Балансировка коленчатого вала: Балансировка коленчатого вала — прихоть или необходимость?

Содержание

Балансировка коленчатого вала — прихоть или необходимость?

 При выборе операций по механической обработке, обязательных при проведении капитального ремонта двигателя, такая необходимость как балансировка коленчатого вала двигателя, для многих клиентов, остается под вопросом. Стоит ли тратить деньги на эту дорогую операцию? Попробуем ответить на этот вопрос. По данным д-ра тех. наук проф. В. А. Щепетильникова «…надлежащая балансировка деталей автомобиля удлиняет срок службы на 25…100%, повышает полезную мощность на 10%». Несложно посчитать, что при частоте вращения n=6000об/мин коленчатый вал весом 20кг., получив эксцентриситет массы всего е=0,1мм (за счет прогиба вала, биения посадочного места под маховик, не правильной шлифовки, замены элементов, влияющих на дисбаланс (противовесы, поршни, шатуны, маховик, корзина сцепления) и т. д.), создаёт центробежную силу эквивалентную 788кг веса. Эта разрушительная сила распределяется на опоры и приводит:

• к повышенному расходу топлива;

• падению мощности;

• снижению ресурса работы двигателя и других агрегатов автомобиля;

• повышенной вибрации и шуму в салоне, что вызывает дискомфорт и усталость, как водителя, так и пассажиров.

«Это всё теория, скажете Вы…»- поэтому позволим себе привести более веские аргументы, исходя из нашей практики. Безусловно, коленчатые валы двигателей, хороших зарубежных производителей тщательно балансируются на заводе методом модульных сборок. Т.е. все детали (коленвал, маховик, сцепление, передний шкив…) соосны относительно друг друга, отдельно сбалансированы, что даёт возможность заменить любой из узлов без последующей балансировки. Например, коленвалы массой до 10кг. имеют после балансировки остаточный дисбаланс не более 15-30гр. (здесь необходимо сказать, что на балансировочном стенде ‘Шенк’ специалисты нашего предприятия могут улучить этот результат до 1-5гр.). Однако такие валы требуют обязательной балансировки после механических повреждений, при шлифовке после деформации, также при каком либо вмешательстве в конструктивные особенности узлов (облегчение противовесов, маховика и т. д.).При всём уважении к отечественной автомобильной промышленности и автопрому ближнего зарубежья, валы наших производителей необходимо балансировать в 99% случаев.Вообще же, что касается новых моторных запчастей, то тут замечена характерная особенность: самый худший сюрприз для балансировщика – это именно новый коленвал. На некоторых “уникальных” валах завода ЗМЗ дисбаланс, как минимум, на порядок превышает всяческие существующие нормы. Извините, что не можем Вам привести максимальные значения. Дело в том, что наш станок не воспринимает дисбаланс более 700 гр.*см. При этом на экране компьютера высвечивается “ERROR” – ошибка. И пусть нас простит американская техника – оператор в настройках не ошибся… Ошибкой является сама деталь установленная на станок. О модульных сборках речи вообще не идет. Проводя перебалансировку таких валов, приходилось сверлить отверстия в маховике напротив заводских! Из этого следует, что либо заводская коррекция сделана “для галочки“, либо вся задняя часть узла вала, включая задние противовесы, сам маховик и кожух сцепления сбалансировались за счёт маховика! Очевидно, что в обоих случаях балансировка одного лишь маховика на калибровочном (идеально сбалансированном) валу или на балансировочной оправке ничего не даст. Если маховик не менялся, то после коррекции масс он, будучи установлен на старый вал, даст, скорее всего, ещё большую вибрацию, чем до балансировки. Если же производилась замена маховика на новый, то последствия и вовсе непредсказуемы: вибрацию будет создавать дисбалансированный коленчатый вал. Таким образом, балансировать отдельные детали узла коленчатого вала — дело очень рискованное, если не сказать — безнадёжное. Но, возможно, у нас также выпускаются хорошо сбалансированные отдельно взятые коленчатые валы, маховики, корзины сцепления? Справедливости ради нужно отметить — Да. Бывают. Попадаются. Примерно один на пятьдесят. Стоит ли рассчитывать на такое везение? Не лучше ли не пожалеть сил и отбалансировать весь узел коленчатого вала методом модульных сборок? Особое внимание стоит уделить балансировке V-образных и других несимметричных коленчатых валов, к ним относятся валы рядных двигателей с непарным количеством цилиндров. Если поставить такой вал на балансировочный станок, мощная моментная составляющая сорвёт его с опор при первых же оборотах.. Дело в том, что масса противовесов у V-образных валов неразрывно связана с массой шатунно-поршневых групп двигателя. Необходимы компенсирующие втулки строго (с точностью до 1гр.) рассчитанной массы. Масса эта может быть приведена в технической документации на двигатель, или должна быть рассчитана по специальной методике: 100% вращательной массы (нижняя головка шатуна + вкладыши) и процент возвратно-поступательной составляющей (верхняя головка шатуна + поршень + кольца + палец + замки) от 0 до 100%. К сожалению, данные о компенсирующих втулках для импортных коленвалов могут быть определены только расчетным путём. Очевидно, что сам расчет и изготовление втулок займёт как минимум неделю времени, да и специалистов, которые могут это сделать можно сосчитать по пальцам. Наша методика и оснастка станка позволяет сбалансировать несимметричный вал в течении суток.
И всё же старайтесь избегать каких-либо вмешательств в конструктивные особенности узлов (облегчение, тюнинг…), а при замене элементов шатунно-поршневой группы, маховика, переднего шкива, настоятельно рекомендуем проконсультироваться у специалистов.
Проводя постоянный мониторинг среди наших клиентов, воспользовавшихся услугами по балансировке, констатируем факты:

• после балансировки коленчатого вала двигателя ЗМЗ-402 такое частое явление, как подтекание набивки заднего сальника исчезает навсегда.

• мощность двигателя повышается на 10-15%.

• двигатель устойчиво работает на всех режимах и холостом ходу.

• снижается расход топлива на 5-10%.

• пропадает вибрация.

В наше время высоких скоростей каждый автомобилист отлично знает и понимает насколько важна балансировка колес автомобиля, и что эта операция необходима практически после каждого посещения шиномонтажа. Но, к сожалению, далеко не каждый знает, что не менее важна балансировка коленчатого вала при капитальном ремонте двигателя внутреннего сгорания.
Делайте выводы господа автомобилисты!

Балансировка коленчатого вала в домашних условиях с маховиком

Коленчатый вал, являясь  одним из важнейших конструктивных элементов силового агрегата любого автомобиля, производится с применением достаточно сложных технологий. Неизбежность присутствия в данном процессе технологических допусков и погрешностей, а также неоднородность используемых при этом материалов в совокупности с зазорами в сопряжениях деталей и узлов нарушают (пусть и незначительно) одно из его главных эксплуатационных условий – сбалансированность. 

Как определить потребность коленчатого вала в балансировке. Главными симптомами, помогающими с большой долей уверенности установить наличие «болезни», являются значительные колебания силового агрегата и рычага переключения передач при движении автомобиля в режиме «холостого хода».

И тогда приходится прибегать к выполнению такого действия,  каковым является балансировка коленчатого вала. Она (балансировка) заключается в подборе дополнительных масс, или уравновешивающих грузов, а также съеме металла в плоскостях расположения этих грузов со стороны, диаметрально противоположной. Эти мероприятия производятся в специальных зонах коленчатого вала, называемых балансировочными участками. 

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): D>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 дома

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.  

Следует сделать еще одну оговорку. Вышеописанную процедуру выполняют на коленчатых валах, имеющих определенную (как правило, значительную) степень износа. 

Балансировка коленвала с маховиком в Москве по выгодной цене

Коленчатый вал является важной составляющей любого двигателя и малейший просчет приведет к некорректному функционированию узлов ДВС, поэтому доверять ремонт коленвала следует только опытным специалистам. В Техцентре «Пит-Стоп Сервис» специалисты токарно-фрезерного цеха выполнят профессиональную балансировку коленвала у рядных и V-образных двигателей для отечественных и зарубежных автомобилей. Мы гарантируем предоставление высокого качества услуг по оптимальным ценам в Москве.
Мы работаем со следующими видами транспортных средств:

  • легковые;
  • грузовые до 2-х т;
  • грузовые свыше 2-х т.

Как выполняется балансировка коленвала с маховиком

При неисправности коленчатого вала, у двигателя появляются посторонние шумы и повышенное потребление моторного масла. При несвоевременном ремонте владелец рискует столкнуться с выходом мотора из рабочего состояния.

Динамическая балансировка коленвала является весьма сложным процессом, которая требует высочайшей точности и профессионализма механика. Сам процесс заключается в:

  1. установка детали на станочное оборудование и закрепление балансировочных грузов;
  2. раскручивание и настройка частоты вращения вала;
  3. коррекция дисбаланса и последующее контрольное измерение.

Балансировка маховика выполняется аналогичным способом, только на другом станке.

Работа выполняется опытными сотрудниками Техцентра «Пит-Стоп Сервис» с использованием современного оборудования и оригинальных запчастей. На все виды токарно-фрезерных работ мы предоставляем гарантию от 1 (одного) до 6 (шести) месяцев.

УСЛУГА «срочный ремонт» — ДОПЛАТА ВСЕГО 20%

Если вам необходимо в кратчайшие сроки выполнить механический ремонт деталей ДВС, воспользуйтесь нашей услугой «срочный ремонт». Ваш заказ будет выполнен нашими специалистами вне очереди с доплатой всего лишь 20%.

Балансировка коленчатых валов

При конструировании коленчатого вала так подбирают его форму, чтобы он был уравновешен, т. е. ось вращения вала является главной центральной осью инерции. Однако в процессе изготовления коленчатого вала вследствие неизбежных технологических погрешностей и неоднородности материала указанное условие нарушается и любой реальный коленчатый вал всегда в той или иной мере неуравновешен. Для устранения неуравновешенности подбирают дополнительные массы (уравновешивающие грузы) так, чтобы после закрепления их на коленчатом валу центробежные силы этих масс уравновешивали центробежные силы приведенных (неуравновешенных) масс. Часто вместо установки уравновешивающего груза снимают металл в той же плоскости, в которой должен быть расположен груз, но с диаметрально противоположной стороны. В конструкции коленчатых валов предусматриваются для этого специальные (балансировочные) участки.

Процесс предварительного подбора уравновешивающих грузов и их последующее закрепление на коленчатом валу или, что то же самое, снятие металла с балансировочных участков коленчатого вала,называется балансировкой.

Различают два вида балансировки: статическую и динамическую.

Статическая балансировка применяется в основном для деталей дисковой формы, когда диаметр балансируемой детали больше ее длины. Во всех остальных случаях применяют динамическую балансировку.

Динамическая балансировка обеспечивает большую точность уравновешенности, чем статическая. Поэтому даже детали дисковой формы, к которым предъявляются повышенные требования в отношении уравновешенности, подвергают динамической балансировке.

Динамическая балансировка проводится на специальных балансировочных станках, обычно представляющих собой системы с одной степенью свободы, подвижные части которых колеблются вокругнеподвижнойоси,определяемойконструкциейстанка.

На раме 1 станка на стойках 4 устанавливают балансируемую деталь 5.Рама связана со станиной неподвижным шарниром 2, вокруг которого она может поворачиваться, и упругой опорой 3. Вследствие этого рама может вращаться только вокруг горизонтального шарнира 2. Положение детали на раме относительножесткойопоры можно изменять.

Балансировку детали производят в плоскостях 7—7 и 77—77 в два этапа. На первом этапе плоскость 7—7 проходит через ось неподвижного шарнира 2 и балансировку производят в плоскости 77—77; на втором этапе плоскость 77—77 проходит через ось неподвижного шарнира 2 и балансировку проводят в плоскости 7—7.

Деталь приводится во вращение с помощью специального привода. Шкив 8, сидящий на валу электродвигателя 9, связан непрерывной лентой 10 со шкивом 11, закрепленным на стержне, который может поворачиваться вокруг оси, совпадающей с осью электродвигателя. Натяжение ленты регулируют, перемещая шкив 11 по стержню 6. Для уравновешивания стержня со шкивом на стержне закреплен груз 7, положение которого фиксируется стопорным винтом. Если при включенном электродвигателе движущуюся ленту прижать к поверхности детали с помощью рукоятки 12, то вследствие трения между лентой и деталью последняя также начнет вращаться. При достижении деталью требуемой угловой скорости с помощью рукоятки 12 привод отводят от детали.

При вращении детали центробежные силы приведенных масс оказывают динамическое воздействие, вызывая колебания рамы 1 на пружинной опоре 3. Амплитуда колебаний зависит от степени неуравновешенности детали, упругих свойств опоры 3 и режима работы. Наибольшего значения амплитуда достигает на резонансных режимах: чем меньше жесткость опоры, тем больше амплитуда. При уменьшении жесткости опоры 3 снижается частота собственных колебаний и поэтому резонансные колебания могут возникнуть при небольшой угловой скорости детали. Балансировку проводят или на резонансном режиме или при угловых скоростях, значительно больших резонансных.

Для полного уравновешивания детали необходимо опытным путем определить массу и положение уравновешивающих грузов в плоскостях, т. е. найти диаметральные плоскости, в которых эти грузы надо установить и определить их статические моменты относительно оси вращения детали. Для решения этих двух задач применяют специальную измерительную аппаратуру, устанавливаемую на балансировочных станках. В ряде современных балансировочных станков устанавливается счетно-решающее устройство. С помощью этого устройства можно определить положение уравновешивающего груза, массу которого подбирают последовательными пробами, ориентируясь на показания приборов. Если станок применяется для балансировки одной определенной детали в крупносерийном или массовом производстве, то создают тарировочные графики для разметки шкалы измерительных приборов, по показаниям которых сразу находят массууравновешивающихгрузов.

При балансировке V-образных двигателей их рассматривают состоящими из двух цилиндровых отсеков. На каждый отсек приходится один кривошип с двумя шатунами, смещенными по оси шатунной шейки. Для динамической уравновешенности коленчатого вала в период балансировки на шатунные шейки устанавливают грузы, равные по величине массам возвратно-движущихся частей одного отсека и двум вращающимся массам шатунов всборе.

Дисбаланс вала с маховиком для двигателя ЗИЛ-130 не превышает 70 Г-см, а для двигателя КДМ-46—не более 126 Г — см при числе оборотов 100 в минуту.

Балансировка коленвала после ремонта | Расточка-шлифовка

Правильная балансировка коленвала продлевает срок эксплуатации двигателя автомобиля более чем на 25%. И это вовсе не рекламный ход, а результаты исследований, которые проводили многие производителя автомобилей и станции сервисного обслуживания. Кроме того, она еще и увеличивает его мощность. Естественно, что на новом автомобиле делать балансировку коленвала вряд ли кому-то придет в голову — она обычно делается при капитальном ремонте двигателя, когда коленвал растачивается под ремонтный размер вкладышей.

Если же этого не делать, то во время вращения коленчатого вала возникает разрушительная сила, которая приводит к довольно негативным последствиям, а именно:

  1. Существенно увеличивается расход топлива.
  2. Мощность двигателя заметно снижается.
  3. Намного уменьшается ресурс автомобильного двигателя и остальных узлов.
  4. Во время работы авто в салоне ощущается сильный шум и вибрация, что вызывает дискомфорт и очень быстро приводит к усталости водителя и пассажиров.

Что касается иностранных производителей, то у них балансировка коленвалов осуществляется обязательно и очень тщательно способом модульной сборки. Это значит, что абсолютно все детали — передний шкив, сцепление, маховик, коленвал — относительно друг друга являются соосными и балансируются отдельно, что позволяет в любое время заменить данный узел и не выполнять балансировку после замены. Что касается отечественных производителей, то здесь, как это ни прискорбно, балансировка коленвала требуется более чем в 90% случаев. Исключение составляют только новые модели ВАЗа, да и то далеко не во всех случаях.

Следует отметить, что производить балансировку коленвала настоятельно рекомендуется только в сборе с маховиком. В противном случае результат может быть даже хуже, чем до вмешательства. Если отбалансировать один вал, а маховик оставить неизменным, то после его установки вибрация будет еще сильнее. Если же на сбалансированный вал установить новый маховик, то вибрация будет создаваться за счет коленвала. Следовательно, балансировать отдельные детали коленчатого вала — дело достаточно рискованное, а во многих случаях и вовсе безнадежное.

Особое внимание необходимо уделять правильной балансировке коленвала V-образного двигателя или несимметричных валов, то есть, с непарным количеством цилиндров. Дело осложняется тем, что у них масса противовесов связана с весом шатунно-поршневой группы, поэтому необходимо использовать компенсирующие втулки, подобранные с точностью до одного грамма.

Следует сказать, что балансировка коленвала — дело ответственное, поэтому делать ее должны квалифицированные специалисты на специальном оборудовании. Вообще, постарайтесь избегать кардинального вмешательства в важные конструктивные узлы двигателя, а в случае выполнения капитального ремонта и замены любых деталей шатунно-поршневой группы, переднего шкива или маховика лучше заранее проконсультироваться со специалистом.

Смотрите также:

Все статьи >>

Балансировка коленвала в домашних условиях – как освоить? + видео » АвтоНоватор

Балансировка коленвала в домашних условиях может понадобиться тем, кто очень хочет полностью узнать свой автомобиль и не доверяет специалистам на СТО. Ниже будут рассмотрены все нюансы, связанные с этим вопросом.

Зачем нужна балансировка коленчатых валов?

Балансировка коленчатых валов является ничем иным, как механической операцией, вследствие которой значительно снижаются вибрации и прочие виды нагрузок на элементы двигателя. Это позволяет повысить его надежность, работоспособность и производительность. 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.

Понять то, что вам светит балансировка коленвала своими руками, и пора засучить рукава, можно по следующим признакам. Прежде всего, обратите внимание на ручку переключения передач во время движения на холостом ходу, она начинает болтаться. 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.

И не стоит забывать о естественном износе, который никогда еще не играл положительной роли.

Где отбалансировать коленвал – варианты ремонта

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.

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.

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. 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.

Оцените статью:

Поделитесь с друзьями!

Подробная инструкция по балансировке коленвала в домашних условиях

Для экономии затрат, идущих на техническое обслуживание в автосервисе, можно выполнять балансирование коленчатого вала в условиях гаража. В статье описываются варианты, как можно проводить балансировку коленвала своими руками.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Зачем нужна балансировка коленчатых валов?

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.

Балансировка коленвала в гараже

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.

После замены маховика или его зубчатого венца, корзины сцепления необходимо отбалансировать коленвал. Если не выполнить эту процедуру, то даже при небольших скоростях мотор начнет вибрировать из-за нарушения баланса.

Где отбалансировать коленвал – варианты ремонта

Отбалансировать коленчатый вал можно двумя способами:

  1. Статический способ применяется при незначительных нарушениях баланса. В этом случае коленчатый вал находится в неподвижном состоянии. При этом тяжелая сторона опущена вниз. Легкая часть уравновешивается с помощью грузов, которые крепятся на край легкой стороны. Затем с помощью специальных ножей снимается металл с тяжелой части, пока не опустится нагруженная часть.

    Шлифовка коленчатого вала

  2. Динамический способ точнее статического. Его применяют для устранения существенного дисбаланса. В этом случае необходим специальный станок, на который устанавливается вал. Коленчатый вал начинают раскручивать до необходимых оборотов. С помощью лазера определяется точка, где находится наиболее тяжелая точка. С этого места снимается лишний металл.

