Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Уравновешенность и уравновешивание поршневых ДВС

Уравновешенность и уравновешивание поршневых ДВС. Влияние на уравновешенность конструктивного фактора.

Силы, возникающие при работе автомобильных и тракторных двигателей, можно разделить на два вида: уравновешенные и не-уравновешенные.

Уравновешенными силами называют силы, равнодействующая которых по отношению к опорам двигателя равна нулю и которые при их суммировании не дают свободного момента. К таким силам относятся силы давления газов в цилиндре двигателя и силы трения.

К неуравновешенным силам относят силы, которые передаются на опоры двигателя: вес двигателя, реакции выпускных газов и движущихся жидкостей, центробежные силы инерции вращающихся масс двигателя, силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс двигателя, касательные силы инерции вращающихся масс, возникающие вследствие непостоянной угловой скорости вращения коленчатого вала.

Во всех поршневых двигателях имеет место также переменный реактивный момент, при любом положении коленчатого вала равный по величине, но противоположный по направлению крутящему моменту двигателя. В обычных автомобильных и тракторных двигателях реактивный момент уравновесить невозможно и во время работы он всегда передается на раму автомобиля или трактора.

Неуравновешенные силы, переменные по величине и направлению, могут вызвать вибрации, как двигателя, так и всего автомобиля или трактора, причем наибольшие сотрясения вызываются силами инерции вращающихся и поступательно движущихся масс двигателя.

С увеличением равномерности крутящего момента двигателя вибрации двигателя, зависящие от реактивного момента, уменьшаются.

Неуравновешенные силы, постоянные по величине и направлению, вибраций двигателя не вызывают.

Вибрации двигателя при недостаточной жесткости его деталей могут возникнуть также под действием переменных сил давления газов. Эти вибрации устраняются увеличением жесткости деталей двигателя. Для устранения отрицательных последствий, связанных с наличием вибраций, двигатель должен быть динамически уравновешен.

В уравновешенном двигателе при установившемся режиме работы силы и моменты сил, передаваемые на его опоры, постоянны по величине и направлению или равны нулю.

Уравновешивание современных автомобильных и тракторных двигателей можно осуществить двумя способами:

  1. расположением определенным образом цилиндров и выбором такой кривошипной схемы коленчатого вала, чтобы переменные силы инерции и их моменты взаимно уравновешивались;
  2. созданием с помощью дополнительных масс (противовесов) новых сил, в любой момент времени равных по величине, но противоположных по направлению основным уравновешиваемым силам.

Очень часто оба эти способа применяются одновременно.

Далее рассматриваются способы уравновешивания лишь наиболее значительных сил и их моментов, к числу которых относятся:

P 1 j – гармонически изменяющаяся сила инерции первого порядка от возвратно-поступательно движущихся масс;

P 2 j гармонически изменяющаяся сила инерции второго порядка от возвратно-поступательно движущихся масс;

Рr центробежная сила инерции неуравновешенных вращающихся масс;

M1 – свободный момент от сил инерции первого порядка;

М2 – свободный момент от сил инерции второго порядка;

Mr – свободный момент от сил инерции вращающихся масс.

Особенно значительные вибрации могут вызываться неравномерным реактивным моментом и гармонически изменяющимися силами инерции и их моментами при резонансе, т. е. в случае, если частоты этих сил или моментов становятся равными частоте собственных колебаний двигателя на опорах.

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 35 ; Нарушение авторских прав

Уравновешивание гоночных подвесных моторов

Как известно, при работе двигателя в движущихся частях кривошипного механизма возникают силы инерции. Эти силы являются основной причиной вибрации двигателя и вызывают появление знакопеременных нагрузок в отдельных его деталях, что приводит к усталости материала этих деталей, а иногда и их поломке. Поэтому уравновешивание гоночных подвесных моторов (ГПМ) является основным путем для повышения их надежности.

