Коленчатый вал

Коленчатый вал – один из наиболее ответственных и дорогостоящих конструктивных элементов двигателя внутреннего сгорания. Он преобразует возвратно-поступательное движение поршней в крутящий момент. Коленчатый вал воспринимает периодические переменные нагрузки от сил давления газов, а также сил инерции движущихся и вращающихся масс.

Коленчатый вал двигателя, как правило, цельный конструктивный элемент, поэтому правильно его называть деталью. Вал изготавливается из стали с помощью ковки или чугуна путем литья. На дизельных и турбированных двигателях устанавливаются более прочные стальные коленчатые валы.

Схема коленчатого вала

Конструктивно коленчатый вал объединяет несколько коренных и шатунных шеек, соединенных между собой щеками. Коренных шеек, как правило, на одну больше, а вал с такой компоновкой называется полноопорным. Коренные шейки имеют больший диаметр, чем шатунные шейки. Продолжением щеки в противоположном от шатунной шейки направлении является противовес. Противовесы уравновешивают вес шатунов и поршней, тем самым обеспечивают плавную работу двигателя.

Шатунная шейка, расположенная между двумя щеками, называется коленом. Колена располагаются в зависимости от числа, расположения и порядка работы цилиндров, тактности двигателя. Положение колен должно обеспечивать уравновешенность двигателя, равномерность воспламенения, минимальные крутильные колебания и изгибающие моменты.

Шатунная шейка служит опорной поверхностью для конкретного шатуна. Коленчатый вал V-образного двигателя выполняется с удлинёнными шатунными шейками, на которых базируется два шатуна левого и правого рядов цилиндров. На некоторых валах V-образных двигателей спаренные шатунные шейки сдвинуты относительно друг друга на угол 18°, что обеспечивает равномерность воспламенения (технология носит название Split-pin).

Наиболее нагруженным в конструкции коленчатого вала является место перехода от шейки (коренной, шатунной) к щеке. Для снижения концентрации напряжений переход от шейки к щеке выполняется с радиусом закругления (галтелью). Галтели в совокупности увеличивают длину коленчатого вала, для уменьшения длины их выполняют с углублением в щеку или шейку.

Вращение коленчатого вала в опорах, а шатунов в шатунных шейках обеспечивается подшипниками скольжения. В качестве подшипников применяются разъемные тонкостенные вкладыши, которые изготавливаются из стальной ленты с нанесенным антифрикционным слоем. Проворачиванию вкладышей вокруг шейки препятствует выступ, которым они фиксируются в опоре. Для предотвращения осевых перемещений коленчатого вала используется упорный подшипник скольжения, который устанавливается на средней или крайней коренной шейке.

Схема системы смазки

Коренные и шатунные шейки включены в систему смазки двигателя. Они смазываются под давлением. К каждой опоре коренной шейки обеспечивается индивидуальный подвод масла от общей магистрали. Далее масло по каналам в щеках подается к шатунным шейкам.

Отбор мощности с коленчатого вала производится с заднего конца (хвостовика), к которому крепится маховик. На переднем конце (носке) коленчатого вала располагаются посадочные места, на которых крепятся шестерня (звездочка) привода распределительного вала, шкив привода вспомогательных агрегатов, а также в ряде конструкций – гаситель крутильных колебаний. По конструкции это два диска и соединяющий их упругий материал (резина, силиконовая жидкость, пружина), который поглощает вибрации вала за счет внутреннего трения.

Вопрос 10

Назовите
подвижные и неподвижные детали КШМ.
Перечислите основные части поршня и
поясните их назначение. Обьясните
необходимость установки в двигателях
«мокрых» гильз цилиндров. Охарактеризуйте
назначение коленчатого вала и маховика.

10.1
К подвижным деталям КШМ относятся:
поршни с кольцами, шатуны, коленчатый
вал с подшипниками, маховик.

К
неподвижным: блок цилиндров, головка
блока, картер, поддон картера.

