Устройство автомобилей

Уравновешивание поршневых двигателей

Работа четырехцилиндрового однорядного двигателя

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.

Кроме динамической уравновешенности существует и статическая балансировка, при которой деталь уравновешивают противовесом в произвольно выбранной плоскости, исходя из условия, что деталь будет находиться в равновесии, если ее центр тяжести лежит на оси вращения.
При статической балансировке вал устанавливают на узкие точечные опоры, и путем добавления грузов на его маховик или противовесы добиваются устойчивого равновесия в любом положении.

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.

Балансировка маховика своими руками

Виды балансировки коленавала

В настоящее время применяют два основных вида балансировки:

• Динамическую, обеспечивающую высокую точность и требующую применения специальных станков.
• Статическую. Этот вид балансировки используют для деталей, выполненных в форме диска и имеющих следующее соотношение диаметра (D) и длины (L): Dgt;L.

Балансировка коленчатого вала, имеющего несимметричное (например,V-образное) исполнение или нечетное количество цилиндров, отличается определенными особенностями, поскольку моментальная составляющая таких валов достаточно высока и способна сорвать его с опор крепления.

Избежать этого поможет установка втулок-компенсаторов, обладающих выверенной до одного грамма массой, на шатунные шейки. В случае отсутствия данных параметров в специальных разделах технико-эксплуатационной документации силового агрегата, они рассчитываются дискретно. Для этого существуют индивидуальные методики.

Следующим моментом, требующим достаточно ясного понимания, является определение случаев, вызывающих необходимость балансировки коленвала:

• Установка нештатных или выполнение облегчающих мероприятий на штатных шатунно-поршневых группах.
• Проведение работ по правке деформированных коленчатых валов.
• Замена маховика. Здесь следует оговориться, что в данном случае динамическая балансировка не всегда обязательна. В некоторых случаях достаточно выполнения лишь балансировки статического типа.

Итак, считаем установленным, что балансировка незеркальносимметричных коленчатых валов, частным случаем которых является и V-образный коленвал, требует использования компенсирующих втулок (нередко изготовленных по специальному заказу), создающих имитацию динамического воздействия аналогичного воздействию шатунно-поршневых групп.

Насколько важна своевременная балансировка коленчатого вала

Подавляющее большинство специалистов в качестве ответа на этот вопрос приводят следующие доводы:

• Увеличение мощности силового агрегата (10-15%).
• Предотвращение перерасхода автомобильного топлива (до 5%).
• Продление эксплуатационного ресурса автомобиля в целом, и двигателя в частности.
• Минимизация вибрационных процессов в совокупности со значительным снижением уровня шума в салоне транспортного средства.
• Предотвращение возникновения подтеканий в зоне заднего сальника.

Самостоятельная балансировка коленчатого вала

И так друзья новый этап в сборке двигателя. На днях с Костяном 754 наконец то доехали и сделали балансировку коленвала.И скажу Вам что делали её не зря.

• балансировка показала не маленькие отклонения от нормы, особенно это касалось маховика и корзины сцепления, но и сам коленвал был не без греха.Но в итоге всё исправили, и вывели практически в ноль.
• Доволен как слон)) теперь низ мотора полностью готов к сборке. для тех кто не знает что это такое и для чего это нужно прилагаю инфу по этому вопросу.
• Дисбаланс — одно из самых опасных явлений, которое действует на все вращающиеся детали в автомобиле, в том числе и коленчатый вал.

Его внешними признаками являются повышенные вибрации, которые при разной частоте вращения могут усиливаться или уменьшаться.

Эти проявления вызывают дополнительные нагрузки на детали, ослабляют крепеж, что ведет к ускоренному износу и поломкам. Кроме того, они чрезвычайно вредны для здоровья водителя и пассажиров.

Среди основных причин появления дисбаланса можно назвать:

1. неточность изготовления деталей;
2. неоднородность материала детали;
3. неточное центрирование сопряженных деталей;
4. увеличенные зазоры в сопряжениях деталей и узлов и несоосность их монтажа;
5. деформации валов при механической и термической обработке, а также из-за повреждений в процессе эксплуатации.

Наибольший вклад вносят несбалансированные детали большого диаметра, вращающиеся с большой угловой скоростью. На практике ими становятся колеса, карданный вал, сцепление или гидротрансформатор автоматической трансмиссии, маховик и коленчатый вал.

Так что же что такое дисбаланс? У любой вращающейся детали по той или иной причине центр массы находится не на оси вращения, а смещен от неё на расстояние R (так называемый эксцентриситет). В этом случае имеется дисбаланс, равный произведению массы детали M на величину эксцентриситета R.

• При массе детали М=1 кг и эксцентриситете R=3 мм дисбаланс будет равен 3000 гмм. При вращении детали будет возникать центробежная сила F, вызывающая вибрацию. Эта сила пропорциональна дисбалансу и квадрату угловой скорости детали, а также зависит от жесткости соответствующего узла.
• Поэтому с теоретической точки зрения балансировка состоит в том, чтобы создать у детали дисбаланс, равный по величине (модулю) и противоположный по знаку исходному дисбалансу.
• Сумма этих дисбалансов (результирующий дисбаланс) будет равна нулю, а значит наша деталь сбалансирована, и при вращении вибрации не будет.

Существуют два способа балансировки: статическая и динамическая. При первом способе не нужно вращать деталь — достаточно лишь качнуть ее. Второй способ применяется в случае более сложной неуравновешенности — так называемая моментная балансировка. При этом на деталь действует не одна сила F, а несколько.

Поскольку силы приложены не в одной плоскости, то при вращении детали будет возникать момент, стремящийся повернуть ось вращения детали. Этот момент будет вращаться синхронно с деталью, что также приведет к появлению сильной вибрации, причем очень опасной.

При динамической балансировке нужно вращать балансируемую деталь и находить как минимум пару «тяжелых» мест и корректировать их. Этот способ требует применения специальных станков.

Существует несколько вариантов динамической балансировки, и для каждого — свой станок. Но при любом способе важно установить деталь так, чтобы ось ее вращения точно совпадала с осью вращения в том узле, где она должна работать.

Все вышесказанное в полной мере относится и к коленчатым валам.

Кстати, на автосборочных или авторемонтных предприятиях степень дисбаланса коленчатых валов определяют именно таким способом. А избавляются от этого явления путем снятия (высверливания или срезания) металла со щек или противовесов.

Следует учесть, что балансировка коленвалов обычно производится в сборе с маховиком и ведущим диском («корзиной») сцепления. Вал устанавливается на станок подобно тому, как он установлен на автомобиле, закрепляется, и оператор осуществляет первый пуск.

1. При вращении возникают центробежные силы от «тяжелых мест», датчики, установленные в опорных модулях станка, воспринимают эти силы, а датчик положения дает информацию о мгновенном положении вала. При первом пуске определяется исходное состояние вала, то есть величина и фаза дисбалансов.
2. Затем устанавливается масса и положение «тяжелых мест». Оператору остается только высверлить лишний металл. После этого вал повторно проверяется, и, если дисбаланс находится в поле допуска, вал можно снимать со станка.

Как ни странно, при составлении перечня операций по механообработке, обязательных при капитальном ремонте двигателя, такая процедура, как балансировка коленчатого вала, для многих автовладельцев и даже механиков остается под вопросом. Стоит ли тратить деньги?

Безусловно! Смотрите сами: коленчатый вал весом 20 кг, получив эксцентриситет всего е=0,1 мм за счет прогиба вала, биения посадочного места под маховик, неправильной шлифовки, замены элементов, влияющих на дисбаланс (противовесы, поршни, шатуны, маховик, «корзина» сцепления) и при частоте вращения 6000 об./мин. создает центробежную силу, равную 7729 H (или 788 кг).

Качественная балансировка деталей увеличивает ресурс мотора как минимум на четверть, снижает расход топлива и уменьшает шум.

Читать далее: Инструкция, какие свечи на приору 16 клапанов лучше и как их заменить своими руками

Как правило, коленчатые валы двигателей хороших зарубежных производителей тщательно балансируются на заводе методом модульных сборок. То есть все детали (коленвал, маховик, сцепление, передний шкив и пр.) соосны, сбалансированы сначала по отдельности, а потом и в сборе.