Прежде чем приступить к рассмотрению конкретных примеров уравновешивания ГПМ, напомним некоторые основные понятия из кинематики и динамики шатунно-кривошипного механизма поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Если в точке О мы имеем вал (рис. 1) с кривошипом О А и если в точке А приложено усилие Р, направленное касательно к окружности, описываемой при вращении точкой А, то крутящим моментом М называется произведение усилия на плечо:

где R = О А, т. е. R — радиус кривошипа.

Обращаясь к рис. 2, мы видим, что сила давления газов на поршень Р, действующая по оси цилиндра, передается через шатун ВА пальцу кривошипа. Угол φ представляет переменный угол поворота кривошипа в данный момент. Угол наклона шатуна обозначим через ψ.

Сила Р, действующая по оси цилиндра, может быть разложена по правилу параллелограмма на две силы: силу Р’, действующую вдоль шатуна, и горизонтальную силу N давления на зеркало цилиндра. Тогда:

Силу Р’, в свою очередь, разложим на касательное усилие в пальце кривошипа Т и усилие, направленное по радиусу:

Для определения величины касательного усилия на пальце кривошипа необходимо знать:

1) переменную силу давления газов на поршень;

2) вес частей кривошипного механизма;

3) переменную силу инерции движущихся частей кривошипного механизма.

Давление газов определяется при тепловом расчете двигателя. Вес частей шатунно-кривошипного механизма определяется по геометрическим размерам деталей и плотности их материала или взвешиванием. Переменную силу инерции определяют путем динамического расчета шатунно-кривошипного механизма.

Поршень двигателя, перемещаясь от в. м. т. к н. м. т. и обратно, развивает в каждый данный момент определенную скорость, величина которой зависит от скорости вращения кривошипа и угла его поворота.

Переменная скорость, определяемая для каждого момента вращения кривошипа, называется истинной скоростью. Максимальная ее величина определяется выражением:

R — радиус кривошипа, м;
L — длина шатуна, м;
ω — угловая скорость вращения град/сек;

n — число оборотов коленчатого вала, об/мин. Средняя скорость поршня является величиной, получаемой из выражения:

Под ускорением поршня подразумевается изменение его скорости в единицу времени. Ускорение выражается следующей формулой:

Если считать шатун бесконечно длинным, то R/L можно считать равным нулю. Тогда j = Rω 2 cosφ; ускорение поршня в данном случае достигает наибольшей величины в в. м. т. и н. м. т. В этих точках оно равняется Rω 2 , а по середине хода равно нулю.

Для шатуна конечной длины в в. м. т. при φ = 0:

а в н. м. т. при φ=180°:

Пример 1. Определим максимальную и среднюю скорости и максимальное ускорение поршня при n=10000 об/мин; S = 2R = 60 мм и:

Сила инерции движущихся частей математически выражается как произведение массы движущегося тела на его ускорение, взятое с обратным знаком, т. е. К = —Mj, где М — масса движущихся частей. Масса, в свою очередь, выражается как М = G/g , причем G — вес частей, а g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек 2 .

Сила инерции прямолинейно движущихся частей создается от ускорения массы деталей, входящих в поршень, и верхней части шатуна в течение короткого промежутка времени, соответствующего примерно ‘At оборота коленчатого вала.

Когда скорость поршня увеличивается, сила инерции направлена навстречу направлению его движения, а когда уменьшается — в сторону его движения. Когда скорость достигнет максимальной величины (и вплоть до начала ее уменьшения), сила инерции равна нулю.

В в. м. т. φ = 0°; К = —MRω 2 (1 + λ). Сила инерции берется со знаком минус при ее противодействии вращению коленчатого вала и с плюсом, когда она способствует его вращению.

Пример 2. Пусть вес прямолинейно движущихся частей ГПМ («Ураган-175») равен 0,276 кг; R = 0,03 м; п= 10000 об/мин;

Этот пример показывает, что инерционные силы достигают больших значений, в связи с чем они и могут вызвать вибрацию мотора и корпуса судна.

