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
Источник: https://www.abw.by/novosti/experience/202196
Балансировочные валы на TD 4
Не все владельцы дизельного Ленд Ровер Фриленедр 2 знают одну особенность устройства дизельного двигателя TD4. Дело в том, что 4-х цилиндровый дизельный двигатель на ФРИЛЕНДЕР 2 TD4 имеет низкий балансировочный эффект и по умолчанию подвержен значительным вибрациям, и от этого никуда не денешься – такова особенность всех дизельных ДВС. И именно 4-х цилиндровых. V-образные дизельные ДВС , а так же 6-ти цилиндрованные более сбалансированы при работе.
Немного поясним в что именно мы имем ввиду:
Например возьмем тот момент времени работы дизельного двигателя TD4, когда поршни 1-го и 4-го цилиндров находятся в верхней мертвой точке (ВМТ), если смотреть на рисунок приведенный выше то это два крайних поршня. В то время как поршни 3-го и 2-го цилиндров находятся в нижней мертвой точке (НМТ).
Силы возникающие при опускании поршней 1 и 4 отличаются от сил, необходимых для подъема поршней 3 и 2, такова физика процесса, и получается, что разность этих сил вызывает дисбаланс при вращении двигателя.
Поэтому для уравновешивания этих сил и внедрен механизм балансировочных (балансирных) валов, с целью создания противо-направленных сил, то есть, в двигателе TD4 эти силы компенсируются созданием противо-направленных сил. Для этого используются противовесы на балансирных валах.
Вращающиеся уравновешивающие валы создают противодействие для уравновешивания дисбаланса дизельного двигателя TD4, создаваемого компонентами двигателя возвратно-поступательного действия.
А сам дисбаланс создается в 4-цилиндровом двигателе, потому что пары поршней перемещаются в противоположных направлениях во время рабочих тактов двигателя.
И для того, чтобы уравновесить противодействующие силы парных поршней, масса уравновешивающих валов должна находиться в нижней мертвой точке (НМТ), в то время как пара поршней находится в верхней мертвой точке (ВМТ).
- Для компенсирования изменяющихся сил противовесы должны находится в НМТ в то время, когда поршни перемещаются по направлению к ВМТ.
- Так как такая ситуация наблюдается дважды на каждый оборот коленчатого вала, частота вращения балансирных валов в два раза больше частоты вращения коленчатого вала.
- Сами балансирные валы устанавливаются ниже коленчатого вала и приводятся шестерней, которая расположена (комбинирована) в коленвал, расположенной вблизи противовеса (щеки) поршня третьего цилиндра.
Один балансирный вал приводится непосредственно от коленчатого вала двигателя и вращается в противоположную сторону по отношению к направлению вращения коленчатого вала.
А вот второй балансирный вал приводится от первого балансирного вала и вращается в ту же сторону, что и коленчатый вал.
Зазор между шестерней коленчатого вала и блоком шестерен балансирных валов регулируется с помощью специального инструмента.
Для регулировки зазора необходимо использовать прокладки, которые устанавливаются между блоком цилиндров и корпусом узла балансирных валов.
А посему, в связи с тем, что ниже коленвала дизельного двигателя TD4 расположен еще и модуль балансирных (уравновешивающих) валов, нижняя часть блока-цилиндров дизельного двигателя TD4, удлинена так называемой насадкой поддона, или удлинителем.
И уж только на нее и прикрепляется сам поддон. Таким образом конструкция нижней части дизельного двигателя TD4 — усложнена вот таким бутербродом, что создает (на мой взгляд) лишние стыковые поверхности, которые уплотнены герметиком на заводе при сборке двигателя.
И что самое обидное, в процессе эксплуатации, со временем эти стыковые соединения дают течь масла из картерного пространства. И для дизельных двигателей ФРИЛЕНДЕР 2 – это довольно типичная проблема. Таким образом масло ДВС может подтекать не только через уплотнения поддона, но и через уплотнение удлинителя поддона и блока цилиндров.
Для устранения данной течи приходится демонтировать все эти элементы, зачищать, и уж только потом переуплотнять новым герметиком.
Наверное данное усложнение конструкции сводится к особенностям технологий производственного цикла – так наверное дешевле и проще, но практика показывает, что хлопот владельцам ФРИЛЕНДЕР 2 эта технология сборки создает достаточно много, судя по системным ремонтам в сервисной практике Ленд Ровер.