• Это дает возможность заменить любую составляющую без последующей балансировки. К слову, коленвалы массой до 10 кг имеют после балансировки остаточный дисбаланс не более 15-30 г.
• Однако после любых механических повреждений, при шлифовке после деформации, при каком-либо «вмешательстве» в узлы (облегчение противовесов, маховика и т. д.) коленвалы требуют обязательной балансировки. А коленвалы отечественных производителей необходимо балансировать практически в любом случае.
• Все равно — новые они или уже поработавшие. Причем в худшую сторону отличаются валы ЗМЗ и при их балансировке иногда приходится браться не за дрель, а за «болгарку», снимая «лишний» металл чуть ли не килограммами!

Модульные сборки требуют особого подхода. Проводя балансировку таких валов заново, приходилось сверлить отверстия в маховике напротив заводских! В этом случае балансировка одного лишь маховика ничего не даст.

Скорее всего, после коррекции он, будучи установлен на старый вал, даст еще большую вибрацию. Если же поменять маховик на новый, то последствия могут быть и вовсе непредсказуемы. Поэтому балансировать отдельные детали этого узла — дело неблагодарное.

Для получения оптимального результата лучше не пожалеть сил и денег и отбалансировать весь коленвал методом модульных сборок.

Следующим животрепещущим вопросом, касающимся балансировки коленвала, является наличие возможности выполнения данной процедуры в домашних условиях (в гараже). Как правило, в этих условиях выполняют балансировку коленчатого вала с маховиком. Порядок выполнения выглядит следующим образом:

• при помощи уровня устанавливаем две Т-образные пластины;
• укладываем на них коленчатый вал;
• коленвал, имеющий дисбаланс, скатится по пластинам до момента перехода самой тяжелой его точки в нижнее положение;
• эта точка, определяет место, с которого следует снять небольшую часть металла;
• затем еще раз укладываем коленвал на пластины;
• операцию повторяем до момента достижения полного равновесия.

Особенности процедуры балансировки маховика коленчатого вала

Чтобы получить более точные результаты, балансировке должны подвергаться все элементы системы. На первом этапе процедура выполняется с маховиком, отдельно с коленчатым валом, и отдельно с корзиной сцепления. На следующем этапе проводится балансировка системы маховик плюс коленвал в сборе, а затем уже процедура, включающая и корзину сцепления.

Маховики и коленвалы зарубежных брендов балансируются в заводских условиях способом модульной сборки., что позволяет затем оперативно заменять каждый узел, уже не тратя время на последующую балансировку. Специальные балансировочные стенды позволяют довести остаточный дисбаланс до величины 2-5 грамм. Но в этом случае маховик и коленвал будут требовать обязательной процедуры балансировки не только после механических повреждений или после шлифовки, но и после любого изменения конструкции, например, облегчения маховика.

Балансировать маховик и коленвал нужно для снятия нагрузки и уменьшения вибрации двигателя. Насколько нужна балансировка можно определить по холостому ходу: мотор работает рывками. Если дисбаланс не устранять при плановом сервисном обслуживании, может привести к ряду неприятных последствий:

• срок службы коренных подшипников уменьшается из-за нарушения целостности плёнки масла на них;
• при переходных формах работы силового агрегата возникают резонансные колебания, считающиеся опасными;
• все навесные устройства испытывают неравномерные излишние нагрузки, у них проявляются признаки усталостных разрушений;
• снижается надёжность управления.

Как отбалансировать маховик в домашних условиях

Безусловно, чаще всего в подобной операции нуждаются уже изношенные механизмы, хотя бывают случаи, когда дисбаланс наблюдается и в новеньком автомобиле, только что приобретенном из салона.

Точно также себя будет вести и сам двигатель, так что не забудьте заглянуть под капот своего «железного коня».

Что же насчет причин подобного поведения, так их может быть несколько. Среди них нельзя исключить и возможные погрешности, допущенные во время изготовления сопряженных деталей.

Кроме того, не самым лучшим образом сказывается неоднородность материалов, из которых изготовлены элементы коленчатого вала.

Появлению люфта также способствуют увеличенные зазоры в сопряженных узлах, их несоосность, некачественный монтаж и, конечно же, недостаточно точное центрирование.

Есть два способа, как отбалансировать коленвал.

• Первый – статический, он является менее точным. В этом случае используются специальные ножи, на которые и устанавливается деталь.
• А дисбаланс определяется по ее положению во время вращения. Если верхняя часть коленвала легче нижней, то на нее крепят грузики и производят такие замеры и догрузку до достижения равновесия.
• И только после этого на противоположной стороне высверливаются отверстия для противовеса.

Второй вид – динамическая балансировка коленчатого вала.

Для ее осуществления необходимо специальное оборудование. Коленчатый вал устанавливается в плавающие постели и раскручивается до нужных оборотов. Световой луч находит и сканирует наиболее тяжелую точку, которая провоцирует тряску, и выводит ее на экран. А для достижения баланса дело остается за малым – удалить с нее лишний вес.

В основном, в домашних условиях осуществляется балансировка коленвала с маховиком. Для этого также необходимо определить самую тяжелую точку.

Делается это следующим образом: устанавливаются две Т-образные пластины, естественно по уровню, и сверху на них кладется деталь. В случае дисбаланса коленчатый вал будет катиться, пока его наиболее тяжелая точка не окажется в нижнем положении.

1. Таким образом, определяется место, с которого необходимо снять немного металла. Повторять эту процедуру следует до достижения полного равновесия.
2. Если же речь идет о новых автомобилях, то в этом случае нужно прибегнуть к методу модульной сборки, когда все элементы проходят балансировку по отдельности, а не в сборе.
3. Но осуществление данной процедуры лучше доверить профессионалам, тем более что, в основном, такие машины состоят на гарантийном обслуживании, и пренебрегать им не стоит.

Не столь важно, где отбалансировать коленвал, главное помните, что данная процедура позволит значительно увеличить ресурс и мощность движка, да и авто в целом.

Все компоненты автомобиля должны работать исправно, чтобы обеспечить его максимальные характеристики. Однако со временем детали изнашиваются. Поэтому их нужно периодически менять и по необходимости проводить балансировку. Особенно это касается маховика.

Что такое маховик?

Маховиком называется дискообразный компонент автомобиля, который соединяется с коленчатым валом. Хотя он практически не имеет двигающихся частей, он крайне важен для нормального функционирования коленвала. Его основная задача — создание инерции для некоторых деталей автомобиля. Кроме того, он соединяет собой стартер и вал, что и обеспечивает начало работы двигателя.

Это довольно массивный элемент автомобиля, который не дает поршням оставаться неподвижными. Благодаря большой массе он позволяет без труда начать движение остальных механизмов.

В данной части автомобиля даже небольшая вибрация может привести к существенному повреждению деталей. Разрушение стартера, коленвала и других компонентов — это не предел при пренебрежении этим фактором. Поэтому важно следить за центром тяжести маховика и по необходимости проводить балансировку.

Основы балансировки

Балансировка — это процесс, при котором центр тяжести возвращается в геометрический центр маховика. Особенно часто он проводится после процедуры облегчения этой детали, что нередко практикуется автомобилистами. Балансировка крайне важна, ведь в противном случае на двигатель могут действовать разрушительные силы.

Отмечают несколько видов дисбаланса на маховике, среди них:

• статический;
• моментальный;
• динамический.

В статическом случае на оси детали возникает какая-то масса. Из-за этого ось устройства смещается относительно оси вращения, что приводит к возникновению вибраций.

В моментальном же, дополнительные массы возникают на краях детали. Если маховик не двигается, то вибрации не возникают, но при вращении они могут проявляться крайне сильно. Последний вариант — динамический.

Он совмещает в себе предыдущие виды дисбаланса.

Зачастую для устранения подобных проблем автомобиль везут в сервис. Там проводят тщательную балансировку маховика, возвращая центр тяжести в первоначальное положение. Однако осуществить эту процедуру можно и без сторонней помощи, проводя ее в домашних условиях. Сложностей здесь минимум

Наиболее простым решением является статическая балансировка. Хотя провести ее можно различными способами, далее будет использоваться один из самых простых. Он позволяет полностью осуществить процедуру без специальных инструментов.

Для начала важно определить точку смещения веса. Для этого через центр маховика продевается металлический прут, который может выдержать подобный вес без деформации. Если в его конструкции все еще имеется вал, то можно использовать его для этой задачи. Далее нужно взять две прямых опоры и закрепить их параллельно.

Читать далее: Замена успокоителя цепи ВАЗ 2107: как правильно снять и установить, инструкции с фото и видео

Важно! Стоит проводить эту процедуру с водяным уровнем, ведь малейший просчет может привести к ошибочным выводам в процессе диагностики.