10.2
Поршень состоит из:

а)
днище – образует нижнюю стенку камеры
сгорания и воспринимает давление газов
при их расширении;

б)
головка, в ней выполнены цилиндрические
канавки в которые устанавливаются
поршневые кольца. Вследствие неодинакового
расширения головки и юбки поршня, диаметр
головки делают меньше диаметра юбки;

в)
юбка поршня в поперечном сечении овальная
с меньшей осью вала плоскости поршевого
пальца и большей плоскости действия
боковых сил, что даёт возможность
уменьшить зазор между поршнями и
цилиндрами и исключить стуки при работе
холодного двигателя.

В
средней части поршня в юбке имеются две
бобышки для установки поршневого пальца.

10.3
«Мокрые» гильзы отличаются от сухих
тем, что их наружние стенки непосредственно
омываются охлаждающей жидкостью, что
в свою очередь обеспечивает лучший
отвод теплоты. Это повышает работоспособность
и срок службы деталей деталей
цилиндро-поршневой группы, при этом
снижаются затраты связанные с ремонтом
двигателя в процессе эксплуатации.

При
установке «мокрой» гильзы бурт выступает
над плоскостью разьёма на 0,02 – 0,15 мм.
Это позволяет уплотнять её зажимая бурт
через прокладку между блоком и головкой
цилиндров. В нижней части гильза
уплотняется двумя резиновыми кольцами
или медными прокладками.

10.4
Коленчатый вал воспринимает силу
давления газов на поршень и силы инерции
возвратно поступательно движущихся и
вращающихся масс КШМ. Силы. Передающиеся
поршнями на коленчатый вал, создают
крутящий момент, который при помощи
трансмиссии передаётся на колёса
автомобиля.

Коленчатый
вал изготавливают штамповкой из
легированных сталей или отливают из
высокопрочных магниевых чугунов.
Коленчатый вал состоит из коренных и
шатунных шеек, противовесов, заднего
конца с отверстием для крепления
маховика, переднего конца на котором
установлен храповик пусковой рукоятки,
шестерня газораспределения. Шатунные
шейки со щёчками образуют кривошипы,
для разгрузки коренных подшипников от
действия центробежных сил, служат
противовесы, которые изготавливаются
как одно целое со щёками или прикрепляются
к ним болтами. Если с обоих сторон
шатунной шейки расположены коренные
шейки, то такой вал называют полноопорным.
Полноопорные валы отличаются большой
жёсткостью, что повышает работоспособность
КШМ.

Маховик
служит для обеспечения вывода поршней
из мёртвых точек, более равномерного
вращения коленчатого вала многоцилиндрового
двигателя и его работе на режиме холостого
хода, облегчение пуска двигателя,
снижение кратковременных перегрузок
при трогании с места. И передачи крутящего
момента агрегатам трансмиссии на всех
режимах работы двигателя. Маховик
изготавливают из чугуна и динамически
балансируют в сборе с коленчатым валом.

Противовесы коленчатого вала — General Motors Corporation

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к коленчатому валу с противовесами или к использованию в V-образном двигателе и, в частности, к коленчатому валу с противовесами, которые выровнены под углом относительно шатунов и размер, позволяющий уменьшить вес коленчатого вала и увеличить грузоподъемность коренных шеек.

ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Коленчатые валы двигателей V-8 обычно требуют противовесов для уравновешивания усилий, создаваемых вращением коленчатого вала с шатунами, соединенными с шатунными шейками. Такая балансировка также приводит к увеличению минимальной толщины масляной пленки между коренными шейками коленчатого вала и коренным подшипником, тем самым увеличивая несущую способность коренных шеек. Желательно ограничить размер и количество противовесов, чтобы ограничить вес коленчатого вала.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение обеспечивает внутренне сбалансированный коленчатый вал, имеющий противовесы №№ 1-3 и 6-8, в котором углы противовесов определяются углом между №№ 1 и 8, 2 и 7, а также 3 и 6. противовесы соответственно. По крайней мере, один из углов противовеса не равен 180 градусам.

