Балансирный вал - Balance shaft

Балансирный вал в Двигатель Ford Taunus V4.

Балансирные валы используются в поршневые двигатели уменьшить вибрация за счет устранения неуравновешенных динамических сил. Уравновешивающие валы имеют эксцентриковые веса и вращаются в противоположном направлении друг от друга, что создает чистую вертикальную силу.

Балансирный вал был изобретен и запатентован британским инженером. Фредерик В. Ланчестер в 1904 году. Чаще всего он используется в рядных четырехцилиндровых двигателях и двигателях V6, используемых в автомобилях и мотоциклах.

Обзор

Балансир вертикальных сил Lanchester. Эксцентриковые массы обозначены буквами «C» и «D».

Принцип работы системы уравновешивающих валов заключается в том, что два вала имеют одинаковые эксцентричный гири 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, испытываемые коленчатый вал. [2]

Приложения

Двухцилиндровые двигатели

Множество двигателей мотоциклов - особенно прямоточные двигатели - использовали системы балансирных валов, например Yamaha TRX850 и Yamaha TDM850 двигатели имеют коленчатый вал 270 ° с балансирным валом. Альтернативный подход, используемый Параллельно-твин BMW GS, заключается в использовании «фиктивного» шатуна, который перемещает навесной противовес.

Четырехцилиндровые двигатели

Шестерни газораспределения на Двигатель Ford Taunus V4. Балансирный вал идет от малой шестерни слева (большая шестерня предназначена для распредвал, заставляя его вращаться на половину скорости коленчатого вала).

Балансирные валы часто используются в рядные четыре двигателя, чтобы уменьшить вибрация второго порядка (вертикальная сила, колеблющаяся на удвоенной мощности двигателя Об / мин ), что заложено в конструкции типичного рядного четырехцилиндрового двигателя. Эта вибрация возникает из-за движения шатуны в равномерно работающем рядном четырехцилиндровом двигателе не является симметричным на всем протяжении вращения коленчатого вала; таким образом, в течение заданного периода вращения коленчатого вала опускающийся и поднимающийся поршни не всегда полностью противостоят друг другу в своем ускорении, создавая результирующую вертикальную силу дважды за каждый оборот (которая увеличивает квадратично с об / мин).[3]

Количество вибрации также увеличивается с рабочим объемом двигателя, в результате чего балансирные валы часто используются в четырехрядных двигателях с рабочим объемом 2,2 л (134 куб. Дюйма) или более. Оба повышенных Инсульт или же сверлить вызывают повышенную вторичную вибрацию; больший ход увеличивает разницу в ускорении, а больший канал увеличивает массу поршней.

Конструкция уравновешивающих валов Lanchester была усовершенствована с Митсубиси Астрон 80, рядный четырехцилиндровый автомобильный двигатель, представленный в 1975 году. Этот двигатель был первым, в котором один уравновешивающий вал был расположен выше другого, чтобы противодействовать качению пары второго порядка (т.е. вокруг оси коленчатого вала) из-за крутящего момента, создаваемого инерцией, вызванной увеличивается и уменьшается частота вращения двигателя.[4][5]

В четырехцилиндровый двигатель, силы компенсируются поршнями, движущимися в противоположных направлениях. Поэтому балансирные валы не нужны в четырехквартирных двигателях.


Пятицилиндровые двигатели

Балансирный вал также используется в Прямые пять двигателей такие как GM Vortec 3700.

Шестицилиндровые двигатели

В рядный шестицилиндровый двигатель и плоский шестицилиндровый двигатель, силы качания уравновешиваются естественным образом, поэтому балансирные валы не требуются.

Двигатели V6 по своей природе несбалансированы, независимо от угла поворота. Любой рядный двигатель с нечетным числом цилиндров имеет первичный дисбаланс, вызывающее качательное движение из конца в конец. Поскольку каждый ряд цилиндров в V6 состоит из трех цилиндров, каждый ряд цилиндров испытывает это движение.[6] Уравновешивающие валы используются в различных двигателях V6 для уменьшения этого раскачивания.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Балансировка двигателя и балансирные валы». www.zzperformance.com. Получено 20 августа 2019.
  2. ^ «Взвешивание преимуществ балансировки двигателя». www.babcox.com. Архивировано из оригинал 24 февраля 2009 г.. Получено 12 декабря 2004.
  3. ^ «Встряхивающие силы двухмоторных двигателей», Витторе Коссалтер, Dinamoto.it
  4. ^ Карни, Дэн (10.06.2014). «Раньше они были автопроизводителями». Великобритания: BBC. Получено 2018-11-01.
  5. ^ Надел, Брайан (июнь 1989 г.). "Уравновешивание". Популярная наука. п. 52.
  6. ^ "Физика: углов цилиндров двигателя". www.caranddriver.com. 14 января 2011 г.. Получено 22 августа 2019.