Балансирные валы

Балансирные валы

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

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

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

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

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

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

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

Балансирные валы: принцип работы, особенности конструкции

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.

Принцип работы балансирных валов двигателя

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

Соединение верхнего балансирного вала с нижним валом происходит при помощи приводов. Привод верхнего вала имеет зубчатый ремень, который специальной шестерней задействует привод нижнего вала.

Рис: utoholding.net

Валы устанавливаются только парами симметрично по обеим сторонам коленчатого вала. При этом балансирный вал всегда совершает вращательные движения в обратную сторону от коленвала, а скорость его движения увеличивается в два раза.

Это позволяет снизить все вибрации двигателя благодаря обоюдной компенсации инерционных сил балансирных валов коленвала, поскольку эти силы всегда направлены друг к другу.

Фиксация балансирных валов осуществляется только продольно при помощи стопорной пластины, которая крепится к кольцевым канавкам. Подобные крепежные канавки располагаются на каждой шестерне верхнего и нижнего балансирного вала.

Принцип действия КШМ основан на образовании инерционных сил от взаимодействия всех его рабочих механизмов и элементов. Одни элементы, например поршни, совершают движения возвратно-поступательного характера, а другие, шатуны – вращательные движения.

Воздействие инерционных сил в цилиндрах двигателя создают сильную вибрацию и повышенный уровень шума в двигателе в целом, что приводит к перегрузу и быстрому износу отдельных элементов двигателя.

Для того чтобы как-то уравновесить вибрации, создаваемые в двигателе, и применяются балансирные валы.

Привод балансирных валов

Привод задействуется от коленвала и предназначен для обеспечения вращательных разносторонних движений валов с установленной угловой скоростью. Зачастую в качестве привода выступает зубчатый ремень.

Для того чтобы снизить вращательные колебания, которые возникают при вращательных движениях вала, используется гаситель колебаний пружинного типа, который устанавливается в звездочке на приводе.

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.

Балансирные валы двигателя и их установка

Балансирные валы двигателя являются вполне типовым элементом среди многих автомобилей иностранного производства. Созданы они, как вы уже, наверное, догадались, для гашения вибрации двигателя, которая возникает в результате его работы. Мы попытаемся более подробно разобраться о принципе работе балансировочных валов, а также определить их недостатки.

Зачем балансирный вал автомобилю?

В ходе возвратно-поступательного движения элементов двигателя, создается весьма ощутимая вибрация. Вот для гашения этой вибрации и был создан балансировочный вал. Как правило, крепится он в картере двигателя, чуть ниже коленчатого вала и приводится в действие путем цепной передачи, или непосредственной — зубчатой.
Балансировочный вал представляет собой металлический элемент с выемками в определенных местах, благодаря чему и создается равномерность распределения веса двигателя и, таким образом, глушится его вибрация, которая возникает в ходе работы. Разумеется, вращается балансировочный вал благодаря наличию подшипников. Вся система балансировки работает в режиме больших нагрузок, так как все колебания принимает на себя.

Установка балансирных валов началась с конца 70-х годов прошлого века, но даже по сей день эта система не лишилась недостатков. О них мы далее и поговорим.

Недостатки балансирной системы двигателя

Первый и главный недостаток – это дорогостоящий ремонт системы. Так как состоит она из множества мелких деталей, а также при произведении любых ремонтных работ нуждается в дополнительной балансировке, то и ценник на услуги восстановления балансирных валов весьма большой. Поэтому многие автомобилисты, когда система балансировки выходит из строя, предпочитают не ремонтировать ее, а просто удалять из двигателя.

Да, вибрация в таком случае становится немного больше, но подушки двигателя отлично справляются с ее гашением.

Вторая проблема, связанная с применением балансирных валов – это солидная потеря мощности. Использование этих валов снижает мощность мотора до 15 лошадиных сил, так как двигатель прикладывает больше усилий при вращении всех элементов. Это сказывается и на динамике мотора и на расходе топлива.

