Динамическая балансировка коленвала: Балансировка коленвала

Содержание

Как отбалансировать маховик двигателя


Почему нужна балансировка, и как отбалансировать маховик?

Из-за того, что масса по изделию распределяется неравномерно, при его вращении на нем возникают переменные нагрузки благодаря действию сил инерции, которые, как известно, пропорциональны величине массы и квадрату скорости. Такие изменяющиеся силы приводят к возникновению вибрации, которая разрушительно действует на механизмы, вызывая их преждевременный износ, снижают эффективность и экономичность машин.

Таким образом, балансировка, т.е. уравновешивание вращающихся масс, устраняет воздействие сил инерции и обеспечивает условия для длительной и эффективной работы механизма. Возвращаясь к нашему ДВС и использованию маховика после его облегчения, связанного с удалением металла, надо отметить, что при этом возникают неуравновешенные массы. Поэтому перед установкой в автомобиль маховик необходимо отбалансировать, чтобы исключить отрицательные воздействия на мотор вследствие проведенных доработок.

Существует несколько видов дисбаланса:

  1. Статический. Он возникает, когда по отношению к оси устройства появляется некий груз или масса. Это будет равносильно смещению самой оси устройства относительно оси вращения. Подобное смещение будет служить источником вибрации.
  2. Моментный, когда возникают на краях, например, маховика, дополнительные массы. В этом случае, хоть массы и уравновешены и никак не проявляются в статическом состоянии, но при вращении создают сильнейшую вибрацию.
  3. Динамическая неуравновешенность, представляющая собой одновременное воздействие первых двух. Именно для исключения этого проводится балансировка колес в шиномонтаже.

Устранения различных видов дисбаланса обычно производится на специальном оборудовании, но тот же самый маховик, можно отбалансировать в домашних условиях при помощи подручных средств. Во всяком случае, статическая балансировка маховика, таким образом, проводится довольно-таки просто.

Признаки возникновения дисбаланса маховика

Качество ремонта двигателя напрямую зависит в первую очередь от человеческого фактора, поэтому даже после ремонта часто обнаруживаются признаки необходимости проведения балансировки маховиков в Екатеринбурге:

  • Посторонние размеренные шумы в двигателе, напоминающие стук могут возникать из-за смещенного центра тяжести кривошипа. Эксплуатация в таком состоянии быстро приведет к износу подшипников скольжения, а при высоких оборотах возникает вероятность обрыва или излома отдельных деталей из-за сильных центробежных усилий.
  • Двигатель не выходит на высокие обороты, при этом плавная раскрутка коленвала сопровождается большой раскачкой его на опорных подушках – такое состояние просто недопустимо для нормальной работы двигателя, поэтому срочно требуется балансировка маховиков.
  • Инерционная динамика раскрутки коленчатого вала с возникновением вибрации всего двигателя, что на ходу автомобиля воспринимается размеренным подергиванием, т.е. из-за возникающих центробежных усилий раскручивание коленвала замедляется, что приводит к потере мощности двигателя и перерасходу топлива.

Балансировка маховика в домашних условиях

Как уже было отмечено, наиболее просто выполняется статическая балансировка. Ее можно провести по-разному, с использованием вспомогательных средств и инструментов, исходя из наличия последних. В данном случае необходимо руководствоваться тем фактом, что при свободном вывешивании маховика он установится в положение, при котором его самая тяжелая часть будет располагаться внизу.

Чтобы определить такое положение, маховик располагают так, чтобы он мог свободно вращаться на опорах. Сделать это можно, закрепив его на валу, помещенном на опорах, в роли которых могут выступать уголки, как показано на рисунке

Или с этой целью могут быть использованы тиски, в которых зажимается вал, на котором на подшипниках закреплен маховик. Под собственным весом он начнет проворачиваться и встанет в нижнем положении самой тяжелой своей частью. Теперь осталось удалить лишний металл с тяжелой стороны, и можно считать, что маховик удалось уравновесить.

Для уравновешивания кроме удаления лишнего металла используют установку дополнительных грузов с противоположной стороны, выравнивая таким образом распределение масс. Однако более распространенным является высверливание лишнего металла в тяжелом месте, облегчая его и уравновешивая массы.

Дополнительную информацию о статической балансировке можно получить при просмотре видео » alt=»»>

» alt=»»> Что касается динамической балансировки, то она должна проводиться на специальном оборудовании и выполнить ее в условиях гаража вряд ли возможно. Хотя есть сообщения, что проводится и такая балансировка с помощью подручных средств.

Метки: балансировка маховика ваз

Комментарии 42

однако наука и жизнь)

Вообще-то балансировку принято делать в комплекте с коленвалом. С меткой по положению маховика. А так — колхоз, хотя у каждого свой подход к решению проблемы. И уже хорошо что кто-то об этом задумывается.

Вобщет положено отдельно. А потом вместе. И по метке

Динамическая балансировка маховика своими руками | OPPOZIT.RU | мотоциклы Урал, Днепр, BMW

Опыт динамического балансирования маховика в гаражных условиях. По просьбам трудящихся…

Маховик у меня — блин из двух разных, автошного и уралячего. В автошном сидит упорный подшипник сцепления.