Асимметрия хотя бы одной из пар противовесов (т. е. хотя бы один из углов противовеса не равен 180°) приводит к увеличению минимальной толщины масляной пленки при высоких скоростях на 9 % на коренной шейке с наименьшим минимальным содержанием масла толщина пленки по сравнению с коленчатым валом, имеющим симметричные противовесы. Это достигается без увеличения веса коленчатого вала.

Эти и другие особенности и преимущества изобретения станут более понятными из следующего описания некоторых конкретных вариантов осуществления изобретения вместе с прилагаемыми чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖА

На чертежах:

РИС. 1 представляет собой продольный вид коленчатого вала по настоящему изобретению;

РИС. 2 представляет собой схематический вид сбоку коленчатого вала, показанного на фиг. 1 в направлении, обращенном к концу коленчатого вала, показывающего угловое выравнивание центров масс противовеса; и

РИС. 3 представляет собой схематический вид в перспективе коленчатого вала по фиг. 1, показывающее продольное расположение центров масс противовеса.

Соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части на нескольких видах чертежей.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Ссылаясь на чертежи и, в частности, на фиг. 1 цифра 10 обычно относится к коленчатому валу по настоящему изобретению для восьмицилиндрового V-образного двигателя. Коленчатый вал 10 содержит первую коренную шейку 11, вторую коренную шейку 12, третью коренную шейку 13, четвертую коренную шейку 14 и пятую коренную шейку 15. Диаметр каждой коренной шейки 11, 12, 13, 14 и 15 составляет примерно 64 мм. Продольные оси коренных шеек 11, 12, 13, 14 и 15 установлены с возможностью вращения в коренных подшипниках, установленных в блоке цилиндров с углом крена 90 градусов.

Коленчатый вал 10 дополнительно содержит первую шейку 21 кривошипа, вторую шейку 22 кривошипа, третью шейку 23 кривошипа и четвертую шейку 24 кривошипа. Если смотреть на коленчатый вал спереди двигателя, шейка 22 кривошипа расположена под углом 90 градусов. по часовой стрелке от шатунной шейки 21. Шатунная шейка 23 расположена на 180 градусов от шатунной шейки 22, а шатунная шейка 24 расположена на 180 градусов от шатунной шейки 21. Каждая из шатунных шейок 21, 22, 23, 24 поддерживает два шатуна, которые передают давление газа и инерционные нагрузки от поршня и шатуна к коленчатому валу. Шатун 21 поддерживает шатуны, соответствующие цилиндрам 1 и 2. Шатун 22 поддерживает шатуны, соответствующие цилиндрам 3 и 4. Шатун 23 поддерживает шатуны, соответствующие цилиндрам 5 и 6. Шатун 24 поддерживает шатуны, соответствующие цилиндрам 7 и 6. 8.

Коренные шейки 11, 12, 13, 14, 15 и шатунные шейки соединены первым шатуном 31, вторым шатуном 32, третьим шатуном 33, четвертым шатуном 34, шестым шатуном 36, седьмой кривошип 37 и восьмой кривошип 38, как показано на фиг. 1. Часть колеса опережения зажигания образует пятое плечо 35 кривошипа. Шатуны 31, 32, 33, 36, 37 и 38 имеют противовес № 1 41, противовес № 2 42, противовес № 3 43. , противовес № 6 46, противовес № 7 47 и противовес № 48, прикрепленные к ним, соответственно, как показано на ФИГ. 1 и 3. Кривошип 34 не имеет соответствующего противовеса. Колесо синхронизации имеет чистый эффект кривошипа 35 без противовеса и небольшого противовеса № 5 45 по сравнению с кривошипом 34, который не имеет противовеса. Противовес № 5 45 ориентирован так, что плоскость, проходящая от его центра тяжести до оси коленчатого вала 50, поворачивается между 50 и 90 градусов (предпочтительно 90 градусов) от плоскости 60 коленчатого вала по часовой стрелке.