В том случае, когда силы инерции движущихся частей взаимно уравновешиваются, неподвижные части двигателя не испытывают никаких инерционных усилий. Однако, если силы инерции движущихся частей не уравновешиваются внутри двигателя, неподвижные части последнего также приходят 8 неравномерное колебательное движение, что приводит к возникновению в них инерционных сил, равных по величине и противоположных по знаку силам, возникающим в движущихся частях.

Читать еще:  Двигатель бмв м52б28 характеристики

Обозначив в формуле, выражающей силу инерции,

Первое слагаемое называется силой инерции первого порядка; второе — силой инерции второго порядка. Каждое из этих слагаемых может быть представлено как проекция двух векторов С = С1 и Сλ = С2 на ось цилиндра (рис. 3), причем вектор С1 вращается с угловой скоростью ω, а вектор С2 — со скоростью 2ω. Вектор C1 может быть представлен как действующая по кривошипу ОА центробежная сила массы, равной массе прямолинейно движущихся частей поршневой группы данного цилиндра. В этом случае масса рассматривается сосредоточенной на оси кривошипе (точка А). То, что C1 является центробежной силой, вытекает из основного положения о центробежной силе:

Точно так же для вектора С2 находим:

Кроме действия прямолинейно движущихся частей, следует считаться с действием центробежных сил инерции, возникающих от вращения масс, расположенных на коленчатом валу. Такая центробежная сила может быть выражена как:

где Mвр — масса вращающихся деталей.

Центробежные силы инерции всегда направлены через ось вращения коленчатого вала и центр тяжести вращающихся масс деталей кривошипа к периферии, т. е. являются силами первого порядка, и остаются неизменными при данной угловой скорости ω.

Для уравновешивания сил инерции движущихся частей на практике используются противовесы.

Рассмотрим возможности уравновешивания одноцилиндрового двигателя ГПМ. В этом двигателе нам необходимо уравновесить:

а) силы инерции первого порядка

б) силы инерции второго порядка (детали, совершающие сложные движения)

в) силы инерции вращающихся масс первого порядка С3 = МврRω 2 ; разложив их на две составляющие, получим:

Сила С1 может быть уравновешена противовесами коленчатого вала. Если укрепить на радиусе R массу М1 то вертикальная составляющая центробежной силы противовеса (рис. 4) будет равна Cy = MRω 2 cosφ и направлена в сторону, противоположную направлению сил инерции первого порядка. Но зато получается свободная горизонтальная составляющая Cx = MRω 2 sinφ. По существу же, здесь сила первого порядка не уничтожена, а только смещена по времени и в плоскость, перпендикулярную оси цилиндра.

Можно поставить противовес с размерами, соответствующими M/2. Тогда будет уравновешена половина сил инерции первого порядка, что уже несколько лучше, хотя полностью задачу не решает.

Силы инерции второго порядка С2 сохраняются полностью.

Центробежная сила С4 уравновешивается полностью постановкой соответствующих противовесов на направление того же радиуса (только с противоположной стороны).

Из вышесказанного следует:

а) одноцилиндровый двигатель с одним кривошипом полностью уравновесить (практически) невозможно;

б) двухцилиндровый двигатель с апозитивным расположением цилиндров и одновременной их работой может быть уравновешен полностью;

в) двухцилиндровый двигатель с рядным расположением цилиндров и чередованием работы 180° уравновешивается удовлетворительно;

г) двухцилиндровые двигатели рядный с чередованием работы 0° и с апозитивным расположением цилиндров и чередованием работы 180° можно рассматривать как два одноцилиндровых двигателя с чередованием работы 0°, т. е. их уравновешенность хуже, чем одноцилиндрового двигателя.

Пример расчета уравновешивания

Произведем предварительный расчет уравновешивания шатунно-кривошипного механизма ГПМ «Ураган-175».

Данные для расчета: длина шатуна L = 110 мм; радиус кривошипа R = 30 мм; вес поршня с деталями и части шатуна Gп = 276 г; вес части шатуна и деталей кривошипного подшипника Gк = 118 г. Общий вес шатуна Gш = 134 г.

n = 10000 об/мин; ω = 1047,2 Г/сек; ω 2 = 1096627,84 1°/сек.