 Загрузка …

Процедура балансировки своими руками

Балансировку можно выполнить в автосервисе, где, естественно, процедура будет проведена более точно, либо в собственном гараже. Для проведения процедуры в домашних условиях нужно изготовить специальное приспособление – станок, на который будет устанавливаться маховик. Сложного ничего нет. Сделать такой станок своими руками сможет даже человек, неимеющий слесарного опыта.

Приспособление

В первую очередь нужно сварить рамку, которая служить будет основой станка. Размеры рамки и приспособления зависят от длины коленчатого вала. Для изготовления нужна профильная труба и уголок. После изготовления рамки и затирки швов, в двух уголках рамки и в середине противоположной трубы, нужно просверлить отверстия для трех шпилек. К отверстиям приваривают гайки с диаметром внутренней резьбы равным диаметру шпилек, которые изготавливаются из железных прутов.

Самодельный станок для балансировки

Перед балансировкой рамку нужно выставить с помощью уровня строго горизонтально. Это легче сделать, если она будет стоять на трех штырях, чем на четырех. После регулировки на приваренные гайки сверху следует накрутить контргайки. Далее нужно сделать недалеко от каждого угла рамки отверстия для 4 прутов диаметром 14-16 мм, которые будут исполнять роль стоек. Длина прутов должна быть одинаковой – примерно 250 мм.

Теперь нужно взять 4 уголка шириной 2-4 см и длиной около 30 см и просверлить в них отверстия диаметром, соответствующим диаметру стоек. На каждую пару стоек надевается уголок ребрами вверх. Уголки нужно приварить. Получается приспособление напоминающее турник с брусьями: напротив друг друга устанавливаются стойки в виде буквы «П». На эти стойки будет устанавливаться коленчатый вал. Таким образом, станок для балансировки коленвала готов.

Последовательность действий

Балансировка коленчатого вала с помощью устройства, сделанного своими руками, состоит из следующих шагов:

  1. В первую очередь нужно выставить станок строго горизонтально. Для этого уровень укладывается сначала на одну перекладину-уголок. Затем следует подкручивать шпильки-стойки, пока уголок не будет расположен строго горизонтально. Далее уровень поворачиваем перпендикулярно, кладем его на два уголка-перекладины одновременно и крутим шпильку, высверленную посередине трубы. Добиваемся полной горизонтальности всей конструкции.
  2. Когда станок выставлен, на него можно устанавливать коленчатый вал в сборе с комплектующими. Если присутствует дисбаланс, вал начнет проворачиваться по уголку, пока самая тяжелая точка не окажется в нижней точке. Этот дисбаланс (перевес) нужно ликвидировать.

    Приспособление для балансировки

  3. Для устранения перевеса нужно убрать лишнюю часть металла в нижней (тяжелой) точке маховика. Определить точный вес металла, который нужно высверлить, можно с помощью небольших магнитиков. Их нужно цеплять на противоположной – легкой стороне маховика. Цеплять магнитики следует до тех пор, пока коленвал в сборе с деталями не будет переворачиваться, а будет лежать неподвижно.
  4. Добившись неподвижного положения коленчатого вала, нужно снять магнитики и взвесить их на весах. Это и будет тот вес, который нужно убрать, чтобы устранить дисбаланс.
  5. Теперь с маховика снимается столько стружки, чтобы ее вес был равен весу магнитов, которые мы перед этим взвешивали. Под приспособлением нужно постелить ветошь, чтобы собрать и взвесить стружку. Высверливать приходится порой несколько отверстий, так как одного диаметром 7-8 мм обычно не достаточно. Главное, не высверлить больше, чем нужно, иначе придется сверлить маховик с противоположной стороны.

    Процедура балансирования на СТО

  6. Если тяжелая точка приходится на какую-то деталь маховика, которая менялась, например, шкив. То высверливать нужно эту деталь. Если менялась корзина сцепления, то в ней удаляется лишний металл около отверстий ее крепления.

С данным приспособлением, изготовленным своими руками, можно легко отбалансировать коленчатый вал. Конечно, без специального оборудования достичь точности трудно, зато можно сэкономить на посещении автосервиса.

Видео «Балансировка коленчатого вала»

В этом видео демонстрируется, как правильно отбалансировать коленвал.

Поиск баланса (Часть 1): Основы балансировки коленчатого вала

Машинистов и двигателейостроителей давно учили, что при балансировке коленчатого вала его противовесы должны равняться весу вращающейся массы и равняться половине веса возвратно-поступательного движения.

Машинисты десятилетиями использовали эту формулу для расчета веса штанги.

Хотя этот метод очень хорошо работает для большинства уличных и гоночных двигателей V8 с углом наклона 90 градусов, на самом деле практически невозможно идеально сбалансировать коленчатый вал .Это связано с тем, что балансир не может учитывать такие переменные, как давление в цилиндре, сопротивление кольца, длину штанги, фазировку противовеса, частоту вращения двигателя, длину хода, трение подшипника, вторичные колебания, пары качания и статическую массу.

Все эти факторы играют важную роль в балансе двигателя, но традиционная математическая формула, используемая для расчета веса штанги, их полностью игнорирует. Вместо этого, расчет веса штанги основан исключительно на измерении вращающегося веса и веса возвратно-поступательного движения, что является большим упрощением реальных динамических сил, действующих внутри двигателя, которые влияют на балансировку.

Другими словами, традиционный метод балансировки кривошипа — в лучшем случае несовершенная наука. Фактически, он вообще не основан на какой-либо реальной науке или математике. Это просто метод, основанный на пробах и ошибках, который хорошо работает в большинстве 90-градусных кросс-плоских V8.

Неудивительно, что по мере увеличения оборотов двигателя и мощности в лошадиных силах традиционные методы балансировки коленчатых валов становятся менее эффективными. Большая проблема для производителей двигателей — выяснить, как обойти эти ограничения, чтобы как можно точнее сбалансировать коленчатый вал в соответствии с требованиями каждой конкретной комбинации двигателей. Это объясняет, почему многие производители двигателей экспериментировали с такими приемами, как превышение баланса, и почему они часто становятся предметом интенсивных дискуссий.

Балансировка коленчатого вала всегда будет компромиссом, но, чтобы лучше понять, как более эффективно балансировать двигатель, мы сначала кратко изложим основы процесса балансировки. В будущих публикациях мы объясним недостатки традиционных методов балансировки, прежде чем, наконец, исследуем некоторые из передовых решений, с которыми экспериментировали ведущие гоночные команды, чтобы продлить срок службы двигателя в экстремальных гонках с высокими оборотами.

Основы балансировки

Правильная балансировка вращающегося узла в двигателе любой конструкции имеет первостепенное значение для увеличения производительности и долговечности. Типичный хотроддер войдет в моторный цех и скажет, что хочет, чтобы его вращающийся узел был сбалансирован до одного или двух граммов. Они думают, что они хотят, чтобы вы сделали так, чтобы все поршни и штоки весили в пределах пары граммов друг от друга, но большинство производителей качественного вторичного рынка уже делают это на заводе.

Настоящая цель балансировки вращающегося узла — убедиться, что противовесы коленчатого вала компенсируют вращающие и возвратно-поступательные силы, создаваемые поршнями и шатунами.

При использовании современных облегченных поршней и штоков для достижения этой цели обычно требуется снятие массы с противовесов кривошипа. С помощью чрезвычайно длинноходовых кривошипов, которые имеют более короткие противовесы, или вращающихся узлов с очень тяжелыми поршнями и шатунами, металлические вольфрамовые вставки могут вдавливаться в противовесы для увеличения массы.

Масса противовесов коленчатого вала должна составлять 100 процентов вращающейся массы и 50 процентов возвратно-поступательной массы.Чтобы определить, какую массу добавить или убрать с противовесов кривошипа, необходимо индивидуально измерить все компоненты вращающегося узла на высокоточной шкале. Поршни , кольца, пальцы, фиксаторы штифтов, и малый конец шатунов перемещаются вверх и вниз по каналам и составляют возвратно-поступательную массу вращающегося узла.

Обычно к массе возвратно-поступательного движения добавляется от пяти до 10 граммов, чтобы учесть вес моторного масла . Большой конец шатунов и стержневые подшипники вращаются вокруг средней линии коленчатого вала и, следовательно, представляют собой вращающуюся массу.

Во время процесса балансировки к каждой шейке штока болтами прикрепляются грузы для имитации массы пары поршней и штоков. Это потому, что каждая шейка штока поддерживает два набора поршней и штоков. После прикручивания грузиков к коленчатому валу балансир раскручивает узел примерно до 750 об / мин. Когда вращающийся узел останавливается, ЖК-дисплей балансира показывает количество и местоположение груза, который необходимо добавить или удалить, поскольку оператор медленно вращает рукоятку вручную.

Во второй части этой серии статей, посвященной балансировке двигателя, мы более подробно рассмотрим недостатки традиционных методов балансировки.

Автор: Джадсон Массингилл
Джадсон Массингилл — соучредитель и главный инструктор Школы автомобильных машинистов в Хьюстоне, штат Техас. Вместе со своей женой Линдой он руководит одной из самых уважаемых школ профессионального машиностроения в стране. От NASCAR Sprint Cup до NHRA Pro Stock выпускники SAM входят в число лучших гоночных команд отрасли.

Ohio Crank Tech: Коэффициенты баланса коленчатого вала

Кредит: victorylibrary.com

Коэффициенты балансировки коленчатого вала
Балансировка коленчатого вала — это термин, обычно используемый для описания изменений, внесенных в «противовесы» коленчатого вала (и в некоторых случаях других компонентов) для компенсации веса подвижные компоненты, включая коленчатый вал и прикрепленные к нему компоненты (шатуны, поршни и т. д.)).

Противовесы представляют собой клиновидные или дискообразные цилиндрические секции, расположенные сбоку между ходами кривошипа (каждый ход включает две шейки шатуна, как правило, на непрерывной обрабатываемой поверхности) и расположенные вращательно напротив ходов (на 180 °), чтобы «противодействовать. — воздействовать на вес »цапф, шатунов, поршней и т. д. Противовесы отливаются или выковываются на месте при формировании коленчатого вала, а процесс балансировки выполняется путем удаления металла с противовесов (обычно путем сверления отверстий) до тех пор, пока их общая сумма не будет достигнута. исправьте, чтобы компенсировать компоненты двигателя.

Для работы без повреждений коленчатый вал любого двигателя должен быть сбалансирован.

Все коленчатые валы балансируются на заводе, но не в той степени, которая требуется для гонок или даже внимательным владельцем. Заводской баланс — это только качество производственной линии, и его можно улучшить, приложив все усилия. В V-образных двигателях (V-2, V-4, V-6, V-8, V-10, V-12) это особенно важно, так как эти двигатели по своей природе не сбалансированы из-за нерегулярной природы. импульсов зажигания и движения компонентов.

Двигатели V-8 почти всегда сбалансированы с коэффициентом «50%». Это означает, что количество «лишнего» (не являющегося конструктивно необходимого) веса, переносимого противовесами (и другими нерадиально-симметричными грузами на коленчатом валу, включая гармонический балансир и гибкую пластину, если двигатель сбалансирован внешне, например, Mopar 360 и литой кривошип B & RB, 454 BBC, 400 SBC, 289 SBF и т. Д.) Равен: 100% вращающегося веса + 50% возвратно-поступательного веса

Фактор 50% зарекомендовал себя длительный период времени, обеспечивающий разумную свободу от вибрации, превосходную долговечность компонентов и приемлемый комфорт для пассажиров.Однако это не является и не может быть полностью успешным в компенсации веса внутренних компонентов, совершающих возвратно-поступательное движение, как я попытаюсь объяснить.

Целью данной статьи является не объяснение того, как осуществляется балансировка двигателей, а частичное обсуждение того, почему балансировка не выполняется легко, и изучение того, почему даже самая точная работа по балансировке является лишь частично эффективной.

Размещение противовесов
Внутренние противовесы

В двигателе с внутренней балансировкой дополнительный вес как для балансировки, так и для инерции полностью сосредоточен в противовесах.

В идеале, каждый противовес должен выдерживать дисбаланс прилегающих к нему шейки и стержня: всего восемь грузов по 12,5% от общего веса каждого противовеса на двухплоскостном коленчатом валу V8. Однако не все двигатели с внутренней балансировкой имеют компенсирующие веса, расположенные рядом с компонентами, на которые они настраиваются; у многих нет центральных противовесов — вся балансировка осуществляется на внешних противовесах. Ранние полусферы Chrysler имели только шесть противовесов, поэтому самая слабая центральная часть оставалась очень эксцентричной.Их проверенная гоночная история показывает, что (хотя теоретически он уступает) этот метод полностью эффективен, если конструкция и прочность компонентов достаточны.

Каждый ход кривошипа соответствует эксцентрическому весу, даже если он идеально сбалансирован (поскольку коэффициент балансировки никогда не бывает 100%). Даже у тех, у кого шатуны полностью противовесы, не все силы дисбаланса самокомпенсируются, поскольку (обычно) 50% возвратно-поступательного веса не учитываются. Это означает, что коленчатый вал без центральных противовесов
будет иметь некоторые изгибы и изгибы, вызванные вращением эксцентрикового груза при нормальном вращении кривошипа.

«Фактор баланса» в лучшем случае является компромиссом и частично подавляет вибрацию при некоторых оборотах и ​​уровнях мощности / вакуума. На фото коленчатый вал без центральных противовесов.

Внешняя балансировка
Внешне сбалансированный двигатель — это двигатель, в котором противовесы недостаточно тяжелы, чтобы полностью компенсировать и, следовательно, уравновесить компоненты двигателя, поэтому (в дополнение к обычным эксцентриковым противовесам) недостающая часть должна быть восстановлена. -расположен снаружи блока двигателя.Дополнительный эксцентриковый груз прикреплен к демпферу, гибкой пластине, маховику и т. Д. На одном или обоих концах коленчатого вала. Несмотря на то, что на бумаге сумма балансировочных грузов верна, дисбалансные силы (компоненты двигателя) корректируются противоположными силами (балансирными грузами) на расстоянии одного фута от них. Это означает, что коленчатый вал все время подвергается изгибающим силам с обоих направлений, даже когда двигатель находится в благоприятном диапазоне оборотов (где коэффициент 50% наиболее эффективен).

Один из методов исправления этого и преобразования двигателя с внешней балансировкой во внутреннюю балансировку состоит в том, чтобы удалить часть металла с противовесов и заменить цилиндрическую пробку из более тяжелого металла. Предпочтительное вещество — «металл Мэллори», сплав вольфрама [химический символ: W]; «Денсаллой» — другое дело.

Ключевым моментом является относительная плотность материала «заготовки» по сравнению со сталью или железом, которое она заменяет. Металл Мэллори примерно в 2-1 / 3 раза тяжелее стали, поэтому каждая деталь, снятая с противовеса и замененная металлом Мэллори, добавляет 1-1 / 3 веса замененной детали (например.ж .: удалите 120 граммов стали путем просверливания, заполните отверстие металлом Мэллори, металлическая пуля Мэллори весит 280 граммов, поэтому добавленный вес составляет 160 граммов. Если удалить достаточное количество стали и заменить ее металлом Мэллори, противовесов будет достаточно, чтобы уравновесить компоненты без дополнительного эксцентрикового веса за пределами блока цилиндров. Однако металл Мэллори чрезвычайно дорогой.

Гораздо менее дорогой, но более трудоемкий заменитель — это свинец [химический символ: Pb] или (для тех, кто верит в риск) ртуть [химический символ: Hg].Однако он очень токсичен. Свинец намного тяжелее стали, но не такой тяжелый, как металл Мэллори, поэтому в коленчатом валу сталь или железо необходимо заменить большим объемом свинца.

Например, если эквивалентная масса свинца должна быть на 75% больше по объему, чем металл Мэллори, чтобы компенсировать тот же дисбаланс: если были использованы 4 стержня 1/2 дюйма × 1 дюйм металла Мэллори, вам потребуется 7 стержней. свинца и т. д.
Определения компонентов

Необходимо сбалансировать весь коленчатый вал в сборе (за исключением некоторых вращающихся компонентов, отмеченных * в списке ниже).Для этой иллюстрации мы предположим, что рассматриваемый двигатель независимо (внутренне) сбалансирован; это означает, что вся компенсация веса, упомянутого выше, относится к самому коленчатому валу, а не к внешним компонентам. «Классический» расчет требует разделения коленчатого вала двигателя и связанных с ним компонентов на две отдельные категории: «вращающийся вес» и «возвратно-поступательный вес».

Вращающаяся масса:
»коленчатый вал
» масляная масса любых полых каналов в коленчатом валу
»подшипники шатуна (+ установочные штифты, если есть)
» нижняя половина шатуна (-ов), включая колпачки и винты
»* любые радиально-симметричные аксессуары, прикрепленные непосредственно к коленчатому валу, но не по отношению к картеру (звездочка кулачкового привода, гаситель гармоник, шкив, гибкая пластина, маховик, крепежные детали и т. д.), которые по своей природе имеют нулевую балансировку и не имеют преднамеренно эксцентричного распределения веса.

Поршневой вес:
»поршни и компоненты поршня, включая пальцы, кольца и фиксаторы (+ втулки поршневых пальцев, если есть)
» верхняя половина шатунов (кроме втулок поршневых пальцев, если они есть)
Однако более тщательный анализ компонентов быстро показывает, что на самом деле существует три категории, а не две: чистый вращающийся вес, чистый возвратно-поступательный вес и «гибридный» вес.

Классификация верхней и нижней половин шатуна на «возвратно-поступательные» или «вращающиеся» не совсем точна. Проушина штифта совершает возвратно-поступательное движение, но абсолютный верхний конец шатуна (включая материал, закрывающий верхнюю часть проушины) и балка штока между проушиной штифта и шейкой шатуна коленчатого вала движутся по другим и более сложным путям. Большой конец шатуна действительно вращается, но только воображаемая линия, отмечающая контакт с шейкой шатуна коленчатого вала, является «чистым» вращением, большой конец шатуна также фактически колеблется.

Давайте определим чистое вращательное движение как «движение, которое точно следует положению воображаемой точки на окружности окружности, диаметр которой равен длине хода». Эти компоненты никогда не останавливаются полностью во время вращения коленчатого вала и никогда не меняют направление. Они изменяют скорость прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала.

Определим чистое возвратно-поступательное движение как «двунаправленное линейное движение; ускорение от полностью остановленного при ВМТ, движение вниз, замедление и остановка при НМТ, затем реверсирование и ускорение в другом направлении, замедление и остановка и т. д.». Эти компоненты полностью останавливаются дважды за каждый оборот коленчатого вала. Скорость каждого цикла изменяется прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала. Скорость в разных точках каждого цикла зависит от отношения длины шатуна к длине хода и положения коленчатого вала; их направление меняется дважды (вверх-вниз) при каждом обороте коленчатого вала: в ВМТ (0 °) и НМТ (180 °).

Давайте определим гибридное движение как «движение, меняющееся по скорости в зависимости от положения компонента по длине штока, а также от числа оборотов двигателя, но меняющееся по направлению в зависимости от положения коленчатого вала: без бокового движения в ВМТ или НМТ.Его движение происходит в том же направлении, что и коленчатый вал, и имеет максимальную скорость, когда ось стержня шатуна находится под углом 90 ° к ходу коленчатого вала, который будет происходить примерно между 72 ° и 78 ° от ВМТ, в зависимости от передаточного отношения штока (не 90 ° от ВМТ).