Год назад, после изготовления этого маховика я его балансировал статически: в подшипник ось и делать так, что бы раскрученный маховик останавливался в любом положении.

На деле остались небольшие вибрации, думаю, из-за того, что в подшипнике есть трение и его небольшой дисбаланс маховика не повернет.

На днях в гараже попробовал по другому:
Берем длинную ось, по диаметру равную внутреннему диаметру подшипника (небольшое отступление: для обычного нашего маховика с посадочным конусом, что бы был подобный подшипник, можно сделать следующим образом: срезаем болгаркой со старого колена конус, отпускаем его и несем токарю, что бы он проточил в нем отверстие под небольшой подшипник, после чего сажаем в маховик), надеваем так, что бы маховик сидел на краю оси, оставить нужно сантиметров 5. Со стороны короткого отрезка кладем ось на упор )неважно какой, главное ничем не закреплять ее), со стороны длинного отрезка кладем ось на палец. Раскручиваем маховик чем либо . Палец(тот, который на руках), в результате, очень четко чувствует малейшие вибрации, которые передаются через ось. Останавливаем и вкручиваем в палец (это уже тот, что в маховик запрессован) заранее заготовленный кусочек прутка с резьбой 8х0,5. Таких кусочков нужно заготовить разной длинны, они выполняют роль грузиков. Далее, таким образом, попеременно вкручиваем грузики в пальцы и смотрим на увеличение и уменьшение биений. В случае, когда биения минимальны — с противоположной стороны сверлим отверстие, выкручиваем грузик и проверяем. Доводим до идеала.

Потратил 10 минут. Грузики были — 3 штуки, 5 мм длинной, 10 мм и короткий болтик со шляпкой.

Результат — вибрации практически отсутствуют.

Преимущество метода — фактически балансировка динамическая.

Балансировка маховика: как отбалансировать маховик

Балансировка маховика на стенде

Балансировка маховика своими руками или в сервисе – это обязательное мероприятие, проводимое в ходе переделки элемента или по иным причинам. Единственной целью балансировки является уравнивание нагрузок на различные части коленвала, гашение вибрационных сил.

Балансировка, и зачем она нужна

Вес растасовывается по маховику прерывисто, неравномерно. В ходе круговращения сформировываются преходящие нагрузки, которые появляются благодаря действию инерционных сил, соизмеримых совокупности массово-скоростных параметров, помноженных на себя.

Схема проведения балансировки

Все эти нагрузки и переменчивые силы, воздействуют на элементы автомобиля гибельно, провоцируя несвоевременный их износ, уменьшая их производительность и безубыточность.

Балансировка или симметрирование юзовых масс, сокращает влияние инерционных сил, обеспечивая тем самым, продолжительное и высокоэффективное функционирование механизма.

Балансировка маховика особенно нужна бывает в том случае, когда элемент подвергается модернизации. Процедура поможет исключить отрицательные воздействия на ДВС, чему причиной может стать проведенная доработка.

Модернизация, как правило, подразумевает замену стандартного маховика на облегченный.

Полезно будет знать, что существуют разновидности дисбаланса. Рассмотрим их подробнее.

  • Дисбаланс статический, который возникает в случае появления массы или некоего груза по отношению к оси устройства. Такой дисбаланс равносилен смещению оси. Негативные последствия – сильные вибрации.
  • Дисбаланс моментный, т.е., возникающий на краях маховика. Вызывается дополнительными массами, которые не проявляются в статике, а возникают при вращении и становятся источниками сильнейших колебаний.
  • Асимметрия динамического типа, которая представляет собой комбинированный вариант дисбаланса. Другими словами, это одновременное воздействие статического и моментного дисбаланса, крайне отрицательно влияющего на состояние узлов автомобиля (встречается чаще в шиномонтаже, среди проблем маховика, как правило, не встречается).

Как и где проводится балансировка

Настройка проводится и на спецоборудовании, и в домашних условиях. Все зависит от финансовых возможностей. Однако следует знать, что в гараже удастся нивелировать статический дисбаланс, а вот для нейтрализации моментного или комбинированного нужен стенд, профессиональный.

Регулировка маховика в тисках

Балансировка по новейшим технологиям

О том, как отбалансировать маховик без профессиональной помощи, написано много. Наиболее проще, как и говорилось, провести настройку, минимизирующую статический дисбаланс. Выполняется она по-разному, но более распространена процедура с использованием сподручных средств и кое-каких инструментов.

Важно учитывать при балансировке своими руками нюанс из физики, что свободное вывешивание маховика приведет к тому, что его наиболее тяжелая сторона (точка) будет останавливаться внизу.

Для беспрепятственного функционирования маховик ставят так, чтобы обеспечить свободное вращение на опорах.

Вот, что следует сделать:

  • установить два угольника, зафиксировать их;
  • маховик зафиксировать на вал;
  • поставить вал с маховиком на уголки (см. фото).