Оси коренных шеек 11, 12, 13, 14 и 15 определяют ось коленчатого вала 50 и плоскость коленчатого вала 60. Плоскость коленчатого вала 60 проходит между осью коленчатого вала 50 и осью первой шатунной шейки 21.

противовес № 1 41 соединен с первым плечом 31 кривошипа. Противовес № 1 41 ориентирован так, что плоскость, проходящая от его центра тяжести до оси коленчатого вала 50, поворачивается между 180 и 19°.0 градусов (предпочтительно 181,97 градуса) от плоскости 60 коленчатого вала по часовой стрелке.

Противовес № 2 42 соединен со вторым плечом кривошипа 32. Противовес № 2 42 ориентирован так, что плоскость, проходящая от его центра тяжести до оси коленчатого вала 50, поворачивается между 200 и 220 градусами (предпочтительно 209 градусов) от плоскости коленчатого вала 60 по часовой стрелке.

Противовес № 3 43 соединен с третьим плечом 33 кривошипа. Противовес № 3 43 ориентирован так, что плоскость, проходящая от его центра тяжести до оси коленчатого вала 50, поворачивается между 220 и 245 градусами (предпочтительно 236,78). градусов) от плоскости коленчатого вала 60 по часовой стрелке.

Противовес № 6 46 соединен с шестым кривошипом 36. Противовес № 6 46 ориентирован так, что плоскость, проходящая от его центра тяжести до оси коленчатого вала 50, поворачивается между 40 и 65 градусами (предпочтительно 53,6 градусов) от плоскости коленчатого вала 60 по часовой стрелке. Ориентация противовесов № 6 и 3 46, 43 определяет первый угол противовеса, равный разнице между вращением противовесов № 3 и 6 по часовой стрелке от плоскости 60 коленчатого вала.0003

Противовес № 7 47 соединен со вторым плечом кривошипа 32. Противовес № 7 47 ориентирован так, что плоскость, проходящая от его центра тяжести до оси коленчатого вала 50, поворачивается между 20 и 40 градусами (предпочтительно 29 градусов) от плоскости коленчатого вала 60 по часовой стрелке. Ориентация противовесов № 7 и 2 47, 42 определяет второй угол противовеса, равный разнице между поворотами противовесов № 2 и 7 по часовой стрелке от плоскости 60 коленчатого вала. 0003

Противовес № 8 48 соединен со вторым плечом кривошипа 32. Противовес № 8 48 ориентирован так, что плоскость, проходящая от его центра тяжести до оси коленчатого вала 50, поворачивается между 0 и 10 градусами (предпочтительно 0,9 градусов) от плоскости коленчатого вала 60 по часовой стрелке. Ориентация противовесов № 8 и 1 48, 41 определяет третий угол противовеса, равный разнице между поворотами противовесов № 1 и 8 по часовой стрелке от плоскости 60 коленчатого вала.0003

Противовесы ориентированы относительно друг друга так, что хотя бы один из углов из группы, состоящей из первого, второго и третьего углов противовеса, не равен 180 градусам.

Противовесы служат для уравновешивания вращающего момента, создаваемого шатунными шейками 21, 22, 23, 24 и соответствующими узлами шатуна и поршня. Коленчатый вал 10 внутренне сбалансирован. Противовесы также служат для снижения нагрузки на коренные шейки 11, 12, 13, 14 и 15. Критическое значение имеют промежуточные коренные шейки 12 и 14, которые имеют самые высокие нагрузки на подшипники и наименьшую толщину масляной пленки. Коренная шейка 13 также имеет небольшую толщину масляной пленки. Коренные шейки 11 и 15 не так сильно нагружены и обычно имеют большую толщину масляной пленки.