Чистый вращающийся груз
»коленчатый вал и т. Д., Как описано выше
» шатунные подшипники и штифты (если есть)
Чистый возвратно-поступательный груз
»поршень (ы) и компоненты поршня, включая пальцы, кольца и замки (+ втулки поршневого пальца, если есть)

Гибридный вес
»шатунная балка

Путь штока
Материал, ближайший к центру поршневого пальца, почти имитирует поршневой палец — его движение возвратно-поступательное плюс небольшие колебания вперед и назад.Его путь представляет собой длинный узкий неправильный полуэллипс с меньшим диаметром, равным амплитуде (размаху) колебаний, и большим диаметром, равным длине хода (см. № 1 на иллюстрации ниже; фактический эллиптический путь будет нерегулярным. , и асимметричное перемещение от ВМТ по сравнению с НМТ). Точки, расположенные дальше по балке стержня и ближе к большому концу (см. # 2-4), имеют большие амплитуды колебаний (малый диаметр), добавленные к длине хода (большой диаметр), снова образуя эллиптическую траекторию, но с большей окружностью и более правильной формы.

Максимальное колебание является функцией максимального угла наклона штока к оси отверстия, в большинстве случаев около 13–20 °; это определяется соотношением стержня к ходу (более длинные стержни = меньший угол). Таким образом, внешний предел колебаний представляет собой равнобедренный треугольник с вершиной на средней линии поршневого пальца и двумя рычагами одинаковой длины, расходящимися вниз с удвоенным углом наклона штока (26-40 °). Ширина основания треугольника — это максимальный размах или амплитуда колебаний (малый диаметр эллипса), которая определяется высотой треугольника в зависимости от положения рассматриваемой точки вдоль оси стержня стержня.

Балка, ближайшая к поршневому пальцу (см. № 2), имеет амплитуду малого диаметра, почти равную нулю, плюс большой диаметр, равный длине хода — почти прямая линия.

Балка, ближайшая к шейке штока (см. № 5), имеет амплитуду малого диаметра, почти равную длине хода в поперечном направлении, плюс большой диаметр, равный длине хода, — почти идеальный круг.

Это означает, что форма движения каждого грамма веса, скорость движения и расстояние, пройденное за один оборот коленчатого вала, частично зависят от его точного положения вдоль оси стержня, а также хода штока. отношение и абсолютная длина центров стержней.

На иллюстрации (внизу справа) изображено движение нескольких точек на балке стержня. Каждая точка будет перемещаться по окружности показанной формы за один оборот коленчатого вала, каждый раз возвращаясь в верхнюю точку ВМТ.

# 1 показывает движение точки на оси стержня с центром в ушке штифта — движение полностью возвратно-поступательное. Наибольший диаметр для всех показанных эллипсов — это длина штриха (здесь показана как 4,00 дюйма), но поскольку нет колебаний, следовательно, вращения нет, а меньший диаметр (ширина) эллипса равен 0 — форма прямая. линия.
# 2 показывает точку немного ниже точки # 1 вдоль оси балки стержня. Малый диаметр составляет около 0,10 дюйма, что соответствует небольшому колебанию назад и вперед.
# 3 показывает точку ниже точки # 2 вдоль оси стержня. Меньший диаметр составляет около 1,00 дюйма, что соответствует большему колебанию назад и вперед.
# 4 показывает точку немного ниже этой точки вдоль оси стержня. Меньший диаметр составляет около 2,00 дюймов, что соответствует траектории с гораздо большим вращательным движением.
# 5 показывает точку почти на большом конце стержня, чуть выше верхнего подшипника стержня.Здесь малый диаметр почти равен полной длине хода в 4 дюйма.

Следующим логическим шагом вниз по оси стержня будет, конечно, чисто вращающийся вес, образующий эллипс с малым и большим диаметрами на длине хода — круг, точный путь шейки стержня коленчатого вала.

Длина и соотношение штанги
Все методы включают разделение веса штанги на возвратно-поступательный и вращающийся путем подвешивания штанги (-ей) за один конец и взвешивания другого, тщательно удерживая ось штанги в горизонтальном положении.Затем процесс меняется на противоположный, что дает вес противоположному концу. Общий (конечно же) вес равен точному весу удилища.

Однако… это делает разделение возвратно-поступательных и вращающихся грузов зависимым от центра тяжести, который НЕ является важным фактором для балансировки. Точный центр шейки стержня — это чистый вращающийся вес (без прямолинейного движения), тогда как проушина пальца — это чисто возвратно-поступательный вес (без вращательного движения). Если вы растянете штангу на 1 дюйм в точном центре баланса (без добавления веса), вес и пропорции подвески не изменятся, но очевидно, что влияние новой штанги на баланс изменится, потому что точка различия между возвратно-поступательные и вращающиеся концы находятся в геометрическом центре, а не в центре тяжести, что не имеет ничего общего с предсказанием того, какой эффект оказывает конкретная молекула в стержне и как лучше всего его компенсировать.

Положение на стержневой балке, которая имеет ровно 1/2 характеристик каждой, находится в геометрическом центре — потому что центр тяжести Гигантский кусок свинца, свисающий с болта стержня, безусловно, немного изменит вращающийся конец , но согласно «классической» модели он также изменяет возвратно-поступательный вес и процент возвратно-поступательного движения, потому что он перемещает C-of-G. Поскольку большой конец всегда намного тяжелее малого конца, центр тяжести начнет располагаться только в геометрическом центре (50% расстояния между центрами) стержня бесконечной длины; У более коротких стержней будет больше смещения между C-of-G и геометрическим центром.Следовательно, абсолютная длина стержня (а также соотношение стержней) влияет на баланс.

Это (частично) объясняет, почему некоторые факторы лучше работают с некоторыми двигателями. Двигатели с более высокими значениями «n» (длинный шток, короткий ход, отношение штока к ходу в диапазоне 1,75 — 2,1-1, угол тяги 13-16 °) имеют более низкие несбалансированные силы: в основном линейный верхний конец Луч идет вперед и назад в меньшем диапазоне, и его максимальный угол от вертикали меньше. Двигатели с более низким значением «n» (короткий шток, длинный ход, отношение штока к ходу в 1.45 — диапазон 1,75-1, угол тяги 17-20 °) стержневые балки качаются по большей дуге, поскольку максимальное отклонение от вертикали больше — большая часть силы направляется на стенку цилиндра (а не на ход кривошипа).

Это влияет на выбор коэффициента балансировки. На мой взгляд, разделение (и присвоение весовых долей вращающимся и возвратно-поступательным движениям) ДОЛЖНО включать некоторую компенсацию длины стержня (а также отношения стержня к ходу). Интересным экспериментом было бы увидеть, где находится математический центр (50% межцентрового расстояния; примерно 3.38 дюймов от любого конца стержня RB 413, 426W или 440) по отношению к точке баланса, полученной методом C-of-G (в подвешенном состоянии).

Вот стержень, нарисованный так, как если бы его поперечное сечение было непрерывной толщины. Конечно, это никогда не правда; однако это упрощает анализ и сравнение, поэтому будьте терпеливы (щелкните любой из стержней, чтобы увеличить). Для упрощения математики давайте сделаем удилище весом 500 грамм.

Верхняя штанга (на рисунке справа) точно разделена по центру тяжести (с использованием превосходной «А» Мартина Хепперле.C. Калькулятор »). Красный (возвратно-поступательный) вес составляет 46,6% от общего веса удилища, или 233 грамма. Вес синего (вращающегося) составляет 53,4% или 267 граммов. Вес боба для этого метода с учетом коэффициента 50% составляет: (233 × 50%) + 267 = 383,5 грамма.

Шатун с массой, разделенной методом центра тяжести
Нижний стержень (показан справа) геометрически разделен от центра проушины пальца до центра шатуна. Красный (возвратно-поступательный) вес — 34.8% от общего веса удилища или 174 грамма. Вес синего (вращающегося) составляет 65,2% или 326 граммов. Вес боба для этого метода, основанный на коэффициенте 50%, составляет: (174 × 50%) + 326 = 413 граммов.
Шатун с массой, разделенной методом геометрического центра

Метод центра тяжести присваивает на 236 граммов больше общей массы боба: 413 — 383,5 = 29,5 × 2 стержня на шейку × 4 шейки.

Если вес каждого боба (для одного журнала) составляет 2000 грамм, это изменение составляет почти 3%.

Что мы можем из этого сделать? Если метод геометрического центра более точен в компенсации возвратно-поступательного веса (как я подозреваю), почему он, кажется, использует коэффициент меньше 50%? Есть несколько возможных причин.

Динамические силы гораздо важнее, чем предполагалось. Фактор 50% не является точным, так как он был разрушен в обратном направлении из-за неправильного назначения возвратно-поступательного веса в стержневой балке.

Коэффициент 50% может содержать другую ошибку: коэффициент для чистого возвратно-поступательного груза (поршень и т. Д.) Может сильно отличаться от коэффициента для гибридного груза (штанговая балка), но в противоположных направлениях.

Я подозреваю, что к гибридному весу следует применять отдельный коэффициент, поскольку он следует траектории, определяемой геометрией стержня (а не чистой формой или вектором).Если это так, коэффициент может меняться обратно пропорционально некоторой функции отношения стержня к ходу, поскольку стержень бесконечной длины преобразует весь гибридный вес в возвратно-поступательный вес, а длина стержня, равная смещению шейки (1/2 хода), почти соответствует журнал во время какой-то части мероприятия.

Определение веса геометрической центральной штанги для балансировки.
В методе «подвешивания» вес распределяется между малым концом и большим концом в зависимости от центра тяжести; если вы повесите удилище в воздухе на нитке и осторожно опустите его на 2 шкалы, единственная точка подвеса, где он будет висеть горизонтально, — это ЦТ.Если вы попытаетесь подвесить его в геометрическом центре (50% межцентрового расстояния), результаты будут совсем другими; большой конец всегда намного тяжелее.

Чтобы взвесить каждый конец по геометрическому центру: найдите и точно отметьте центральную точку острием и т. Д. Постройте / найдите водонепроницаемый контейнер (C # 1) глубиной 6 дюймов, 4 дюйма на 4 дюйма в поперечнике, с верхними стенками ровно квадратные и горизонтальные. Постройте / найдите второй водостойкий контейнер большего размера (C # 2) глубиной 2 дюйма и шириной 6 дюймов на 6 дюймов. Взвесьте C # 2 на граммовой шкале и запишите.Поместите C1 так, чтобы верхние края были точно на уровне C2. Залейте C # 1 чистой водой ровно до верха. Подвесьте стержень к проушине штифта так, чтобы балка стояла точно вертикально. Очень медленно погрузите стержень в C # 1 до отмеченной средней линии.

Если Архимед был прав, объем перелива воды в точности равен объему массы погруженного стержня. Отложите C # 1 и стержень в сторону. Взвесьте C # 2 и вычтите пустой вес. Остальное — это вес воды в граммах (вода: 1 куб. См = 1 мл = 1 г; разве метрическая система не прекрасна?).Умножьте его на удельный вес стали (примерно 7,93 для «прокатной стали»), чтобы получить фактический вес 50%, полученный из геометрического центра большого конца стержня. Если интересно, проделайте то же самое с другим концом. Если вам не интересно, просто вычтите полученный результат из общего веса.

Факторы, влияющие на баланс
Хотя коэффициент балансировки 50% является значением по умолчанию для двигателей V-8, двигатели, работающие на высоких скоростях, часто имеют дополнительный вес, увеличивая коэффициент до более чем 50%. Было опубликовано множество формул для расчета точной регулировки коленчатого вала для компенсации этих факторов.

Регулировка обычно выполняется путем удаления металла с противовеса или щеки прямо напротив центра дисбаланса, вызванного избыточным весом. Конечно, также можно прибавить вес, но это более сложный способ и, как правило, не лучший вариант. Если используется известный и надежный «коэффициент баланса» (математическая формула или выбор компонентов), уровень надежности компонентов и комфорта пассажиров повышается.

Однако даже превосходное применение неправильного фактора может привести к очень неудовлетворительным результатам — не проявляйте творчества! На самом деле, нет формулы «правильной», некоторые просто подходят ближе, чем другие, с помощью «эмпирического» метода — они были опробованы и скорректированы экспериментально.Все формулы являются компромиссами, основанными на деталях двигателя, но также включают такие размерные и физические факторы, как:
»Отношение длины штанги к длине хода: малые отношения (длинный ход, короткий шток) имеют более высокие силы дисбаланса.
»Угол между цилиндрами: двигатели V-8 обычно имеют ряды цилиндров, расположенные на 90 ° друг от друга, но это, конечно, не единственный практический метод. Угол V обычно составляет целую часть круга и (обычно) учитывает количество цилиндров: 45 ° составляет 1/8 полного круга, 60 ° — 1/6, 90 ° — 1/4 и т. Д. .Были спроектированы большие авиационные радиальные двигатели с 27 цилиндрами: 9 рядов по 3 рядных цилиндра в каждом, разнесенных на 40 °.
»Обычно используется диапазон оборотов: широкий диапазон должен быть более щадящим для« плохих мест ». Расчет должен производиться для всего диапазона, а не только кривой мощности (кроме гонок).
»Величина развиваемой мощности: при необходимости, долговечность двигателя предпочтительнее комфорта водителя.
»Устойчивость к вибрации: как долго машина будет работать? Кем?
»Тип подушки двигателя: цельная? резинка? сколько точек крепления?
Математические формулы, использующие только обычные коэффициенты, никогда не позволят точно предсказать, насколько хорошо данный двигатель будет работать, даже при заданных оборотах, потому что динамические силы не ограничиваются возвратно-поступательным движением по сравнению свращающийся груз. Силы, действующие на шток и шатун (инерция массы), представляют собой не только возвратно-поступательный вес (как указано выше), но также силы, действующие в цилиндре и камере сгорания над поршнем. Этот документ обращает внимание читателя на сложность предмета и предостерегает их от тщательного изучения предмета, прежде чем балансировать свой двигатель.

Избыточная и недостаточная балансировка
Этот метод рекомендован для двигателей с высокими оборотами.Однако у «фактора 50%» нет математической или теоретической основы — это «то, что работает».

Это не учитывает тот факт, что почти весь маленький конец стержня не является чисто возвратно-поступательным весом, что материал над центром стержня движется напротив балки стержня, что разница в силах между длинными и короткими стержнями полностью отсутствует, и что другие очень большие силы (давление сжатия цилиндра, сгорание, откачка выхлопных газов и вакуум) полностью игнорируются.

Прекращение чрезмерного и / или недостаточного баланса для оправдания наблюдаемого результата — это не наука, это рационализация.

Динамические факторы; давление, действующее как вес
Поведение газа в камере сгорания изменяет эффективный (кажущийся) вес поршня. Плотность, объемная температура и давление газа постоянно меняются во время работы двигателя из-за различных факторов. В следующем тексте кратко обсуждаются некоторые из этих факторов, а также изменения, которые они вызывают в кажущейся массе поршня.

Если бы двигатель работал без вакуума, сжатия или сгорания (поршень действует только как груз), инерция поршня будет сопротивляться движению все время (законы движения Ньютона), независимо от того, идет ли шток вверх или вниз.Это привело бы к уменьшению кажущегося веса на 2 тактах вниз (впуск и мощность) и к увеличению его на 2 тактах вверх (сжатие и выпуск).

Однако, когда мы добавляем динамические эффекты вакуума, сжатия и давления сгорания, эффекты радикально меняются, и они меняются не только по мере изменения деталей конструкции двигателя, но также по мере вращения коленчатого вала и потребности (дроссельная заслонка открытие и вакуум), изменяется уровень оборотов и объемный КПД двигателя.

По мере того, как эти факторы вступают в силу, кажущаяся масса поршня (и ее влияние на коленчатый вал) может резко возрасти, полностью исчезнуть или стать отрицательной массой.

Назовем влияние колебаний внутреннего давления в цилиндре на кажущуюся массу поршня «тягой». Тяга может быть положительной (имитация добавления физического веса к компонентам, совершающим возвратно-поступательное движение) или отрицательной (уменьшение веса), и может действовать в любом направлении (вверх или вниз).

Тяга действует на шатун и коленчатый вал в сборе таким же образом, как и фактический вес самих компонентов, совершающих возвратно-поступательное движение, но не одновременно, не непрерывно и изменяется по степени в зависимости от конструкции и размера двигателя и его работы. условия.Даже на одной и той же скорости степень успешной компенсации дисбаланса сил будет резко меняться с открытием дроссельной заслонки. Двигатель будет странно вибрировать при открытии дроссельной заслонки, заставляя водителя опасаться сломанных опор, погнутого карданного вала и т. Д., Но вибрация «уходит», когда дроссельная заслонка снова закрывается. Сравните эти эффекты на протяжении 4 циклов вращения двигателя:

Пример 1
Двигатель с крейсерской степенью сжатия 12-1 (статическая), частично открытая дроссельная заслонка, 4000 об / мин

Эффект хода поршня Комментарий Сопротивление впускного отверстия Поршень «Тяга» (сопротивление движению, поскольку оно влияет на шток) является высоким, так как цилиндр заполнен только частично (низкий VE или объемный КПД, выраженный в% от полного рабочего объема), и все еще находится под частичным вакуумом (15 фунтов на квадратный дюйм) из-за небольшого открытия дроссельной заслонки.Это означает, что шток «видит» более тяжелый поршень, чем фактический компонент, но только во время этого цикла и условий.
Сжатие

Нагрузка вверх Тяговое усилие низкое, так как низкий VE означает, что для сжатия присутствует только небольшой объем смеси. Однако давление в цилиндре по-прежнему выше, чем было бы в двигателе с более низким CR. Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Усилие нагрузки при отключении питания низкое из-за того, что воспламеняется только небольшой объем смеси, но с высоким соотношением из-за статического CR.Давление расширяющегося газа заставляет вес поршня опускаться выше нуля и оказывать положительное воздействие на шток даже при таком низком уровне мощности. Шток «видит» поршень легче, чем его фактический вес.

Нагрузка на выхлопе Тяговое усилие, вероятно, очень низкое из-за небольшого количества удаляемого газа. Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.
Пример 2
Тот же двигатель, та же скорость, но широко открытая дроссельная заслонка

Эффект хода поршня Комментарий Тяговое усилие на впуске меньше, чем при частично закрытой дроссельной заслонке (выше, # 1), потому что более высокий VE означает более низкий вакуум ( всего 0 фунтов на квадратный дюйм в идеальных условиях на пике крутящего момента), препятствуя движению поршня вниз.Вес поршня будет нейтральным (тяга = 0, сила возвратно-поступательного движения будет единственной силой), если вакуум составляет 0 фунтов на квадратный дюйм, но тяга будет возникать и расти вместе с вакуумом, если VE не составляет 100%. Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Нагрузка при сжатии Усилие здесь самое высокое, так как цилиндр почти заполнен, но сопротивление на такте сжатия очень велико. Если диаметр поршня составляет 4,00 дюйма (360), площадь поршня составляет 12,57 квадратных дюймов, поэтому давление в 200 фунтов на квадратный дюйм, присутствующее во время сжатия, будет оказывать силу в 2500 фунтов.на поршне! Почти 100 VE (открытая дроссельная заслонка, потребность почти полностью удовлетворена) означает, что давление в цилиндре будет намного выше, чем в Примере 1 (выше). Поршень «весит» намного больше на такте сжатия при полном открытии дроссельной заслонки, чем на крейсерском. Шток «видит» поршень, который намного тяжелее своего реального веса.