Балансировка в домашних условиях на уголках

Если найти угольники подходящего типа не удалось, то в качестве держателя могут быть применены тиски. В них зажимается вал, на который заранее вдевается маховик на подшипниках.

Маховик зажат в тиски

Вися в свободном положении, маховик априори будет вставать самой тяжелой своей стороной вниз, по закону физики, если его вращать. Другими словами, он остановится так, что самая тяжелая часть будет внизу (отмечается фломастером точка), каждый раз после вращения. Удалив именно с этой части элемента преизбыточный металл, удастся отрегулировать маховик. В таком духе части маховика уравновешиваются.

Внимание. Подшипник маховика должен быть обязательно чистым, иначе возможны заедания. Рекомендуется также смазать его силиконовым составом, чтобы элемент вращался легче.

Если маховик после каждого вращения останавливается нижней частью своей в разных точках, это лишь говорит о хорошо проведенной балансировке изделия. Кроме того, он не должен повернуть обратно, после остановки, что также случается при неправильной балансировке.

Помимо обсечения излишнего металла, используется также установка добавочных тяжестей с противолежащей стороны. Это называется распределением масс изделия. Но, все же, снятие избыточного металла, путем высверливания или шлифовки – куда более распространенное явление.

Облегчение и балансировка коленвала

Проверить метод на эффективность можно вполне оригинальным способом. На маховике с задней части имеются болты. Можно будет снять один из них, и проверить вращение. По логике эта точка маховика каждый раз должна останавливаться вверху, так как самая легкая. Так оно и происходит, если конечно, маховик хорошо отбалансирован.

Внимание. Проверять методом вращения рекомендуется, как в одну, так и в другую стороны.

Для более тонкой настройки вместо снятого болта ставится крепеж полегче. Маховик опять должен вставать легкой частью (легким болтом) вверх.

То же самое делается и в обратном направлении. Т.е, вместо штатного болта ставится крепеж уже потяжелее. В ходе вращения маховик должен останавливаться этим болтом вниз.

В ходе эксперимента рекомендуется не жалеть смазки для подшипника маховика. Его следует периодически смазывать, чтобы вращение не встречало на своем пути никаких преград.

Следует знать, что балансировка маховика, методом установки его в тиски, реагирует на изменение веса больше 10 г. В противном случае на изменения самодельный стенд не отреагирует. Получается, что идеально отбалансировать маховик в таких условиях не получится. Нужен профессиональный стенд.

Профессиональная балансировка

Балансировка коленвала с маховиком нужна бывает не только после замены элемента. Процедура обязательна после ремонта маховика, когда меняется венец, после замены сцепления и даже после прочистки маслоканалов коленвала.

Если пренебречь этой процедурой, мотор автомобиля, даже на повышенных оборотах, будет сильно вибрировать. Безусловно, допустить этого никак нельзя.

Балансировка коленвала и маховика – довольно распространенная процедура не только автозаводов, но и предприятий, производящих современные мотоциклы. Например, балансировка известного мотоцикла Днепр или автомобиля ЗАЗ проводится вкупе с настройкой коленвала, сцепления и центрифуги.

Цель проведенной операции – добиться абсолютно одинакового веса всех составляющих тестируемого элемента. Странно, но некоторые автозаводы пренебрегают этим. По этой причине всем автомобилистам и мотоциклистам на заметку: проводите балансировку при первом же ремонте ДВС.

Уравновешивание | Мото-мануалы и инструкции

Работа четырехцилиндрового однорядного двигателя

Во время работы поршневого двигателя внутреннего сгорания подвижные детали, перемещаясь, вызывают появление сил и моментов сил инерции, изменяющихся в течение рабочего цикла и по модулю, и по направлению. Это вызывает неравномерность работы двигателя, выражающуюся в его вибрации, передающейся на опоры и далее на автомобиль в целом.

Действия, направленные на устранение причин вибраций, т. е. неуравновешенности двигателя во время его работы, называются уравновешиванием двигателей. 

Уравновешивание двигателя сводится к созданию такой системы, в которой равнодействующие силы и их моменты постоянны по величине или равны нулю. Двигатель считается полностью уравновешенным, если при установившемся режиме работы силы и моменты, действующие на его опоры, постоянны по величине и направлению.

У всех поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) возникает реактивный момент, противоположный крутящему моменту, который называется опрокидывающим. Опрокидывающий момент передается на подмоторную раму, и, поскольку его величина изменяется во времени, вызывает вибрацию автомобиля. Значение опрокидывающего момента является функцией угла поворота коленчатого вала, также, как и значение крутящего момента, т. е. эти величины являются переменными.
По этой причине абсолютной уравновешенности поршневого ДВС достигнуть невозможно. Однако в зависимости от того, в какой степени устраняются причины, вызывающие неуравновешенность двигателя, различают двигатели полностью уравновешенные, частично уравновешенные, и неуравновешенные.