Далее необходимо провести следующие шаги:

1. Определить точку смещения веса.
2. Навесить груз с противоположной стороны.
3. Провести повторную диагностику.
4. При необходимости повторить процедуру.

Хотя мастера рекомендуют вешать грузики для балансировки, зачастую лишний метал попросту высверливается. Проблема в том, что это не только приводит к снижению общего веса маховика, но и может попросту привести деталь в негодность.

Также можно проводить балансировку на весу, если в детали имеется подшипник. Задумка та же, имеется несколько грузов и маховик под углом. Постепенно вращая и определяя недостаток веса, нужно размещать грузы до полного баланса детали. Многие считают такой вариант более удобным, ведь маховик нигде не закрепляется и постоянно находится в подвешенном состоянии

Зачастую в сервисах проводится динамическая балансировка данного элемента. Она более надежная и быстрая, а результат представляет собой абсолютный баланс детали.

Такой подход рекомендуется всем, однако для этого необходимо ехать в сервис. Самостоятельно провести такую процедуру практически невозможно, ведь для этого нужен специальный стенд с оборудованием.

Кроме того, здесь используется не только маховик, а также коленвал и сцепление.

Балансировка маховика своими руками

Наиболее простым решением является статическая балансировка. Хотя провести ее можно различными способами, далее будет использоваться один из самых простых. Он позволяет полностью осуществить процедуру без специальных инструментов.

Для начала важно определить точку смещения веса. Для этого через центр маховика продевается металлический прут, который может выдержать подобный вес без деформации

Если в его конструкции все еще имеется вал, то можно использовать его для этой задачи. Далее нужно взять две прямых опоры и закрепить их параллельно.

Важно! Стоит проводить эту процедуру с водяным уровнем, ведь малейший просчет может привести к ошибочным выводам в процессе диагностики.

Далее маховик размещается на этих опорах. После этого наиболее тяжелая сторона будет смещаться вниз, проворачивая ось. Это даст понять приблизительное расположение центра тяжести. Кстати, для этой же задачи можно заменить прямые опоры тисками, зажав вал, на котором находится деталь.

Далее необходимо провести следующие шаги:

1. Определить точку смещения веса.
2. Навесить груз с противоположной стороны.
3. Провести повторную диагностику.
4. При необходимости повторить процедуру.

Хотя мастера рекомендуют вешать грузики для балансировки, зачастую лишний метал попросту высверливается. Проблема в том, что это не только приводит к снижению общего веса маховика, но и может попросту привести деталь в негодность.

Также можно проводить балансировку на весу, если в детали имеется подшипник. Задумка та же, имеется несколько грузов и маховик под углом. Постепенно вращая и определяя недостаток веса, нужно размещать грузы до полного баланса детали. Многие считают такой вариант более удобным, ведь маховик нигде не закрепляется и постоянно находится в подвешенном состоянии

Зачастую в сервисах проводится динамическая балансировка данного элемента. Она более надежная и быстрая, а результат представляет собой абсолютный баланс детали. Такой подход рекомендуется всем, однако для этого необходимо ехать в сервис. Самостоятельно провести такую процедуру практически невозможно, ведь для этого нужен специальный стенд с оборудованием. Кроме того, здесь используется не только маховик, а также коленвал и сцепление.

Так что для самостоятельного проведения работ лучше подойдет статическая балансировка. Она позволяет быстро и достаточно неплохо вернуть на место центр тяжести, используя лишь подручные средства. Хотя на стенде это делается быстрее и точнее, такой вариант подойдет для бюджетного ремонта.

А для лучшего понимания процедуры балансировки маховика рекомендуется посмотреть это видео. Здесь демонстрируется закрепленная деталь, на которой можно определить смещение центра тяжести. Это основа для дальнейших процедур по балансировке:

• Вибрация педали сцепления после замены сцепления
• Установка вентиляции сидений автомобиля
• Неисправности системы зажигания инжекторного и дизельного двигателя, принцип работы
• Шкив и сальник коленвала Приоры

Как отбалансировать маховик в домашних условиях

При дисбалансе коленчатого вала неравномерно распределяется масса вдоль и поперек оси, то есть нарушается баланс: один край легче другого. В основном причиной поперечного дисбаланса является износ деталей вала при продолжительной эксплуатации.

Балансировка коленвала проводится, чтобы снизить нагрузку и вибрации на узлы силового агрегата. Эта операция дает возможность поднять производительность двигателя, продлить срок эксплуатации. В основном балансировка необходима для изношенных элементов двигателя, но встречаются случаи, когда в балансировке нуждается новый автомобиль.

Определить, нужна ли балансировка коленвала, можно по поведению ручки переключения передач: она начинает болтаться при передвижении на холостом ходу. То же самое касается двигателя: если на холостом ходу мотор работает с рывками.

Причины появления неполадок могут быть разные:

• некачественное изготовление сопряженных деталей;
• неоднородность материала, который использован для коленчатого вала;
• люфты, возникшие в результате нарушения зазоров между сопряженными элементами;
• некачественная сборка;
• неточное центрирование;
• естественный износ.

Бывает, что на двигателе нужно заменить маховик, его зубчатый венец или корзину сцепления и после замены перечисленных деталей, и даже после замены пробок каленвала (после промывки масляных каналов), его нужно обязательно отбалансировать.

Если пренебречь этой операцией, то ваш двигатель, даже при повышении скорости машины всего лишь до 70 км/ч, начнёт сильно вибрировать из за дисбаланса. Естественно такое допускать нельзя, и коленчатый вал, перед установкой его на двигатель, нужно отбалансировать.

Как сделать простое устройство для балансировки всего за пару часов, и что для этого потребуется мы и рассмотрим в этой статье.

Большинство автомобильных или мотоциклетных заводов балансируют свои коленчатые валы в сборе с маховиком и корзиной сцепления, а некоторые, например коленвал мотоцикла Днепр или автомобиля Запорожец, балансируют ещё и в сборе с центрифугой. Это надо учитывать и перед балансировкой одевать все детали на коленвал, и даже шкив или шестерню на переднюю часть вала, если конечно они существуют в конструкции именно вашего двигателя.

Ну и естественно все шатуны в сборе с поршнями, кольцами и пальцами, нужно будет взвесить и добиться их абсолютно одинакового веса. Многие заводы (как правило отечественные) пренебрегают этим, поэтому советую ещё при первом ремонте двигателя, обязательно взвесить выше перечисленные детали и если есть разница в весе, устранить её (снятием лишнего металла).

Кстати, при форсировке двигателя, многие механики облегчают маховик его протачиванием, и после облегчения маховика, тоже обязательно нужно сделать балансировку коленвла, в сборе с облегчённым маховиком.

Приспособление для балансировки коленвала.

Сначала нужно будет изготовить основу — рамку, размером примерно 400 х 400 или 500 х 500 мм, которая сваривается из уголка или профильной трубы (ширина уголка или трубы 45 — 60 мм).

А вообще габариты рамки и самого устройства зависят от длины вашего коленвала, ведь если вам нужно будет отбалансировать коленвал от грузовика, то естественно это приспособление нужно будет изготавливать бóльших размеров.

После того, как вы сварите рамку и зачистите сварные швы, в двух углах рамки ( цифры 1 и 2 на фото) и в середине противоположной трубы (цифра 3 на фото) нужно будет просверлить отверстия (диаметр их зависит от толщины прутка, из которого делаются шпильки). К отверстиям сверху привариваются гайки, диаметр внутренней резьбы которых зависит от диаметра трёх шпилек, которые вы купите или изготовите из прутка.

На каждую шпильку нужно будет накрутить ещё и контргайки, которые после регулировки рамки контрятся. В верху каждой шпильки, полезно подточить болгаркой по две лыски для гаечного ключа, чтобы потом было легко их крутить, при регулировке уровня.

Теперь нужно будет ближе к каждому углу рамки просверлить четыре отверстия, диаметром 14 — 16 мм. В эти отверстия вставляются и зажимаются гайками 4 шпильки (стойки), сделанные из прутка, толщиной примерно 14 — 16 мм, и диной примерно 250 мм (длина всех четырёх шпилек абсолютно одинаковая) .

Теперь на верхнюю часть каждой пары шпилек — стоек, нужно надеть два уголка ( 20 — 40 мм шириной и примерно 300 мм длиной) уголка, (перед этим в уголках сверлим отверстия).

Вот и всё — устройство для балансировки коленвала в гаражных или даже домашних условиях готово!