Граница между кривошипами 31, 32, 33, 36, 37 и 38 и прикрепленными к ним противовесами 41, 42, 43, 46, 47 и 48 соответственно нечетко видна на реальном коленчатом валу 10 в его изготовленном состоянии . Однако для целей анализа удобно разделить шатуны и противовесы. Граница плеча кривошипа обычно определяется радиусом, который на 3-5 мм больше, чем радиус коренной шейки. Это определяло бы нижнюю часть кривошипа, если бы у него не было противовеса. Граница плеча кривошипа обычно определяется минимальным конструкционным материалом, необходимым для восприятия нагрузок, передаваемых шатунами на коленчатый вал. Затем к шатунам прикрепляют противовесы таким образом, чтобы моменты коленчатого вала были сбалансированы с минимальной массой и максимальной толщиной масляной пленки на коренных шейках 11, 12, 13, 14 и 15.

Шатунные шейки 21 и 24 и соответствующие им шатуны создают вертикальный момент, который вращается вместе с коленчатым валом. Шатунные шейки 22 и 23 и соответствующие им шатуны вместе создают горизонтальный момент, который вращается вместе с коленчатым валом. Момент, создаваемый шатунными шейками 21 и 24, примерно в три раза превышает момент, создаваемый шатунными шейками 22 и 23, поскольку кривошипные шейки 21 и 24 примерно в три раза дальше друг от друга в осевом направлении, чем кривошипные шейки 22 и 23. Сочетание вертикального и горизонтального моментов приводит к плоскости баланса, которая находится примерно на 18 градусов по часовой стрелке от вертикальной плоскости между шатунными шейками 21 и 24, если смотреть спереди двигателя.

Для установки противовеса с минимальной массой все противовесы должны быть выровнены с этой плоскостью баланса. Однако нагрузка на подшипники будет очень высокой. Для минимальных нагрузок на подшипники все противовесы должны располагаться прямо напротив соответствующих шатунов. Однако масса коленчатого вала и необходимый размер пакета были бы очень большими. Большинство конструкций коленчатых валов V-8 имеют своего рода компромисс между этими двумя крайностями.

Альтернативный коленчатый вал может иметь симметричное расположение противовеса, которое имеет приемлемую толщину масляной пленки и массу коленчатого вала и соответствует ограничениям по упаковке. Эта конструкция имеет небольшой противовес, прикрепленный к четвертому плечу кривошипа, который симметричен эффективному противовесу, создаваемому синхронизирующим колесом. Вторая основная шейка, соответствующая основной шейке 12 на фиг. 1, имеет наименьшую толщину масляной пленки подшипника при таком расположении противовеса и порядке зажигания этого двигателя.

Несимметричное расположение противовеса по настоящему изобретению увеличивает минимальную толщину масляной пленки коренной шейки 12 на высоких скоростях на 9% без увеличения массы коленчатого вала по сравнению с альтернативным коленчатым валом, имеющим симметричную конструкцию. Минимальная толщина масляной пленки коренной шейки 13 немного уменьшается, но все же выше, чем минимальная толщина масляной пленки коренной шейки 12. Таким образом, наименьшая минимальная толщина масляной пленки на любой из коренных шеек увеличивается на 9% по сравнению с альтернативным коленчатым валом симметричной конструкции. По сравнению с альтернативным коленчатым валом, имеющим симметричную конструкцию, противовес 43 увеличивается в размерах на 8%, а его угол с вертикальной осью, определяемой шатунными шейками 21 и 24, увеличивается на 3 градуса. Противовес 48 уменьшается в размерах на 0,5%, а его угол с вертикальной осью, определяемой шатунными шейками 21 и 24, уменьшается на 1 градус. Противовес, прикрепленный к четвертому плечу кривошипа альтернативного коленчатого вала, исключен.