Теоретически любые свободные силы инерции и их моменты могут быть уравновешены. Однако на практике это сопровождается значительным усложнением и удорожанием конструкции. А так как уравновешивание осуществляется не только с учетом технической, но и экономической целесообразности, то не все поршневые двигатели уравновешиваются полностью.

Исследование технологий полевой динамической балансировки для системы коленчатого вала большого дизельного двигателя

Чтобы уменьшить неуравновешенную массу и сопутствующую неуравновешенную вибрацию системы коленчатого вала дизельного двигателя, в статье представлены метод полевой динамической балансировки и его ключевые технологии. Чтобы отделить сигнал неуравновешенной вибрации от общего сигнала вибрации системы коленчатого вала, сначала был введен принцип подбора сигнала основной частоты, основанный на методе наименьших квадратов, а затем был применен метод вейвлет-шумоподавления для повышения точности подбора сигнала методом наименьших квадратов. метод.На основе анализа сигнала неуравновешенной вибрации и оценки системы коленчатого вала был применен метод коэффициента влияния для расчета величины и фазы эквивалентной неуравновешенной массы в маховике. Чтобы легко исправить состояние дисбаланса системы коленчатого вала, оборудование для регулировки дисбаланса было разработано на основе конструкции маховика. Уравновешивающий эффект полевой системы динамической балансировки, разработанной для большого дизельного двигателя, был подтвержден полевыми экспериментами.

1.Введение

Большой дизельный двигатель является важным генерирующим и энергетическим оборудованием судов. На практике неуравновешенная масса системы коленчатого вала может создаваться и за пределами допустимого диапазона, на который влияют факторы точности обработки, точности монтажа, износа и деформации и т.д. Огромная неуравновешенная вибрация системы коленчатого вала может быть вызвана неуравновешенной массой системы коленчатого вала, что может нарушить стабильность работы дизельного двигателя, а затем ухудшить состояние износа среди узлов движения.Поэтому следует применять подходящий метод балансировки, чтобы уменьшить неуравновешенную массу и неуравновешенную вибрацию системы коленчатого вала.

Объект балансировки системы коленчатого вала дизеля включает в себя возвратно-поступательную силу инерции и силу инерции вращения. Как правило, в дизельном двигателе устанавливается специальный уравновешивающий механизм, уравновешивающий возвратно-поступательную силу инерции. В 1911 году Ланчестер изобрел технологию двухвального баланса [1]. В 2002 году Ishikawa et al. разработали систему балансирных валов мирового класса для двигателя 2AZ-FE.использование шестерен из смолы впервые. Надежность достигнута за счет разработки высокопрочной смолы с оптимальными ударопоглощающими характеристиками [2]. В 2007 году Fan et al. предложили новую концепцию метода балансировки «толстый-тонкий двойной вал» для 4-цилиндрового дизельного двигателя. [3]. В 2009 году Сольферино предложил двигатель внутреннего сгорания с коленчатым валом и первым и вторым уравновешивающими валами, которые передавались от одного к другому, в качестве системы одностороннего натяжения, применяемой к гибкому приводу, проходящему между коленчатым валом двигателя и первым из них. балансирные валы [4].В 2015 году Сайдовиц и соавт. описал систему уравновешивания одноцилиндрового двигателя, у которого уравновешивающий вал включал в себя первичный уравновешивающий вал для первого вида сил и по крайней мере один вторичный уравновешивающий вал для второго вида сил [5].

Противовесы обычно используются для уравновешивания силы инерции вращения, а методы компоновки противовесов включают метод секционной балансировки, метод интегральной балансировки и метод неравномерной балансировки. В 2000 году метод смещения центра масс был применен для изучения характеристик балансировки двигателя внутреннего сгорания Саном и Фэнгом [6].В 2007 году Sun et al. применил балансировочный механизм проскальзывающего типа для изучения и анализа характеристик балансировки одноцилиндрового дизельного двигателя. [7]. В 2009 году влияние массы и положения противовеса на нагрузку на коренной подшипник и напряжение изгиба коленчатого вала рядного шестицилиндрового дизельного двигателя было исследовано с помощью программы моделирования многотельных систем ADAMS, разработанной Йилмазом и Анласом [8]. В 2009 году Ян и др. представили модель, состоящую из коленчатого вала, шатуна и поршня. разделить возвратно-поступательную массу и вращающуюся массу шатунного узла на основе моделирования динамики многих тел [9].В 2011 году Лю и Хьюстон представили набор формул для определения веса колец, необходимых для балансировки коленчатых валов шестицилиндровых двигателей V60 [10]. В 2012 году Ким и др. представили оптимальную концептуальную конструкцию балансирного вала. путем определения местоположения как дебалансного, так и опорного подшипника [11]. В 2012 году Карабулут разработал динамическую модель с тремя степенями свободы для двухцилиндрового четырехтактного двигателя, которая позволила одновременно рассматривать коленчато-поршневой механизм и блок цилиндров.Было получено простое соотношение для определения положения и массы противовесов, используемых для устранения вертикальной вибрации блока [12]. В 2015 году Хуо и соавт. построили теоретическую модель противовеса трансмиссионного механизма для получения значений противовеса и фазового угла противовеса на коленчатом и вторичном валах [13]. В 2016 г. Ipci и Karabulut провели сопряженное термодинамическое и динамическое моделирование одноцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя, в котором были оптимизированы масса противовеса и его радиальное расстояние [14].Чтобы изучить баланс двигателя со смещенным коленчатым валом, новое уравнение было получено из традиционного уравнения для кинематического анализа системы поршень-кривошип Танга и др. в 2016 г., которое было выполнено на 3-цилиндровом двигателе с одним коленчатым валом и избыточным противовесом для расчета соотношения фаз между уравновешивающим валом и противовесом [15].

