Для чего нужны балансировочные валы в двигателе
Назначение и принцип работы балансирных валов двигателя
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.
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
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.
Балансирный вал двигателя
Балансирный вал двигателя, он же уравновешивающий вал — это деталь не простой конструкции, функция которой заключается в снижении вибрации двигателя.
- Что такое балансирные валы.
- Принцип работы балансирных валов.
- Привод балансирных валов.
- Ремонт балансирных валов.
- Как уменьшить вибрацию двигателя.
Что такое балансирные валы
ДВС — это устройство сложной конструкции, основанной на преобразовании одной энергии в другую. Чем сложнее устройство, в данном случае, чем больше цилиндров имеет двигатель, тем сильнее создаются вибрации и колебания отдельных деталей, и двигателя целиком.
Цилиндры в ДВС располагаются по-разному:
- Рядная схема двигателя. Это такая, при которой оси цилиндров находятся в одной плоскости.
- Оппозитная схема. Оси цилиндров на противоположной стороне, то есть через 180 градусов.
- V-образная схема ДВС. Оси цилиндров в В-образных моторах располагаются в разных плоскостях.
Во всех двигателях существуют два вида сил:
- Уравновешенные. Уравновешенные силы — это сила давления, сила трения.
- Неуравновешенные. Неуравновешенные силы — это вес силового привода, сила инерции (то есть обратная сила).
В связи с тем, что двигатели не могут работать без вибрации, конструкторами была придумана деталь, которая сводит к минимуму повышенные значения вибрации и колебания.
Балансирный вал представляет собой цилиндрический стержень с имеющимися на нем пазами. Уравновешивающий вал гасит силы инерции второго порядка. Силы второго порядка в двигателе внутреннего сгорания не уравновешиваются путем установки дополнительных грузов на щека коленчатого вала. К силам первого порядка относится масса кривошипа, радиус его движения, угловая скорость и угол поворота. К силам второго порядка в ДВС относятся лямбда, то есть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.
Принцип работы балансирных валов
Балансирные валы устанавливаются парами, по разные стороны от коленвала с симметричным расположением. Насаживаются валы для балансировки на подшипники скольжения, которая обеспечивается смазкой мотора.
Коленчатый вал ДВС вращает балансирные валы. Один балансирный вал вращается в одну сторону, второй — в другую. Вращаются балансиры со скоростью, в два раза больше скорости вращения коленвала.
А знаете ли вы, что перенатяг дифференциала — это показатель динамики управления и проходимости по бездорожью.
Привод балансирных валов
Привод для балансирных валов делают таким образом, чтобы передаваемое усилие коленвалом балансирным валам осуществлялось через зубчатый редуктор или ременной передачи, или комбинированного привода (зубчатый редуктор+ременная передача).
Ремонт балансирных валов
Во время работы ДВС, установленные балансирные валы испытываются большие нагрузки. Самая большая доля нагрузки приходится на дальние подшипники, в связи с чем, больший износ балансировочных валов происходит в местах соединения с подшипниками и самих подшипников. Если нагрузки на балансирующие валы превышает допустимую, то слышны шумы, ДВС вибрирует сильнее, из-за чего, также, рвется цепь привода балансиров.
Полная съемка работы на видео в автосервисе. Работа по удалению балансировочных валов D4CB, автомобиль Хендай Гранд Старекс.
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.
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.
Почему двигатель может вибрировать на холостых оборотах. Причины неисправности, диагностика. Советы и рекомендации по снижению уровня вибраций мотора.
Особенности и отличия оппозитного двигателя от других поршневых ДВС. Преимущества оппозитного мотора, минусы данной конструкции, нюансы обслуживания.
Шкив коленчатого вала двигателя: назначение, разновидности шкивов коленвала, способы фиксации. Откручивание болта или гайки шкива своими руками: способы.
Когда и почему возникает необходимость настроить актуатор турбокомпрессора. Принцип работы устройства, особенности и доступные способы настройки вестгейта.