Источник: http://gl2.ru/tekhnicheskaya-informatsiya/balansirovochnye-valy-na-td-4
Устройство автомобилей
Во время работы поршневого двигателя внутреннего сгорания подвижные детали, перемещаясь, вызывают появление сил и моментов сил инерции, изменяющихся в течение рабочего цикла и по модулю, и по направлению. Это вызывает неравномерность работы двигателя, выражающуюся в его вибрации, передающейся на опоры и далее на автомобиль в целом.
Действия, направленные на устранение причин вибраций, т. е. неуравновешенности двигателя во время его работы, называются уравновешиванием двигателей. 
Уравновешивание двигателя сводится к созданию такой системы, в которой равнодействующие силы и их моменты постоянны по величине или равны нулю. Двигатель считается полностью уравновешенным, если при установившемся режиме работы силы и моменты, действующие на его опоры, постоянны по величине и направлению.
У всех поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) возникает реактивный момент, противоположный крутящему моменту, который называется опрокидывающим. Опрокидывающий момент передается на подмоторную раму, и, поскольку его величина изменяется во времени, вызывает вибрацию автомобиля.
Значение опрокидывающего момента является функцией угла поворота коленчатого вала, также, как и значение крутящего момента, т. е. эти величины являются переменными. По этой причине абсолютной уравновешенности поршневого ДВС достигнуть невозможно.
Однако в зависимости от того, в какой степени устраняются причины, вызывающие неуравновешенность двигателя, различают двигатели полностью уравновешенные, частично уравновешенные, и неуравновешенные.
Теоретически любые свободные силы инерции и их моменты могут быть уравновешены. Однако на практике это сопровождается значительным усложнением и удорожанием конструкции. А так как уравновешивание осуществляется не только с учетом технической, но и экономической целесообразности, то не все поршневые двигатели уравновешиваются полностью.
***
Способы уравновешивания двигателя
В поршневых двигателях внутреннего сгорания уравновешивают центробежные силы инерции вращающихся масс, силы инерции первого и второго порядка, а также моменты, вызываемые этими силами.
Силы инерции 1-го порядка вызываются изменением направления движения деталей поршневой группы во время работы двигателя. Эти силы достигают пиковых значений в моменты прохождения поршнем мертвых точек (при перекладке поршня).
Следствием возникновения сил 1-го порядка является поперечная вибрация двигателя, частота которой равна частоте вращения коленчатого вала. Обычно эти силы частично уравновешиваются балансирами, устанавливаемыми на коленчатом валу.
Полное уравновешивание сил инерционных сил 1-го порядка с помощью балансиров невозможно, поскольку сами балансиры совершают вращательное движение, а уравновешиваемые детали поршневой группы — линейное.
Силы инерции 2-го порядка вызываются изменением по величине (по модулю) линейной скорости движения поршня в процессе перемещения его между мертвыми точками.
Эти силы достигают максимального значения в середине хода поршня и вызывают поперечную вибрацию двигателя, частота которой в два раза превышает частоту вращение коленчатого вала.
Силы инерции 2-го порядка уравновесить очень сложно, и, поскольку их величина значительно меньше сил инерции 1-го порядка, чаще всего силы 2-го порядка оставляют неуравновешенными, чтобы не усложнять конструкцию двигателя.
Силы инерции первого и второго порядков и их моменты уравновешиваются подбором оптимального числа цилиндров, их расположения и выбором соответствующей схемы коленчатого вала. Если этого не достаточно, то силы инерции уравновешивают противовесами, расположенными на дополнительных валах, имеющих механическую связь с коленчатым валом.
Это приводит к значительному усложнению конструкции двигателя, поэтому на практике используется редко. В рядных двигателях уравновесить силы инерции первого и второго порядков установкой противовесов невозможно.
Однако при соответствующем выборе массы противовеса можно частично перенести действие силы инерции первого порядка из одной плоскости в другую, тем самым уменьшив неуравновешенность в этой плоскости.
Центробежные силы инерции вращающихся масс можно уравновесить в двигателе с любым числом цилиндров установкой противовесов на коленчатом валу.
В большинстве многоцилиндровых двигателей результирующие силы инерции уравновешиваются не установкой противовесов, а путем подбора соответствующего числа и расположения кривошипов коленчатого вала.