На практике состояние разбалансировки системы коленчатого вала может измениться при длительной работе дизеля.Чтобы адаптировать изменение состояния дисбаланса системы коленчатого вала, балансировка поля была предложена Keizai Seminar et al. в 1990-х годах. На основе метода балансировки в полевых условиях можно измерить и скорректировать дисбаланс системы коленчатого вала в полевых условиях, а также обеспечить точность и своевременность балансировки [16, 17].

2. Метод выделения разбалансированного вибрационного сигнала

На практике в вибрационный сигнал коленчатого вала включается множество гармонических и шумовых сигналов.Различные гармонические сигналы представляют собой различные возбуждающие факторы, а сигнал неуравновешенной вибрации относится к составляющей основной частоты, смешанной с общим вибрационным сигналом системы коленчатого вала. Чтобы проанализировать состояние дисбаланса системы коленчатого вала, сигнал дисбаланса вибрации должен быть сначала отделен от общего сигнала вибрации. Традиционные методы сосредоточены на фильтрации и шумоподавлении на основе преобразования Фурье. Было обнаружено, что в выделенном сигнале основной частоты, основанном на традиционных методах, могут быть перепутаны составляющие основной частоты других сигналов, и эти составляющие основной частоты не могут быть скорректированы методом динамической балансировки [18].Для того чтобы уменьшить интерференцию составляющих основной частоты других сигналов, был применен метод наименьших квадратов для подгонки сигнала основной частоты неуравновешенной вибрации [18].

В соответствии с принципом ряда Фурье сигнал вибрации системы коленчатого вала выражается следующим образом:

В (1) представляет собой сигнал вибрации, представляет постоянный член сигнала вибрации, амплитуду и фазу компонент частоты порядка, соответственно, выражается как и , представляет собой частоту сигнала основной частоты.По расчету тригонометрической функции получаем

Линеаризуем (2) как

Связь параметров в (2) и (3) можно получить в (4) и (5).

Мы принимаем как частоту выборки, так и длину выборки; тогда мы можем получить дискретное уравнение (5) следующим образом:

В соответствии с принципом метода наименьших квадратов мы устанавливаем целевую функцию как

В функции (7) представляет собой дискретное значение выборочного сигнала.Взяв, соответственно, частную производную функции (7) по , которая равна нулю, получим следующие уравнения в частных производных:

Уравнение (8) является линейным нормальным уравнением порядка и может быть Метод устранения ПКА. Мы можем рассчитать значения параметров , а затем получить значения и , решив

. Чтобы проверить точность метода, мы разрабатываем программы моделирования и подбора сигналов на языке Labview. Уравнение имитирующего сигнала выражается следующим образом:

В (10) – шумовой сигнал.Чтобы проанализировать эффект аппроксимации сигнала, в сигнал имитации добавляются равномерный сигнал белого шума и сигнал периодического случайного шума соответственно. Амплитуда шумовых сигналов установлена ​​равной 0,4 для целей сравнения. Симуляционные сигналы показаны на Рисунке 1.

На основе сигналов на Рисунке 1 используется метод наименьших квадратов, соответственно, для подгонки первых 3-х порядковых компонентов моделируемых сигналов. Результаты подгонки показаны в таблице 1.

70047 9449449449449949 9004 9. 9004. 9005. Амплитуда Фаза

Ордены Без шумового сигнала . Однородный сигнал белого шума добавляется . Периодический случайный
2
Фаза Амплитуда Фаза Амплитуда

1 3 30 ° 2.98 29,93 ° 2,66 25,61 °
2 2 45 ° 1,99 44,73 ° 2,29 37,85 °
3 1,2 110 ° 1,21 110,27 ° 1,38 125,84 °

9 0002 Из таблицы 1 We Table Table Square.Но шумовой сигнал мало влияет на точность подгонки; поэтому мы можем использовать подходящий метод фильтрации, чтобы уменьшить шумовые помехи в практическом применении.

Практика показывает, что вибрационный сигнал коленчатого вала дизеля содержит большое количество периодических случайных шумовых сигналов и нестационарных сигналов, в то время как традиционный метод преобразования Фурье имеет большие трудности для обнаружения нестационарных сигналов.