Вес соответствующих частей шатуна получен путем поочередного взвешивания каждой головки относительно оси противоположной головки; при этом линия, соединяющая их оси, должна быть строго горизонтальна (Gшп + Gшк = Gш; соответственно: 55 + 79 = 134 г).

Определим необходимую точность уравновешивания деталей, участвующих во вращательном движении. Возьмем вес 1 г; тогда:

Из этого следует, что ошибка в уравновешивании на 1 г при 10000 об/мин создает инерционные силы первого порядка, равные 3 кг 354 г.

Все это остается справедливым и для деталей, движущихся прямолинейно, т. е. для поршня с его деталями и верхней части шатуна, так как C1 = MпRω 2 . Смещение 1 г противовеса по радиусу кривошипа на ±1 дает:

Для уравновешивания двигателя нам необходимо установить противовесы, приведенные к радиусу R = 30 мм.

Исходя из конструкции коленчатого вала ГПМ «Ураган-175» (или «Дельфин») мы вынуждены установку противовесов заменить снятием (выбиранием) металла из щек коленчатого вала. Определим количество удаленного металла: Сп = 276 г, так как из вышесказанного следует, что уравновешивать следует только половину, т. е. 138 г. Gк = 118 г (этот вес должен быть уравновешен полностью). Общий вес снимаемого металла составляет:

т. е. по 128 г на каждую щеку коленчатого вала (Gн/2 = 128 г). Но на каждой щеке уже сделаны выборки для размещения головки шатуна и смазки подшипника. Пользуясь соответствующими уравнениями стереометрии, следует определить объем и центр тяжести этой выборки. Определив объем, определяем вес: P=γυ, где υ = 9,11 см 3 (объем выборки для «Урагана-175»), а γ = 7,85 г/см 3 — плотность металла. Отсюда G = 7,85 · 9,11 = 71,51 г. Центр тяжести лежит на радиусе R’ = 31,13 мм.

Приведем вес выборки к радиусу кривошипа R = 30 мм:

где R’—радиус центра тяжести.

Остаток целесообразно выбрать двумя сверлениями, расположенными симметрично относительно радиуса кривошипа (рис. 5). Для простоты решения сверления выполним на радиусе R = 30 мм. Определим вес каждого сверления (высверленного металла): G = 2GCcosα. Угол возьмем а=60°, тогда:

так как эти отверстия для уменьшения потерь необходимо закрыть заглушками, вес высверливаемого металла следует увеличить на вес заглушек.

Качество уравновешивания зависит от точности выполнения расчетов и обработки коленчатого вала. Проверка уравновешенности производится на призмах для статической балансировки. Проверку следует производить для каждой щеки раздельно, т. е. при разобранном коленчатом вале; при этом заглушки, учтя их вес в грузе для проверки, запрессовывать не следует. Расположение половины коленчатого вала на призмах и крепления контрольного груза ясно из рис. 6.

Контрольный вес равен:

где Gн — полный неуравновешенный вес;
Gз — вес заглушек;
Gк — контрольный вес.

Вместо пальца кривошипа следует вставить пробку из того же материала, что и палец. Посадка заглушки ходовая. Строго из центра пробки должен выходить тонкий штырь для подвески груза.

Проверка коленчатого вала в сборе с шатуном и поршнем производится как показано на рис. 7.

Контрольный вес для коленчатого вала в сборе определяется следующим образом:

т. е. контрольный вес равен половине веса всех частей, движущихся возвратно-поступательно. Этот вес должен быть приложен на противоположном конце продолжения радиуса кривошипа; так как приложение его на радиусе, равном радиусу кривошипа, может представить некоторую сложность, то его можно пересчитать на любой другой более удобный радиус:

где R’ — новый выбранный радиус;
R — радиус кривошипа.
Для приведенного примера:

Вывод. Одноцилиндровый двигатель ГПМ типа «Ураган-175», «Дельфин» (RM-175) может быть уравновешен в наилучшем случае только на половину веса деталей, Движущихся возвратно-поступательно, но и такой степени уравновешенности при помощи статической балансировки достигнуть удается не всегда.