Power Down Load
Тяговое усилие намного меньше (большое отрицательное число). Пиковое значение 700 фунтов на квадратный дюйм, присутствующее в цилиндре при сгорании смеси, вычитает 8800 фунтов. от возвратно-поступательного груза, оставляя огромное отрицательное число, и коленчатый вал на мгновение, но очень сильно выходит из равновесия.Шток «видит» поршень, который намного тяжелее своего реального веса.

Нагрузка на выхлопе Отрицательное усилие здесь выше, чем в других примерах выхлопа, поскольку высокий VE означает, что цилиндр почти заполнен газом. Сопротивление газа увеличивает кажущуюся инерцию поршня. Шток «видит» более тяжелый поршень, чем фактический вес.

Пример 3
Тот же двигатель, такая же скорость, но с закрытой дроссельной заслонкой

Влияние поршневого хода Комментарий
Тяговое усилие на впуске вниз мгновенно подскакивает, так как цилиндр теперь почти полностью пуст (VE приближается к 0) .Вакуум (который может достигать 25+ фунтов на квадратный дюйм), действующий на область поршня, будет оказывать сопротивление штоку в 314 фунтов. Вот почему гоночные двигатели ломаются, когда они пересекают финишную черту (это называется «опускание двигателя против сжатия») — только инерция веса поршня была бы безопасной, но инерции + вакуума достаточно, чтобы либо снять купол с поршень, либо тянуть шток пополам. Шток «видит» поршень, который намного тяжелее своего реального веса.

Усилие сжатия при повышении нагрузки — небольшое отрицательное число, меньше, чем в примере 1, поскольку VE ниже.Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Power Down Drag Pull — меньшее отрицательное число, чем в примере 1, по той же причине: более низкий VE. Давление сгорания может быть меньше сопротивления трения поршня, поэтому шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Усилие нагнетания выхлопа здесь самое низкое, даже меньше, чем в примере 1 — еще меньше газа для удаления. Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Динамические факторы; сопротивление поршневого кольца
Поршневые кольца удерживаются на стенке цилиндра двумя силами: радиальным растяжением («упругостью» металла) и давлением сжатия или сгорания над поршнем.

Радиальное натяжение предварительно устанавливается при изготовлении кольца и немного изменяется при установке торцевого зазора; он также со временем распадется.

Давления сжатия и сгорания являются более сложными, и сопротивление кольца будет варьироваться в зависимости не только от направления движения поршня и хода коленчатого вала, но также от относительного вакуума и мощности.

Сопротивление затяжки кольца в зависимости от функции двигателя Влияние хода

Впускные кольца прижимаются (слабо) к вершине канавки за счет вакуума и уравновешиваются радиальным натяжением. WOT = низкий вакуум и т. Д.

Компрессионные кольца удерживаются на дне канавки давлением цилиндра (только сжатие) + радиальное натяжение. WOT = более высокое давление, поскольку содержимое цилиндра больше.
Силовые кольца прижимаются (прочно) к дну канавки и к стенке цилиндра за счет давления сгорания + радиального натяжения.WOT = более высокое давление, поскольку содержимое цилиндра больше.
Выхлопные кольца удерживаются на дне канавки за счет остаточного давления выхлопных газов + радиального натяжения. WOT = более высокое давление, поскольку содержимое цилиндра больше, и объем выхлопных газов больше.

Динамические факторы; движение в зависимости от направления

Возвратно-поступательные компоненты V-образной конфигурации ведут себя совершенно иначе, чем компоненты одноцилиндрового, рядного или оппозитного (180 °) двигателя. Например, используя стандартный 90 ° двигатель V-8, давайте начнем примерно с середины хода (120 ° ВМТ), когда оба поршня за один ход кривошипа (но на противоположных рядах цилиндров) поднимаются в сторону ВМТ.

Оба поршня (и другие возвратно-поступательные компоненты, перечисленные ранее) движутся в одном направлении (хотя и с разными скоростями). Однако, когда поршень левого берега достигает 90 ° ВМТ, поршень правого берега останавливается в ВМТ. Когда поршень левого берега достигает 91 °, поршень правого берега находится на 1 ° ВМТ (относительный) и начинает двигаться вниз. Два поршня будут продолжать двигаться в противоположных направлениях на 90 °, пока поршень левого берега не достигнет ВМТ, после чего оба поршня будут двигаться вниз.

Аналогичный эффект происходит при приближении и прохождении BDC. Относительные направления поршней одинаковы, но точные положения различаются из-за разницы в скорости поршня в нижней части хода (движение ВМТ по сравнению с разницей скорости движения НМТ и точное положение поршня зависят от положения штока к штоку. коэффициент хода). Только под углом 45 ° от ВМТ и НМТ 2 поршня на одном ходу кривошипа находятся в одном и том же абсолютном положении.

Из положения поршня левого берега от 90 ° до ВМТ до ВМТ и от 90 ° BBDC до НМТ поршни левого и правого берега движутся в противоположных направлениях.

Сам выбор угла «V» добавляет еще один сложный фактор в конструкцию двигателя. Узкие углы V (60 ° и т. Д.) Имеют относительно короткий период, в течение которого возвратно-поступательные грузы двух цилиндров перемещаются в разных направлениях — так же, как и угол V (60 ° составляет всего 16,67% от полного вращения на 360 °. коленчатого вала). Однако силы дисбаланса относительно высоки, и балансировка обычно успешна только в узком диапазоне оборотов двигателя.

По мере увеличения угла V (90 ° и т. Д.) периоды, в течение которых возвратно-поступательные грузы перемещаются в разных направлениях, увеличиваются (90 ° составляет 25% от полного вращения коленчатого вала), что, по-видимому, усугубляет проблему, но двигатели с более широким углом V кажутся более терпимыми к более широким и большим Диапазон оборотов в минуту, и чистый эффект — улучшение. Однако для этих двигателей обычно требуется более широкий моторный отсек для зазора, так как берега разнесены. Это один из положительных факторов в пользу V-6 — он не только короче (на 1 цилиндр и ход кривошипа), чем V-8 с тем же диаметром отверстия и ходом, но и при использовании общего угла разделения крена 60 ° он также значительно уже. поперек рядов цилиндров (но немного выше сверху вниз).

Кроме того, материал в ушке шатуна (малый конец) над центром поршневого пальца, а также крышка подшипника шатуна всегда колеблются в противоположном направлении от балки штока (за исключением ВМТ и НМТ, конечно). Хотя их влияние минимально, они являются частью инерции «качания» (колебания) стержня, но уменьшают и модифицируют влияние веса стержневой балки. Этот «выступающий» вес в настоящее время не учитывается ни в одной формуле или уравнении баланса.

Суть в том, что физика и математика, участвующие в работе двигателя, слишком сложны, чтобы сделать коэффициент баланса на основе формулы более чем разумным компромиссом.Это только те факторы, которые я обнаружил лично, их почти наверняка больше (с большим или меньшим эффектом). После выбора коэффициента остаётся задача точно записать вес компонентов и точно отрегулировать коленчатый вал для компенсации. Ваш двигатель прослужит дольше и после этого будет приятнее работать.

Мое мнение: любой вышедший из строя двигатель должен быть сбалансирован везде, где это возможно. Передавайте эту работу только в магазин с проверенной репутацией и компетенцией.Не пытайтесь быть новатором в выборе фактора баланса; используйте тот, который выдержал испытание временем и опытом: 50%. Если вы хотите поэкспериментировать, смонтируйте свой двигатель по образцу двигателя, очень похожего на ваш (особенно в отношении хода и длины штока, веса поршня в граммах, рабочего диапазона оборотов и степени сжатия).

Противовесы представляют собой клиновидные или дискообразные цилиндрические секции, расположенные сбоку между ходами кривошипа (каждый ход включает две шейки шатуна, как правило, на непрерывной обрабатываемой поверхности) и расположенные вращательно напротив ходов (на 180 °), чтобы «противодействовать. — воздействовать на вес »цапф, шатунов, поршней и т. д.Противовесы отливаются или кованы на месте при формировании коленчатого вала, а процесс балансировки выполняется путем удаления металла с противовесов (обычно путем сверления отверстий) до тех пор, пока их общая сумма не станет правильной для компенсации компонентов двигателя.

Для работы без повреждений коленчатый вал любого двигателя должен быть сбалансирован.

Все коленчатые валы балансируются на заводе, но не в той степени, которая требуется для гонок или даже внимательным владельцем. Заводской баланс — это только качество производственной линии, и его можно улучшить, приложив все усилия.В V-образных двигателях (V-2, V-4, V-6, V-8, V-10, V-12) это особенно важно, так как эти двигатели по своей природе не сбалансированы из-за нерегулярной природы. импульсов зажигания и движения компонентов.

Двигатели V-8 почти всегда сбалансированы с коэффициентом «50%». Это означает, что количество «лишнего» (не являющегося конструктивно необходимого) веса, переносимого противовесами (и другими нерадиально-симметричными грузами на коленчатом валу, включая гармонический балансир и гибкую пластину, если двигатель сбалансирован внешне, например, Mopar 360 и литой кривошип B&B, 454 BBC, 400 SBC, 289 SBF и т. Д.) равен: 100% вращающегося веса + 50% возвратно-поступательного движения

Фактор 50% зарекомендовал себя в течение длительного периода времени как обеспечивающий разумную свободу от вибрации, превосходную долговечность компонентов и приемлемый комфорт для пассажиров. Однако это не является и не может быть полностью успешным в компенсации веса внутренних компонентов, совершающих возвратно-поступательное движение, как я попытаюсь объяснить.

Целью данной статьи является не объяснение того, как осуществляется балансировка двигателей, а частичное обсуждение того, почему балансировка не выполняется легко, и изучение того, почему даже самая точная работа по балансировке является лишь частично эффективной.

Размещение противовесов
Внутренние противовесы

В двигателе с внутренней балансировкой дополнительный вес как для балансировки, так и для инерции полностью сосредоточен в противовесах.

В идеале, каждый противовес должен выдерживать дисбаланс прилегающих к нему шейки и стержня: всего восемь грузов по 12,5% от общего веса каждого противовеса на двухплоскостном коленчатом валу V8. Однако не все двигатели с внутренней балансировкой имеют компенсирующие веса, расположенные рядом с компонентами, на которые они настраиваются; у многих нет центральных противовесов — вся балансировка осуществляется на внешних противовесах.Ранние полусферы Chrysler имели только шесть противовесов, поэтому самая слабая центральная часть оставалась очень эксцентричной. Их проверенная гоночная история показывает, что (хотя теоретически он уступает) этот метод полностью эффективен, если конструкция и прочность компонентов достаточны.

Каждый ход кривошипа соответствует эксцентрическому весу, даже если он идеально сбалансирован (поскольку коэффициент балансировки никогда не бывает 100%). Даже у тех, у кого шатуны полностью противовесы, не все силы дисбаланса самокомпенсируются, поскольку (обычно) 50% возвратно-поступательного веса не учитываются.Это означает, что коленчатый вал без центральных противовесов
будет иметь некоторые изгибы и изгибы, вызванные вращением эксцентрикового груза при нормальном вращении кривошипа.

«Фактор баланса» в лучшем случае является компромиссом и частично подавляет вибрацию при некоторых оборотах и ​​уровнях мощности / вакуума. На фото коленчатый вал без центральных противовесов. Щелкните изображение, чтобы увеличить его.

Внешняя балансировка
Внешне сбалансированный двигатель — это двигатель, в котором противовесы недостаточно тяжелы, чтобы полностью компенсировать и, следовательно, уравновесить компоненты двигателя, поэтому (в дополнение к обычным эксцентриковым противовесам) недостающая часть должна быть восстановлена. -расположен снаружи блока двигателя.

Дополнительный эксцентриковый груз прикреплен к амортизатору, гибкой пластине, маховику и т. Д. На одном или обоих концах коленчатого вала. Несмотря на то, что на бумаге сумма балансировочных грузов верна, дисбалансные силы (компоненты двигателя) корректируются противоположными силами (балансирными грузами) на расстоянии одного фута от них. Это означает, что коленчатый вал все время подвергается изгибающим силам с обоих направлений, даже когда двигатель находится в благоприятном диапазоне оборотов (где коэффициент 50% наиболее эффективен).

Один из методов исправления этого и преобразования двигателя с внешней балансировкой во внутреннюю балансировку состоит в том, чтобы удалить часть металла с противовесов и заменить цилиндрическую пробку из более тяжелого металла. Предпочтительное вещество — «металл Мэллори», сплав вольфрама [химический символ: W]; «Денсаллой» — другое дело.

Ключевым моментом является относительная плотность материала «заготовки» по сравнению со сталью или железом, которое она заменяет. Металл Мэллори примерно в 2-1 / 3 раза тяжелее стали, поэтому каждая деталь, снятая с противовеса и замененная металлом Мэллори, добавляет 1-1 / 3 веса замененной детали (например.ж .: удалите 120 граммов стали путем просверливания, заполните отверстие металлом Мэллори, металлическая пуля Мэллори весит 280 граммов, поэтому добавленный вес составляет 160 граммов. Если удалить достаточное количество стали и заменить ее металлом Мэллори, противовесов будет достаточно, чтобы уравновесить компоненты без дополнительного эксцентрикового веса за пределами блока цилиндров. Однако металл Мэллори чрезвычайно дорогой.

Гораздо менее дорогой, но более трудоемкий заменитель — это свинец [химический символ: Pb] или (для тех, кто верит в риск) ртуть [химический символ: Hg].Однако он очень токсичен. Свинец намного тяжелее стали, но не такой тяжелый, как металл Мэллори, поэтому в коленчатом валу сталь или железо необходимо заменить большим объемом свинца.

Например, если эквивалентная масса свинца должна быть на 75% больше по объему, чем металл Мэллори, чтобы компенсировать тот же дисбаланс: если были использованы 4 стержня 1/2 дюйма × 1 дюйм металла Мэллори, вам потребуется 7 стержней. свинца и т. д.

Определения компонентов
Весь коленчатый вал в сборе должен быть сбалансирован (за исключением некоторых вращающихся компонентов, отмеченных * в списке ниже).Для этой иллюстрации мы предположим, что рассматриваемый двигатель независимо (внутренне) сбалансирован; это означает, что вся компенсация веса, упомянутого выше, относится к самому коленчатому валу, а не к внешним компонентам. «Классический» расчет требует разделения коленчатого вала двигателя и связанных с ним компонентов на две отдельные категории: «вращающийся вес» и «возвратно-поступательный вес».

Вращающийся вес:

»коленчатый вал
» масляная масса любых полых каналов в коленчатом валу
»подшипники шатуна (+ установочные штифты, если есть)
» нижняя половина шатуна (-ов), включая колпачки и винты
»* любые радиально-симметричные аксессуары, прикрепленные непосредственно к коленчатому валу, но не по отношению к картеру (звездочка кулачкового привода, гаситель гармоник, шкив, гибкая пластина, маховик, крепежные детали и т. д.), которые по своей природе сбалансированы нулём и не имеют преднамеренно эксцентричного распределения веса

Возвратно-поступательный вес:
»поршни и компоненты поршня, включая пальцы, кольца и замки (+ втулки поршневых пальцев, если есть)
» верхняя половина шатунов (кроме втулок поршневых пальцев, если таковые имеются)

Однако более тщательный анализ компонентов быстро показывает, что на самом деле существует три категории, а не две: чисто вращающийся вес, чисто возвратно-поступательный вес и «гибрид» масса.

Классификация верхней и нижней половин шатуна на «возвратно-поступательные» или «вращающиеся» не совсем точна. Проушина штифта совершает возвратно-поступательное движение, но абсолютный верхний конец шатуна (включая материал, закрывающий верхнюю часть проушины) и балка штока между проушиной штифта и шейкой шатуна коленчатого вала движутся по другим и более сложным путям. Большой конец шатуна действительно вращается, но только воображаемая линия, отмечающая контакт с шейкой шатуна коленчатого вала, является «чистым» вращением, большой конец шатуна также фактически колеблется.

Давайте определим чистое вращательное движение как «движение, которое точно следует положению воображаемой точки на окружности окружности, диаметр которой равен длине хода». Эти компоненты никогда не останавливаются полностью во время вращения коленчатого вала и никогда не меняют направление. Они изменяют скорость прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала.

Определим чистое возвратно-поступательное движение как «двунаправленное линейное движение; ускорение от полностью остановленного при ВМТ, движение вниз, замедление и остановка при НМТ, затем реверсирование и ускорение в другом направлении, замедление и остановка и т. д.». Эти компоненты полностью останавливаются дважды за каждый оборот коленчатого вала. Скорость каждого цикла изменяется прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала. Скорость в разных точках каждого цикла зависит от отношения длины шатуна к длине хода и положения коленчатого вала; их направление меняется дважды (вверх-вниз) при каждом обороте коленчатого вала: в ВМТ (0 °) и НМТ (180 °).

Давайте определим гибридное движение как «движение, меняющееся по скорости в зависимости от положения компонента по длине штока, а также от числа оборотов двигателя, но меняющееся по направлению в зависимости от положения коленчатого вала: без бокового движения в ВМТ или НМТ.Его движение происходит в том же направлении, что и коленчатый вал, и имеет максимальную скорость, когда ось стержня шатуна находится под углом 90 ° к ходу коленчатого вала, который будет происходить примерно между 72 ° и 78 ° от ВМТ, в зависимости от передаточного отношения штока (не 90 ° от ВМТ).

Чистая масса вращения
»коленчатый вал и т. Д., Как описано выше
» подшипники шатуна и штифты (если есть)
Чистый возвратно-поступательный груз
»поршень (ы) и компоненты поршня, включая пальцы, кольца и замки (+ втулки поршневого пальца, если есть)

Гибридный вес
»шатунная балка

Путь штока

Материал, ближайший к центру поршневого пальца, почти имитирует поршневой палец — его движение возвратно-поступательное плюс небольшие колебания вперед и назад.Его путь представляет собой длинный узкий неправильный полуэллипс с меньшим диаметром, равным амплитуде (размаху) колебаний, и большим диаметром, равным длине хода (см. № 1 на иллюстрации ниже; фактический эллиптический путь будет нерегулярным. , и асимметричное перемещение от ВМТ по сравнению с НМТ). Точки, расположенные дальше по балке стержня и ближе к большому концу (см. # 2-4), имеют большие амплитуды колебаний (малый диаметр), добавленные к длине хода (большой диаметр), снова образуя эллиптическую траекторию, но с большей окружностью и более правильной формы.

Максимальное колебание является функцией максимального угла наклона штока к оси отверстия, в большинстве случаев около 13–20 °; это определяется соотношением стержня к ходу (более длинные стержни = меньший угол). Таким образом, внешний предел колебаний представляет собой равнобедренный треугольник с вершиной на средней линии поршневого пальца и двумя рычагами одинаковой длины, расходящимися вниз с удвоенным углом наклона штока (26-40 °). Ширина основания треугольника — это максимальный размах или амплитуда колебаний (малый диаметр эллипса), которая определяется высотой треугольника в зависимости от положения рассматриваемой точки вдоль оси стержня стержня.