Исследования показали, что гармонический вейвлет-анализ может анализировать нестационарные и сильные шумовые сигналы [19, 20].Кроме того, гармонический вейвлет имел функцию удержания фазы для каждой гармонической составляющей, что было очень важно для извлечения сигналов вибрации о дисбалансе ротора.

Согласно определению вейвлет-преобразования, вейвлет-преобразование сигнала во временной области, связанное с вейвлет-функцией в определенном масштабе, может быть выражено как

Гармоническое вейвлет-преобразование сигнала может быть выражено как

Уравнение (12) было временем доменное гармоническое вейвлет-преобразование в масштабах и .и были эквивалентны коэффициентам масштабирования гармонического вейвлет-преобразования. Преобразовав уравнение (12) с помощью преобразования Фурье, мы получим

Уравнение (13) представляет собой гармоническое вейвлет-преобразование в частотной области в масштабах и . Для последовательностей дискретных сигналов гармоническое вейвлет-преобразование было

. Из (11)–(14) видно, что гармоническое вейвлет-преобразование относительно просто и легко реализуемо. После разложения сигнала гармоническим вейвлетом локальный спектр разных полос частот уточняется и анализируется соответственно в разных слоях разложения и на одном слое.Затем сигнал реконструируется для реализации шумоподавления. На рис. 2 показаны сигнал во временной области и спектр мощности до и после фильтрации сигнала, показанного на рис. 1(с).


(a) Исходный сигнал и его спектр мощности
(b) Остаточный сигнал и его спектр мощности после вейвлет-шумоподавления
(a) Исходный сигнал и его спектр мощности
(b) остаточный сигнал и его спектр мощности после вейвлет-шумоподавления

Из рисунка 2 видно, что метод гармонического вейвлет-шумоподавления может фильтровать высокочастотный шумовой сигнал.Следовательно, метод шумоподавления гармонических вейвлетов используется в первую очередь для уменьшения шумового сигнала сигнала во временной области; затем используется метод наименьших квадратов для подгонки сигнала основной частоты к сигналу с шумоподавлением; поэтому точность подбора сигнала может быть значительно улучшена.

Для сравнительного анализа используется метод наименьших квадратов, соответственно, для аппроксимации основного и многочастотного сигналов до и после шумоподавления на рис. 2. Результаты аппроксимации показаны в таблице 2.

значение 192 470 40042 0,23839

Теоретическое значение Fitting значение начального сигнала Значение ошибки фитинга значения denoised сигнала Ошибка

амплитуды Фундаментальный частотный сигнал 3 2,6637 0,3363 3,0449 0,0449
Фаза основного частотного сигнала 300047 .6087 4,3913 28,3062 1,6938
Амплитуда сигнала второй гармоники частоты 2 2,2977 0,2977 1,9665 0,0335
Фаза сигнала второй гармоники частоты 45 37,8548 7,1452 47,7221 2,7221
Амплитуда сигнала частоты третьей гармоники +0,1839 1,2967 0,0967
фаза третьей гармоники частоты сигнала 110 125,842 15,8421 108,827 1,1732

Из таблицы 2 видно, что метод шумоподавления гармонического вейвлета может значительно улучшить коэффициент шума сигнала основной частоты, а затем повысить точность подгонки метода наименьших квадратов к основной частоте и ее гармоническим сигналам более высокого порядка.

3. Проектирование системы контроля вибрации и механизма регулировки дисбаланса системы коленчатого вала большого дизельного двигателя
3.1. Система обнаружения вибрации

Маховик является важным узлом системы коленчатого вала дизельного двигателя и соединяется с выходным концом коленчатого вала. При работе дизеля нестационарность и неравномерность частоты вращения коленчатого вала может быть уменьшена маховиком. Основываясь на функциональных характеристиках маховика, инерция вращения маховика больше, чем у коленчатого вала, поэтому систему коленчатого вала можно рассматривать как одностороннюю систему динамического баланса.

На практике конструкция системы коленчатого вала очень компактна, и устанавливать бесконтактный датчик непосредственно для измерения сигнала вибрации коленчатого вала неудобно. Поэтому неуравновешенная вибрация системы коленчатого вала исследуется путем непосредственного наблюдения за вибрационным состоянием маховика на бумаге. Принцип измерения сигнала показан на рисунке 3.


На рисунке 3 вихретоковый датчик используется для измерения сигналов радиального виброперемещения маховика, а фотоэлектрический датчик используется для измерения опорного сигнала.Каждый сигнал сбора данных датчика соединяется с платой сбора данных через высокопроизводительный экранирующий кабель. Наконец, сигналы каналов собираются с помощью программного обеспечения и анализируются на компьютере. В ходе анализа вибрационного сигнала положение нарастающего фронта первого импульса опорного сигнала принимается за опорную нулевую точку.

3.2. Механизм регулировки дисбаланса

Механизм регулировки дисбаланса предназначен для пробного веса и коррекции вектора дисбаланса системы коленчатого вала.Чтобы не изменять структуру шпиндельной системы дизельного двигателя, механизм регулировки дисбаланса спроектирован так, как показано на рис. 4.


