Балансирный вал

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:

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.

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 5,00 из 5) Загрузка…

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.

https://youtube.com/watch?v=9eEF1kG9Crw

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.

Особенности замены баланасирных валов

Нагрузки, которые возникают в процессе эксплуатации, оказывает негативное влияние на подшипники. Замена этого узла – слишком дорогое удовольствие. Чтобы сэкономить автовладельцы вынужденно демонтировать блок валов. Чтобы защитить резьбовые соединения в процессе ремонта используют заглушки. В случае отсутствия балансирных валов нарушается работа двигателя. В силовой установке появляются вибрации и шум. Степень дисбаланса напрямую зависит от технических характеристик двигателя. Сбалансировать систему можно за счет использования балансирных валов. Для этого необходимо изменить конструкцию двигателя. Однако такое решение может повлиять на продолжительность работы мотора.

Причиной появления посторонних звуков может быть неисправность узлов и агрегатов. Поэтому автовладелец должен сразу же обратиться в сервисный центр. Отсутствие ремонта может привести к серьезным неприятностям. Повышенный шум может быть связан с выходом из строя блока валов или обрыва ремня. Шум и вибрации могут появиться из-за износа подшипников. Неисправности оказывают влияние на работу всего двигателя.

Чтобы устранить дефекты необходимо заменить балансировочные валы. С этой целью автовладельцам приходится обращаться в сервисный центр. Перспектива капитального ремонта вряд ли понравиться автолюбителям. Поэтому нужно своевременно выявлять причины появления вибрации и шума. Для защиты отверстий от механических повреждений специалисты используют заглушки. Отсутствие компенсаторов может стать причиной разбалансировки мотора. В этом случае автовладельцы вынуждены соглашаться на полный демонтаж блока. Непрофессиональные действия могут привести к потере работоспособности двигателя.

Причиной посторонних шумов в силовой установке может быть выход из строя деталей. Поэтому автомобилисты должны придерживаться следующих правил:

1. Причиной износа узлов может быть агрессивный стиль вождения.
2. Чтобы уменьшить нагрузку на шестерни валов нужно своевременно обслуживать систему.
3. Автовладелец должен своевременно менять масло.
4. При необходимости может потребоваться замена ремня или цепи привода. Балансирные валы должны вращаться без дополнительных нагрузок.

Освещение

Лампочки, Лампа фары, Галогеновые лампы, Ксеноновые лампы, Диодные лампы, Лампа Птф, Лампа заднего Птф, Лампа заднего фонаря, Лампа тормоза, Лампочка подсветки номера, Лампочка стоп сигнала, Лампа заднего хода, Лампочка габаритов, Лампочка поворотника, Лампа панели приборов, Лампа багажника, Лампа подкапотная, Лампа освещения салона, Лампа подсветки печки, Фара, Фара левая, Фара правая, Фара ксенон, Омыватель фар, Насос омывателя фар, Форсунка омывателя фар, Корректор фар, Дополнительная фара, Фара искатель, Блок розжига фары, Датчик дорожного просвета, Крепление фары, Крышка фары, Отражатель фары, Светодиодная фара, Стекло фары, Противотуманка (ПТФ), Противотуманная фара, Крепление Птф, Противотуманный фонарь, Рамка Птф, Задний фонарь, Фонарь заднего хода, Стоп сигнал, Ходовые огни, Габаритные огни, Отражатель (катафот), Боковой габарит, Стояночные огни, Поворотник, Боковой поворотник, Задний поворотник, Передний поворотник, Повторитель, Плафоны, Подсветка номера, Подсветка багажника, Подсветка двери, Подсветка двигателя, Подсветка панели приборов, Подсветка салона, Проблесковый маячок

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.

Для чего предназначены балансиры

В процессе работы ДВС кривошипно-шатунный механизм создает вибрации внутри блока цилиндров. В конструкцию стандартных коленчатых валов входят особенные элементы – противовесы. Их назначение – гасить инерционные силы, которые возникают в результате вращения коленвала.