Балка, ближайшая к поршневому пальцу (см. № 2), имеет амплитуду малого диаметра, почти равную нулю, плюс большой диаметр, равный длине хода — почти прямая линия.

Балка, ближайшая к шейке штока (см. № 5), имеет амплитуду малого диаметра, почти равную длине хода в поперечном направлении, плюс большой диаметр, равный длине хода, — почти идеальный круг.

Это означает, что форма движения каждого грамма веса, скорость движения и расстояние, пройденное за один оборот коленчатого вала, частично зависят от его точного положения вдоль оси стержня, а также хода штока. отношение и абсолютная длина центров стержней.

На иллюстрации (внизу справа) изображено движение нескольких точек на балке стержня. Каждая точка будет перемещаться по окружности показанной формы за один оборот коленчатого вала, каждый раз возвращаясь в верхнюю точку ВМТ.

# 1 показывает движение точки на оси стержня с центром в ушке пальца — движение полностью возвратно-поступательное. Наибольший диаметр для всех показанных эллипсов — это длина штриха (здесь показана как 4,00 дюйма), но поскольку нет колебаний, следовательно, вращения нет, а меньший диаметр (ширина) эллипса равен 0 — форма прямая. линия.

№ 2 показывает точку немного ниже точки № 1 вдоль оси стержня. Малый диаметр составляет около 0,10 дюйма, что соответствует небольшому колебанию назад и вперед.

№ 3 показывает точку ниже точки № 2 вдоль оси стержня. Меньший диаметр составляет около 1,00 дюйма, что соответствует большему колебанию назад и вперед.

# 4 показывает точку немного ниже этой точки вдоль оси стержня. Меньший диаметр составляет около 2,00 дюймов, что соответствует траектории с гораздо большим вращательным движением.

№ 5 показывает точку почти на большом конце стержня, чуть выше верхней опоры стержня. Здесь малый диаметр почти равен полной длине хода в 4 дюйма.

Следующим логическим шагом вниз по оси стержня будет, конечно, чисто вращающийся вес, образующий эллипс с малым и большим диаметрами на длине хода — круг, точный путь шейки стержня коленчатого вала.

Длина и передаточное отношение штанги
Все методы включают разделение веса штанги на возвратно-поступательный вес и вес штанги.вращая груз, подвешивая стержень (стержни) за один конец и взвешивая другой, тщательно удерживая ось балки в горизонтальном положении. Затем процесс меняется на противоположный, что дает вес противоположному концу. Общий (конечно же) вес равен точному весу удилища.

Однако… это делает разделение возвратно-поступательных и вращающихся грузов зависимым от центра тяжести, который НЕ является важным фактором для балансировки. Точный центр шейки стержня — это чистый вращающийся вес (без прямолинейного движения), тогда как проушина пальца — это чисто возвратно-поступательный вес (без вращательного движения).

Если вы растянете штангу на 1 дюйм в точном центре баланса (без добавления веса), вес и пропорции подвески не изменятся, но очевидно, что влияние новой штанги на баланс изменится, потому что точка Различие между совершающими возвратно-поступательное движение и вращающимися концами заключается в геометрическом центре, а не в центре тяжести, что не имеет ничего общего с предсказанием того, какой эффект оказывает конкретная молекула в стержне и как лучше всего его компенсировать.

Положение на стержневой балке, которая имеет ровно 1/2 характеристик каждой, находится в геометрическом центре — потому что центр тяжести Гигантский кусок свинца, свисающий с болта стержня, безусловно, немного изменит вращающийся конец , но согласно «классической» модели он также изменяет возвратно-поступательный вес и процент возвратно-поступательного движения, потому что он перемещает C-of-G.

Поскольку большой конец всегда намного тяжелее малого конца, центр тяжести начнет располагаться только в геометрическом центре (50% расстояния между центрами) стержня бесконечной длины; У более коротких стержней будет больше смещения между C-of-G и геометрическим центром. Следовательно, абсолютная длина стержня (а также соотношение стержней) влияет на баланс.

Это (частично) объясняет, почему некоторые факторы лучше работают с некоторыми двигателями. Двигатели с более высокими значениями «n» (длинный шток, короткий ход, отношение штока к ходу в 1.75 — диапазон 2.1-1, угол тяги 13-16 °) имеют более низкие дисбалансные силы: в основном линейный верхний конец балки ходит вперед и назад через меньший диапазон, а его максимальный угол от вертикали меньше. Двигатели с более низким значением «n» (короткий стержень, длинный ход, отношение стержня к ходу в диапазоне 1,45 — 1,75-1, угол тяги 17-20 °) стержневые балки качаются по большей дуге, поскольку максимальное отклонение от вертикали больше — большая часть силы направляется на стенку цилиндра (а не на ход кривошипа).

Это влияет на выбор коэффициента балансировки.На мой взгляд, разделение (и присвоение весовых долей вращающимся и возвратно-поступательным движениям) ДОЛЖНО включать некоторую компенсацию длины стержня (а также отношения стержня к ходу). Интересным экспериментом было бы увидеть, где находится математический центр (50% межцентрового расстояния; примерно 3,38 дюйма от любого конца стержня RB 413, 426W или 440) по отношению к точке баланса, полученной с помощью C-of-G (подвесной) метод

Вот стержень, нарисованный так, как если бы его поперечное сечение было непрерывной толщины.Конечно, это никогда не правда; однако это упрощает анализ и сравнение, поэтому будьте терпеливы (щелкните любой из стержней, чтобы увеличить). Для упрощения математики давайте сделаем удилище весом 500 грамм.

Верхний стержень (показан справа) был точно разделен по центру тяжести (с помощью превосходной программы Мартина Хепперле «A.C. Calculator»). Красный (возвратно-поступательный) вес составляет 46,6% от общего веса удилища, или 233 грамма. Вес синего (вращающегося) составляет 53,4% или 267 граммов. Вес боба для этого метода, основанный на коэффициенте 50%, равен: (233 × 50%) + 267 = 383.5 грамм.

Шатун с массой, разделенной методом центра тяжести
Нижний стержень (показан справа) геометрически разделен от центра проушины пальца до центра шатуна. Красный (возвратно-поступательный) вес составляет 34,8% от общего веса удилища или 174 грамма. Вес синего (вращающегося) составляет 65,2% или 326 граммов. Вес боба для этого метода, основанный на коэффициенте 50%, составляет: (174 × 50%) + 326 = 413 граммов.

Шатун с весом, разделенным методом геометрического центра
Метод центра тяжести присваивает на 236 граммов больше общего веса боба: 413 — 383.5 = 29,5 × 2 стержня на цапфу × 4 цапфы.

Если вес каждого боба (для одного журнала) составляет 2000 грамм, это изменение составляет почти 3%.

Что мы можем из этого сделать? Если метод геометрического центра более точен в компенсации возвратно-поступательного веса (как я подозреваю), почему он, кажется, использует коэффициент меньше 50%? Есть несколько возможных причин.

Динамические силы гораздо важнее, чем предполагалось.
Фактор 50% неточен, так как он был спроектирован в обратном направлении из-за неправильного назначения возвратно-поступательного веса в стержневой балке.

Коэффициент 50% может содержать другую ошибку: коэффициент для чистого возвратно-поступательного груза (поршень и т. Д.) Может сильно отличаться от коэффициента для гибридного груза (штанговая балка), но в противоположных направлениях.

Я подозреваю, что к гибридному весу следует применять отдельный коэффициент, поскольку он следует траектории, определяемой геометрией стержня (а не чистой формой или вектором). Если это так, коэффициент может меняться обратно пропорционально некоторой функции отношения стержня к ходу, поскольку стержень бесконечной длины преобразует весь гибридный вес в возвратно-поступательный вес, а длина стержня, равная смещению шейки (1/2 хода), почти соответствует журнал во время какой-то части мероприятия.

Определение веса геометрической центральной штанги для балансировки
Метод «подвешивания» распределяет вес между малым концом и большим концом на основе центра тяжести; если вы повесите удилище в воздухе на нитке и осторожно опустите его на 2 шкалы, единственная точка подвеса, где он будет висеть горизонтально, — это ЦТ. Если вы попытаетесь подвесить его в геометрическом центре (50% межцентрового расстояния), результаты будут совсем другими; большой конец всегда намного тяжелее.

Чтобы взвесить каждый конец по геометрическому центру: найдите и точно отметьте центральную точку с помощью маркера и т. Д.Постройте / найдите водонепроницаемый контейнер (C # 1) глубиной 6 дюймов, шириной 4 дюйма на 4 дюйма, с ровно квадратными и горизонтальными верхними стенками. Постройте / найдите второй водостойкий контейнер большего размера (C # 2) глубиной 2 дюйма и шириной 6 дюймов на 6 дюймов. Взвесьте C # 2 на граммовой шкале и запишите. Поместите C1 так, чтобы верхние края были точно на уровне C2. Залейте C # 1 чистой водой ровно до верха. Подвесьте стержень к проушине штифта так, чтобы балка стояла точно вертикально. Очень медленно погрузите стержень в C # 1 до отмеченной средней линии.

Если Архимед был прав, объем перелива воды в точности равен объему массы погруженного стержня.Отложите C # 1 и стержень в сторону. Взвесьте C # 2 и вычтите пустой вес.
Остаток — это вес воды в граммах (вода: 1 куб. См = 1 мл = 1 г; разве метрическая система не прекрасна?). Умножьте его на удельный вес стали (примерно 7,93 для «прокатной стали»), чтобы получить фактический вес 50%, полученный из геометрического центра большого конца стержня. Если интересно, проделайте то же самое с другим концом. Если вам не интересно, просто вычтите полученный результат из общего веса.

Факторы, влияющие на баланс

Хотя коэффициент балансировки 50% является значением по умолчанию для двигателей V-8, двигатели, работающие на высоких скоростях, часто имеют дополнительный вес, увеличивая коэффициент до более чем 50%.Было опубликовано множество формул для расчета точной регулировки коленчатого вала для компенсации этих факторов.

Регулировка обычно выполняется путем удаления металла с противовеса или щеки прямо напротив центра дисбаланса, вызванного избыточным весом. Конечно, также можно прибавить вес, но это более сложный способ и, как правило, не лучший вариант. Если используется известный и надежный «коэффициент баланса» (математическая формула или выбор компонентов), уровень надежности компонентов и комфорта пассажиров повышается.Однако даже превосходное применение неправильного фактора может привести к очень неудовлетворительным результатам — не проявляйте творчества!

На самом деле, ни одна формула не является «правильной», некоторые просто подходят ближе, чем другие, с помощью «эмпирического» метода — они были опробованы и скорректированы экспериментально. Все формулы являются компромиссами, основанными на деталях двигателя, но также включают такие размерные и физические факторы, как:
»Отношение длины штанги к длине хода: малые отношения (длинный ход, короткий шток) имеют более высокие силы дисбаланса.
»Угол между цилиндрами: двигатели V-8 обычно имеют ряды цилиндров, расположенные на 90 ° друг от друга, но это, конечно, не единственный практический метод. Угол V обычно составляет целую часть круга и (обычно) учитывает количество цилиндров: 45 ° составляет 1/8 полного круга, 60 ° — 1/6, 90 ° — 1/4 и т. Д. Были спроектированы большие авиационные радиальные двигатели с 27 цилиндрами: 9 рядов по 3 рядных цилиндра в каждом, разнесенных на 40 °.
»Обычно используется диапазон оборотов: широкий диапазон должен быть более щадящим для« плохих мест ».Расчет должен производиться для всего диапазона, а не только кривой мощности (кроме гонок).
»Величина развиваемой мощности: при необходимости, долговечность двигателя предпочтительнее комфорта водителя.
»Устойчивость к вибрации: как долго машина будет работать? Кем?
»Тип подушки двигателя: цельная? резинка? сколько точек крепления?

Математические формулы, использующие только обычные коэффициенты, никогда не позволят точно предсказать, насколько хорошо данный двигатель будет работать, даже при заданных оборотах, потому что динамические силы не ограничиваются возвратно-поступательным движением по сравнению свращающийся груз. Силы, действующие на шток и шатун (инерция массы), представляют собой не только возвратно-поступательный вес (как указано выше), но также силы, действующие в цилиндре и камере сгорания над поршнем. Этот документ обращает внимание читателя на сложность предмета и предостерегает их от тщательного изучения предмета, прежде чем балансировать свой двигатель.

Избыточная и недостаточная балансировка
Этот метод рекомендован для двигателей с высокими оборотами.Однако у «фактора 50%» нет математической или теоретической основы — это «то, что работает».

Это не учитывает тот факт, что почти весь маленький конец стержня не является чисто возвратно-поступательным весом, что материал над центром стержня движется напротив балки стержня, что разница в силах между длинными и короткими стержнями полностью отсутствует, и что другие очень большие силы (давление сжатия цилиндра, сгорание, откачка выхлопных газов и вакуум) полностью игнорируются.

Прекращение чрезмерного и / или недостаточного баланса для оправдания наблюдаемого результата — это не наука, это рационализация.

Динамические факторы; давление, действующее как вес

Поведение газа в камере сгорания изменяет эффективный (кажущийся) вес поршня. Плотность, объемная температура и давление газа постоянно меняются во время работы двигателя из-за различных факторов. В следующем тексте кратко обсуждаются некоторые из этих факторов, а также изменения, которые они вызывают в кажущейся массе поршня.

Если бы двигатель работал без вакуума, сжатия или сгорания (поршень действует только как груз), инерция поршня будет сопротивляться движению все время (законы движения Ньютона), независимо от того, идет ли шток вверх или вниз.Это привело бы к уменьшению кажущегося веса на 2 тактах вниз (впуск и мощность) и к увеличению его на 2 тактах вверх (сжатие и выпуск).

Однако, когда мы добавляем динамические эффекты вакуума, сжатия и давления сгорания, эффекты радикально меняются, и они меняются не только по мере изменения деталей конструкции двигателя, но также по мере вращения коленчатого вала и потребности (дроссельная заслонка открытие и вакуум), изменяется уровень оборотов и объемный КПД двигателя.

По мере того, как эти факторы вступают в силу, кажущаяся масса поршня (и ее влияние на коленчатый вал) может резко возрасти, полностью исчезнуть или стать отрицательной массой.

Назовем влияние колебаний внутреннего давления в цилиндре на кажущуюся массу поршня «тягой». Тяга может быть положительной (имитация добавления физического веса к компонентам, совершающим возвратно-поступательное движение) или отрицательной (уменьшение веса), и может действовать в любом направлении (вверх или вниз).

Тяга действует на шатун и коленчатый вал в сборе таким же образом, как и фактический вес самих компонентов, совершающих возвратно-поступательное движение, но не одновременно, не непрерывно и изменяется по степени в зависимости от конструкции и размера двигателя и его работы. условия.

Даже при одинаковой скорости степень успешной компенсации дисбаланса сил будет резко меняться с открытием дроссельной заслонки. Двигатель будет странно вибрировать при открытии дроссельной заслонки, заставляя водителя опасаться сломанных опор, погнутого карданного вала и т. Д., Но вибрация «уходит», когда дроссельная заслонка снова закрывается. Сравните эти эффекты на протяжении 4 циклов вращения двигателя:
Пример 1
Двигатель с крейсерской степенью сжатия 12-1 (статическая), частично открытая дроссельная заслонка, 4000 об / мин

Влияние хода поршня Комментарий
Сопротивление на впуске вниз
Тяговое усилие поршня ”(Сопротивление движению, поскольку оно влияет на шток) является высоким, так как цилиндр заполнен только частично (низкий VE или объемный КПД, выраженный в% от полного рабочего объема), и все еще находится под частичным вакуумом (15 фунтов на кв. Дюйм) из-за небольшое отверстие дроссельной заслонки.Это означает, что шток «видит» более тяжелый поршень, чем фактический компонент, но только во время этого цикла и условий.

Нагрузка на сжатие Усилие низкое, так как низкий VE означает, что для сжатия присутствует только небольшой объем смеси. Однако давление в цилиндре по-прежнему выше, чем было бы в двигателе с более низким CR. Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Power Down Load
Тяговое усилие низкое из-за того, что воспламеняется только небольшой объем смеси, но с высоким коэффициентом из-за статического CR.Давление расширяющегося газа заставляет вес поршня опускаться выше нуля и оказывать положительное воздействие на шток даже при таком низком уровне мощности. Шток «видит» поршень легче, чем его фактический вес.
Вытягивающее усилие на выхлопе, вероятно, очень низкое из-за небольшого количества удаляемого газа. Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Пример 2
Тот же двигатель, та же частота вращения, но широко открытая дроссельная заслонка
Эффект хода поршня Комментарий
Тяговое усилие на впуске вниз
меньше, чем при частично закрытой дроссельной заслонке (выше, # 1), потому что более высокий VE означает более низкий вакуум (всего до 0 фунтов на кв. дюйм в идеальных условиях на пике крутящего момента), препятствуя движению поршня вниз.Вес поршня будет нейтральным (тяга = 0, сила возвратно-поступательного движения будет единственной силой), если вакуум составляет 0 фунтов на квадратный дюйм, но тяга будет возникать и расти вместе с вакуумом, если VE не составляет 100%. Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Усилие сжатия при повышении нагрузки здесь самое высокое, так как цилиндр почти заполнен, но сопротивление на такте сжатия очень велико. Если диаметр поршня составляет 4,00 дюйма (360), площадь поршня составляет 12,57 квадратных дюймов, поэтому давление в 200 фунтов на квадратный дюйм, присутствующее во время сжатия, будет оказывать силу в 2500 фунтов.на поршне! Почти 100 VE (открытая дроссельная заслонка, потребность почти полностью удовлетворена) означает, что давление в цилиндре будет намного выше, чем в Примере 1 (выше).

Поршень «весит» намного больше на такте сжатия при полном открытии дроссельной заслонки, чем на крейсерском. Шток «видит» поршень, который намного тяжелее своего реального веса.

Power Down Load Pul l намного меньше (большое отрицательное число). Пиковое значение 700 фунтов на квадратный дюйм, присутствующее в цилиндре при сгорании смеси, вычитает 8800 фунтов. от возвратно-поступательного груза, оставляя огромное отрицательное число, и коленчатый вал на мгновение, но очень сильно выходит из равновесия.Шток «видит» поршень, который намного тяжелее своего реального веса.

Нагрузка на выхлопе Отрицательная тяга здесь выше, чем в других примерах выхлопа, так как высокий VE означает, что цилиндр почти заполнен газом. Сопротивление газа увеличивает кажущуюся инерцию поршня. Шток «видит» более тяжелый поршень, чем фактический вес.

Пример 3
Тот же двигатель, такая же скорость, но с закрытой дроссельной заслонкой
Эффект хода поршня Комментарий
Тяговое усилие на впуске
мгновенно подскакивает, так как цилиндр теперь почти полностью пуст (VE приближается к 0).Вакуум (который может достигать 25+ фунтов на квадратный дюйм), действующий на область поршня, будет оказывать сопротивление штоку в 314 фунтов. Вот почему гоночные двигатели ломаются, когда они пересекают финишную черту (это называется «опускание двигателя против сжатия») — только инерция веса поршня была бы безопасной, но инерции + вакуума достаточно, чтобы либо снять купол с поршень, либо тянуть шток пополам. Шток «видит» поршень, который намного тяжелее своего реального веса.