(а) Механизм корректирующий
(б) Принцип корректирующий
(а) Механизм корректирующий
(б) Принцип корректирующий

Механизм основан на маховике при невыводе коленчатый вал. Четыре позиции просверлены и нарезаны радиально под углами 0°, 90°, 180° и 270° маховика.На каждое отверстие устанавливается длинный болт. На каждый длинный болт насажено по три гайки, из которых гайка 2 служит для стопорения длинного болта с маховиком, а гайка 3 — для регулировки и стопорения радиального дисбаланса длинного болта. При правильной регулировке четырех радиальных положений гайки 3 вектор дисбаланса системы коленчатого вала можно регулировать на 360°.

Если эквивалентный вектор неуравновешенности системы коленчатого вала принять как и задать радиальные эквивалентные векторы дисбаланса при 0°, 90°, 180° и 270° маховика как , , , и , (15) можно получить на основе вектора принцип баланса синтеза и механизма.

И тогда на основе (15) можно получить амплитудное уравнение (16) и фазовое уравнение (17).

На основании (16) и (17) можно рассчитать требуемые корректирующие векторы и по — и -осям корректирующего устройства.

4. Расчет корректирующего вектора на основе метода коэффициента влияния

Коэффициент влияния может быть определен как изменение дисбаланса вибрации точки измерения при воздействии дисбаланса устройства на поверхность пробного груза. Метод динамической балансировки коэффициента влияния по своей сути является экспериментальным методом.Принцип и процесс метода коэффициента влияния одной стороны описываются следующим образом.

Отрегулируйте скорость системы коленчатого вала до балансировочной скорости, измерьте вибрацию маховика и эталонный сигнал без пробного груза и извлеките начальную неуравновешенную вибрацию коленчатого вала с балансировочной скоростью в качестве основной частоты. При этом начальная неуравновешенность системы коленчатого вала, эквивалентная маховику, принимается равной .

Отрегулируйте эквивалентный вектор дисбаланса корректирующего механизма как , а синтетический вектор дисбаланса системы коленчатого вала и корректирующий вектор принимают как   .Отрегулируйте скорость коленчатого вала до скорости балансировки, а затем можно измерить и извлечь вектор неуравновешенных колебаний (предполагаемый как ) системы коленчатого вала.

Векторные диаграммы , и показаны на рисунке 5.


Из геометрического соотношения на рисунке 5 можно получить следующие уравнения.

Исходя из определения коэффициента влияния, коэффициент влияния амплитуды неуравновешенной вибрации показан в

Кроме того, угол отставания фазы неуравновешенной вибрации точки измерения, отстающей от вектора коррекции, показан в

Вышеуказанные параметры , соответственно, сохраненные как коэффициенты влияния в системе для оценки эквивалентного дисбаланса системы коленчатого вала.

Установить измеренные сигналы неуравновешенной вибрации системы коленчатого вала как ; то эквивалентный дисбаланс на маховике системы коленчатого вала можно рассчитать по следующим уравнениям:

На основании результатов расчетов корректирующий эквивалентный вектор механизма регулировки установить равным , после чего можно скорректировать вектор дисбаланса системы коленчатого вала.

Основываясь на приведенном выше анализе, этапы применения технологий полевой динамической балансировки резюмируются следующим образом для системы коленчатого вала большого дизельного двигателя.

Этап 1. Подходящий корректирующий механизм должен быть предназначен для испытания пробным грузом и регулировки дисбаланса. Подходящий метод обнаружения должен быть предназначен для измерения вибрации и эталонных сигналов системы коленчатого вала.

Шаг 2. Выбирается испытательная скорость системы коленчатого вала, а затем посредством серии экспериментов получаются вибрационные и опорные сигналы точек контроля.

Шаг 3. Измеренные сигналы вибрации фильтруются методом гармонического вейвлет-шумоподавления.

Шаг 4. Метод наименьших квадратов используется для подгонки амплитуды и фазы сигнала основной частоты к сигналу с шумоподавлением, а затем фактическая фаза сигнала основной частоты может быть рассчитана в сочетании с опорным сигналом.

Шаг 5. Основываясь на принципе и процессе метода одностороннего коэффициента влияния, можно проверить и рассчитать коэффициент влияния между корректирующим механизмом и системой коленчатого вала в соответствии с шагами 2–4.

Шаг 6. Установите вектор синтетической дисбаланса корректирующего механизма равным нулю и проверьте фактические значения фазы и амплитуды вибрации системы коленчатого вала, после чего можно рассчитать корректирующий вектор с помощью метода коэффициента влияния.

Шаг 7. Вектор синтетической дисбаланса корректирующего механизма должен быть приведен равным корректирующему вектору.

Шаг 8. Эксперименты по вибрации проводятся для проверки эффекта балансировки.

5. Экспериментальный анализ

На основе принципа мониторинга и измерения вибрации, показанного на рис. 3, картина измерения поля показана на рис. 6.