Однако даже на уравновешенные валы устанавливают противовесы для уменьшения и более равномерного распределения нагрузки на коренные шейки и подшипники, а также для уменьшения моментов, изгибающих коленчатый вал.
Если нельзя уравновесить опрокидывающий момент, то можно уменьшить его неравномерность (амплитуду) путем снижения неравномерности крутящего момента. Это достигается увеличением числа цилиндров двигателя при равных интервалах между вспышками (тактами рабочего хода) в них.
Предусмотренная конструкторами двигателя уравновешенность может быть сведена к нулю, если не будут выполняться следующие требования к производству деталей двигателя, сборке и регулировке его узлов:
- равенство масс поршневых групп;
- равенство масс и одинаковое расположение центров тяжести шатунов;
- статическая и динамическая сбалансированность коленчатого вала.
При эксплуатации двигателя необходимо, чтобы идентичные рабочие процессы во всех его цилиндрах протекали одинаково. А это зависит от состава смеси, углов опережения зажигания или впрыска топлива, наполнения цилиндров, теплового режима, равномерности распределения смеси по цилиндрам и т. д.
***
Балансировка коленчатого вала
Коленчатый вал, как и маховик, являясь массивной подвижной частью кривошипно-шатунного механизма, должен вращаться равномерно, без биений. Для этого выполняют его балансировку, подбор и крепление уравновешивающих грузов для обеспечения его полной динамической уравновешенности.
Динамическая балансировка обеспечивает большую точность, чем статическая. Поэтому коленчатые валы, к которым предъявляются повышенные требования относительно уравновешенности, балансируют динамически.
Динамическую балансировку выполняют на специальных балансировочных станках или стендах, оборудованных устройствами для определения нужного положения уравновешивающего груза, массу которого определяют последовательными пробами, ориентируясь по показаниям приборов.
Во время балансировки вал, закрепленный на стойках станины балансировочного стенда, приводится во вращение с помощью специального привода. При этом центробежные силы приведенных масс оказывают динамическое воздействие, вызывая колебания рамы станка на упругой опоре.
Амплитуда колебаний зависит от степени неуравновешенности вала и частоты его вращения на стенде.
- Балансировку коленчатого вала проводят или на резонансном режиме, или при угловых скоростях, значительно превышающих резонансные.
- ***
- Специальность «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта»
Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Источник: http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/3_dvs_6/index.shtml
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.
Блок балансирных валов с шестеренчатым приводом от коленчатого вала двигателя
Немалую роль в балансе работы ДВС играет и расположение цилиндров. Можно выделить три распространённые схемы:
- Расположение в ряд, когда цилиндры располагаются в одной плоскости.
- Оппозитная схема, когда оси цилиндров находятся в одной плоскости противоположно направлены друг другу.
- V-образное расположение цилиндров.
Расположение осей цилиндров напрямую влияет на балансировку двигателя. Рядная схема хорошо себя зарекомендовала в 4-х цилиндровых двигателях небольшого объема. Оппозитная схема дает самые лучшие показатели балансировки. V-образное расположение требует точно выверенных углов между цилиндрами, чтобы достичь оптимального баланса.
Как бы то ни было, идеального баланса не удается достичь ни в одной схеме, поэтому и устанавливают балансиры.
Принцип работы
Балансирные валы устанавливаются парами с каждой стороны коленвала и представляют собой сложные по конструкции цилиндрические стержни. Каждый балансирный вал имеет сложную геометрическую форму. Вращаются валы в противоположную сторону в два раза быстрее скорости движения коленвала, тем самым уравновешивая инертные силы второго порядка.
Устанавливаются валы в картере двигателя на подшипниках скольжения (либо игольчатых) и приводятся в движение при помощи привода от коленвала. Подшипники связаны с системой смазки двигателя. Именно они испытывают самую большую нагрузку в процессе работы валов. Это обуславливает их быстрый износ, который сопровождается шумом и вибрацией.
Типы привода
Привод балансировочных валов
Наиболее распространенным вариантом привода балансиров является цепной или зубчатый ремень. Также приводом может служить зубчатый редуктор или комбинированный вариант: зубчатый редуктор плюс ремень. Чтобы снизить колебания самих валов, в звездочке привода устанавливается пружинный гаситель.