Балансировка коленвала.

Перед балансировкой сначала нужно выставить приспособление строго горизонтально, относительно силы притяжения Земли. Для этого сначала укладываем уровень на уголок(20 мм) П-образной стойки, расположенной около цифр 1 и 2 и крутим шпильки 1 и 2, пока не добьёмся абсолютно горизонтального его расположения и соответственно уголка, на котором он лежит.

Затем разворачиваем уровень перпендикулярно и укладываем уровень поперёк, то есть сразу на два уголка обоих П-образных стоек, и добиваемся с помощью вращения шпильки 3, абсолютно горизонтального положения всего приспособления в целом.

Чтобы устранить перевес, нужно в самой тяжёлой (нижней — на фото указано стрелкой) части маховика высверлить лишний металл, чтобы убрать лишний вес. Но как узнать точно этот вес. Для этого, к самой лёгкой противоположной стороне маховика (вверху) нужно приклеить магнитики разного веса или кусочки большого магнита (можно разбить на кусочки магнит от динамика).

Добавлять (приклеивать) магнитики к маховику нужно будет до тех пор, пока коленчатый вал в сборе с деталями, как бы вы его не повернули на уголках, должен лежать неподвижно (не катиться ни в право ни в лево).

• Все магнитики, которые были приклеены, нужно взвесить, и этот точный вес и будет перевесом (дисбалансом).
• Сейчас в продаже полно китайских электронных весов — их нужно будет купить, они не дорогие (или попросить взвесить магниты в магазине).
• Теперь нужно будет высверлить с маховика столько металла, чтобы вес стружки был такой же как и вес магнитиков, которые компенсировали дисбаланс. При высверливании желательно постелить под маховиком ткань, чтобы можно было собрать стружку и взвесить.

Читать далее: Замена салонного фильтра Kia Spectra своими руками пошаговая инструкция с фото

Но практически одного высверливания отверстия (примерно 7 — 8 мм) всегда не хватает, и приходится сверлить несколько. Если есть фрезерный станок, то можно в маховике выфрезеровать лишний металл.

Но главное не переборщить в этом деле, а то придётся потом сверлить на противоположной стороне маховика.

Ну и напоследок добавлю, что это устройство может быть использовано и для проверки биения коленвала, с помощью индикаторной стойки с индикатором часового типа.

Для этого нужно будет всего лишь просверлить по два отверстия в верхних уголках (на которые укладывается коленвал) и закрепить на них две призмы, на которые и будет впоследствии укладываться коленвал, для проверки его биения часовым индикатором.

Надеюсь эта статья поможет всем водителям, любящим всё делать на своей машине сами, и которые с помощью этого устройства, смогут легко отбалансировать коленчатый вал у себя в гараже.

Для полноты картины, а так же чтобы все поняли, как влияет балансировка коленвалов любого двигателя на мягкость его работы, посмотрите видеоролик ниже; успехов всем!

Основы балансировки

Балансировка коленвала в домашних условиях

В основном, в домашних условиях осуществляется балансировка коленвала с маховиком

. Для этого также необходимо определить самую тяжелую точку. Делается это следующим образом: устанавливаются две Т-образные пластины, естественно по уровню, и сверху на них кладется деталь. В случае дисбаланса коленчатый вал будет катиться, пока его наиболее тяжелая точка не окажется в нижнем положении. Таким образом, определяется место, с которого необходимо снять немного металла. Повторять эту процедуру следует до достижения полного равновесия.

Балансировку карданного вала можно проводить как своими руками, так и на СТО. В первом случае для этого нужно использование специальных инструментов и материалов — грузиков и хомутов. Однако лучше доверить балансировку работникам станции техобслуживания, поскольку вручную невозможно с точностью вычислить массу балансира и место его установки. Существует несколько «народных» методов балансировки, о которых мы поговорим далее.

Как отбалансировать маховик в домашних условиях

Желание продлить жизнь своего двухколёсного друга заставляет владельцев постигать самые невероятные приёмы ремонта, среди которых перепрессовка коленвала. Достаточно сложная и ответственная процедура обязательно заканчивается проверкой правильности сборки, а для устранения перекосов необходима балансировка коленвала.

Подобная сложность ожидает любой двухколёсный транспорт отечественного и даже зарубежного производства советского и постсоветского периода. Благо запчасти к любимым мотоциклам найти ещё можно.

На видео балансировка коленвала с маховиком

Для любого мотора внутреннего сгорания коленвал является ключевым элементом, на который возложена задача превращений возвратно-поступательного движения поршня во вращательное. Исправно работая долгие годы, коленвал переносит существенные механические перегрузки.

Главным образом от износа страдает шатунный подшипник. Если в автомобиле эта деталь разбирается с помощью гаечных ключей и меняется, то в мотоциклетных кривошипах для замены шатуна и подшипника необходимо выпрессовать палец, а затем запрессовать новый обратно.

Процедура это непростая, но выполнимая, для чего необходимо иметь:

• специальный винтовой съёмник (который выполняют на заказ опытные токари) или гидравлический пресс;
• верстак с большими тисками.

Учитывая, что палец (шатунная шейка) очень плотно запрессована в щёки коленвала, для извлечения придётся приложить немалые усилия. Шейка всегда после разборки вставляется новая, вместе с шатуном. Для извлечения шейки с помощью съёмника, его следует очень надёжно закрепить в тисках или приварить сваркой к верстаку, раме гаражных ворот и так далее.

Щека коленвала укладывается в выемку, а под рабочую часть воротка устанавливается гайка, наружные габариты которой позволят ей пройти в отверстие, оставшееся в месте установки шейки. Для проворачивания винта придётся воспользоваться длинным рычагом. Гидравлический пресс позволит разобрать конструкцию за считанные минуты.

Восстановление коленвалов продолжается запрессовкой новой шейки, что производится в обратном порядке. Далее перед доморощенным механиком встаёт вопрос о том, как отбалансировать коленвал.

Эту процедуру также можно провести самостоятельно.

Основы балансировки

Баланс двигателя — Engine balance

Баланс двигателя относится к тому, как силы (возникающие в результате сгорания или вращающихся / возвратно-поступательных компонентов) уравновешиваются внутри двигателя внутреннего сгорания или парового двигателя . Наиболее часто используемые термины — это первичный баланс и вторичный баланс . Неуравновешенные силы в двигателе могут привести к вибрации.

Содержание

• 1 Причины дисбаланса
  • 1.1 Статическая масса
  • 1.2 Расположение цилиндров
• 2 типа дисбаланса
  • 2.1 Возвратно-поступательный дисбаланс
  • 2.2 Дисбаланс вращения
  • 2.3 Торсионный дисбаланс
• 3 Первичный баланс
• 4 Вторичный баланс
  • 4.1 Причина дисбаланса
  • 4.2 Воздействие и меры по снижению
• 5 Влияние расположения цилиндров
  • 5.1 Прямые двигатели
  • Двигатели 5,2 В
  • 5.3 Плоские двигатели
• 6 паровозов
  • 6.1 Источники дисбаланса
  • 6.2 Измерение влияния дисбаланса
  • 6.3 Статическая балансировка колес
  • 6.4 Статическая балансировка возвратно-поступательного груза
  • 6.5 Динамическая балансировка узла колесо / ось
  • 6.6 Определение допустимого удара молотком
  • 6.7 Реакция колеса на удар молотком
  • 6.8 Усилие поршня от угловатости шатуна
  • 6.9 Сходство с балансировкой другого оборудования
• 7 См. Также
• 8 ссылки

Причины дисбаланса

Хотя некоторые компоненты двигателя (например, шатуны) имеют сложные движения, все движения можно разделить на возвратно-поступательные и вращающиеся компоненты, что помогает в анализе дисбалансов.

На примере рядного двигателя (с вертикальными поршнями) основными возвратно-поступательными движениями являются:

• Поршни движутся вверх / вниз
• Шатуны движутся вверх / вниз
• Шатуны перемещаются влево / вправо при вращении вокруг коленчатого вала, однако боковые колебания, вызываемые этими перемещениями, намного меньше, чем колебания вверх-вниз, вызываемые поршнями.

Основные вращательные движения, которые могут вызвать дисбаланс:

• Коленчатый вал
• Распредвалы
• Шатуны (вращающиеся вокруг конца поршня в зависимости от горизонтального смещения поршня и хода кривошипа)

Дисбаланс может быть вызван статической массой отдельных компонентов или расположением цилиндров двигателя, как подробно описано в следующих разделах.

Статическая масса

Если вес — или распределение веса — движущихся частей неоднородно, их движение может вызвать дисбаланс сил, что приведет к вибрации. Например, если вес поршней или шатунов разных цилиндров разный, возвратно-поступательное движение может вызвать вертикальные силы. Точно так же вращение коленчатого вала с неравномерным весом перемычек или маховика с неравномерным распределением веса может вызвать вращательный дисбаланс .

Расположение цилиндров

Даже при идеально сбалансированном распределении статических масс некоторые конструкции цилиндров вызывают дисбаланс из-за того, что силы каждого цилиндра не компенсируют друг друга все время. Например, рядный четырехцилиндровый двигатель имеет вертикальную вибрацию (на удвоенной скорости вращения двигателя). Эти дисбалансы присущи конструкции и не следует избегать, поэтому в результате вибрации необходимо управлять с помощью баланса валов или другой NVH методы -уменьшения , чтобы минимизировать вибрацию , которая входит в кабину.

Виды дисбаланса

Возвратно-поступательный дисбаланс

Возвратно-поступательный дисбаланс возникает, когда линейное движение компонента (например, поршня) не компенсируется другим компонентом, движущимся с равным импульсом, движущимся в противоположном направлении в той же плоскости.

Типы возвратно-поступательного фазового дисбаланса :

• Несовпадение поршней встречного движения, например, в одноцилиндровом двигателе или рядном трехцилиндровом двигателе.
• Неравномерный порядок зажигания , например, в двигателе V6 без смещенных шатунов.

Типы дисбаланса плоскостей возвратно-поступательного движения :

• Расстояние смещения между шатунными шейками, вызывающее качающуюся пару на коленчатом валу от равных и противоположных сил сгорания, например, в оппозитном двухцилиндровом двигателе, рядном трехцилиндровом двигателе 120 °, двигателе V4 90 °, рядном пятидвигательном двигателе, 60 ° двигатель V6 и двигатель V8 с углом поворота 90 °.

В двигателях без перекрывающихся тактов мощности (например, в двигателях с четырьмя или меньшим числом цилиндров) пульсации в подаче мощности вызывают колебания двигателя вперед и назад вращательно по оси X, подобно возвратно-поступательному дисбалансу.

Вращающийся дисбаланс

Поворотный дисбаланс вызван неравномерным распределением массы на вращающихся узлах.

Типы дисбаланса вращающихся фаз :

• Несбалансированные эксцентриковые массы на вращающемся компоненте, например неуравновешенном маховике

Типы дисбаланса вращающейся плоскости :

• Неуравновешенные массы вдоль оси вращения вращающегося узла, вызывающие качающуюся пару, например, если бы коленчатый вал двухтактного оппозитного двигателя не имел противовесов, масса ходов кривошипа, расположенных на 180 ° друг от друга, могла бы вызвать пару вдоль оси коленчатый вал.

• Боковое движение в парах узлов, движущихся в противоположных направлениях, например разность высот центра масс в паре узлов поршень / шатун. В этом случае качающаяся пара возникает из-за того, что один шатун поворачивается влево (во время верхней половины вращения кривошипа), в то время как другой качается вправо (во время нижней половины), в результате чего сила слева в верхней части двигателя. и сила справа внизу двигателя.

Торсионный дисбаланс

Крутильные колебания возникают при приложении крутящего момента на смещенных расстояниях вдоль вала.

Это происходит вдоль оси коленчатого вала, поскольку шатуны обычно расположены на разных расстояниях от момента сопротивления (например, муфты). Эта вибрация не передается за пределы двигателя, однако усталость от вибрации может вызвать выход из строя коленчатого вала.

Радиальные двигатели не испытывают крутильного дисбаланса.

Первичный баланс

Первичный баланс двигателя относится к вибрациям, которые возникают на основной частоте (первой гармонике) частоты вращения двигателя. Следовательно, эта вибрация возникает с частотой, равной частоте вращения коленчатого вала («об / мин» двигателя). Первичный вертикальный дисбаланс может присутствовать в двигателе с нечетным числом цилиндров (без противовесов), поскольку инерция каждого поршня, движущегося вверх, не компенсируется движением другого поршня вниз.

В четырехтактном двигателе каждый цилиндр имеет рабочий ход один раз за каждые два оборота коленчатого вала, что может вызывать вибрации (из-за сил сгорания и сжатия) на половине частоты вращения коленчатого вала. Эти колебания иногда называют колебаниями «половинного порядка». В качестве альтернативы, иногда все несинусоидальные колебания называют вторичными колебаниями, а все остальные колебания (независимо от частоты) называют первичными колебаниями .

Вторичный баланс

Причина дисбаланса

Поршень движется дальше во время верхней половины своего движения, чем во время нижней половины своего движения, что приводит к несинусоидальным колебаниям, называемым вторичной вибрацией .

Разница в пройденном расстоянии происходит из-за вращения шатуна. На 90 градусах после верхней мертвой точки (ВМТ) конец шатуна коленчатого вала находится точно в середине своего хода, однако угол шатуна (то есть движение влево-вправо, если смотреть вниз на коленчатый вал) означает, что поршень конец шатуна должен быть ниже средней точки, чтобы шатун имел фиксированную длину. То же самое относится и к 270 градусам после ВМТ, поэтому конец поршня перемещается на большее расстояние от 270 градусов до 90 после ВМТ, чем в «нижней половине» цикла вращения коленчатого вала (от 90 градусов до 270 градусов после ВМТ). Чтобы пройти это большее расстояние за то же время, поршневой конец шатуна должен испытывать более высокие скорости ускорения в верхней половине своего движения, чем в нижней половине.

Это неравномерное ускорение приводит к более высокой силе инерции, создаваемой массой поршня (в его ускорении и замедлении) во время верхней половины вращения коленчатого вала, чем во время нижней половины. В случае четырехрядного двигателя (с традиционным коленчатым валом с поворотом на 180 градусов), инерция вверх цилиндров 1 и 4 больше, чем инерция вниз цилиндров 2 и 3. Следовательно, несмотря на равное количество цилиндров, движущихся в противоположных направлениях. направления в любой момент времени (создавая идеальный первичный баланс ), двигатель, тем не менее, имеет несинусоидальный дисбаланс. Это называется вторичным дисбалансом .

Математически несинусоидальное движение кривошипно-скользящего механизма можно представить как комбинацию двух синусоидальных движений:

• основной компонент с частотой , равной частотой вращения коленчатого вала (эквивалентен движением поршня с бесконечно длинным шатуном)
• вторичный компонент , который происходит на удвоенной частоте и эквивалентен эффекту шатуна угла наклона , что снижает малые конечное положение от того, когда она находится в вертикальном положении

Поршни не двигаются точно таким образом, это все еще полезное представление для анализа их движения. Этот анализ также является источником терминов первичный баланс и вторичный баланс , которые теперь также используются за пределами академических кругов для описания характеристик двигателя.

Эффекты и меры по снижению

Вибрация, вызванная этим вторичным дисбалансом, относительно мала на более низких оборотах двигателя, но она пропорциональна квадрату скорости двигателя, потенциально вызывая чрезмерную вибрацию на высоких оборотах. Чтобы уменьшить эти вибрации, в некоторых двигателях используются балансирные валы. Система уравновешивающих валов обычно состоит из двух валов с одинаковым эксцентриковым весом на каждом валу. Валы вращаются с удвоенной частотой вращения двигателя и в противоположных направлениях друг к другу, создавая таким образом вертикальную силу, которая предназначена для компенсации силы, вызванной вторичным дисбалансом двигателя. Наиболее распространенное использование балансирных валов — это двигатели V6 и рядные четырехцилиндровые двигатели большого объема.

В двигателе, в котором пары поршней движутся синхронно друг с другом (например, в двигателях V8 с рядным четырехцилиндровым двигателем, рядным шестицилиндровым двигателем и с горизонтальным расположением под углом 90 °), вторичные силы дисбаланса в два раза больше и в два раза чаще, чем в двигателях, где поршни не совпадают по фазе друг с другом (например, в трехрядных и кросс-плоских двигателях V8).

Влияние расположения цилиндров

Для двигателей с более чем одним цилиндром такие факторы, как количество поршней в каждом ряду, угол V и интервал зажигания, обычно определяют наличие дисбаланса фаз возвратно-поступательного движения или крутильного дисбаланса.

Прямые двигатели

Прямо-сдвоенные двигатели чаще всего используют следующие конфигурации:

• Коленчатый вал на 360 ° — эта конфигурация создает самые высокие уровни вторичного дисбаланса, однако дисбалансы в первичной плоскости сводятся к минимуму, а равномерный порядок зажигания обеспечивает более плавную подачу мощности (хотя и без перекрытия рабочих ходов двигателей с более чем четырьмя цилиндрами)
• Коленчатый вал 180 ° — эта конфигурация приводит к дисбалансу в первичной плоскости и неравномерному порядку зажигания, однако вторичный дисбаланс вдвое слабее (и с удвоенной частотой) по сравнению с прямым двухцилиндровым двигателем на 360 °.
• Коленчатый вал 270 ° — эта конфигурация сводит к минимуму вторичный дисбаланс, однако присутствует дисбаланс первичной плоскости вращения и порядок зажигания неравномерный. Звук выхлопа и мощность напоминают V-образный двигатель под углом 90 °.

В двигателях с прямой тройкой чаще всего используется коленчатый вал 120 °, и они обладают следующими характеристиками:

• Равномерно распределенный интервал между стрельбой (хотя рабочие ходы не перекрываются).
• Несбалансированность первичной возвратно-поступательной плоскости и плоскости вращения. Их можно уменьшить за счет использования противовесов на коленчатом валу.
• Вторичные силы дисбаланса меньше, чем в рядном четырехцилиндровом двигателе, поскольку никакие два цилиндра не движутся синхронно друг с другом. Это означает, что шатуны могут быть короче, что позволяет создать более компактный двигатель. Простой выпускной коллектор «три в один» обеспечивает равномерную продувку , что также обеспечивает компактный размер двигателя.

Прямолинейные двигатели (также называемые «рядными четырехъядерными двигателями») обычно используют конструкцию коленчатого вала «вверх-вниз-вниз-вверх» 180 ° и обладают следующими характеристиками:

• Равномерно распределенный интервал между стрельбой (хотя рабочие ходы не перекрываются).
• Имеются первичные дисбалансы в плоскости возвратно-поступательного движения и плоскости вращения.
• Вторичные силы дисбаланса велики из-за того, что два поршня всегда движутся синхронно.
• Вращательные колебания могут присутствовать на низких скоростях (например, на холостом ходу), поскольку дисбаланс по высоте из-за поворота центра тяжести шатунов влево и вправо усиливается из-за того, что два шатуна движутся вместе.
• Противовесы использовались в двигателях легковых автомобилей с середины 1930-х годов либо в виде полного противовеса, либо в виде полувеса (также известного как полувес ).

В двигателях с прямой пяткой обычно используется коленчатый вал 72 °, и они обладают следующими характеристиками:

• Равномерно распределенный интервал зажигания с перекрытием рабочих ходов обеспечивает более плавный холостой ход, чем у двигателей с меньшим количеством цилиндров.
• Первичная плоскость возвратно-поступательного движения и плоскость вращения неуравновешены. В случае рядных трехцилиндровых двигателей эти дисбалансы можно уменьшить за счет использования противовесов на коленчатом валу.
• Вторичные силы дисбаланса меньше, чем в рядном шестицилиндровом двигателе, поскольку никакие два цилиндра не движутся синхронно друг с другом.

Рядные шестицилиндровые двигатели обычно используют коленчатый вал 120 °, порядок включения цилиндров 1-5-3-6-2-4 и обладают следующими характеристиками:

• Равномерно распределенный интервал стрельбы с перекрытием мощных ходов. Два простых выхлопных коллектора типа «три в один» обеспечивают равномерную продувку, поскольку в этом отношении двигатель фактически ведет себя как два отдельных трехцилиндровых двигателя.
• Первичный баланс идеален.
• Вторичный дисбаланс выше из-за того, что два поршня всегда движутся синхронно.
• Торсионный дисбаланс может быть выше из-за большей длины двигателя (по сравнению с рядным четырехцилиндровым двигателем), поэтому на некоторых рядных шестицилиндровых двигателях используется демпфер крутильных колебаний .

V двигатели

V-образные двигатели обладают следующими характеристиками:

• V-образный двухцилиндровый двигатель с V-образным углом 90 градусов и смещением шатунов кривошипа может иметь идеальный первичный баланс.
• Если используется общий шатун (например, в V-образном двухцилиндровом двигателе Ducati), коленчатый вал на 360 ° приводит к неравномерному интервалу зажигания. Эти двигатели также имеют дисбаланс в первичной плоскости возвратно-поступательного движения и плоскости вращения. Там, где шатуны находятся в разных местах вдоль коленчатого вала (что имеет место, если только шатуны вилки и лезвия ), это смещение создает в двигателе качающуюся пару.

Двигатели V4 бывают самых разных конфигураций с точки зрения V-образного угла и конфигураций коленчатого вала. Вот несколько примеров:

• Двигатели Lancia Fulvia V4 с узким V-образным углом имеют смещение кривошипа, соответствующее углу V-образного сечения, поэтому интервал включения соответствует таковому у четырехцилиндрового двигателя.
• Некоторые двигатели V4 имеют неравномерный интервал зажигания, и каждую конструкцию следует рассматривать отдельно с точки зрения всех элементов балансировки. Двигатель Honda RC36 имеет V-образный угол 90 градусов и коленчатый вал 180 ° с интервалами зажигания 180 ° -270 ° -180 ° -90 °, что приводит к неравномерным интервалам зажигания в пределах 360 градусов и в пределах 720 градусов вращения коленчатого вала. С другой стороны, двигатель Honda VFR1200F имеет V-образный угол 76 градусов и коленчатый вал 360 ° с общими пальцами кривошипа, которые имеют смещение 28 °, что обеспечивает интервал зажигания 256 ° -104 ° -256 ° -104 °. Этот двигатель также имеет обычную ориентацию шатуна спереди-сзади-сзади-спереди, с гораздо более широким расстоянием между цилиндрами (« расстояние между отверстиями ») на переднем ряду цилиндров, чем на заднем, что приводит к уменьшению количества качающихся пар (за счет большей ширины двигателя).

Двигатели V6 обычно производятся в следующих конфигурациях:

• Угол V 60 градусов — такая конструкция обеспечивает компактный размер двигателя, а короткая длина коленчатого вала снижает крутильные колебания. Вторичный баланс лучше, чем у рядного шестицилиндрового двигателя, потому что здесь нет поршневой пары, которая движется вместе. Однако такая конструкция приводит к дисбалансу основной плоскости возвратно-поступательного движения и плоскости вращения. Смещение левого и правого рядов цилиндров (из-за толщины шатуна и шейки кривошипа) затрудняет уменьшение дисбаланса плоскости возвратно-поступательного движения с помощью противовесов коленчатого вала.
• Угол V-образного сечения 90 градусов — эта конструкция исторически возникла из-за отсечения двух цилиндров от двигателя V8 под углом 90 градусов, чтобы снизить затраты на проектирование и строительство. Ранний пример — двигатель General Motors 90 ° V6 , у которого коленчатый вал смещен на 18 °, что приводит к неравномерному интервалу между запусками. В более новых примерах, таких как двигатель Honda C , шатуны кривошипа смещены на 30 °, что обеспечивает равномерный интервал зажигания. Как и двигатели V6 с углами V 60 градусов, эти двигатели имеют дисбаланс в первичной плоскости возвратно-поступательного движения и плоскости вращения, смещенный ряд цилиндров и меньшие вторичные дисбалансы.

Плоские двигатели

[Точность: «плоский» двигатель не обязательно является «оппозитным» двигателем. «Плоский» двигатель может быть либо V-образным, либо «оппозитным» двигателем. Двигатель с V-образным вырезом на 180 градусов, который используется в Ferrari 512BB, имеет противоположные пары цилиндров, чьи шатуны используют одинаковый ход кривошипа. В противоположность этому, в «оппозитном» двигателе, применяемом в мотоциклах BMW, каждый шатун имеет свой собственный ход кривошипа, который расположен на 180 градусов относительно хода кривошипа противоположного цилиндра.]

Плоско-сдвоенные двигатели обычно используют коленчатый вал на 360 °, отдельные ходы кривошипа и обладают следующими характеристиками:

• Первичная плоскость возвратно-поступательного движения и плоскость вращения неуравновешены из-за расстояния вдоль коленчатого вала между поршнями. Это расстояние и, следовательно, величина дисбаланса зависят от толщины подшипников шатуна, шейки кривошипа и главного подшипника (последний, только если он расположен между ходами кривошипа). Первичный дисбаланс можно было устранить, если использовать общий шатун с вилкой и лопастями.
• Вторичные дисбалансы минимальны.