Несимметричный коленчатый вал 10 также может использоваться в двигателях с другим порядком работы. Один из таких коленчатых валов 10 имеет минимальную толщину масляной пленки на коренной шейке 14. Небольшой противовес 44, который должен быть прикреплен к рычагу 34, увеличен, а не удален, как описано выше. Противовес 43 уменьшается в размерах, а его угол с вертикальной осью, определяемой шатунными шейками 21 и 24, уменьшается по сравнению с альтернативным коленчатым валом, имеющим симметричную конструкцию. Противовес 46 увеличивается в размерах, а его угол с вертикальной осью, определяемой шатунными шейками 21 и 24, увеличивается. Чистый эффект заключается в увеличении толщины масляной пленки на коренной шейке 14. Толщина масляной пленки на коренных шейках 12 и 13 уменьшается, но она все еще выше, чем толщина масляной пленки на коренной шейке 14. Следовательно, минимальная толщина масляной пленки на любой из коренных шеек 11, 12, 13, 14, 15 увеличивается при несимметричной конструкции противовеса.

Аналогичные преимущества несимметричных противовесов могут быть получены для второго альтернативного коленчатого вала, который является зеркальным отражением коленчатого вала 10. Шатунная шейка второго альтернативного коленчатого вала, соответствующая шатунной шейке 22, ориентирована на 90 градусов против часовой стрелки от соответствующей шатунной шейки к шатунной шейке 21. Шатунная шейка, соответствующая шатунной шейке 23, ориентирована на 270 градусов против часовой стрелки относительно шатунной шейки, соответствующей шатунной шейке 21. Шатунная шейка, соответствующая шатунной шейке 24, ориентирована на 180 градусов от шатунной шейки, соответствующей шатунной шейке 21. Относительные угловые положения противовесов и шатунных пальцев во втором альтернативном коленчатом вале такие же, как показано на фиг. 1-13, за исключением того, что во втором альтернативном коленчатом валу указанные углы относятся к вращению против часовой стрелки от плоскости коленчатого вала 60. Например, противовес второго альтернативного коленчатого вала, соответствующий противовесу № 1 41, поворачивается между 180 и 19°.0 градусов против часовой стрелки от плоскости коленчатого вала 60.

Противовесы 41 и 48 больше по величине (масса, умноженная на радиус), чем другие противовесы 42, 43, 45, 46, 47. В основном это достигается за счет большей толщины противовесов. Большинство предыдущих коленчатых валов имеют соотношение приблизительно 2,0 для толщины противовеса 41, деленной на противовес 42. Подобные отношения также использовались для толщины противовеса 48, деленной на противовес 47. Оба эти отношения равны 1,37 для коленчатого вала 10. более низкий коэффициент толщины противовеса перемещает большую часть противовеса ближе к сильно нагруженным коренным шейкам 12 и 14. Это улучшает нагрузки на подшипники и толщину пленки. Меньшее передаточное отношение также сокращает расстояние между коренными шейками 11 и 12, а также между коренными шейками 14 и 15, что снижает нагрузку на рычаги 32 и 37. Более низкое передаточное число также сокращает длину коленчатого вала 10 и, следовательно, двигателя, но требует немного большего внешнего радиуса противовеса.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на некоторые предпочтительные варианты осуществления, следует понимать, что в рамках духа и объема описанных идей изобретения могут быть сделаны многочисленные изменения. Соответственно, предполагается, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, а имеет полный объем, допускаемый формулировкой следующей формулы изобретения.

Балансировка двигателя с Томом Либом из Scat Enterprises

Балансировка коленчатого вала — это просто 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 дополнительные деньги на более качественные детали и обратились к опытному изготовителю двигателей, а не делали это самостоятельно. Но факт в том, что если вы строите двигатель, правильно сбалансированная вращающаяся сборка должна быть одной из самых важных вещей в вашем списке сборки.