Усилие сжатия при повышении нагрузки — небольшое отрицательное число, меньше, чем в примере 1, поскольку VE ниже.Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Power Down Drag Pull — меньшее отрицательное число, чем в примере 1, по той же причине: более низкий VE. Давление сгорания может быть меньше сопротивления трения поршня, поэтому шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.

Усилие нагнетания выхлопа здесь самое низкое, даже меньше, чем в примере 1 — еще меньше газа для удаления. Шток «видит» поршень немного тяжелее, чем фактический вес.
Динамические факторы; сопротивление поршневого кольца Поршневые кольца удерживаются на стенке цилиндра двумя силами: радиальным растяжением («упругостью» металла) и давлением сжатия или сгорания над поршнем.

Радиальное натяжение предварительно устанавливается при изготовлении кольца и немного изменяется при установке торцевого зазора; он также со временем распадется.

Давления сжатия и сгорания являются более сложными, и сопротивление кольца будет варьироваться в зависимости не только от направления движения поршня и хода коленчатого вала, но также от относительного вакуума и мощности.

Торможение кольца и функция двигателя
Эффект хода

Впускные кольца удерживаются (слабо) на вершине канавки за счет вакуума и уравновешиваются радиальным натяжением. WOT = низкий вакуум и т. Д.

Компрессионные кольца удерживаются на дне канавки давлением цилиндра (только сжатие) + радиальное натяжение. WOT = более высокое давление, поскольку содержимое цилиндра больше.

Силовые кольца прижимаются (прочно) к дну канавки и к стенке цилиндра за счет давления сгорания + радиального натяжения.WOT = более высокое давление, поскольку содержимое цилиндра больше.

Выхлопные кольца удерживаются на дне канавки за счет остаточного давления выхлопных газов + радиального натяжения. WOT = более высокое давление, поскольку содержимое цилиндра больше, и объем выхлопных газов больше.

Динамические факторы; движение в зависимости от направления
Возвратно-поступательные компоненты V-образной конфигурации ведут себя совершенно иначе, чем компоненты одноцилиндрового, рядного или оппозитного (180 °) двигателя. Например, используя стандартный 90 ° двигатель V-8, давайте начнем примерно с середины хода (120 ° ВМТ), когда оба поршня за один ход кривошипа (но на противоположных рядах цилиндров) поднимаются в сторону ВМТ.Оба поршня (и другие возвратно-поступательные компоненты, перечисленные ранее) движутся в одном направлении (хотя и не с одинаковыми скоростями).

Однако, когда поршень левого берега достигает 90 ° ВМТ, поршень правого берега останавливается в ВМТ. Когда поршень левого берега достигает 91 °, поршень правого берега находится на 1 ° ВМТ (относительный) и начинает двигаться вниз. Два поршня будут продолжать двигаться в противоположных направлениях на 90 °, пока поршень левого берега не достигнет ВМТ, после чего оба поршня будут двигаться вниз.

Аналогичный эффект происходит при приближении и прохождении BDC. Относительные направления поршней одинаковы, но точные положения различаются из-за разницы в скорости поршня в нижней части хода (движение ВМТ по сравнению с разницей скорости движения НМТ и точное положение поршня зависят от положения штока к штоку. коэффициент хода). Только под углом 45 ° от ВМТ и НМТ 2 поршня на одном ходу кривошипа находятся в одном и том же абсолютном положении.

Из положения поршня левого берега от 90 ° до ВМТ до ВМТ и от 90 ° BBDC до НМТ поршни левого и правого берега движутся в противоположных направлениях.

Сам выбор угла «V» добавляет еще один сложный фактор в конструкцию двигателя. Узкие углы V (60 ° и т. Д.) Имеют относительно короткий период, в течение которого возвратно-поступательные грузы двух цилиндров перемещаются в разных направлениях — так же, как и угол V (60 ° составляет всего 16,67% от полного вращения на 360 °. коленчатого вала).

Однако силы дисбаланса относительно высоки, и балансировка обычно успешна только в узком диапазоне оборотов двигателя. По мере увеличения угла V (90 ° и т. Д.)) периоды, в течение которых возвратно-поступательные грузы перемещаются в разных направлениях, увеличиваются (90 ° составляет 25% от полного вращения коленчатого вала), что, по-видимому, усугубляет проблему, но двигатели с более широким углом V кажутся более терпимыми к более широким и большим Диапазон оборотов в минуту, и чистый эффект — улучшение.

Однако для этих двигателей обычно требуется более широкий моторный отсек для зазора, так как банки разнесены. Это один из положительных факторов в пользу V-6 — он не только короче (на 1 цилиндр и ход кривошипа), чем V-8 с тем же диаметром отверстия и ходом, но и при использовании общего угла разделения крена 60 ° он также значительно уже. поперек рядов цилиндров (но немного выше сверху вниз).

Кроме того, материал в ушке шатуна (малый конец) над центром поршневого пальца, а также крышка подшипника шатуна всегда колеблются в противоположном направлении от балки штока (за исключением ВМТ и НМТ, конечно). Хотя их влияние минимально, они являются частью инерции «качания» (колебания) стержня, но уменьшают и модифицируют влияние веса стержневой балки. Этот «выступающий» вес в настоящее время не учитывается ни в одной формуле или уравнении баланса.

Суть в том, что физика и математика, участвующие в работе двигателя, слишком сложны, чтобы сделать коэффициент баланса на основе формулы более чем разумным компромиссом.Это только те факторы, которые я обнаружил лично, их почти наверняка больше (с большим или меньшим эффектом). После выбора коэффициента остаётся задача точно записать вес компонентов и точно отрегулировать коленчатый вал для компенсации. Ваш двигатель прослужит дольше и после этого будет приятнее работать.

Мое мнение: любой вышедший из строя двигатель должен быть сбалансирован везде, где это возможно. Передавайте эту работу только в магазин с проверенной репутацией и компетенцией.Не пытайтесь быть новатором в выборе фактора баланса; используйте тот, который выдержал испытание временем и опытом: 50%. Если вы хотите поэкспериментировать, смонтируйте свой двигатель по образцу двигателя, очень похожего на ваш (особенно в отношении хода и длины штока, веса поршня в граммах, рабочего диапазона оборотов и степени сжатия).

Балансировка двигателя

с Томом Либом от Scat Enterprises

Балансировка коленчатого вала — это всего лишь балансировка. Когда двигатель работает, существует множество различных сил, работающих друг против друга, которые должны работать в гармонии.К сожалению, многие энтузиасты редко задумываются о процессе балансировки. В конце концов, именно поэтому вы потратили лишние деньги на лучшие детали и использовали опытного производителя двигателей вместо того, чтобы делать это самостоятельно. Но суть в том, что если вы строите двигатель, наличие правильно сбалансированного вращающегося узла должно быть одной из самых важных вещей в вашем списке сборки.

Вы можете спросить себя, почему балансировка коленчатого вала так важна, или сказать, конечно, что балансировка кривошипа важна.Хотя это может быть очевидной необходимостью, вы можете не понимать логику, лежащую в основе этого, или много знать о самом процессе балансировки. Вот почему мы сели с Томом Либом, владельцем SCAT Enterprises, чтобы получить некоторое представление о балансировке коленчатого вала.

При балансировке коленчатого вала в противовесах можно просверлить отверстия для снятия веса или заполнить их тяжелым металлом для увеличения веса.

Базовая конструкция коленчатого вала проста. Сначала посмотрим на журналы. Основные шейки — это места, где коленчатый вал «прикреплен» к блоку, а шейки шатунов — это места, где поршень и шток в сборе прикрепляются к коленчатому валу.Противовесы кривошипа предназначены для компенсации веса штока и поршня при вращении. Эти противовесы — это то место, где достигается баланс. На самом базовом уровне балансировка коленчатого вала сводит к минимуму внутреннюю вибрацию двигателя, но это игра на компромисс.

Когда двигатель работает и коленчатый вал вращается, шатун и поршень в сборе совершают возвратно-поступательное движение (перемещаются вверх и вниз). Балансировка коленчатого вала — это управление вращательным и возвратно-поступательным движением.При определении баланса необходимо учитывать оба направления движения. Но как достигается баланс?

Обычно это делается путем удаления или добавления металла к противовесам. Но, чтобы обрести равновесие, нужно знать легкий вес. Болты — это фактические грузы, которые прикрепляются к шейкам шатунов коленчатого вала при балансировке, чтобы имитировать вес узла штока и поршня. Когда грузики установлены, кривошип готов к вращению на балансировочном станке. Хотя существуют простые формулы для расчета необходимого веса штанги, многое в этих расчетах не учитывается.

Балансировка коленчатого вала — это управление вращательным и возвратно-поступательным движением. Коленчатый вал вращается, а шатун и поршневые узлы совершают возвратно-поступательное движение.

Работающий двигатель чрезвычайно динамичен. Из-за этого практически невозможно идеально сбалансировать коленчатый вал. Есть много факторов, которые вступают в игру, когда вы начинаете смотреть на силы, действующие на коленчатый вал, длину шатуна, трение в подшипниках, давление в цилиндре, фазировку противовеса, частоту вращения двигателя, трение кольца, длину хода, вторичные колебания, пары качания и статическая масса.Это все силы, которые машинист или производитель двигателей не могут учесть в процессе балансировки. Это «несовершенство» процесса заставило многих машинистов и производителей двигателей экспериментировать с различными стилями балансировки.

Не балансировать коленчатый вал — все равно что пасти муравьев. — Том Лейб, владелец SCAT Enterprises

Если вы говорите о серийном двигателе для легкового автомобиля, который почти всегда будет работать в низком диапазоне оборотов и не будет развивать большую мощность, процесс балансировки не столь важен.Когда вы занимаетесь высокими оборотами и высокой мощностью, прецизионная балансировка — это все.

Для балансировки коленчатого вала требуется специальное оборудование и специально обученные механики или производители двигателей, которые понимают, что и как делать правильно. SCAT Enterprises имеет 10 балансировочных станков, которые работают по 10 часов в день. Предприятие SCAT может производить 50-60 уравновешенных вращающихся узлов в день.

«Не балансировать коленчатый вал — все равно что пасти муравьи. Все внутри двигателя работает вместе, и если у вас есть цилиндры, которые борются друг с другом, у вас будут плохие вибрации.Это все сотрясет, — объяснил Том.

Балансировка — это игра чисел, и у большинства людей есть нереалистичные ожидания, связанные с этим процессом. Например, много раз люди ищут машиниста, чтобы сбалансировать вращающийся узел (штоки и поршни) с точностью до 1-2 граммов. К счастью, производитель обычно заботится об этом, когда штоки и поршни сгруппированы вместе.

«Дело в том, что поршни сбалансированы с точностью примерно до 2 граммов». Том продолжил: «Стержни сбалансированы с точностью плюс-минус 2 грамма, конец в конец.Большинство людей не знают, что такое на самом деле грамм. Один грамм равен 1/28 унции. Фактический вес грамма примерно равен весу долларовой банкноты. Когда люди говорят о балансировке с точностью до полграмма или балансировке до нуля, сделать это со стопроцентной точностью практически невозможно ».

«Есть смысл быть практичным, а есть смысл быть фанатичным. Ключ к балансировке — это равенство всех концов коленчатого вала. Если вы сбалансированы с точностью до грамма или двух, то все в порядке.”

Процесс обработки

Когда дело доходит до балансировки коленчатого вала, вы либо убираете, либо добавляете вес. Хотя это звучит просто и излечимо, обе ситуации требуют механической обработки кривошипа, что требует навыков и специального оборудования.

Если груз снимается, в противовесе просверливают или обрезают его, чтобы облегчить его. Противовес можно просверлить в определенных местах, или коленчатый вал можно повернуть на токарном станке, а противовес можно обрезать для достижения баланса.Если повернуть кривошип на токарном станке можно разными способами, это лучший способ уменьшить вес. Резка удаляет массу, что изменяет инерционные характеристики. Это полезно в любое время, когда можно уменьшить общую вращательную массу. К сожалению, это не всегда вариант, поскольку во многих случаях необходимо снимать вес с определенного места.

Специальное оборудование требуется для обработки коленчатых валов, чтобы облегчить противовесы или подготовить их для работы в Мэллори (тяжелый металл).

Если вам нужно добавить вес, к противовесам нужно добавить металл.Для этого необходимо просверлить противовесы в определенных местах и ​​вдавить в эти отверстия кусочки Мэллори. Мэллори — это вольфрам, который весит вдвое больше, чем сталь. Это позволяет производителям двигателей добавлять очень определенные количества веса в точные места для достижения баланса.

Проблема с добавлением веса заключается в том, что перед добавлением веса необходимо удалить материал. Итак, гипотетически, если нужно добавить 28 граммов, 14 граммов будут удалены, чтобы добавить 28. Это дает вам прибавку в весе примерно на 14 граммов.

Хэви-метал (Мэллори) — это не что иное, как вольфрамовая сталь. Он весит примерно вдвое больше, чем обычная сталь. Это делает его отличным вариантом для увеличения веса коленчатого вала. Противовес обрабатывается, и кусок Мэллори вдавливается в отверстие. Это позволяет машинисту или изготовителю двигателя добавлять вес в очень точных местах.

Оператор также очень важен, помимо оборудования. Важно использовать машиниста, который понимает процесс балансировки и то, что необходимо делать.

«Когда коленчатый вал слишком тяжел в одном месте, это означает, что он слишком легкий в другом». Том продолжает: «Уметь смотреть на коленчатый вал и понимать, где находится этот вес, и принимать эти решения — не каждый может это сделать. Большинство проблем с балансировкой возникает из-за недостатка знаний или незнания того, как использовать оборудование ».

Внутренний Vs. Внешний

Когда дело доходит до двигателя внутреннего сгорания, бывают случаи, когда физическое пространство внутри двигателя ограничено.Иногда противовесы коленчатого вала просто не могут быть достаточно большими, чтобы уравновесить поршневой узел в пределах картера. Это вынуждает производителей выполнять внешнюю балансировку некоторых двигателей. В этих случаях дополнительный вес добавляется к гармоническому противовесу и маховику или гибкой пластине, чтобы обеспечить необходимый противовес. Эти дополнительные веса эффективны при меньшем весе из-за их расположения на крайних концах коленчатого вала. Обратной стороной является менее точная работа по балансировке вращающегося узла.Эти грузы также оказывают на коленчатый вал собственное скручивающее усилие, которое может иметь отрицательное значение.

В конфигурации с внешней балансировкой к балансиру и маховику / гибкой пластине добавлены грузы для смещения коленчатого вала. Это делается в ситуациях, когда недвижимость внутри блока цилиндров не позволяет использовать достаточно большие противовесы, чтобы компенсировать вес шатунно-поршневых узлов.

«Внешний вес не поддерживается. Ограничивающим фактором становятся обороты. Коленчатый вал с внешней балансировкой принимает на себя вес при увеличении оборотов двигателя и в крайних случаях может вызвать смещение и поломку коленчатого вала », — пояснил Том.

По возможности внутренняя балансировка двигателя — лучший способ. Грузоподъемность каждого противовеса подобранная, чтобы соответствовать каждому набору штоков и поршней. Это обеспечивает максимально плавную работу в желаемом диапазоне оборотов. Это даст вам плавный ход двигателя с минимальной вибрацией. Минимальная вибрация обеспечивает долгий срок службы без проблем.

Если вы сбалансированы с точностью до грамма или двух, то все в порядке. — Том Лейб

Независимо от того, собираете ли вы двигатель для легкой уличной езды или двигатель для гонок, точная и качественная работа по балансировке является ключевым моментом.Делайте домашнее задание и знайте, что входит в процесс. Если вы начинаете с новых деталей, SCAT предлагает настраиваемые предварительно сбалансированные вращающиеся узлы практически для любого уровня производительности. Ежедневно компания вытягивает и балансирует 50-60 вращающихся узлов. Каждый заказ индивидуален и сбалансирован для каждого клиента, поэтому вы знаете, что получаете отличные детали, которые собраны и сбалансированы правильно для вашего приложения. Не угадайте, когда дело доходит до самой важной части вашего двигателя. Пусть специалисты сделают это правильно с первого раза!

Как сбалансировать двигатель — основы балансировки двигателя

«В наши дни мир производительности полон крутых комбинаций двигателей, которые занимают больше страниц в каталогах коленчатых валов, чем когда-либо прежде.Мы говорим о 460 Ford с длинными рукавами, диких комбинациях Cleveland, необычных рядных шестицилиндровых двигателях и ударных неровностях для нового поколения двигателей GM Gen III. Все это на службе у подхода к силовому героизму «мое больше, чем твое». Но вся эта ажиотажная шумиха тоже может вызвать замешательство.

Изготовители автомобилей известны тем, что покупают запчасти нетрадиционными способами, такими как встречи по обмену, закрытие магазинов и тайные сделки с хорошими парнями. Хотя цена обычно приемлемая, это также может привести к скрытым расходам, когда приходит время балансировать вращающийся узел.Балансировка звучит просто, но, как мы обнаружили, есть много магазинов, которые все еще сверлят отверстия традиционным способом, когда применение нескольких простых приемов может облегчить жизнь и сделать ее дешевле. Мы столкнулись с типичной проблемой веса, когда пришло время балансировать малоблочный строкер Ford 331ci. Старый грубоватый парень из местного магазина весов сказал: «Я не собираюсь уравновешивать это. Мне пришлось бы превратить его в кусок швейцарского сыра. Отнеси его в другое место …» Мы так и сделали и кое-чему научились. про балансировку двигателей в процессе.

Посмотреть все 15 фотографий Правильно сбалансированный высокопроизводительный коленчатый вал и вращающийся узел должны иметь вес менее 1 грамма, чтобы двигатель не страдал от проблем с долговечностью подшипников или коленчатого вала.

Вопрос баланса
Перед тем, как углубиться в кастомные вещи, мы решили, что нам лучше освежить точную информацию о том, как именно сбалансированы оригинальные двигатели, и рассмотреть вопрос о внутреннем / внешнем балансе. Чтобы начать наше путешествие, мы решили поговорить с Томом Либом из Scat Crankshaft, который имеет большой опыт в области балансировки.Либ очень категорично относится к этому вопросу, потому что он видел практически все мыслимые вариации отказа коленчатого вала. Большинство из них не из-за плохого качества, как многие думают. Обычно двигатель либо злоупотребляли чрезмерными оборотами, либо неправильно балансировали, либо часто страдали от сочетания того и другого с неправильным использованием деталей.

Начнем с небольшого урока по конструкции коленчатого вала. Противовесы коленчатого вала предназначены для компенсации (или уравновешивания, если хотите) эффекта инерции относительно тяжелого поршня и шатуна, движущихся как вращательно, так и возвратно-поступательно (вверх-вниз) со скоростью.Вес поршневой и стержневой комбинации влияет на размер и размещение противовеса. Более длинный ход в сочетании с тяжелым поршнем, штифтом и кольцом требует большего противовеса (большей массы), чтобы уравновесить больший возвратно-поступательный вес. Большинство двигателей V-8 используют большие противовесы по направлению к передней и задней части коленчатого вала, оставляя центральную часть без противовесов. Это разделяет двигатель на переднюю и заднюю половины. Положение противовесов на всех 90-градусных коленчатых валах V-8 одинаковое.Высота противовеса, измеренная наружу от средней линии коленчатого вала, ограничена как блоком цилиндров, так и расположением нижней части цилиндров. Противовес, расположенный дальше от средней линии кривошипа, имеет больший балансирующий эффект, но он ограничен шириной картера блока. Груз, помещенный к обоим концам кривошипа, также имеет больший эффект и, следовательно, не должен быть таким большим, чтобы эффективно сбалансировать двигатель. Это делает рукоятку в целом легче.