Не во всех моторах этих деталей достаточно, чтобы минимизировать силы инерции, из-за которых быстрее выходят из строя подшипники и другие важные элементы силового агрегата. В качестве дополнительного элемента устанавливаются балансирные валы.

Как следует из названия детали, она предназначена для более эффективной балансировки в моторе. Они поглощают излишнюю инерцию и вибрацию. Особенно актуальными такие валы стали с момента появления более мощных моторов с объемом от двух литров.

В зависимости от модификации требуется свой балансирный вал. Для рядных, оппозитных и V-образных моторов используются разные модели валов. Хотя каждая разновидность двигателей имеет свои преимущества, ни одна не способна полностью устранять вибрации.

Балансирный вал двигателя

Балансирный вал двигателя, он же уравновешивающий вал — это деталь не простой конструкции, функция которой заключается в снижении вибрации двигателя.

статьи:

1. Что такое балансирные валы.
2. Принцип работы балансирных валов.
3. Привод балансирных валов.
4. Ремонт балансирных валов.
5. Как уменьшить вибрацию двигателя.

Что такое балансирные валы

ДВС — это устройство сложной конструкции, основанной на преобразовании одной энергии в другую. Чем сложнее устройство, в данном случае, чем больше цилиндров имеет двигатель, тем сильнее создаются вибрации и колебания отдельных деталей, и двигателя целиком.

Цилиндры в ДВС располагаются по-разному:

1. Рядная схема двигателя. Это такая, при которой оси цилиндров находятся в одной плоскости.
2. Оппозитная схема. Оси цилиндров на противоположной стороне, то есть через 180 градусов. 
3. V-образная схема ДВС. Оси цилиндров в В-образных моторах располагаются в разных плоскостях.

Во всех двигателях существуют два вида сил:

• Уравновешенные. Уравновешенные силы — это сила давления, сила трения.
• Неуравновешенные. Неуравновешенные силы — это вес силового привода, сила инерции (то есть обратная сила).

В связи с тем, что двигатели не могут работать без вибрации, конструкторами была придумана деталь, которая сводит к минимуму повышенные значения вибрации и колебания.

Балансирный вал представляет собой цилиндрический стержень с имеющимися на нем пазами. Уравновешивающий вал гасит силы инерции второго порядка. Силы второго порядка в двигателе внутреннего сгорания не уравновешиваются путем установки дополнительных грузов на щека коленчатого вала. К силам первого порядка относится масса кривошипа, радиус его движения, угловая скорость и угол поворота. К силам второго порядка в ДВС относятся лямбда, то есть отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Принцип работы балансирных валов

Балансирные валы устанавливаются парами, по разные стороны от коленвала с симметричным расположением. Насаживаются валы для балансировки на подшипники скольжения, которая обеспечивается смазкой мотора.

Коленчатый вал ДВС вращает балансирные валы. Один балансирный вал вращается в одну сторону, второй — в другую. Вращаются балансиры со скоростью, в два раза больше скорости вращения коленвала.

А знаете ли вы, что перенатяг дифференциала — это показатель динамики управления и проходимости по бездорожью.

Привод балансирных валов

Привод для балансирных валов делают таким образом, чтобы передаваемое усилие коленвалом балансирным валам осуществлялось через зубчатый редуктор или ременной передачи, или комбинированного привода (зубчатый редуктор+ременная передача).

Ремонт балансирных валов

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

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

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

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

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

Как уменьшить вибрацию двигателя

Для уменьшения «пляски» и тряски двигателя необходимо настроить все узлы устройства на оптимальные режимы работы. Чтобы ДВС не вибрировал, сначала надой найти причины. Причиной вибрации может быть банальное ослабление крепежа ДВС.

Причин из-за которых двигатель автомобиля сильно вибрирует может быть много:

1. подсос воздуха;
2. неправильное поступление топлива;
3. сбито зажигание;
4. ослаблено крепление мотора;
5. низкая компрессия;
6. троение двигателя.

В этом видео рассмотрена одна из возможных причин вибрации

В этом видео показывается ликвидация вибрации за счет правильно выставленных меток, автомобиль Чери Тиго.