На каких двигателях применяются балансирные валы
Первой балансирные валы применила японская компания Mitsubishi в 1976 году. Новинка получила название «Silent Shaft», что в переводе означает «бесшумный вал».
Главным образом они устанавливаются на четырехцилиндровых двигателях с объемом больше двух литров и с рядным расположением цилиндров, так как именно эта схема наиболее подвержена вибрациям и шумам.
Также балансирные валы часто применяются на мощных дизельных моторах. Сейчас их можно встретить не только на японских моделях, но и на европейских и американских.
Ремонт балансировочных валов
Нагрузки на балансирные валы сопровождаются износом подшипников и других деталей привода. Ремонт обходится дорого, что обусловлено его сложностью. Поэтому некоторые автовладельцы вместо замены или дорогого ремонта предпочитают просто демонтировать блок валов. При этом крепления и отверстия закрываются заглушками.
Отсутствие балансиров повышает уровень вибрации и шума, нарушается балансировка двигателя. Однако, многие автолюбители заверяют, что вибрации при этом остаются незначительные и их успешно компенсируют подушки двигателя. Также работа валов забирает часть мощности самого двигателя. Снижение может достигать до 15 л.с.
При этом всем следует понимать, что демонтаж блока балансирных валов является существенным изменением конструкции двигателя и никто не сможет спрогнозировать как это отразится на работе мотора и его ресурсе в дальнейшем.
Решаясь на данную процедуру, владелец автомобиля полностью берет на себя всю ответственность и риски за его исправность и срок службы. Наилучшим вариантом будет замена неисправной детали на новую в специализированном центре.
(1
Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/mehanicheskaya-chast/balansirnye-valy.html
Балансирные валы двигателя. Назначение и недостатки
Балансирные валы мотора это вполне типовой элемент для большинства автомобилей зарубежного производства. Они созданы для того чтобы гасить вибрацию мотора, возникающую при его работе. Далее более подробнее рассматриваются основные принципы работы балансировочных валов, и описываются их главные недостатки.Говоря проще балансирные валы продлевают жизнь автомобиля в целом уберегая от износа. Они нужны для того, чтобы уравновесить двигатель, если не получилось добиться этого более простыми методами. Валы препятствуют вибрациям, которые создают дополнительный шум и дискомфорт при езде.Зачем балансирный вал автомобилю?
При совершении возвратно-поступательного движения элементами двигателя, создается довольно таки ощутимая вибрация. Для того чтобы погасить эту вибрацию, создавался балансировочный вал. Обычно он закрепляется в картере транспортного средства, ниже, чем коленчатый вал и начинает работать через цепную передачу или непосредственно через зубчатую.
Балансировочный вал является металлическим элементом, имеющим выемки расположенные в определенных местах, которые участвуют в создании равномерного распределения массы мотора, что позволяет заглушить его вибрацию, возникающую при его работе. Вращение балансировочного вала происходит благодаря подшипникам. Работа всей системы балансировки осуществляется в режиме повышенных нагрузок, благодаря тому, что валом принимаются все колебания на себя.
Балансирные валы начали устанавливаться в конце 70-х годов, но до сегодняшнего дня эта система страдает от прежних недостатков.
Недостатки балансирной системы
Первым и, пожалуй, главным недостатком является необходимость проведения дорогостоящего ремонта системы.
Из-за того что система включает большое количество мелких деталей, и необходимости проведения дополнительной балансировки при проведении ремонтных работ, соответственно увеличивается стоимость услуг по восстановлению балансирных валов.
Вот почему большинством автомобилистов, при выходе системы балансировки, выбирается не ремонт, ее просто удаляют из силового агрегата. Конечно, вибрация в этом случае немного увеличивается, но подушками двигателя отлично гасятся возникающие вибрации.
Второй проблемой, связанной с использованием балансирных валов является солидные потери мощности. При использовании этих валов происходит понижение мощности двигателя до 15 л.с., из-за того что двигателю необходимо прикладывать больше усилий для обеспечения вращения составных элементов. Это отрицательно сказывается на динамике двигателя и расходе топлива.
Поэтому вопрос относительно необходимости использования балансирных валов на автомобиле остается открытым. Современные технологии позволяют придумать более совершенные системы для гашения вибрации, однако производителями намеренно усложняется конструкция двигателей, для того чтобы владельцы ТС чаще посещали сервисные центры.