Внутренний баланс против внешнего
Упаковка также является важным вопросом. Во время разработки малого блока 400ci главной инженерной проблемой было недостаточно места внутри картера малого блока для более крупных противовесов, требуемых сверхразмерным 4,125-дюймовым поршнем модели 400. Это было особенно сложно в задней части двигателя, потому что область заднего картера на маленьком блоке Chevy ограничена размещением масляного фильтра. Решение потребовало размещения внешних противовесов на гармоническом балансире и маховике / гибкой пластине.Одним из преимуществ внешних грузов является то, что они, как правило, легче, поскольку расположены на крайних концах коленчатого вала. Недостатком является то, что эти смещенные грузы передают свои крутящие силы обратно в коленчатый вал, что нехорошо. Та же самая ситуация происходит с Chevy с большим блоком 454ci, который также является единственным серийным большим блоком, в котором для балансировки двигателя используются внешние веса.

Посмотреть все 15 фотографий Внешне сбалансированный двигатель легко обнаружить, посмотрев либо смещенный груз внутри переднего гармонического балансира, либо грузы, расположенные на гибкой пластине.Вместо увеличения веса маховиков с внешней балансировкой, большинство сверлит отверстия в противоположном положении для создания того же эффекта. Форды

с малым блоком всегда были сбалансированы внешне, но поскольку имя Ford является синонимом перемен, инженеры Blue Oval изменили величину внешнего баланса, когда двигатели преобразовались в неразъемное заднее основное уплотнение. Ранние малоблочные автомобили Ford использовали 28 унций дюймов в качестве внешнего веса, изменившись в 1981 году до 50 унций дюймов. Подобно мелкоблочным Chevys, детали могут заменяться между ранними и поздними двигателями, но для обеспечения плавной работы двигателя коленчатый вал, балансир и гибкая пластина / маховик должны находиться в одном и том же семействе балансира.

Bob Weight Blues
Когда дело доходит до любого вида покупки коленчатого вала или если вы планируете добавить набор новых облегченных поршней к существующему двигателю, балансировка этого вращающегося узла может оказаться сложной задачей. Одна из ссылок, с которой вы столкнетесь, — это что-то, что называется «вес боба». Эта спецификация относится к массе, расположенной на одной шейке коленчатого вала, которая включает в себя как возвратно-поступательные, так и вращающиеся части веса всего узла. Под вращающейся массой понимается масса нижней половины шатуна, прикрепленной к коленчатому валу.Возвратно-поступательный вес — это в основном все, от середины шатуна вверх, включая поршень, штифт и кольца.

См. Все 15 фотографий Перед тем, как правильно сбалансировать весь коленчатый вал в сборе, мастерская сначала взвешивает все компоненты по отдельности, а затем рассчитывает эффективный вес боба системы. Затем к шейкам шатунов коленчатого вала добавляются соответствующие грузы, чтобы имитировать как вращающийся, так и возвратно-поступательный вес.

Каждый высокопроизводительный коленчатый вал имеет определенное значение веса боба, например 1800 граммов.Грамм — это метрическая единица измерения, эквивалентная 11/428 унции. Вес боба в 1800 грамм — это, по сути, вес каждого противовеса. Однако вы не просто складываете все значения, чтобы определить вес боба. Формула: 100 процентов вращающегося веса плюс 50 процентов возвратно-поступательного веса. Давайте рассмотрим пример, чтобы увидеть, как это работает:

Вращающийся вес (г) Возвратно-поступательный вес (г)
Подшипник стержня 50
Шатуны на штанге 420
Малый конец штока 180
Поршень 450
Запястье 80
Кольца 38
Масло 2
Итого 470 750

Показать все

Прежде чем идти дальше, помните, что у нас есть пара возвратно-поступательных грузов (два поршня) на шейку кривошипа.Расчеты выглядят так:

Половина возвратно-поступательного веса составляет 750/2 = 375 x 2 поршня на шейку = 750 граммов, а общий вращающийся вес составляет 470 x 2 = 940 граммов. Таким образом, 750 + 940 = 1690 граммов.

Если вес боба для вашего нового коленчатого вала больше веса боба ваших новых шатунов, поршней и колец, то необходимо снять вес с коленчатого вала, чтобы сбалансировать сборку. Это относительно простая задача — просверлить несколько отверстий в противовесах коленчатого вала.Если значение веса боба для коленчатого вала меньше, чем для комбинации поршень-шатун, на коленчатый вал необходимо добавить металл Мэллори. Мэллори — очень плотный металл, более чем в два раза превышающий плотность стали. Пуля Мэллори диаметром 11/42 дюйма и длиной 31/44 дюйма весит 43 грамма. Проблема в том, что просверливание отверстия для установки Mallory в кривошипно удаляет примерно 24 грамма, так что чистый выигрыш составляет всего около 19 граммов. Таким образом, добавление 50 граммов может быть дорогостоящим, потому что металл Мэллори стоит недешево. Это также означает, что тщательное исследование вашего комплекта Stroker-Engine, чтобы избежать серьезных проблем с балансированием головной боли и расходов, стоит затраченных усилий.

Многие производители автомобилей предпочитают собирать детали для строкера из разных источников, чтобы сэкономить деньги. Когда это может вызвать серьезные трудности, это когда несоответствующие компоненты собираются случайно, и балансировочный цех должен внести серьезные изменения в коленчатый вал, чтобы правильно сбалансировать двигатель. Простым способом избежать этой проблемы является покупка целого вращающегося узла из одних рук. Большинство этих комплектов ходовых поршней уже должным образом согласованы, поэтому для завершения окончательной балансировки необходимо выполнять только незначительные машинные работы, такие как сверление кривошипа.

Посмотреть все 15 фото

Вот внешний вес балансира Professional Products для малогабаритного Ford. Чтобы уменьшить количество бурений, необходимых для балансировки этой комбинации, Ишиго снял часть веса с балансира.

Ярлык настраиваемой балансировки
Часто приложения для высокопроизводительного строкера могут быть немного сложными. В качестве примера мы работаем над сборкой малогабаритного двигателя Ford Stroker 331ci, который включает кривошип из кованой стали Scat, стержни с двутавровой балкой Scat и набор кованых поршней Mahle.Когда мы впервые собрали этот пакет, мы выбрали поршни Mahle из-за их высокого качества и легкого веса. К сожалению, это вызвало проблему, когда мы отнесли сборку в балансировочный цех, потому что для балансировки двигателя с противовесов нужно было снять чрезмерный вес. Тогда мы обратились к Тому Либу из Scat за советом. Его предложение было простым: «Снимите вес с балансира и маховика». Это звучало легко, и он предложил показать нам, как это делается.

В Scat ведущий технический специалист компании Крейг Ишиго показал нам процедуру. Наша ситуация осложнялась тем, что специальный маховик, необходимый для двигателя, нельзя было использовать на динамометрическом стенде двигателя. Это означало, что Ishigo не мог снизить вес, просверлив маховик, потому что при тестировании двигателя на динамометрическом стенде использовался другой маховик со стандартным вылетом. После взвешивания всех компонентов выяснилось, что со всей сборки необходимо удалить более 560 граммов (20 унций).Это довольно много металла.

Ишиго говорит, что хотя электронный балансир может считывать каждый противовес индивидуально, он обычно рассматривает двигатель как переднюю половину и заднюю половину. Поскольку этот Ford является внешне сбалансированным двигателем, и поэтому необходимо было снять такой большой вес, первым шагом Ишиго было убрать 77 грамм смещенного груза на болтах в балансировщике Professional Products. Но для сохранения симметричности снятого спереди и сзади веса требовалось удалить металл с противовесов кривошипа с обоих концов.Итак, Ишиго установил кривошип на большом токарном станке и снял более 400 граммов с передней и задней части коленчатого вала. Количество снимаемого веса ограничивалось высотой шейки стержня на противоположной стороне противовесов. Когда токарный станок едва коснулся броска стержня, резание прекратилось. Затем он удалил дополнительный вес, просверлив несколько отверстий во всех противовесах. Ишиго решил просверлить три неглубоких отверстия в каждом противовесе, а не две глубокие, удалив еще 82 грамма сзади, что примерно аналогично 78 граммам, снятым с балансира.Ишиго говорит, что сверление нескольких отверстий безопаснее, потому что оно меньше по глубине, но сверление отверстий вдоль прямого пути дисбаланса также менее эффективно, чем удаление веса непосредственно на линии. Все сводится к тому, сколько веса нужно убрать. Мы сложили общий вес, снятый с рукоятки, и он составил чуть менее 1 фунта 4 унции. Хотя это не большая сумма по сравнению с общим весом всего вращающегося узла, это все же приравнивается к более легкому корпусу, который немного быстрее вращается и помогает ускорению.

Посмотреть все 15 фотографий Большинство мастерских по балансировке не оснащены такими большими токарными станками, как этот в Scat, но это отличная альтернатива сверлению слишком большого количества отверстий в коленчатом валу.

SBC Strokers Еще одна область потенциальной путаницы связана с чрезвычайно популярными компактными строкерами Chevy 383ci. Модель 383 была создана с коленчатым валом двигателя 400ci в блоке 350. Как упоминалось ранее, 400 был единственным малым блоком, который был сбалансирован внешне, и большинство 383 комплектов сохраняют эту функцию внешнего баланса.Но для более дорогих приложений, использующих коленчатый вал из кованой стали 4340, идеальным вариантом является внутренняя балансировка вращающегося узла для уменьшения прогиба коленчатого вала. Теперь давайте усложним эту задачу, используя цельный блок заднего главного уплотнения и кривошип. С кривошипом Lunati Sledgehammer и вращающимся узлом, это именно та комбинация, которая использовалась в малом блоке 383, который был нашим испытательным двигателем для гигантской истории испытаний деталей «Стоят ли детали премиум-класса такой цены?» в номере за сентябрь 2007 г.

Посмотреть все 15 фотографий Легко определить вес гибкой пластины на цельной гибкой пластине заднего главного уплотнения (стрелка).Это нужно будет удалить для гребка 383 с внутренней балансировкой. Обратите внимание, что просверленные несколько отверстий были необходимы для нулевой балансировки этого цельного маховика с задним основным уплотнением, который изначально был сконструирован для применения с внешней балансировкой.

Поначалу это может показаться простым, поскольку вам не нужно использовать балансир со смещенным весом или гибкую пластину / маховик. Однако цельный задний фланец заднего главного уплотнения не позволяет компенсировать вес, который используется в двигателе с задним главным уплотнением, состоящим из двух частей. Чтобы учесть эту разницу в весе, для всех неразъемных гибких пластин заднего главного уплотнения (и маховиков) требуется смещение внешнего веса.Но с внутренне сбалансированной рукояткой этот вес не нужен. Таким образом, в случае гибкой пластины необходимо осторожно снять внешний вес. Для маховиков возможно изготовление маховика с нулевой балансировкой на заказ. Если у вас уже есть маховик, можно просверлить дополнительные отверстия, чтобы вернуть его в состояние нулевой балансировки. Если этого не сделать, двигатель будет испытывать вибрацию, которая в конечном итоге приведет к разрыву коренных подшипников и повреждению, которого можно легко избежать.

Scat Enterprises Важные основы балансировки двигателей

Если учесть сумасшедшее движение возвратно-поступательных двигателей внутреннего сгорания, то удивительно, что они работают так же хорошо, как и делают.У вас есть восемь поршней и шатунов, которые на высокой скорости «делают-си-до» вокруг вращающегося коленчатого вала, и удивительно, как все это держится вместе. В конце концов, плавность на высоких оборотах — это все о динамическом балансе — искусстве получения поршней, шатунов и противовесов коленчатого вала на одном и том же весе страницы, чтобы они работали плавно. Поскольку они вращаются и совершают возвратно-поступательные движения друг относительно друга, они должны весить одинаково или страдать от вибрации и тряски.

Вибрация может раздражать.Это также очень разрушительно. Заводская динамическая балансировка, известная как баланс Детройта, работает в среднем на сотнях поршней, шатунов и коленчатых валов, балансируя приблизительно, но не идеально. Когда вы создаете высокопроизводительный двигатель, будь то винтажный малолитражный автомобиль или современный LS, вам нужна безупречная плавность и долговечность. Вибрация разрушительна по отношению к подшипникам и шейкам. Это может расшатать крепежные детали и даже сломать их. Известно, что коленчатые валы ломаются, а шатуны пробиваются сквозь блок.

Посмотреть все 28 фотоДинамическая балансировка нижней части двигателя начинается с опытного балансировщика и лучшего балансировочного оборудования. Он также начинается с гребного комплекта от Scat Enterprises. Здесь Скат настраивает балансир с помощью поршневой рукоятки LS 4 000 дюймов, обеспечивая ровное положение рукоятки и ее готовность к работе.

Том Либ из Scat Enterprises подчеркивает важность динамической балансировки, независимо от того, создаете ли вы машину для хранения коробок или скример с высокой частотой вращения. Правильная динамическая балансировка означает плавность и долговечность независимо от того, что вы строите.Поскольку Либ работает в этой отрасли дольше, чем большинство из нас живет, мы уделяем очень пристальное внимание его словам о важности динамической балансировки.

Скат сообщает нам, что коленчатые валы представляют собой серию коренных и шатунных шейек, окруженных большими противовесами, разработанными для «противодействия» весу шатуна и поршня, а также для сохранения количества движения вокруг центральной линии коленчатого вала. Маховик и гаситель гармоник также усиливают инерцию противовесам.Сочетание веса поршня и штока влияет на размер и вес противовесов. Когда мы переходим к ударным двигателям, мы также говорим о такте в сочетании с более тяжелым поршнем, штифтом и кольцом, что требует большего противовеса (увеличенной массы), чтобы уравновесить более высокий возвратно-поступательный вес. Целью балансировки является стабильность и однородность вращающегося узла.

Большинство американских двигателей V-8 используют большие противовесы по направлению к передней и задней части коленчатого вала, оставляя центр без противовесов.При таком подходе двигатель делится на носовую и кормовую части. Можно с уверенностью сказать, что расположение противовеса на всех 90-градусных коленчатых валах V-8 одинаковое. Высота противовеса, измеренная наружу от средней линии коленчатого вала, ограничена как размерами блока цилиндров, так и расположением отверстий цилиндров. Противовес, расположенный дальше от оси кривошипа, дает больший эффект баланса, но он ограничен шириной блока. Груз, помещенный к обоим концам кривошипа, также имеет больший эффект и не должен быть таким большим, чтобы эффективно сбалансировать двигатель.Это снижает вес коленчатого вала.

Посмотреть все 28 фото Вот комплект шатунов Scat с двутавровой балкой 6,125 дюйма для Chevrolet с важной информацией о балансе, написанной на коробке. Большой конец каждого стержня весит 452 грамма. Маленькие концы наклоняют шкалу на 191 грамм каждый, что дает общий вес 643 грамма на стержень. Конечно, Скат повесит их на весы, чтобы показать вам, сколько они весят.

Внутренняя и внешняя балансировка
Внутренняя балансировка означает, что вся масса противовеса находится внутри противовесов коленчатого вала и не зависит от демпфера гармоник и маховика / гибкой пластины.Нет необходимости добавлять противовес за коленчатый вал с внутренне сбалансированным двигателем. Когда мы начинаем добавлять возвратно-поступательный вес, двигатель может быть сбалансирован внешне.

Мелкоблочные Chevys, например, традиционно имеют внутреннюю балансировку, что означает, что им не требуется внешняя балансировочная помощь со стороны маховика / гибкой пластины и демпфера гармоник. Когда Chevrolet увеличил объем компактного блока до 400 кубических дюймов, у него не было другого выбора, кроме как уравновесить этот двигатель маховиком со смещенным смещением и демпфером гармоник.

Малоблочные двигатели Chevys после 1985 года и большинство двигателей с ящиками имеют внешнюю балансировку в результате дополнительной возвратно-поступательной массы — более тяжелые штоки и поршни обычно используются в высокопроизводительных приложениях. Шеви с большими блоками традиционно были сбалансированы внешне. Все двигатели LS имеют внутреннюю балансировку.

Динамическая балансировка
Первым делом при динамической балансировке является взвесить каждый поршень и шатун, затем взять самый легкий из набора и облегчить остальные, чтобы они соответствовали самым легким.Скат облегчает более тяжелые штоки и поршни с помощью ленточной шлифовальной машины или дрели, чтобы снизить вес до веса самой легкой комбинации поршня и штока. Как только эти элементы подобраны, Скат собирает кольца, зажимы и подшипники штока для каждой комбинации поршень / шток, чтобы получить общий вес каждого набора, который известен как вес боба.

Бобовые грузы установлены на каждой шейке штока для имитации веса каждого узла поршень / шток. Вес латунных бобов добавляется или вычитается из каждой шейки штока, чтобы получить точный вес каждого узла поршень / шток.После того, как вес боба рассчитан и установлен, коленчатый вал раскручивается на балансировочной машине так же, как если бы вы вращали шину и колесо в сборе на балансировочном станке.

Сложности возникают тогда, когда вы выбираете более тяжелые стержни с двутавровой балкой или устанавливаете некачественный оффшорный коленчатый вал, который может потребовать небольшой помощи. Это когда баланс магазина становится трудоемким. Вот почему мы предпочитаем выбирать коленчатые валы и шатуны Scat Enterprises, потому что качество очень стабильное, и эти ребята отлично справляются с динамической балансировкой.Для вас это означает простую сборку двигателя, потому что ваш Stroker-комплект Scat сбалансирован и готов к работе.

Просмотреть все 28 фото Чтобы дать вам представление о том, сколько весит один грамм, мы поместили однодолларовую купюру на эти очень чувствительные весы. Это весы, которые Scat использует для взвешивания возвратно-поступательной массы, состоящей из поршня, шатуна, подшипников, колец и зажима пальца. Возвратно-поступательная масса взвешивается по частям, затем определяется общий вес, чтобы получить массу боба. Как видите, один грамм — это не очень много.

Когда балансир двигателя заводится с более тяжелым набором стержней, особенно с комплектом ходового механизма, к противовесам коленчатого вала должен быть добавлен металл (вес), чтобы обеспечить балансировку кривошипа. Это выполняется с металлом Мэллори, который на самом деле представляет собой вольфрам / никель — тяжелые металлы, которые увеличивают вес противовесов. Точно так же существуют сегменты противовесов, из которых необходимо удалить металл, что требует сверления противовесов для снижения веса.

Мы работаем с Scat Enterprises над стокером 416ci LS3 для проекта Pro Touring 1968 Camaro.Мы говорим о колоссальном диаметре ствола 4,070 дюйма с длинным рычагом с ходом 4,000 дюймов с помощью стержней двутавровой балки Scat и кривошипа из кованой стали. То, что мы ожидаем получить от этого двигателя с его сочетанием диаметра цилиндра и хода, — это высокий крутящий момент вместе с высокой мощностью, когда пришло время его заводить.

Динамическая балансировка нижней части двигателя начинается с опытного балансировщика и лучшего балансировочного оборудования. Он также начинается с гребного комплекта от Scat Enterprises. Здесь Скат настраивает балансир с LS 4.Кривошип толкателя 000 дюймов, гарантирующий, что кривошип находится в горизонтальном положении и готов к работе.