Двухцилиндровые двигатели

Пара цилиндров может располагаться в следующих конфигурациях:

• В ряд
• Под углом
• Противоположно друг к другу (оппозитно)

Каждый из этих вариантов имеет как преимущества, так и недостатки с точки зрения баланса.

Два цилиндра, расположенных в ряд, могут иметь простой, одноколенчатый вал, с синхронным достижением верхней мертвой точки. Для четырёхтактного двигателя это дает самую выгодную последовательность вспышек – один цилиндр за оборот, но наихудшую механическую балансировку, не лучше чем у одноцилиндрового двигателя. Поэтому в данной конфигурации часто применяют балансирующие валы, компенсирующие силу инерции 1-го порядка. Иногда для «рядных двоек» используется двухколенчатый вал с определенным углом между коленами (до 180°), за счет чего поршни достигают верхней мертвой точки в разное время, что улучшает баланс (уменьшаются неуравновешенные силы инерции 1-го и 2-го порядка, однако растут моменты от данных сил, стремящиеся повернуть двигатель вокруг оси, проходящей через середину коленвала), однако не обеспечивает равномерное чередование вспышек. В двухтактном двигателе равномерная последовательность зажигания обеспечивается при угле между коленами 180°, поэтому применяется только такая конфигурация, которая к тому же обеспечивает наилучший баланс (сила инерции 1-го порядка полностью уравновешена, однако присутствует момент от сил инерции 1-го порядка, а также сила инерции 2-го порядка). Момент 1-го порядка можно устранить одним балансирующим валом, вращающимся в противоположную сторону по отношению к коленвалу и создающим уравновешивающий момент инерции в противоположном направлении (при условии, что силы инерции 1-го порядка поршней и верхних частей шатунов, складываясь с силами, создаваемыми балансирами коленвала, образуют круговой момент инерции).

Двухцилиндровый V-образный двигатель, как правило, применяется только в четырёхтактном варианте, так как необходимость в применении разделённых кривошипных камер в двухтактном двигателе не позволяет разместить кривошипы близко друг к другу, что сводит на нет преимущества V-образной компоновки двухцилиндрового двигателя. В данном варианте силу инерции 1-го порядка можно полностью уравновесить, если угол между кривошипами равен разности между удвоенным углом развала цилиндров и 180°, при этом шатуны скрещиваются, когда кривошипы находятся вверху, если угол развала менее 90°, либо внизу, если более 90°. Вспышки в цилиндрах чередуются неравномерно, при увеличении угла развала эта неравномерность уменьшается. Если угол развала 90°, то цилиндры имеют один общий кривошип, при этом вспышки чередуются через 270 и 450° по углу поворота коленвала. При других углах развала требуются отдельные кривошипы, хотя встречаются двигатели и с общим кривошипом, у них силу 1-го порядка можно полностью скомпенсировать только дополнительными балансирующими валами, а неравномерность чередования вспышек наоборот возрастает при увеличении угла развала, поэтому применяется угол развала менее 90°. Также кривошипы могут быть расположены под углом, равным углу развала таким образом, что поршни синхронно достигают верхней мёртвой точки, таким образом обеспечивается равномерное чередование вспышек. Сила 1-го порядка уравновешивается аналогично, балансирующими валами. Сила инерции 2-го порядка у V-образного двухцилиндрового двигателя уменьшается при увеличении угла развала цилиндров. Кроме того, имеются небольшие моменты от сил инерции 1-го и 2-го порядка, вызванные сдвигом цилиндров друг относительно друга вдоль оси коленвала (если таковой имеется).

Оппозитный двухцилиндровый двигатель можно представить как частный случай V-образного двухцилиндрового двигателя с углом развала 180°. Угол между кривошипами также равен 180°. При этом вспышки в цилиндрах в четырёхтактном варианте чередуются равномерно, а в двухтактном происходят одновременно в обоих цилиндрах (что не требует разделения кривошипных камер). Силы инерции 1-го и 2-го порядка взаимно уравновешиваются, но присутствуют небольшие моменты от этих сил из-за сдвига цилиндров.