Как выставить начало момента впрыска топлива на дизельном двигателе. Различные способы настройки УОВ. Советы и рекомендации при самостоятельной настройке.
Назначение, детали и основные элементы кривошипно-шатунного механизма (КШМ)
Назначение и принцип работы балансирных валов двигателя
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
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.
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 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.
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:
Опубликовано: 18 ноября 2021
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.
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.
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.
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.
Балансирные валы
Воскресенье, 28 мая 2017
Что такое балансирные валы и какие функции они выполняют — рассмотрим в этой статье.
Когда кривошипно-шатунный механизм начинает свою работу, его составляющие приходят в движение, и появляются силы инерции. Силы инерции подразделяются на две группы: силы вращающихся масс ( шатуны ) и возвратно-поступательно движущихся масс (поршни). При работе многоцилиндрового мотора в некоторых из цилиндров под действием инерционных сил появляются моменты инерции в продольной плоскости. В итоге все перечисленные силы приводят к появлению в силовой установке вибраций, как итог, изнашиваются многие важные элементы, появляются сильные шумы и перегрузки.
Балансировка силовой установки – вот основной способ, позволяющий снизить степень вибрации. Чтобы ее уравновесить, на щеках коленчатого вала часто устанавливают противовесы. Этот способ является распространенным и проверенным, но даже он не спасает и не позволяет уравновесить инерционные силы, которые появляются в силовых установках разных компоновочных схем. К примеру, инерционные силы второго порядка останутся неуравновешенными в четырехцилиндровом рядном ДВС. А чем большим станет объем силовой установки, тем большими будут инерционные силы.
Что поможет решить данную проблему для четырехцилиндровых моторов объемом в 2 литра и более? Это сделает установка дополнительных валов с противовесами. Их еще называют балансирными валами. Эти валы еще в 1976 году начала применять компания Mitsubishi, ставшая настоящим первопроходцем и новатором. Тогда применяемая технология получила логичное название Silent Shaft, что в переводе означает бесшумный вал. На сегодняшний день этот тип валов часто используется прочими производителями, такими как Mercedes-Benz, GM, Audi и VW.
Установка балансирных валов осуществляется попарно и симметрично с обеих сторон коленчатого вала . Их оптимально устанавливать ниже коленчатого вара в картере мотора, что позволяет эффективно использовать предоставленный для их установки объем. Сам по себе балансирный вал – это деталь, обладающая довольно сложной формой, и внешне представляющая собой стержень из металла с выбранными в нем пазами. Его вращение осуществляется в обоих подшипниках скольжения, которые смазываются в составе системы смазки мотора.
Эффективное вращение валов в различные стороны с удвоенной угловой скоростью производится приводом балансирных валов сразу от коленчатого вала . Приводом при этом могут выступать цепная передача или зубчатый редуктор, но бывают ситуации, при которых оба этих привода используются вместе.
В момент вращения валов усиливается необходимость погасить крутильные колебания, для чего и производится установка пружинного гасителя колебаний. В процессе работы на балансирные валы идет серьезная нагрузка, что способно быстро изнашивать подшипники и важные составляющие привода. В процессе износа появляются вибрации и шумы, и закончиться он может внезапным обрывом приводной цепи. Последствия для силовой установки в этом случае будут очень серьезными и приведут к необходимости дорогостоящего ремонта.
Чтобы произвести ремонт балансирных валов, потребуется немало средств. По этой причине некоторые умельцы предпочитают вместо ремонта избавиться от валов, закрыв отверстие в картере при помощи заглушек. При этом степень вибрации значительно возрастет, но с ней неплохо справятся опоры двигателя. Впрочем, высокая степень износа – это далеко не единственная проблема, возникающая при использовании балансирных валов. Еще одной трудностью может стать существенное удорожание конструкции силовой установки, что способно привести к значительным потерям мощности – вплоть до 10-15 л.с..
Все о балансировочном вале (гаситель крутильных колебаний) видео, лекция:
Балансирные валы мотора: зачем нужны и как работают?
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:
- 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
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.
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.
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.