Вы можете спросить себя, почему так важна балансировка коленчатого вала, или сказать, что балансировка коленчатого вала, конечно, важна. Хотя это может быть очевидной необходимостью, вы можете не понимать логику, стоящую за этим, или многого не знать о самом процессе балансировки. Вот почему мы встретились с Томом Либом, владельцем SCAT Enterprises, чтобы получить некоторое представление о балансировке коленчатого вала.

При балансировке коленчатого вала в противовесах можно просверлить отверстия, чтобы уменьшить вес, или заполнить их тяжелым металлом для увеличения веса.

Основная конструкция коленчатого вала проста. Сначала мы рассмотрим журналы. Коренные шейки — это места, где коленчатый вал «присоединяется» к блоку, а шатунные шейки — это места, где поршень и шатун в сборе прикрепляются к коленчатому валу. Противовесы кривошипа предназначены для компенсации веса штока и поршня при вращении. Именно в этих противовесах 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 (движение вверх и вниз). Балансировка коленчатого вала заключается в управлении вращательным и возвратно-поступательным движением. При определении баланса необходимо учитывать оба направления движения. Но как достигается баланс?

Вообще говоря, это делается путем удаления или добавления металла к противовесам. Но, чтобы найти баланс, вам нужно знать бобовый вес. Грузы — это фактические грузы, которые прикрепляются к шатунным шейкам коленчатого вала при балансировке, чтобы имитировать вес узла штока и поршня. Когда грузики установлены, кривошип готов к вращению на балансировочном станке. Несмотря на то, что существуют простые формулы для расчета необходимого веса боба, многое из того, что эти расчеты не учитывают.

Балансировка коленчатого вала заключается в управлении вращательным и возвратно-поступательным движением. Коленчатый вал вращается, а шатунно-поршневой агрегат совершает возвратно-поступательное движение.

Работающий двигатель чрезвычайно динамичен. Из-за этого идеально отбалансировать коленчатый вал практически невозможно. Есть много факторов, которые вступают в игру, когда вы начинаете рассматривать силы, действующие на коленчатый вал, длину шатуна, трение в подшипниках, давление в цилиндре, фазировку противовеса, обороты двигателя, трение в кольцах, длину хода, вторичные вибрации, качающиеся пары и т. статическая масса. Все эти силы машинист или изготовитель двигателя не может учесть в процессе балансировки. Это «несовершенство» процесса побудило многих машинистов и моторостроителей экспериментировать с различными способами балансировки.

Отсутствие балансировки коленчатого вала похоже на выпас муравьев. – Том Лейб, владелец SCAT Enterprises

Если вы говорите о стандартном двигателе для легкового автомобиля, который почти всегда будет работать в диапазоне низких оборотов и не будет развивать большую мощность, то процесс балансировки не так важен. . Когда вы работаете с высокими оборотами и высокой мощностью, точная балансировка — это все.

Балансировка коленчатого вала требует специального оборудования и специально обученных механиков или моторостроителей, которые понимают, что нужно делать и как это делать правильно. SCAT Enterprises имеет 10 балансировочных машин, которые работают по 10 часов в день. Предприятие SCAT может производить 50-60 сбалансированных вращающихся узлов в день.

«Не отбалансировать коленчатый вал — все равно, что пасти муравьев. Все внутри двигателя работает вместе, и если у вас есть цилиндры, бьющиеся друг с другом, у вас будут плохие вибрации. Это все разрушит, — объяснил Том.

Балансировка — это игра чисел, и большинство людей возлагают на этот процесс нереалистичные ожидания. Например, много раз люди искали слесаря, чтобы отбалансировать вращающийся узел (шатуны и поршни) с точностью до 1-2 граммов. К счастью, производитель обычно заботится об этом, когда шатуны и поршни группируются вместе.

«Дело в том, что поршни отбалансированы с точностью до 2 граммов». Том продолжил: «Стержни сбалансированы с точностью плюс-минус 2 грамма от начала до конца. Большинство людей не знают, что такое грамм на самом деле. Один грамм равен 1/28 унции. Фактический вес грамма примерно равен весу долларовой купюры. Когда говорят о балансировке в пределах полграмма или балансировке до нуля, почти невозможно сделать это со 100-процентной точностью».