Источник: http://AutoMuse.ru/publ/remont_dvigatelja/balansirnye_valy_dvigatelja_naznachenie_i_nedostatki/2-1-0-144
Avto-Science.ru
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.
Источник: http://avto-science.ru/dvigatel/balansirnye-valy.html
Большая Рнциклопедия Нефти Рё Газа
Cтраница 1
Балансирное уравновешивание обладает рядом существенных недостатков и поэтому оно сейчас применяется довольно редко.
Вследствие того, что шатун в период откачки попеременно подвергается воздействию сил сжатия и растяжения, подшипники его часто выходят из строя. [2]
Балансирное уравновешивание состоит в закреплении груза на балансире ( см. рис. IX. [3]
Балансирное уравновешивание, как правило, применяется Сѓ РЎРљ малой грузоподъемности, кривошипное — Сѓ РЎРљ большой грузоподъемности Рё комбинированное — Сѓ РЎРљ средней грузоподъемности.
Рто объясняется необходимостью уменьшения инерционных нагрузок РЅР° балансир, возникающих РїСЂРё неравномерном движении балансирного контргруза.
Кривошипное уравновешивание вызывает большие нагрузки на опоры вала и на корпус редуктора СК, что также нежелательно.
Кривошипные контргрузы выполняются в виде полуовальных чугунных отливок-пластин, укрепляемых на кривошипах. [4]
Балансирное уравновешивание, как правило, применяется Сѓ РЎРљ малой грузоподъемности, кривошипное — Сѓ РЎРљ большой грузоподъемности Рё комбинированное — Сѓ РЎРљ средней грузоподъемности.
Рто объясняется необходимостью уменьшения инерционных нагрузок РЅР° балансир, возникающих РїСЂРё неравномерном движении балансирного контргруза.
Кривошипное уравновешивание вызывает большие нагрузки на опоры вала и на корпус редуктора СК, что также нежелательно.
Балансирные контргрузы выполняются в виде чугунных пластин, навешиваемых на заднее плечо балансира. Кривошипные контргрузы выполняются в виде полуовальных чугунных отливок-пластин, укрепляемых на кривошипах. [5]
Однако подобно балансирному уравновешиванию здесь дважды за цикл в моменты перемены направления движения балансира имеют место нулевые нагрузки по шатуну, нулевые моменты и последующие удары в зубчатой передаче. С другой стороны, перемещение точки приложения шатуна К балансиру на переднее плечо уменьшает действующие нагрузки, так как при этом максимум статических усилий ( при ходе вверх) слагается с минимумом инерционных усилий. [6]
РџСЂРё балансирном уравновешивании контргруз устанавливается РЅР° заднем конце балансира, РїСЂРё роторном уравновешивании — РЅР° кривошипах, Р° РїСЂРё комбинированном уравновешивании — одновременно РЅР° кривошипах Рё балансире.
Балансирное уравновешивание применяется на станках-качалках небольшой грузоподъемности, роторное уравновешивание применяется на станках-качалках большой грузоподъемности, комбинированное уравновешивание применяется на станках-качалках средней грузоподъемности. Неравномерность нагрузки при роторном способе уравновешивания достигается за счет перемещения контргруза вдоль кривошипа, а при балансирном способе уравновешивание нагрузки достигается за счет изменения веса контргруза. Завод-изготовитель на каждый станок-качалку поставляет заводскую инструкцию по уравновешиванию. Уравновешенность станков-качалок регулярно проверяется на промыслах по нагрузке на электродвигатель с помощью токоиз-мерительных приборов. Не менее важным условием длительной и бесперебойной эксплуатации станков-качалок является регулярное смазывание их узлов и деталей. [7]
При балансирном уравновешивании необходимый груз ( противовес) помещают на заднем плече балансира. [8]
Применялось роторное или балансирное уравновешивание. [9]
 |
Схема роторного уравновешивания. [10] |
Недостатки, присущие балансирному уравновешиванию, устраняются применением роторного уравновешивания.
При роторном уравновешивании противовес практически создает постоянное усилие, так как он вращается с постоянной скоростью.
