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:

Балансирный (уравновешивающий) 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.

Читайте также

зачем нужны и как работают?

Автомобилисты, которые немного понимают в устройстве автомобильного двигателя знают, что при работе кривошипно-шатунного механизма в ДВС возникаю инерционные силы. Данные силы могут быть как уравновешенными, так и неуравновешенными. Последние, к слову, считаются силами инерции второго порядка. Возникают они при движении поршней и других элементов и зависят напрямую от массы силовой установки. При возникновении дисбаланса  обычно появлятся вибрация и шум и стандартных противовесов бывает недостаточно, чтобы балансировать. По этой причине и принято устанавливать балансирные валы, о которых и пойдет речь в данном материале.

Зачем нужны балансирные валы?

Балансирные валы в конструкции выполняют функцию поглотителей лишней инерции и вибрации. И особенно актуальным данное решение стало тогда, когда на рынке стало все больше появляться силовых установок большей мощности и объема порядка от 2-х литров. При этом немаловажную роль в балансировке работы двигателя внутреннего сгорания играет и само расположение цилиндров. При этом они могут располагаться в ряд, по оппозитной схеме, то есть когда оси цилиндров расположены в одной плоскости и противоположно направлены друг к другу или же иметь V-образное расположение. Именно от этих показателей будет зависеть балансировка мотора.  Но идеального баланса не при одной из этих схем расположения все равно невозможно достичь.

Как работают балансирные валы?

Устанавливать балансирные валы принято парами и с каждой стороны коленчатого вала. Представляют они собой сложные по своей конструкции цилиндрические стержни геометрической формы. Вращение валов в противоположную сторону происходит со скоростью в два раза быстрее, чем у коленвала. Таким образом и происходит уравновешивание инертных сил второго порядка.  Валы устанавливаются в картере мотора на подшипниках скольжения. В свое движение они приводятся за счет привода от коленчатого вала. Ну а поскольку подшипники связаны с системой смазки мотора, то они и испытывают в процессе работы валов самую большую нагрузку. Из-за чего они и начинают быстро изнашиваться, в результате чего и появляется характерный шум и вибрация.
Что же касается типа привода то наиболее распространенным вариантом считается цепной или зубчатый ремень. Иногда приводом может служить и зубчатый редуктор и комбинированный механизм, когда зубчатый редуктор идет вместе с ремнем. Ну а для снижения колебаний валов, в конструкции привода предусмотрена установка пружинного гасителя.

Подробнее о балансирных валах будет рассказано в данном видеоролике:

Опубликовано: 18 ноября 2019

Балансирные валы: принцип работы, особенности конструкции

Сегодня балансирные валы используются в большинстве моделей автомобилей, выпускаемых под такими брэндами, как GM, Audi, Mercedes, BMW.

Принцип работы балансирных валов двигателя

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

[banner_adsense-netboard]{banner_adsense-netboard}[/banner_adsense-netboard]

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

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

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.

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.

• < Назад
• Вперёд >