«Есть смысл быть практичным, и есть смысл быть фанатичным. Ключ к балансировке заключается в том, чтобы оба конца коленчатого вала были одинаковыми. Если вы сбалансированы с точностью до грамма или двух, то все готово».

Процесс обработки

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

Если груз снимается, противовес просверливают или разрезают, чтобы облегчить его. Противовес можно просверлить в определенных местах, или коленчатый вал можно обточить на токарном станке, а противовес можно обрезать для достижения баланса. Если во многих отношениях можно повернуть рукоятку на токарном станке, это лучший способ снять вес. Резка удаляет массу, что меняет инерционные характеристики. В любое время общая вращательная масса может быть уменьшена, это выгодно. К сожалению, это не всегда возможно, так как во многих случаях необходимо снять вес с определенного места.

Для обработки коленчатых валов требуется специальное оборудование, чтобы либо облегчить противовесы, либо подготовить их для Мэллори (тяжелый металл).

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

Проблема с добавлением веса заключается в том, что необходимо удалить материал, прежде чем можно будет добавить вес. Таким образом, гипотетически, если необходимо добавить 28 граммов, 14 граммов будут удалены, чтобы добавить 28. Это дает вам увеличение веса примерно на 14 граммов.

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

Помимо оборудования, чрезвычайно важен и оператор. Важно использовать механика, который понимает процесс балансировки и что необходимо сделать.

«Когда коленчатый вал слишком тяжелый в одном месте, это значит, что он слишком легкий в другом». Том продолжает: «Возможность посмотреть на коленчатый вал и понять, где находится этот вес, и принять эти решения — не каждый может это сделать. Большинство проблем с балансировкой возникают из-за недостатка знаний или незнания того, как использовать оборудование».

Внутренний vs. Внешний

Когда речь идет о двигателе внутреннего сгорания, бывают случаи, когда физическое пространство внутри двигателя ограничено. Иногда противовесы коленчатого вала просто не могут быть достаточно большими, чтобы уравновесить шатунно-поршневой узел в пределах картера. Это вынуждает производителей производить внешнюю балансировку некоторых двигателей. В этих приложениях дополнительный вес добавляется к гармоническому балансиру 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. Недостатком является менее точная работа по балансировке вращающегося узла. Эти веса также воздействуют на коленчатый вал собственной крутящей силой, что может быть отрицательным.

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

«Внешний вес является неподдерживаемым весом. Ограничивающим фактором становится число оборотов в минуту. Внешне сбалансированный коленчатый вал увеличивает вес по мере увеличения оборотов двигателя и в крайних случаях может вызвать движение и поломку коленчатого вала», — объяснил Том.

Всегда, когда это возможно, рекомендуется внутренняя балансировка двигателя. Вес каждого противовеса подобран таким образом, чтобы соответствовать каждому набору шатунов и поршней. Это обеспечивает максимально плавную работу в нужном диапазоне оборотов. Это обеспечит плавный ход двигателя с минимальной вибрацией. Минимальная вибрация обеспечит долгий и безотказный срок службы.

Если вы сбалансированы с точностью до грамма или двух, то все готово. – Том Лейб

Независимо от того, строите ли вы легкий уличный двигатель или полноценный гоночный двигатель, ключевое значение имеет точная и качественная работа по балансировке. Сделайте свою домашнюю работу и знайте, что входит в процесс. Если вы начинаете с новых деталей, SCAT предлагает индивидуальные, предварительно сбалансированные вращающиеся узлы практически для любого уровня производительности. Ежедневно компания тянет и балансирует 50-60 вращающихся узлов. Каждый заказ является индивидуальным и сбалансированным для каждого клиента, поэтому вы можете быть уверены, что получаете отличные детали, которые собраны и сбалансированы правильно для вашего приложения.