение поршня по двум причинам. Первая причина состоит в том, что балансиры двигаются как по вертикали, так и по горизонтали, поэтому компенсирование вертикального движения поршня массой коленвала порождает горизонтальные вибрации.
Массу балансиров подбирают таким образом, чтобы уменьшить вертикальную силу инерции I порядка в два раза, при этом вертикальная и горизонтальная силы инерции становятся равными по величине и, складываясь, образуют круговую силу инерции, вектор которой вращается в сторону, противоположную вращению коленвала.
Вторая причина относится к движению шатуна, который из-за конструкции заставляет поршень двигаться в верхней половине цилиндра быстрее, чем в нижней. Это порождает вертикальную силу инерции II порядка, которая вызывает вибрацию с удвоенной частотой вращения коленвала. Поэтому синусоидальное движение коленвала не может полностью скомпенсировать движение поршня.
Полностью круговую силу 1-го порядка можно уравновесить двумя балансирующими валами, которые должны располагаться симметрично по бокам коленвала и вращаться в направлении, противоположном направлению вращения коленвала. Противовесы этих валов должны быть одинаковыми и ориентированы так, чтобы создавать такую же по величине круговую силу инерции, но в противоположном направлении.
Вертикальную силу инерции 2-го порядка можно уравновесить двумя балансирующими валами, расположенными симметрично по бокам двигателя и вращающимися в противоположные друг относительно друга стороны в два раза быстрее коленвала.
Балансирующие массы этих валов также должны быть одинаковыми и ориентированы так, чтобы создавать уравновешивающую вертикальную силу инерции в противоположном направлении. Однако это ведёт к значительному усложнению двигателя, поэтому, как правило, силу 2-го порядка оставляют неуравновешенной, к тому же она значительно меньше силы инерции 1-го порядка.
Во-вторых, существуют вибрации, порожденные изменением в скорости и кинетической энергии поршня. Так, коленвал будет замедляться, когда поршень ускоряется и поглощает энергию, и будет ускоряться, когда поршень замедляется и отдаёт энергию в верхней и нижней точке. Эта вибрация имеет удвоенную частоту по сравнению с частотой вращения коленвала, и её поглощение —- задача маховика.
Третий тип вибраций происходит из-за того, что двигатель отдаёт мощность только во время рабочего хода. В четырёхтактном цикле эта вибрация будет на половине частоты вибраций I порядка, так как горючая смесь сгорает каждый второй оборот коленвала. Поглощение этого типа вибраций — тоже задача маховика.
Сложности в ремонте балансирных валов
Напряженная работа балансирных валов часто сопровождается усиленными рабочими нагрузками, вследствие которых выходят из строя подшипники, а также отдельные элементы привода. Быстрый износ или поломка деталей приводит к повышению уровня шума и вибраций, и как результат – обрыву привода.
Ремонтные работы по восстановлению работоспособности балансирных валов отличаются сложностью и дороговизной. Именно поэтому многие автовладельцы предпочитают вместо дорогой замены просто снять балансирные валы, а отверстия закрыть специальными заглушками.
Помимо всего прочего использование балансирных валов влияет на сложность конструкции самого автомобильного двигателя, а также на дороговизну его технического обслуживания.
Если все же есть необходимость произвести замену балансирного вала, вместе с новой деталью устанавливается новая цепь с приводом и нижняя шестерня коленвала.
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Балансирный вал
Балансирный (уравновешивающий) вал — дополнительный элемент балансировки для снижения вибраций двигателя. В процессе работы кривошипно-шатунного механизма возникает инерция, которая становится результатом движения деталей ДВС и воздействия ряда других сил.
Двигатели внутреннего сгорания могут иметь разные схемы расположения цилиндров. Наиболее распространены:
- Рядная схема, когда оси цилиндров находятся в единой плоскости;
- Оппозитная схема означает, что оси цилиндров находятся под углом 180° в двух плоскостях;
- V–образная схема компоновки с осями цилиндров в двух плоскостях;
Встречаются схемы, когда оси цилиндров находятся в двух плоскостях под разным углом, а также аналогичная схема с дополнительным смещением на коленвале и т.д. От той или иной схемы напрямую зависит степень балансировки ДВС.
Лучший баланс демонстрируют оппозитные двигатели. Неплохо сбалансированы рядные двигатели на 4 цилиндра с рабочим объемом до двух литров.
V-образный мотор оптимально сбалансирован только под строго определенными углами между цилиндрами.
При работе ДВС возникают уравновешенные и неуравновешенные силы. К уравновешенным силам можно отнести силу давления газов и силу трения. Неуравновешенными силами является инерция, вес силового агрегата и т.д. Указанные силы получили название силы инерции второго порядка.
Как известно, чаще всего уравновешивание достигается путем установки противовесов на щеках коленвала. Такой способ работает, но не всегда позволяет качественно сбалансировать мотор зависимо от той или иной схемы расположения цилиндров.
Инерция возникает от возвратно-поступательного движения поршней и вращательного движения шатунов. Дополнительно присутствуют также силы инерции в продольной плоскости.
Результатом воздействия этих сил становится вибрация ДВС, что приводит к повышенному уровню шумов, определенным нагрузкам на элементы двигателя, а также к преждевременному износу деталей и механизмов.
Для решения этой задачи в конструкции рядных и других двигателей могут дополнительно к маховику использоваться балансирные валы.
Сила инерции второго порядка уравновешивается двумя балансирными валами, которые могут иметь противовесы. Валы вращаются как с одинаковой скоростью параллельно коленвалу, так и в два раза быстрее частоты вращения коленчатого вала, что зависит от конкретного мотора.
Балансирный вал является стержнем из металла, который имеет достаточно замысловатую форму с выточенными на нем пазами. Вал осуществляет постоянное вращение. Крутится вал в двух подшипниках скольжения. Смазывание данных подшипников реализовано через систему смазки ДВС.
Единственным способом дополнительного уменьшения вибрации ДВС является балансировка агрегата. Рядный четырехцилиндровый мотор получает неуравновешенные силы, которые возникают при движении масс с учетом той или иной частоты вращения коленвала. Величина инерции зависит от объема ДВС, с ростом объема силовой установки инерция увеличивается.
Балансировочный вал устанавливается на рядных четырехцилиндровых моторах с рабочим объемом выше двух литров. Стоит отметить, что установка таких валов приводит к заметному удорожанию конструкции и не особенно активно применяется на автомобилях даже среднего ценового сегмента.
Балансирные валы ставятся парами. Их зачастую располагают симметрично по обеим сторонам коленвала. Местом установки балансирных валов чаще всего становится картер двигателя, чтобы валы оказались ниже коленчатого вала ДВС. Получается, что указанные валы находятся под коленвалом, а местом их установки становится масляный поддон.
Балансирные валы имеют прямой привод от коленвала. Привод реализует вращение уравновешивающих валов в разные стороны.
Угловая скорость вращения балансиров удвоена. Привод может быть выполнен как отдельно посредством зубчатого редуктора или цепной передачи, так и представлять собой совокупность решений. Крутильные колебания от вращения самих валов гасятся пружинным гасителем колебаний, который размещен в приводной звездочке привода уравновешивающего вала.
В процессе работы и благодаря особенностям конструкции привода балансирные валы подвержены серьезным нагрузкам. Наиболее перегружены подшипники, которые расположены в противоположной от привода стороне.
Имеет место их быстрый износ, который проявляется дополнительными шумами и появлением усиленных вибраций. В худших случаях может произойти обрыв приводной цепи.
Дополнительным недостатком становится отбор мощности ДВС, которая расходуется на привод балансирных валов.
Загрузка...