Посмотреть все 28 фотографий Scat взял этот стальной кривошип и добавил металл Мэллори (вольфрам / никель) в противовес, чтобы приблизить вес к возвратно-поступательной массе, состоящей из поршней, штоков, колец, зажимов и подшипников штока. Фотографии При взвешивании шатунов каждый конец стержня взвешивается, чтобы получить общий вес. Маркировка шкалы Scat соответствует весу, указанному на этой шкале — 452,2 грамма для большой головки.См. Все 28 фотографий. Маленький конец удилища составляет 190,4 грамма, а общий вес удилища составляет 642,6 грамма. См. Все 28 фотографий. Когда мы взвешиваем каждый конец удилища и складываем два веса, мы получаем 642,6 грамма. Положите шток на весы и получите истинный общий вес 643,2 г. См. Все 28 фото Мы выбрали набор кованых поршней JE (номер по каталогу 311981) для LS3, рассчитанный на диаметр отверстия 4,070 дюйма и ход поршня 4,000 дюйма. — практически квадратные с одинаковым диаметром отверстия и ходом. Эти пули имеют тонкие низковольтные 1,2 мм и 1.5-миллиметровые кольца, которые высвобождают мощность и обеспечивают исключительную герметичность цилиндра. См. Все 28 фотографий Самый легкий поршень весил 392 грамма. Каждый соответствующий поршень должен быть облегчен до 392 граммов. См. Все 28 фотографий. Подшипники штока весят по 43-44 грамма каждый. Вот где в игру вступает 1-граммовая долларовая банкнота. На самом деле разница между 43 и 44 граммами — это вес однодолларовой банкноты. См. Все 28 фотографий. Каждая упаковка с кольцами весит 34 грамма. См. Все 28 фотографий. Scat предоставляет полный баланс для каждого сбалансированного гребного комплекта.Посмотреть все 28 фотографий Scat берет общий вес каждого узла возвратно-поступательного движения и увеличивает вес боба точно до 1728 граммов. Гири для бобов состоят из латунных гирь, которые можно добавлять или вычитать, чтобы получить правильный вес боба. Один грузик должен весить столько же, сколько два поршневых узла, потому что два противоположных узла движутся на одной и той же цапфе. См. Все 28 фото. Здесь четверка грузов-бобов ожидает установки на четырех шейках штока LS3. См. Все 28 фото. Электронный балансир Хайнс и проверил настройку уровня.Он должен быть идеально ровным и свободно вращаться на приспособлении. См. Все 28 фото. Все грузы боба установлены на шейках удилищ. Первым делом нужно будет повернуть кривошип и определить, где металл нужно добавить или вычесть из противовесов. См. Все 28 фото. Это монитор, который показывает балансировщику, где необходимо добавить или вычесть вес при медленном вращении кривошипа. См. Все 28 фотографий Когда необходимо снять металл с противовеса коленчатого вала, противовес медленно просверливают, как показано на рисунке, пока не получится место для груза.Если необходимо удалить большой объем, его можно разделить между двумя отверстиями. См. Все 28 фото. Это дает вам некоторое представление о том, насколько глубоко можно просверлить отверстия для осветления, чтобы удалить излишки металла в противовесе. Отверстия для облегчения просверливаются там, где нам нужно снять вес, но в том же противовесе есть места, куда нужно добавить тяжелый металл. См. Все 28 фото После выполнения необходимых шагов по балансировке на каждом противовесе Скат снова раскручивает коленчатый вал, чтобы убедиться в правильной балансировке. .В большинстве случаев возникает необходимость вернуть и добавить или убрать металл к противовесам. Смотрите все 28 фотографий. После этого раскрутки мы узнаем, где металл еще нужно удалить при пяти и 234 градусах. Процесс раскрутки-снятия-отжима повторяется до тех пор, пока кривошип не будет соответствовать параметрам, принятым для конкретного применения. См. Все 28 фото. Из противовеса кривошипа удаляется больше металла, чтобы он больше соответствовал массе возвратно-поступательного движения. См. Все 28 фото. показывает правильную балансировку без необходимости дальнейшего сверления или добавления металла.Прелесть электронного балансира Hines в том, что он показывает балансировщику, сколько металла нужно добавить или удалить и на какую глубину сверлить. Цель состоит не в том, чтобы достичь нуля, а в том, чтобы уйти в приемлемую границу, в данном случае мы снизились до 0,23 и 0,28 грамма. Смотрите все 28 фотографий Этот противовес показывает, где был удален металл (черные стрелки) и где это было необходимо. (белая стрелка). См. все 28 фото. Наш шатун Scat LS3 был точно сбалансирован для идеальной совместимости со шатунами двутавровой балки и поршнями JE.Для нашего Pro Touring Camaro это означает плавность хода и долговечность. Гладкость означает меньший износ. См. Все 28 фотографий. Наконец, наш шатун LS3 подвергается быстрой полировке, чтобы на поверхностях шейки не было задиров, которые могут возникнуть во время установки груза. На этом наш LS проворачивается и готов к установке вместе с остальной частью вращающегося узла. Просмотреть все 28 фотографий Просмотреть все 28 фотографий

House of Balance | Анализ автомобильной вибрации, балансировка коленчатого вала

Мы начали заниматься балансировкой как магазин скоростных гоночных автомобилей, поэтому обслуживание автомобильных двигателей является основой нашей компании.Один из наших партнеров-основателей сбалансировал двигатель машиниста, и этот заказчик работал на промышленном предприятии, где у него была вибрация в его оборудовании. Он попросил нас оценить и устранить вибрацию, прежде чем она создаст серьезные проблемы. В тот момент мы осознали необходимость более масштабного решения проблем вибрации во всех отраслях промышленности, где используется вращающееся оборудование. Но все началось с автомобилей.

Работаем по внутренней или внешней балансировке коленчатых валов. Мы балансируем штоки и поршни, придумываем вес боба и затем вращаем кривошип.Это покажет нам уровень дисбаланса, а затем мы сможем соответственно добавить или убрать вес. Этот процесс увеличивает мощность и обороты. Он продлевает срок службы двигателя, поскольку снижает износ подшипников. Наши клиенты — любители, драгстеры и производители двигателей со всей страны. Мы даже обслуживаем специальные двигатели, такие как судовые двигатели, тракторы и двигатели для гоночных автомобилей. У нас есть услуги по отправке и доставке в определенных регионах, а расчетное время выполнения заказа составляет 5-10 дней.

Детали, необходимые для этой услуги, включают:

  • Вал коленчатый
  • Стержни
  • Поршень и шатуны
  • Комплект колец
  • Комплект шатунных подшипников
  • Маховик и демпфер

Бренды, которые мы обслуживаем, включают, но не ограничиваются:

  • Chevy
  • Крайслер
  • Форд
  • Триумф
  • Харлей Дэвидсон
  • BSA

Компания House of Balance уделяет приоритетное внимание обслуживанию клиентов.Хотя многие компании заявляют об этом заявлении, мы его воплощаем. Мы придерживаемся бережливого и среднего подхода к ведению нашего бизнеса с небольшой командой экспертов, которой мы доверяем для оптимального контроля качества. Каждый новый сотрудник проходит ученичество, затем специализированное обучение, а затем сертификацию. Наши хозяева — это работающие хозяева. Мы ценим свою работу и любим пачкать руки.

Благодаря давней страсти к точной автомобильной работе, ваш двигатель находится в надежных руках компании House of Balance. Интересно, что мы можем для вас сделать? Позвоните нам.

Коленчатый вал и балансировка двигателя: MA, CT.RI, NH, ME, NY, NJ

Балансировка идет рука об руку с производительностью двигателя. Балансировка снижает внутренние нагрузки и вибрации, которые нагружают металл и могут в конечном итоге привести к отказу компонентов.

С технической точки зрения, балансировка может быть полезной для любого двигателя независимо от области применения. Более плавный двигатель также является более мощным двигателем. Меньше энергии тратится на кривошип, когда он крутится в своих подшипниках, что приводит к более полезной мощности на маховике.Снижение вибрации двигателя также снижает нагрузку на опоры двигателя и внешние аксессуары, а в больших внедорожных грузовиках — шум и вибрация, которые водителю приходится переносить милю за милей.

Хотя все двигатели сбалансированы на заводе (некоторые в большей степени, чем другие), первоначальный баланс теряется при замене поршней, шатунов или коленчатого вала на поршни других двигателей. Заводская балансировка основана на возвратно-поступательном движении поршней и штоков оригинального производителя.Если будут произведены какие-либо замены или замены, нет гарантии, что новые или отремонтированные детали будут соответствовать весу оригинальных деталей достаточно близко, чтобы сохранить первоначальный баланс. Большинство запасных частей послепродажного обслуживания «сбалансированы» по среднему весу оригинальных запчастей, который может быть или не быть достаточно близким для поддержания разумной степени баланса внутри двигателя. Комплекты кривошипов для вторичного рынка еще хуже и могут значительно различаться в зависимости от семейств двигателей.

Если цилиндры изношены и требуется расточить блок для увеличения размера, более крупные заменяемые поршни могут оказаться тяжелее оригинальных.Некоторые производители поршней принимают во внимание такие различия при разработке заменяемых поршней и стараются соответствовать «среднему» весу оригинального оборудования. Но другие этого не делают. Большинство высокопроизводительных поршней сконструированы так, чтобы быть легче, чем поршни оригинального производителя, чтобы уменьшить возвратно-поступательный вес для более быстрого ускорения и более высоких оборотов. Следовательно, при замене поршней и штоков невозможно узнать, находится ли баланс по-прежнему в допустимых пределах, если вы не проверите его.

При создании высокопроизводительного двигателя, строкера или двигателя, который, как ожидается, будет иметь много оборотов в минуту или пробегать много миль, балансировка является абсолютной необходимостью.Ни один двигатель не сможет долго работать на высоких оборотах, если он не сбалансирован. И ни один двигатель не сможет продержаться в условиях большого пробега, если кривошип изгибается и изгибается из-за статического или динамического дисбаланса.

Силы в действии

Чтобы лучше понять механику балансировки, давайте рассмотрим теорию, лежащую в основе этого. Как всем известно, вращающийся объект создает «центростремительную силу». Центростремительная сила — это действительная сила или нагрузка, создаваемая перпендикулярно направлению вращения.Привяжите веревку к кирпичу и закрутите ее, и вы почувствуете центростремительную силу, создаваемую «неуравновешенным» весом кирпича. Чем быстрее вы его крутите, тем сильнее он тянет. Фактически, величина силы экспоненциально увеличивается со скоростью. Удвойте скорость, и вы увеличите силу в четыре раза.

Центростремительная сила, создаваемая дисбалансом коленчатого вала, будет зависеть от величины дисбаланса и расстояния от оси вращения (которое выражается в граммах, унциях или унциях-дюймах).Коленчатый вал с дисбалансом всего в две унции на дюйм при 2000 об / мин будет подвергаться воздействию силы в 14,2 фунта. При 4000 об / мин усилие увеличивается до 56,8 фунта! Снова удвойте скорость до 8000 об / мин, и усилие станет 227,2 фунта.

Это может показаться не очень большим, если учесть крутящие нагрузки, оказываемые на коленчатый вал силами сгорания. Но центростремительный дисбаланс — это не крутящий момент кривошипа. Это сила бокового отклонения, которая пытается согнуть кривошип при каждом обороте.В зависимости от величины силы изгиб вперед и назад может в конечном итоге выбить коренные подшипники или вызвать трещины под напряжением, которые могут вызвать щелчок кривошипа.

Центростремительную силу не следует путать с «центробежной» силой, которая представляет собой тенденцию объекта продолжать движение по прямой траектории при высвобождении во время вращения. Отпустите веревку, пока вы вращаете кирпич, и кирпич полетит по прямой (мы не рекомендуем делать это, потому что его сложно контролировать траекторию кирпича).

Обратно к центростремительной силе. Пока величина центростремительной силы компенсируется равной силой в противоположном направлении, объект будет вращаться без вибрации. Привяжите кирпичи к концам мерила, и вы можете крутить его, как дубинку, потому что вес одного кирпича уравновешивает другой. Если мы говорим о маховике, маховик будет вращаться без раскачивания, пока вес равномерно распределяется по окружности. Однако тяжелое место в любой точке вызовет вибрацию, потому что нет компенсирующего веса, уравновешивающего центростремительную силу.

Это подводит нас к другому закону физики. Каждый объект хочет вращаться вокруг своего центра тяжести. Подбросьте кусок металла неправильной формы в воздух, вращая его, и он автоматически повернется вокруг своего точного центра тяжести. Если кусок металла оказывается маховиком, центром тяжести должен быть ось маховика. Пока центр тяжести маховика и центр вращения коленчатого вала совпадают, маховик будет вращаться без вибрации.

Но если на маховике есть тяжелое пятно или если маховик не установлен в мертвой точке на кривошипе, центр тяжести и ось вращения будут смещены, и в результате возникнет дисбаланс.

Прикладная физика

Ладно, как же все это научное бессмысленное толкование трансформируется в реальную динамику вращающегося коленчатого вала? Коленчатый вал, как и маховик, — тяжелый вращающийся объект. Более того, он также имеет набор поршневых и штоковых узлов, совершающих возвратно-поступательное движение вдоль своей оси, что значительно усложняет задачу удержания всего в равновесии.

С рядными четырех- и шестицилиндровыми двигателями и плоскими горизонтально расположенными четырех и шестерками (например, Porsche и Subaru) все поршни движутся вперед и назад в одной плоскости и обычно смещены на 180 ° друг от друга, поэтому для балансировки противовесы коленчатого вала не требуются. возвратно-поступательные компоненты. Уравновешивания можно достичь, тщательно взвесив все поршни, шатуны, пальцы, кольца и подшипники, а затем уравняв их по самому легкому весу.

На двигателях V6, V8, V10 и V12 все по-другому, потому что поршни движутся в разных плоскостях.Для этого требуются противовесы коленчатого вала, чтобы компенсировать возвратно-поступательный вес поршней, колец, пальцев и верхней половины шатунов.

У «внутренне сбалансированных» двигателей противовесы сами справляются с задачей компенсации возвратно-поступательного движения поршней и штоков. «Внешне сбалансированные» двигатели, с другой стороны, имеют дополнительные противовесы на маховике и / или гаситель гармоник, помогающие коленчатому валу поддерживать баланс. Некоторые двигатели необходимо балансировать снаружи, потому что внутри картера недостаточно зазора для работы с противовесами достаточного размера для балансировки двигателя.Это верно для двигателей с более длинным ходом и / или большим рабочим объемом.

Если вы восстанавливаете двигатель с внутренней балансировкой, маховик и демпфер не влияют на балансировку двигателя и могут балансироваться отдельно. Но в двигателях с внешней балансировкой маховик и демпфер должны быть установлены на кривошип перед балансировкой.

Клиентам следует сообщить, какой у них баланс двигателя (внутренний или внешний), и предупредить об индексации положения маховика, если им придется снимать его позже для шлифовки.Владельцы двигателей с внешней балансировкой также должны быть предупреждены об установке различных маховиков или гасителей гармоник и о том, как это может нарушить баланс.

Балансирные валы

В последние годы автопроизводители добавили балансирные валы во многие четырех- и шестицилиндровые двигатели, чтобы помочь устранить гармоники коленчатого вала. Уравновешивающий вал, вращающийся в противоположных направлениях, помогает компенсировать вибрации кривошипа, возникающие в процессе работы двигателя.

На этих двигателях убедитесь, что балансирный вал правильно «фазирован» или синхронизирован с вращением кривошипа.Если вал не синхронизирован, он усилит, а не уменьшит вибрацию двигателя.

Балансирные валы не заменяют обычную балансировку двигателя и не уменьшают вибрацию и напряжение, которое испытывает сам коленчатый вал при вращении.

Закон о балансировке

Процесс балансировки начинается с выравнивания возвратно-поступательной массы в каждом из цилиндров двигателя. Это делается путем взвешивания каждого поршня на чувствительных цифровых весах для определения самого легкого из них в наборе.Затем другие поршни облегчают, чтобы соответствовать этому весу, путем фрезерования или шлифования металла на ненагруженной области, например, на выступе пальца на запястье. Степень точности балансировки поршней будет варьироваться от одного производителя двигателя к другому и до некоторой степени зависит от области применения. Но в целом поршни сбалансированы с точностью до плюс-минус 0,5 грамма друг от друга.

Затем стержни взвешиваются, но только с одного конца за раз. Используется специальная опора, чтобы можно было взвесить и сравнить большие концы всех стержней, а затем маленькие концы.Как и в случае с поршнями, вес уравновешивается путем стачивания металла с точностью до 0,5 грамма. Важно отметить, что направление шлифования важно. Шатуны всегда следует шлифовать в направлении, перпендикулярном коленчатому валу и пальцу кисти, но никогда не параллельно. Если царапины от шлифования параллельны рукоятке, они могут концентрировать напряжение, вызывая образование микротрещин.

На двигателях V6 и V8 угол в 60 или 90 градусов между рядами цилиндров требует использования «упоров» на шейках штока для имитации возвратно-поступательного движения поршня и штоков в сборе.Рядные четырех- и шестицилиндровые коленчатые валы не требуют балласта. Для определения правильного веса штанг, полный вес пары шатунных подшипников и большого конца шатуна, плюс половина веса малого конца шатуна, поршня, колец, штифта запястья (и фиксаторов, если они полны). плавающий) плюс немного масла добавляются вместе (100 процентов вращающегося веса плюс 50 процентов возвратно-поступательного веса). Затем собираются подходящие балласты и устанавливаются на шейки шатунов коленчатого вала.

Затем коленчатый вал помещается на балансир и вращается, чтобы определить точки, в которых необходимо добавить или удалить металл. Балансир индексирует кривошип и показывает точное положение и вес, который нужно добавить или вычесть. Электронный мозг в балансировочной головке производит вычисления и отображает результаты. В новейших машинах есть графические дисплеи, которые позволяют легко увидеть, где именно требуются исправления.

Если рукоятка тяжелая, металл удаляют сверлением или шлифовкой противовесов.Сверление обычно является предпочтительным средством облегчения противовесов, а балансир, который позволяет сверлить кривошип, еще находясь на станке, может реально сэкономить время.

Если кривошип слишком легкий, что обычно имеет место на двигателях с кривошипами хода или тех, которые переводятся с внешне сбалансированного на внутренне сбалансированный, добавляется тяжелый металл (вольфрамовый сплав, который в 1,5 раза тяжелее свинца) к противовесам. Обычно это делается путем сверления противовесов, затем запрессовки и приваривания заглушек из тяжелого металла.Другой способ — врезать отверстие и ввинтить на место заглушку. Просверливание отверстий сбоку через противовесы параллельно кривошипу, а не перпендикулярно кривошипу — это метод, который многие предпочитают, потому что он предотвращает выброс металла на высоких оборотах.

После сверления коленчатый вал снова проворачивают на балансировочном станке, чтобы определить, требуются ли дополнительные корректировки. Если кривошип предназначен для двигателя с внешней балансировкой (например, Chevy с большим блоком), балансировка будет выполняться с установленными маховиком и демпфером.На двигателях с внутренней балансировкой маховик и демпфер можно балансировать отдельно или устанавливать на кривошип и балансировать как единый узел после того, как сам кривошип будет сбалансирован.

Related Post

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.