Наиболее высокие результаты уравновешивания можно получить при динамической балансировке на специальном балансировочном станке.

Что такое уравновешивание двигателя

Одно- и двухцилиндровые двигатели первых автомобилей не требовали от их конструкторов новых методов динамического расчета или специальных исследований, так как динамика поршневых двигателей в это время была достаточно разработана теорией и практикой паровых машин. Необычно высокое число оборотов коленчатого вала в минуту (500—800, а затем 1000—1500 и выше) заставляло только более тщательно отнестись к динамике и балансировке кривошипно-шатунного механизма.

Читать еще:  Что такое имульсия в двигателе

Однако с дальнейшим повышением числа оборотов коленчатого вала и увеличением числа цилиндров пришлось обратить внимание на особенности динамики многоцилиндровых автомобильных двигателей.

Методы расчета противовесов и их конструкция не создавали затруднений, так как можно было использовать опыт конструирования паровых машин и двигателей внутреннего сгорания. Пришлось искать наиболее рациональные формы коленчатых валов с точки зрения чередования рабочих ходов в отдельных цилиндрах, лучшего наполнения и наивыгоднейшей динамики. Сначала была выработана наиболее выгодная форма с точки зрения взаимного расположения кривошипов для четырехцилиндровых, затем для шести- и более- цилиндровых двигателей.

В первое десятилетие XX в. после многочисленных опытов и постройки пробных и серийных конструкций было установлено, что для уравновешивания моментов сил инерции наиболее выгодным являются симметричные валы, у которых равноудаленные от середины вала кривошипы направлены в одну сторону и лежат в одной плоскости.

Весьма показательно, что в одно- и двухцилиндровых двигателях автомобилей конца XIX в. было достигнуто число оборотов в минуту, близкое к 2000 и даже выше, но с появлением четырехцилиндровых двигателей число оборотов коленчатого вала опять снизилось до 800—1000 в минуту, что объясняется недостаточно хорошей балансировкой и неотработанной динамикой этих двигателей.

Преимущества многоцилиндровых двигателей были оценены на первых же шагах автомобилестроения. Поэтому, как только появилась необходимость в двигателях повышенной мощности, главным образом для гонок, одно- и двухцилиндровые двигатели перестали удовлетворять новым требованиям и конструкторы начали рабов

тать над четырехцилиндровыми двигателями, как наиболее простыми. Заводы Панар — Левассор, Ланчестер, Готеро, Брийе в это же время разработали трехцилиндровые двигатели с линейным расположением цилиндров, обеспечив этим базу для постройки в дальнейшем шестицилиндровых двигателей. Дело в том, что практика показала полную пригодность в четырехцилиндровых двигателях коленчатых валов с расположением колен под 180°, т. е. плоских и сравнительно простых в изготовлении обычной ковкой. Для трехцилиндровых двигателей понадобилось выполнять пространственные коленчатые валы с расположением колен под 120°, что усложнило их изготовление. Поэтому, несмотря на полную взаимную уравновешенность сил инерции первого и второго порядка и возможность уравновешивания моментов сил первого порядка при помощи противовесов, трехцилиндровые двигатели не получили распространения, хотя и имели достаточно совершенную динамику.

Когда потребовались более совершенные двигатели для первоклассных комфортабельных автомобилей, возникли шестицилиндровые двигатели, обладавшие повышенной мощностью и лучшей динамикой. Динамика шестицилиндровых автомобильных двигателей оказалась весьма совершенной, так как удалось уравновесить полностью силы инерции первого и второго порядка и их моменты благодаря применению симметричного коленчатого вала с расположением колен под 120°, соединив, по существу, два трехцилиндровых двигателя, при этом моменты от сил, возникающих в первых трех цилиндрах, полностью уравновешиваются моментами от последних трех, так как при любом положении вала имеют ту же величину, но противоположное направление.

Для чего нужны балансировочные валы в двигателе

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.

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.

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.

Читать еще:  Что такое паровой колесный двигатель

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.

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.

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.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector