Балансировочный вал

Балансировочные валы используются в поршневых двигателях для снижения вибрации путем нейтрализации неуравновешенных динамических сил. Валы противовеса имеют эксцентриковые грузы и вращаются в противоположных направлениях друг к другу, что создает чистую вертикальную силу.

Балансировочный вал был изобретен и запатентован британским инженером Фредериком У. Ланчестером в 1907 году. ^{[1] [2]} Он чаще всего используется в рядных четырехцилиндровых и V-образных шестицилиндровых двигателях, используемых в автомобилях и мотоциклах.

Принцип работы системы балансировочных валов заключается в том, что два вала, несущие одинаковые эксцентриковые грузы, вращаются в противоположных направлениях со скоростью, вдвое превышающей скорость двигателя. Фазировка валов такова, что центробежные силы , создаваемые грузами, нейтрализуют вертикальные силы второго порядка (при вдвое большей скорости вращения двигателя ), создаваемые двигателем. ^[3] Горизонтальные силы, создаваемые балансировочными валами, равны и противоположны, и поэтому нейтрализуют друг друга.

Балансировочные валы не снижают вибрации, испытываемые коленчатым валом . ^[4]

Многочисленные двигатели мотоциклов, особенно двигатели с параллельным двойником , используют системы балансировочного вала, например, двигатели Yamaha TRX850 и Yamaha TDM850 имеют коленчатый вал с углом 270° и балансировочный вал. Альтернативный подход, используемый в BMW GS с параллельным двойником , заключается в использовании «фиктивного» шатуна, который перемещает шарнирный противовес.

Балансировочные валы часто используются в рядных четырехцилиндровых двигателях , чтобы уменьшить вибрацию второго порядка (вертикальную силу, колеблющуюся на удвоенной частоте вращения двигателя ), которая присуща конструкции типичного рядного четырехцилиндрового двигателя. Эта вибрация возникает из-за того, что движение шатунов в равномерно работающем рядном четырехцилиндровом двигателе не является симметричным на протяжении всего вращения коленчатого вала; таким образом, в течение заданного периода вращения коленчатого вала нисходящие и восходящие поршни не всегда полностью противоположны в своем ускорении, что приводит к возникновению чистой вертикальной силы дважды за каждый оборот (которая увеличивается квадратично с частотой вращения). ^[5]

Количество вибрации также увеличивается с рабочим объемом двигателя, в результате чего балансировочные валы часто используются в рядных четырехцилиндровых двигателях с рабочим объемом 2,2 л (134 куб. дюйма) или более. Как увеличенный ход , так и диаметр вызывают повышенную вторичную вибрацию; больший ход увеличивает разницу в ускорении, а больший диаметр увеличивает массу поршней.

Конструкция систем балансировочных валов Lanchester была усовершенствована в Mitsubishi Astron 80 , рядном четырехцилиндровом автомобильном двигателе, представленном в 1975 году. Этот двигатель был первым, в котором один балансировочный вал располагался выше другого, чтобы противодействовать вращающему моменту второго порядка (то есть вокруг оси коленчатого вала) из-за крутящего момента, создаваемого инерцией, вызванной увеличением и уменьшением частоты вращения двигателя. ^{[6] [7]}

В двигателе с четырьмя плоскими цилиндрами силы компенсируются поршнями, движущимися в противоположных направлениях. Поэтому в двигателях с четырьмя плоскими цилиндрами балансировочные валы не нужны.

Балансировочные валы также используются в рядных пятицилиндровых двигателях, таких как GM Vortec 3700 .

В рядном шестицилиндровом двигателе и оппозитном шестицилиндровом двигателе силы качания естественным образом уравновешиваются, поэтому балансировочные валы не требуются.

Двигатели V6 изначально не сбалансированы, независимо от угла развала цилиндров. Любой рядный двигатель с нечетным числом цилиндров имеет первичный дисбаланс , который вызывает сквозное качательное движение. Поскольку каждый ряд цилиндров в V6 имеет три цилиндра, каждый ряд цилиндров испытывает это движение. ^[8] Балансировочный вал(ы) используются в различных двигателях V6 для уменьшения этого качательного движения.

Примерами являются двигатели Mercedes-Benz OM629 и Volvo B8444S . ^[9]

• Балансировочный станок
• Баланс двигателя