Плоские четырехцилиндровые двигатели обычно используют конфигурацию коленчатого вала лево-право-право-лево и обладают следующими характеристиками:

• Первичные дисбалансы вызваны смещением качающихся пар противоположных поршней (смещение спереди назад). Интенсивность этой качающейся пары меньше, чем у рядного четырехцилиндрового двигателя, поскольку пары шатунов, качаясь вверх и вниз, перемещаются с разной высотой центра тяжести.
• Вторичные дисбалансы минимальны.

Плоские шестицилиндровые двигатели обычно имеют оппозитную конфигурацию и обладают следующими характеристиками:

• Равномерно распределенный интервал стрельбы с перекрытием мощных ходов. Простая выхлопная система «три в один» для каждого ряда цилиндров обеспечивает равномерную продувку, так как в этом отношении двигатель фактически ведет себя как два отдельных трехрядных двигателя.
• Первичная плоскость возвратно-поступательного движения и плоскость вращения неуравновешены из-за расстояния вдоль коленчатого вала между противоположными цилиндрами. Плоский шестицилиндровый двигатель имел бы идеальный первичный баланс, если бы использовались шатуны типа вилка и лезвие.
• Вторичные дисбалансы минимальны, потому что нет пар цилиндров, движущихся синхронно, и дисбаланс в основном компенсируется противоположным цилиндром.
• Торсионный дисбаланс ниже, чем у рядных шестицилиндровых двигателей, из-за меньшей длины шестицилиндрового двигателя.

Паровозы

Этот раздел представляет собой введение в балансировку двух паровых машин, соединенных ведущими колесами и осями, собранных в железнодорожном локомотиве.

Эффекты неуравновешенной инерции в локомотиве кратко показаны путем описания измерений движений локомотива, а также прогибов стальных мостов. Эти измерения показывают необходимость использования различных методов балансировки, а также других конструктивных особенностей для уменьшения амплитуды вибрации и повреждения самого локомотива, а также рельсов и мостов. В качестве примера показан локомотив простого, несоставного типа с двумя внешними цилиндрами и клапанным механизмом, сцепленными ведущими колесами и отдельным тендером. Охватывается только базовая балансировка без упоминания влияния различного расположения цилиндров, углов поворота коленчатого вала и т.д., поскольку методы балансировки для локомотивов с 3 и 4 цилиндрами могут быть сложными и разнообразными. Математические методы лечения можно найти в разделе «Дополнительная литература». Например, «Уравновешивание двигателей» Долби описывает обработку неуравновешенных сил и пар с помощью многоугольников. Джонсон и Фрай оба используют алгебраические вычисления.

На скорости локомотив будет иметь тенденцию раскачиваться вперед-назад и носом или раскачиваться из стороны в сторону. Он также будет иметь тенденцию к подаче и качанию. В этой статье рассматриваются эти движения, которые возникают из-за неуравновешенных сил инерции и пар в двух паровых двигателях и их соединенных колесах (некоторые похожие движения могут быть вызваны неровностями беговой поверхности и жесткости гусеницы). Первые два движения вызываются возвратно-поступательными массами, а последние два — наклонным действием шатунов или толчком поршня на направляющие штанги.

Есть 3 степени, до которых может быть достигнута балансировка. Самая основная — это статическая балансировка смещенных от центра элементов на ведущем колесе, то есть шатунной шейки и связанных с ней частей. Кроме того, уравновешивание части частей, совершающих возвратно-поступательное движение, может быть выполнено с помощью дополнительного вращающегося груза. Этот вес сочетается с весом, который требуется для смещенных от центра частей колеса, и этот дополнительный вес вызывает перебалансировку колеса, что приводит к удару молотка . Наконец, поскольку вышеуказанные балансировочные грузы находятся в плоскости колеса, а не в плоскости возникающего дисбаланса, узел колесо / ось не сбалансирован динамически. Динамическая балансировка на паровозах известна как перекрестная балансировка и представляет собой балансировку в двух плоскостях, когда вторая плоскость находится в противоположном колесе.

Склонность к нестабильности будет зависеть от конструкции локомотива конкретного класса. Соответствующие факторы включают в себя его вес и длину, то, как он поддерживается на пружинах и компенсаторах, и то, как значение неуравновешенной движущейся массы сравнивается с неподрессоренной массой и общей массой локомотива. Способ крепления тендера к локомотиву также может изменить его поведение. Устойчивость пути с точки зрения веса рельса, а также жесткость дорожного полотна могут влиять на вибрационные характеристики локомотива.

Неровная езда не только снижает качество езды для человека, но и влечет за собой расходы на техническое обслуживание из-за износа и поломок как компонентов локомотива, так и гусениц.

Источники дисбаланса

Все ведущие колеса имеют дисбаланс, который вызван смещением оси кривошипа и прикрепленных к ним компонентов. Основные ведущие колеса имеют наибольший дисбаланс, так как у них самая большая шатунная шейка, а также вращающаяся часть основной тяги. У них также есть эксцентриковый кривошип клапанной шестерни и задний конец эксцентрикового штока. Как и у соединенных ведущих колес, они также имеют свою долю веса боковой штанги. Часть основного стержня, для которой задано вращательное движение, первоначально измерялась путем взвешивания его, поддерживаемого на каждом конце. Возникла необходимость в более точном методе разделения вращающейся и возвратно-поступательной частей в зависимости от положения центра удара. Это положение измерялось поворотом стержня как маятника. Неуравновешенность остальных ведущих колес вызвана весом шатунной шейки и боковой штанги. Вес боковой штанги, присвоенный каждой шатунной шейке, измеряется путем подвешивания штока на столько весов, сколько есть шатунов, или путем расчета.

Возвратно-поступательное движение поршня / крейцкопфа / главного штока / клапана неуравновешено и вызывает продольные колебания. Их разделение на 90 градусов вызывает покачивание пары.

Измерение эффектов дисбаланса

Весь локомотив имеет тенденцию двигаться под действием неуравновешенных сил инерции. Горизонтальные движения неуравновешенных локомотивов были количественно определены М. Ле Шателье во Франции около 1850 г., подвешивая их на тросах к крыше здания. Они разгонялись до эквивалентной дорожной скорости до 40 миль в час, а горизонтальное движение отслеживалось карандашом, установленным на буферной балке. След представлял собой эллиптическую форму, образованную совместным действием продольных движений и качательных движений. Форма могла быть заключена в квадрат 5/8 дюйма для одного из неуравновешенных локомотивов и была уменьшена до такой степени, что добавлялись веса для противодействия вращающимся и возвратно-поступательным массам.

Эффект вертикального дисбаланса или переменной нагрузки колеса на рельс был количественно определен профессором Робинсоном в США в 1895 году. Он измерил прогибы или деформации моста и объяснил, что увеличение на 28% по сравнению со статическим значением связано с неуравновешенными водителями. .

Остаточный дисбаланс в локомотивах оценивался тремя способами на испытательном заводе Пенсильванской железной дороги. В частности, 8 локомотивов были испытаны на выставке закупок в Луизиане в 1904 году. Тремя измерениями были:

1. критическая скорость. Это было определено как скорость, с которой неуравновешенные возвратно-поступательные части изменяли тягу локомотива. На более высоких скоростях это движение гасилось за счет дросселирования потока масла в дросселях. Критическая скорость варьировалась от 95 об / мин для тандемного соединения Baldwin до более 310 об / мин для соединения Cole Atlantic.
2. горизонтальное движение у пилота. В качестве примера, соединение Атлантики Болдуина переместилось примерно на 0,80 дюйма со скоростью 65 миль в час по сравнению с 0,10 дюйма в Атлантике соединения Коула.
3. качественная оценка нагрузки на опорные колеса завода. Проволока диаметром 0,060 дюйма была пропущена под колесами. Измерение деформированной проволоки показало вертикальную нагрузку на колесо. Например, соединение Коула Атлантик показало небольшое отклонение от толщины 0,020 дюйма для всех скоростей до 75 миль в час. В отличие от этого, соединение Baldwin Atlantic на скорости 75 миль в час не показало деформации, что указывало на полный подъем колеса при повороте колеса на 30 градусов с быстрым обратным ударом при повороте всего на 20 градусов до деформации без удара молота 0,020 дюйма.