Поэтому, нужны ли вообще балансирные валы на автомобиле – это большой вопрос. Вполне реально придумать более совершенные системы гашения вибрации, но, видимо производители намеренно усложняют конструкцию двигателей, чтобы владельцы автомобилей чаще обращались в сервисные центры.

Читайте также:

• Принцип работы инжектора

Большинство автомобилей оснащено инжекторной системой питания, которая была изобретена еще в середине прошлого века. Пришла эта система на смену карбюраторам, которые имели большое количество недостатков, да и просто изжили себя, как механизм, в силу различных причин. Поэтому нет сомнений в том, что инжектор – это огромный шаг вперед в области автомобилестроения. Как создавался инжектор, .

Говорить лишний раз о том, как важна своевременная замена масла, не стоит. Каждый автомобилист и так понимает такие элементарные вещи. Тем не менее, даже в такой простой процедуре, как замена масла есть нюанс – использование специальной промывки. Ведь меня масла, мы не удаляем весь шлак и осадок, который образовывается на поверхности деталей. В результате, очередная смена моторного масла .

Большинство автолюбителей считают, что существуют лишь классические кислотно-щелочные аккумуляторы (EFB), более продвинутые расскажут, что есть еще и гелиевые источники питания (GEL). Но мало кто знает о такой технологии для производства аккумуляторных батарей, как AGM. По ценовой шкале такие аккумуляторы находятся где-то посередине между батареями первых двух типов и имеют ряд отличительных .

Балансировка двигателей: описание,фото,видео.

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:

1. Расположение в ряд, когда цилиндры располагаются в одной плоскости.
2. Оппозитная схема, когда оси цилиндров находятся в одной плоскости противоположно направлены друг другу.
3. 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.

Коварство балансировки, или Почему стук — это к деньгам. Разборка ABW.BY

Можно сколько угодно удивляться терпению некоторых белорусских автовладельцев, продолжающих ездить, несмотря на наличие явных признаков неисправности машины. Однако без причины и рак на горе не свистнет. Если на стуки и вибрации двигателя не обращает внимания хозяин Hyundai Santamo 1998 года выпуска, то учитывая, сколько стоит сегодня такой автомобиль, скорее всего, дело не в спартанской выдержке водителя, а в чем-то другом.

Впрочем, на вопросы финансового обеспечения эксплуатации личных транспортных средств отвлекаться не будем. Нас интересует техническая сторона проблемы с мотором Santamo. А она любопытна тем, что источником стука и вибрации в рассматриваемом случае стала система, о которой упоминается настолько редко, что кое-кто из владельцев даже не догадывается, что в двигателях их автомобилей это присутствует.

Поэтому для начала неглубоко копнем теорию. Во время работы двигателя возникают силы инерции от двигающихся возвратно-поступательно поршней, поршневых колец и пальцев, вращающегося коленвала, а также шатунов, участвующих одновременно в возвратно-поступательном и вращательном движении.

Эти силы и моменты от них, кроме того что имеют значительную величину, периодически изменяются по величине и направлению, чем вызывают нежелательную вибрацию двигателя. Для устранения негативного влияния вибраций силы инерции уравновешивают.

Изо всех возможных способов уравновешивания рассмотрим только тот, который имеет непосредственное отношение к случившемуся в двигателе Santamo, а именно — к уравновешиванию с помощью балансирных валов.

Балансирные валы могут устанавливаться непосредственно в блоке цилиндров либо идти в составе отдельного узла, который крепится к блоку цилиндров.

Однако независимо от исполнения системы уравновешивания, количества валов и типа их привода принцип действия всегда один.

Благодаря тому, что из-за формы балансирного вала или наличия противовесов его масса смещена в сторону от продольной оси, при вращении вала также возникает сила инерции. Если она равна по величине и противоположна по направлению силам, которые требуется уравновесить, достигается эффект компенсации инерции от движущихся деталей кривошипно-шатунного механизма, чем и пользуются разработчики силовых агрегатов.