Шатун всегда растянут и на него не действуют знакопеременные нагрузки. [11]
В станках-качалках с балансирным уравновешиванием ось подшипника имеет траверсу в виде прямолинейного стержня, а в станках-качалках с комбинированным и кривошипным уравновешиванием ось подшипника имеет фигурную траверсу в виде сварной балки коробчатого сечения. [12]
Станки-качалки выпускаются с роторным и балансирным уравновешиванием.
В станках-качалках фирмы Битлехем сапплай регулирование роторных противовесов осуществляется зубчатыми рейками и шестернями.
Часто противовесы выполняются полыми, что позволяет применять внутренние вставки при дополнительном уравновешивании. [13]
В качалке КПН-1 предусмотрено балансирное уравновешивание чугунными плитами с максимальной нагрузкой 700 кг. [14]
Р’ элементарной теории кинематики величина балансирного уравновешивания изменяется РІ процессе РѕРґРЅРѕРіРѕ цикла работы насоса, РІ то время как для роторного уравновешивания РѕРЅР° остается постоянной. Р’ этом случае балансирное уравновешивание рекомендуется для применения РЅР° станках-качалках малой мощности, Р° роторное — РЅР° станках большой мощности. [15]
Страницы: 1 2 3
Источник: https://www.ngpedia.ru/id542513p1.html
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.
Источник: http://KrutiMotor.ru/balansirnyj-val/
Балансирные валы
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:
Источник: https://autoportal.pro/tekhnichka/balansirnye-valy
Балансировочные валы — что это такое? Зачем они нужны? Видео
При работе кривошипно- шатунного механизма возникают силы инерции. Возникновение их связано с движущимися частями механизма.
Можно различить следующие виды сил инерции: возвратно- поступательные движения масс и вращающиеся. В многоцилиндровых двигателях также возникают силы инерции и в продольных плоскостях.
Проще говоря всё это создаёт вибрации и шум при работе двигателя и увеличивает износ элементов двигателя.
Чтобы снизить вибрации производят балансировку двигателя. Наиболее часто при балансировке на щёки коленвала устанавливают противовесы. Но это не может позволить уравновесить инерционные силы у разных компоновочных схем двигателя. Например у рядных четырёхцилиндровых двигателей не уравновешиваются силы инерции второго порядка. Величина сил инерции возрастает с увеличением объёма двигателя.
Чтобы уравновесить инерционные силы второго порядка на рядных четырёхцилиндровых двигателях объёмом 2 и более литра, применяют специальные валы имеющие противовесы, т.е. балансировочные валы. Впервые балансировочный вал был применён в 1976 году компанией «Mitsubishi». Сейчас они довольно широко используются такими концернами как Фольксфаген, Ауди, БМВ и др.
Видео
Устанавливают балансировочные валы попарно с обоих сторон коленвала, обычно их устанавливают симметрично. Но для того чтобы уменьшить занимаемое место предпочтительно установить балансировочные валы в картере двигателя, ниже коленвала.
Балансировочный вал представляет собой сложную деталь выполненную из металла, обычно он выглядит как стержень в котором выбраны пазы. Вращается балансировочный вал в подшипниках скольжения, которые включены в систему смазки двигателя.
Приводятся в движение балансировочные валы коленвалом и вращаются в разные стороны с удвоенной угловой скоростью. Приводом может служить зубчатый бесзазорный редуктор, цепные передачи либо их комбинации. Чтобы гасить крутильные колебания в процессе работы в приводной звёздочке (цепной привод БМВ) устанавливают специальный пружинный гаситель.
При работе на балансировочные валы действуют больше нагрузки. Наиболее нагружаются дальние от привода подшипники. Это приводе к повышенному износу подшипников, а также других элементов. Всё это сопровождается шумом, вибрациями, и даже возможен обрыв цепи привода. Последствия для двигателя печальные.
Видео
Так как ремонт балансировочных валов слишком дорогое удовольствие, наши умельцы просто избавляются от них. Отверстия для них закрывают заглушками.
Вибрации двигателя увеличиваются, но опоры всё равно с ними могут справится. Применение балансировочных валов естественно усложнит конструкцию двигатели и повысит его стоимость.
Но и это ещё не всё, при их применении снижается мощность двигателя примерно на 15 л.с.
Источник: http://autosteam.ru/helpful-info/467-balansirovochnye-valy
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.
Источник: https://autodromo.ru/articles/balansirnye-valy-princip-raboty-osobennosti-konstrukcii
Загрузка...
