Балансировочный вал
Балансировочные валы используются в поршневых двигателях для снижения вибрации за счет устранения несбалансированных динамических сил. Валы противовеса имеют эксцентриковые грузы и вращаются в противоположном друг другу направлении, что создает результирующую вертикальную силу.
Балансировочный вал был изобретен и запатентован британским инженером Фредериком Ланчестером в 1907 году. [1] [2] Чаще всего он используется в рядных четырехцилиндровых двигателях и двигателях V6, используемых в автомобилях и мотоциклах.
Обзор
[ редактировать ]Принцип работы системы уравновешивающих валов заключается в том, что два вала с одинаковыми эксцентриковыми грузами вращаются в противоположных направлениях со скоростью, вдвое превышающей скорость двигателя. Фазировка валов такова, что центробежные силы, создаваемые грузами, компенсируют вертикальные силы второго порядка (при удвоенной частоте вращения двигателя ), создаваемые двигателем. [3] Горизонтальные силы, создаваемые балансирными валами, равны и противоположны и поэтому нейтрализуют друг друга.
Балансировочные валы не уменьшают вибрации, испытываемые коленчатым валом . [4]
Приложения
[ редактировать ]Двухцилиндровые двигатели
[ редактировать ]Во многих мотоциклетных двигателях, особенно в двигателях с параллельными сдвоенными валами , используются системы уравновешивающих валов, например, двигатели Yamaha TRX850 и Yamaha TDM850 имеют коленчатый вал с углом поворота 270° и балансирным валом. Альтернативный подход, используемый в BMW GS с параллельными сдвоенными двигателями , заключается в использовании «фиктивного» шатуна, который перемещает шарнирный противовес.
Четырехцилиндровые двигатели
[ редактировать ]Балансировочные валы часто используются в рядных четырехцилиндровых двигателях для уменьшения вибрации второго порядка двигателя (вертикальная сила, колеблющаяся со скоростью, вдвое превышающей обороты ), которая присуща конструкции типичного рядного четырехцилиндрового двигателя. Эта вибрация возникает из-за того, что движение шатунов в рядном четырехцилиндровом двигателе с равномерным включением не симметрично на протяжении всего вращения коленчатого вала; таким образом, в течение заданного периода вращения коленчатого вала нисходящие и восходящие поршни не всегда полностью противоположны в своем ускорении, вызывая результирующую вертикальную силу дважды за каждый оборот (которая увеличивается квадратично с увеличением числа оборотов в минуту). [5]
Уровень вибрации также увеличивается с увеличением объема двигателя, в результате чего балансирные валы часто используются в рядных четырехцилиндровых двигателях с рабочим объемом 2,2 л (134 куб. Дюймов) или более. Как увеличенный ход , так и диаметр отверстия вызывают повышенную вторичную вибрацию; больший ход увеличивает разницу в ускорении, а больший диаметр увеличивает массу поршней.
Ланчестерская конструкция систем балансировочных валов была усовершенствована в Mitsubishi Astron 80 , рядном четырехцилиндровом автомобильном двигателе, представленном в 1975 году. Этот двигатель был первым, в котором один балансирный вал располагался выше другого, чтобы противодействовать паре качения второго порядка (т.е. примерно на оси коленчатого вала) из-за крутящего момента, создаваемого инерцией, вызванной увеличением и уменьшением частоты вращения двигателя. [6] [7]
В четырехцилиндровом двигателе силы компенсируются поршнями, движущимися в противоположных направлениях. Поэтому балансировочные валы не нужны в четырехцилиндровых двигателях.
Пятицилиндровые двигатели
[ редактировать ]Балансировочные валы также используются в рядных пятицилиндровых двигателях, таких как GM Vortec 3700 .
Шестицилиндровые двигатели
[ редактировать ]В рядном шестицилиндровом и оппозитном шестицилиндровом двигателе силы качания естественным образом уравновешиваются, поэтому уравновешивающие валы не требуются.
Двигатели V6 по своей сути несбалансированы, независимо от угла наклона V-образного цилиндра. Любой рядный двигатель с нечетным числом цилиндров имеет первичный дисбаланс , вызывающий сквозное раскачивание. Поскольку каждый ряд цилиндров в V6 имеет три цилиндра, каждый ряд цилиндров испытывает это движение. [8] Балансировочные валы используются в различных двигателях V6 для уменьшения раскачивания.
Восьмицилиндровые двигатели
[ редактировать ]Примерами являются двигатель Mercedes-Benz OM629 и Volvo B8444S . [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Фредерик Уильям Ланчестер, 1868–1946» . Некрологи членов Королевского общества . 5 (16). Королевское общество: 761. 1948. doi : 10.1098/rsbm.1948.0010 . ISSN 1479-571X .
- ^ Фредерик Уильям Ланчестер (31 октября 1912 г.). «US1163832A — Средства балансировки для поршневых двигателей» . Гугл Патенты . Проверено 3 апреля 2021 г.
- ^ «Балансировка двигателя и балансировочные валы» . www.zz Performance.com . Проверено 20 августа 2019 г.
- ^ «Взвешивание преимуществ балансировки двигателя» . www.babcox.com . Архивировано из оригинала 24 февраля 2009 года . Проверено 12 декабря 2004 г.
- ^ «Встряхивающие силы двух двигателей». Архивировано 15 июля 2010 г. в Wayback Machine , Витторе Коссалтер, Dinamoto.it.
- ^ Карни, Дэн (10 июня 2014 г.). «Раньше они были автопроизводителями» . Великобритания: Би-би-си . Проверено 1 ноября 2018 г.
- ^ Надель, Брайан (июнь 1989 г.). «Закон о балансе». Популярная наука . п. 52.
- ^ «Физика: углы расположения цилиндров двигателя» . www.caranddriver.com . 14 января 2011 года . Проверено 22 августа 2019 г.
- ^ «Двигатель Volvo B8444S/Yamaha 4.4 V8» . австралийский автомобиль.обзоры . Проверено 29 декабря 2022 г.