Теперь от теории перейдем к практике. Когда, по словам владельца, стук в двигателе стал просто невыносим, машину все-таки загнали на СТО. После того как с мотора сняли масляный поддон, в нем был обнаружен предмет, в котором ремонтники без труда опознали втулку подшипника скольжения балансирного вала.

Чтобы извлечь сам вал, пришлось продолжить разборку двигателя и демонтировать масляный насос, с которым вал связан и от которого не только приводится, но и по каналу, выполненному внутри вала, получает смазку под давлением для своей опоры с подшипником скольжения.

Дальнейшая инспекция показала наличие на опорной шейке балансирного вала задира и выработки, которая, по всей видимости, появилась после того, как вкладыш подшипника выпал в поддон.

Кроме того, на теле вала была обнаружена выемка, будто выточенная каким-то резцом.

Где находится этот «резец», тоже не осталось тайной. Вал, после того как из его опоры выпала втулка, стал задевать за блок цилиндров.

Однако это, скорее всего, произошло не сразу, а после того как вал, лишившись опорной втулки, разбил опору и получил достаточную свободу, чтобы начать доставать блок цилиндров. И разбитая опора балансирного вала оказалась самой неприятной из всех находок.

Такое развитие событий вновь, хочешь или не хочешь, возвращает нас к финансовому вопросу. Балансирный вал и его втулку можно купить — запчасти эти сравнительно недороги. А вот опора выполнена в блоке, что означало необходимость его замены и сулило совсем другие денежные затраты на ремонт.

Народная мудрость гласит, что любой стук рано или поздно вылезет наружу. В рассматриваемом случае этого не произошло, хотя, судя по следам, оставшимся на внутренней поверхности блока цилиндров, балансирным валом подобная попытка была сделана, но до конца не доведена.

У владельца не хватило терпения продолжить ездить с шумом, заставляющим прохожих оглядываться на проехавший мимо автомобиль, однако в силе осталась другая любимая поговорка ремонтников: стук — это к деньгам. У кого-то их станет меньше, а у кого-то соответственно прибавится.

Сергей БОЯРСКИХ Фото автора и из открытых источников ABW.BY

Благодарим за консультации и помощь в организации фотосъемки korea-motors.by

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.

Ремонт балансирных валов

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

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

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

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

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

Балансировочные валы двигателя принцип работы

Миша-Сан

Группа:
Главные администраторы
Сообщений: 10512
Регистрация: 10.12.2009
Из: Нижегородской обл. ‘152 RUS
Вне форума
Авто: Volvo XC90 2.5T

Вот подумалось, многие пишут, мол балансиры не нужны в 4г63, от них только лишний гемор!
Давайте обсудим плюсы и минусы их присутствия в данном моторе, а так же плюсы и минусы их отсутствия.
Ну а так же обсудим грамотные способы их удаления, что, как и где!
Поехали!

Миша-Сан

Группа:
Главные администраторы
Сообщений: 10512
Регистрация: 10.12.2009
Из: Нижегородской обл. ‘152 RUS
Вне форума
Авто: Volvo XC90 2.5T

Супер Технический Маньяк

Группа:
Технический Маньяк
Сообщений: 897
Регистрация: 11.5.2010
Из: Воронеж
Вне форума
Авто: Outlander 2,4 Mivec AT

Мишань, не понимаю — зачем.

Плюсов ИМХО — нет т.к. двиг расчитан с ними!

Минус только один — при обрыве ремня привода правого балансира можно попасть на ГРМ, ШПГ и т.п, но если вовремя и правильно менять ремни — это исключено почти полностью.

Это мера исключительно вынужденная, когда экономически нецелесообразно балвалы и их посадки ремонтировать.