Уравновешивающие валы используются в поршневых двигателях для уменьшения вибрации за счет компенсации неуравновешенных динамических сил. Уравновешивающие валы имеют эксцентриковые веса и вращаются в противоположном направлении друг от друга, что создает результирующую вертикальную силу.
Балансирный вал был изобретен и запатентован британским инженером Фредериком В. Ланчестером в 1904 году. Он чаще всего используется в рядных четырехцилиндровых двигателях и двигателях V6, используемых в автомобилях и мотоциклах.
Обзор [ править ]
_031.jpg/440px-Lanchester_patent_harmonic_balancer_(Modern_Motors,_I)_031.jpg)
_031.jpg){kind=link}
Принцип работы системы уравновешивающих валов заключается в том, что два вала с одинаковыми эксцентриковыми грузами вращаются в противоположных направлениях с удвоенной частотой вращения двигателя. Фазирование валов таково, что центробежные силы, создаваемые грузами, компенсируют вертикальные силы второго порядка (при удвоенных оборотах двигателя), создаваемые двигателем. [1] Горизонтальные силы, создаваемые уравновешивающими валами, равны и противоположны и поэтому компенсируют друг друга.
Уравновешивающие валы не уменьшают вибрации коленчатого вала . [2]
Приложения [ править ]
Двухцилиндровые двигатели [ править ]
Во многих двигателях мотоциклов, особенно в двигателях с прямыми сдвоенными двигателями , используются системы уравновешивающих валов, например, двигатели Yamaha TRX850 и Yamaha TDM850 имеют коленчатый вал с углом поворота 270 ° и балансирный вал. Альтернативный подход, который используется в параллельном двухцилиндровом двигателе BMW GS , заключается в использовании «фиктивного» шатуна, который перемещает навесной противовес.
Четырехцилиндровые двигатели [ править ]
Балансирные валы часто используются в четырехрядных двигателях для уменьшения вибрации второго порядка (вертикальная сила, колеблющаяся при удвоенных оборотах двигателя ), которая присуща конструкции типичного рядного четырехцилиндрового двигателя. Эта вибрация возникает из-за того, что движение шатунов в равномерно работающем рядном четырехцилиндровом двигателе не является симметричным при вращении коленчатого вала; таким образом, в течение заданного периода вращения коленчатого вала опускающийся и поднимающийся поршни не всегда полностью противоположны в своем ускорении, что приводит к увеличению суммарной вертикальной силы, дважды за каждый оборот (которая увеличивается квадратично с числом оборотов в минуту). [3]
Величина вибрации также увеличивается с рабочим объемом двигателя, в результате чего балансирные валы часто используются в рядных четырехцилиндровых двигателях с рабочим объемом 2,2 л (134 куб. Дюйма) или более. Как увеличенный ход, так и диаметр отверстия вызывают повышенную вторичную вибрацию; больший ход увеличивает разницу в ускорении, а больший канал увеличивает массу поршней.
Конструкция уравновешивающих валов Lanchester была усовершенствована с помощью Mitsubishi Astron 80 , рядного четырехцилиндрового автомобильного двигателя, представленного в 1975 году. Этот двигатель был первым, в котором один уравновешивающий вал был расположен выше другого, чтобы противодействовать качению пары второго порядка (т.е. оси коленчатого вала) из-за крутящего момента, создаваемого инерцией, вызванной увеличением и уменьшением частоты вращения двигателя. [4] [5]
В четырехцилиндровом двигателе силы компенсируются поршнями, движущимися в противоположных направлениях. Следовательно, балансирные валы не нужны в четырехцилиндровых двигателях.
Пятицилиндровые двигатели [ править ]
Балансирный вал также используется в двигателях Straight-Five, таких как GM Vortec 3700 .
Шестицилиндровые двигатели [ править ]
В рядном шестицилиндровом двигателе и плоском шестицилиндровом двигателе силы качания уравновешены естественным образом, поэтому балансирные валы не требуются.
Двигатели V6 по своей природе неуравновешены, независимо от угла поворота. Любой рядный двигатель с нечетным числом цилиндров имеет первичный дисбаланс , который вызывает сквозное качательное движение. Поскольку каждый ряд цилиндров в V6 состоит из трех цилиндров, каждый ряд цилиндров испытывает это движение. [6] Балансирные валы используются в различных двигателях V6 для уменьшения этого раскачивания.
См. Также [ править ]
- Балансировочная машина
- Баланс двигателя
Ссылки [ править ]
- ^ «Балансировка двигателя и балансирные валы» . www.zzperformance.com . Проверено 20 августа 2019 .
- ^ «Взвешивание преимуществ балансировки двигателя» . www.babcox.com . Архивировано из оригинального 24 февраля 2009 года . Проверено 12 декабря 2004 года .
- ^ "Встряхивающие силы сдвоенных двигателей" , Vittore Cossalter, Dinamoto.it
- ^ Карни, Дэн (2014-06-10). «Раньше они были автопроизводителями» . ВЕЛИКОБРИТАНИЯ: BBC . Проверено 1 ноября 2018 .
- ^ Надель, Брайан (июнь 1989). "Уравновешивание". Популярная наука . п. 52.
- ^ "Физика: Углы цилиндров двигателя" . www.caranddriver.com . 14 января 2011 . Проверено 22 августа 2019 .