Качественная оценка может проводиться в поездке с точки зрения ездовых качеств в кабине. Они могут быть ненадежным индикатором потребности в лучшем балансе, поскольку несвязанные факторы могут вызвать грубую езду, например, заклинивание клиньев, засорение выравнивателей и провисание между двигателем и тендером. Также положение несбалансированной оси относительно центра тяжести локомотива может определять степень движения в кабине. А. Х. Феттерс рассказал, что на 4-8-2 эффект динамического увеличения на 26000 фунтов под ЦГ не проявлялся в кабине, но такое же увеличение на любой другой оси было бы.

Статическая балансировка колес

Противовесы устанавливаются напротив частей, вызывающих дисбаланс. Единственная доступная плоскость для этих грузов находится в самом колесе, что приводит к дисбалансу пары в узле колесо / ось. Колесо сбалансировано только статически.

Статическая балансировка возвратно-поступательного груза

Часть возвратно-поступательного груза уравновешивается добавлением дополнительного вращающегося груза в колесо, т.е. балансируется только статически. Превышение баланса вызывает то, что известно как удар молота или динамическое усиление, оба термина имеют то же определение, что и в следующих ссылках. Удар молота варьируется относительно среднего статического значения, попеременно прибавляя и убавляя его с каждым оборотом колеса. В Соединенных Штатах это известно как динамическое увеличение, вертикальная сила, вызванная попыткой конструктора сбалансировать возвратно-поступательные части путем включения противовеса в колеса.

Термин «удар молотком» не очень хорошо описывает происходящее, поскольку сила постоянно меняется, и только в крайних случаях, когда колесо на мгновение отрывается от рельса, может быть истинный удар, когда оно возвращается обратно.

Примерно до 1923 года американские локомотивы были сбалансированы для статических условий только с отклонением нагрузки на главную ось на 20 000 фунтов выше и ниже среднего значения на оборот от неуравновешенной пары. Грубая езда и повреждения привели к рекомендациям по динамической балансировке, включая определение пропорции балансируемого возвратно-поступательного веса как пропорции от общего веса локомотива или с буфером Франклина, локомотив плюс вес тендера.

Другой источник изменения нагрузки на колесо / рельс, усилие поршня, иногда неправильно называют ударом молотка или динамическим усилением, хотя он не фигурирует в стандартных определениях этих терминов. Он также имеет другую форму на оборот колеса, как описано ниже.

В качестве альтернативы добавлению веса к ведущим колесам тендер может быть прикреплен с помощью плотной муфты, которая увеличит полезную массу и колесную базу локомотива. Государственные железные дороги Пруссии построили двухцилиндровые двигатели без возвратно-поступательного движения, но с жесткой тендерной муфтой. Эквивалентной муфтой для поздних американских локомотивов был радиальный буфер с демпфированием трения.

Динамическая балансировка узла колесо / ось

Вес шатунов и шатунов на колесах находится в плоскости за пределами плоскости колеса для статического балансира. Двухплоскостная или динамическая балансировка необходима, если необходимо уравновесить несбалансированную пару на скорости. Второй используемый самолет находится в противоположном колесе.

Двухплоскостная или динамическая балансировка колесной пары локомотива известна как поперечная балансировка. Американская железнодорожная ассоциация не рекомендовала перекрестную балансировку до 1931 года. До этого времени в Америке выполнялась только статическая балансировка, хотя строители включали перекрестную балансировку для экспортных локомотивов, когда это было указано. Строители в Европе приняли кросс-балансировку после того, как Ле Шателье опубликовал свою теорию в 1849 году.

Определение допустимого удара молотком

Максимальные нагрузки на колесо и ось указаны для конкретной конструкции моста, поэтому может быть достигнута требуемая усталостная долговечность стальных мостов. Нагрузка на ось обычно не является суммой двух нагрузок на колеса, потому что линия действия поперечной балансировки будет различной для каждого колеса. Зная статический вес локомотива, рассчитывается величина репрессии, которая может быть помещена в каждое колесо для частичного уравновешивания совершающих возвратно-поступательное движение частей. Деформации, измеренные в мосту под проезжающим локомотивом, также содержат компонент от поршневой тяги. В приведенных выше расчетах это не учитывается для допустимого перевеса каждого колеса. Возможно, это необходимо принять во внимание.

Реакция колеса на удар молотка

Поскольку вращающая сила попеременно снижает нагрузку на колесо, а также увеличивает ее на каждом обороте, устойчивое тяговое усилие в пятне контакта снижается один раз за оборот колеса, и колеса могут проскальзывать. Произойдет ли проскальзывание, зависит от того, как удары молотка сравниваются по всем сцепленным колесам одновременно.

Чрезмерный удар молота из-за высоких скоростей скольжения был причиной перекручивания рельсов у новых североамериканских 4-6-4 и 4-8-4, которые следовали рекомендациям AAR 1934 года по уравновешиванию 40% возвратно-поступательного веса.

Несбалансированные силы инерции в колесе могут вызывать различные вертикальные колебания в зависимости от жесткости гусеницы. Испытания на скольжение, проведенные на смазанных участках пути, показали, в одном случае, небольшую маркировку рельса при скорости скольжения 165 миль в час, но на более мягком пути серьезное повреждение рельса на скорости 105 миль в час.

Тяга поршня от угловатости шатуна

Поверхность скольжения крейцкопфа парового двигателя обеспечивает реакцию на усилие шатуна, действующее на шейку кривошипа, и изменяется от нуля до максимального значения дважды за каждый оборот коленчатого вала.

В отличие от удара молота, который попеременно добавляет и вычитает для каждого оборота колеса, тяга поршня только добавляет к статическому среднему или вычитает из него, дважды за оборот, в зависимости от направления движения и от того, движется ли локомотив накатом или дрейфует.

В паровом двигателе двойного действия, который используется в железнодорожном локомотиве, направление вертикальной тяги на ползуне всегда вверх при движении вперед. Он изменяется от нуля в конце хода до максимума на половине хода, когда угол между шатуном и кривошипом наибольший. Когда шатунный штифт приводит в движение поршень, как и при движении накатом, упор поршня направлен вниз. Положение максимальной тяги показано повышенным износом в средней части ползунов.

Тенденция переменного усилия к верхнему суппорту состоит в том, чтобы приподнять машину над ее ведущими пружинами на половине хода и ослабить ее в конце хода. Это вызывает раскачку и, поскольку максимальная поднимающая сила не является одновременной для двух цилиндров, она также будет иметь тенденцию к качению на пружинах.

Сходства с балансировкой другой техники

Динамическая балансировка колес локомотива с использованием колес в качестве балансировочных плоскостей для дисбаланса, существующего в других плоскостях, аналогична динамической балансировке других роторов, таких как узлы компрессора / турбины реактивного двигателя. Остаточный дисбаланс в собранном несущем винте исправляется установкой противовесов в 2-х плоскостях, доступных с двигателем, установленным на самолете. Одна плоскость находится в передней части вентилятора, а другая — на последней ступени турбины.

Смотрите также

• Балансировочная машина
• Шум, вибрация и резкость

Ссылки

• Свобода, Бернар (1984), Mécanique des moteurs alternatifs , 331 страница, 1, rue du Bac 75007, ПАРИЖ, ФРАНЦИЯ: Издания TECHNIP, ISBN9782710804581 CS1 maint: location ( ссылка )
• Фоул, Тони (2007), Some science of balance (PDF) , Tony Foale Designs: Benidoleig, Alicante, Spain, заархивировано (PDF) из оригинала 27 декабря 2013 г. , получено 4 ноября 2013 г.
• Тейлор, Чарльз Файетт (1985), Двигатель внутреннего сгорания в теории и практике , Vol. 2. Сжигание, топливо, материалы, конструкция, Массачусетс: MIT Press, ISBN0-262-70027-1
• Дэниел Киннер Кларк (1855), Железнодорожное оборудование , 1-е изд., Блэки и сын
• Джонсон, Ральф (2002), Паровоз , Симмонс-Бордман
• Фрай, Лоуфорд Х. (1933), «Уравновешивание локомотива», Сделки Американского общества инженеров-механиков
• Dalby, WB (1906), Балансировка двигателей , Эдвард Арнольд, Глава IV — Балансировка локомотивов
• Беван, Томас (1945), Теория машин , Лонгманс, Грин и Ко.

Источник Источник http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/3_dvs_6/index.shtml
Источник Источник http://reforever.ru/ustrojstvo-motora/kak-otbalansirovat-mahovik-v-domashnih-usloviyah.html
Источник http://ru.qaz.wiki/wiki/Engine_balance