ноль в механизме регулировки. И установите экспериментальную скорость дизельного двигателя как 300 об/мин, частоту дискретизации 1000 Гц и длину выборки 1000 точек, затем измеряются сигналы вибрации и опорные сигналы точек измерения, как показано на рисунке 7.


(a) Начальный сигнал вибрации системы коленчатого вала
(b) Опорный сигнал системы коленчатого вала
(a) Начальный сигнал вибрации системы коленчатого вала
(b) Опорный сигнал системы коленчатого вала

Из рисунка 7 видно, что амплитуда контролируемого сигнала больше. При сравнении с эталонным сигналом основные частотные характеристики сигнала вибрации в точке измерения очевидны, что свидетельствует о большем векторе дисбаланса в системе коленчатого вала дизеля.Чтобы повысить точность разделения несбалансированных сигналов вибрации, метод гармонического шумоподавления сначала используется для уменьшения шумового сигнала на рис. 7. Сигналы контрастируют, как показано на рис. 8, до и после шумоподавления.


(a) Исходный вибрационный сигнал коленчатого вала
(b) Остаточный вибрационный сигнал после вейвлет-шумоподавления
(a) Исходный вибрационный сигнал коленчатого вала
(b) Остаточный вибрационный сигнал после вейвлет-шумоподавления

Как показано на рисунке 8, кривая сигнала после шумоподавления относительно гладкая, что указывает на то, что большая часть шумовых сигналов была отфильтрована.

Метод наименьших квадратов используется для подбора сигнала основной частоты из сигнала с шумоподавлением, и результат подбора показан ниже.

Для расчета коэффициента влияния системы вектор неуравновешенности пробного веса принимается равным    = 436 г·.

При экспериментальной частоте вращения сигналы неуравновешенной вибрации и эталон системы коленчатого вала измеряются, как показано на рисунке 9.
(a) Сигнал вибрации системы коленчатого вала после пробного веса
(b) Опорный сигнал системы коленчатого вала

Метод гармонического шумоподавления был использован для уменьшения шумового сигнала на рис. 9; затем методом наименьших квадратов был использован метод наименьших квадратов для подгонки сигнала основной частоты для получения сигнала неуравновешенной вибрации системы коленчатого вала следующим образом:

В соответствии с принципом коэффициента влияния, коэффициент влияния плоскости коррекции относительно точки измерения может быть рассчитывается как

Принимая начальную неуравновешенную вибрацию шпинделя в качестве цели коррекции, корректирующий вектор корректирующей поверхности рассчитывается как

В соответствии с результатом расчета корректирующего вектора отрегулируйте корректирующий вектор механизма регулировки, перезапустите дизельного двигателя до экспериментальной скорости, а затем обнаруженный сигнал вибрации системы коленчатого вала дизеля показан на рисунке 10.


(a) Остаточный сигнал вибрации системы коленчатого вала
(b) Опорный сигнал системы коленчатого вала
(a) Остаточный сигнал вибрации системы коленчатого вала
(b) Опорный сигнал системы коленчатого вала

По сравнению с сигналом на Рисунке 7 амплитуда сигнала вибрации на Рисунке 10 явно уменьшается, а шумовой сигнал очевиден. Для получения сигнала вибрации основной частоты на рисунке 10, который равен .Остаточная дисбалансная вибрация небольшая, что указывает на эффективность динамического баланса.

6. Выводы

Точное выделение сигналов неуравновешенной вибрации системы коленчатого вала является предпосылкой динамической балансировки. Анализ моделирования показывает, что метод наименьших квадратов может точно подобрать основную частоту и сигнал удвоенной частоты более высокого порядка в сигнале вибрации, но шумовой сигнал в сигнале вибрации оказывает некоторое влияние на точность подбора метода наименьших квадратов.

Метод шумоподавления с гармоническим вейвлетом имеет улучшенную функцию «фазовой синхронизации». Гармонический вейвлет используется для уменьшения шумового сигнала сигнала вибрации, который не влияет на фазу сигнала основной частоты. Следовательно, шумоподавление гармонического импульса в сочетании с методом наименьших квадратов может улучшить точность подбора сигнала основной частоты. Анализ имитационного моделирования показывает превосходство этого метода в статье.

Исходя из структурных характеристик системы коленчатого вала большого дизельного двигателя, вектор дисбаланса системы коленчатого вала дизельного двигателя может быть эквивалентен маховику.В этой статье метод обнаружения вибрации и механизма регулировки дисбаланса разработан на основе маховика, а затем динамическая балансировка поля может быть реализована в системе коленчатого вала дизеля. Экспериментальные результаты показывают, что метод динамической балансировки в полевых условиях может эффективно снизить амплитуду колебаний маховика.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (номер.51605332), Фонды науки и техники Муниципальной комиссии по образованию Тяньцзиня (№ JWK1717) и План обучения инновационной группы университетов и колледжей Тяньцзиня (№ TD12-5043).

Динамические балансировочные станки — Индианаполис, Индиана

Динамические балансировочные станки

Kokusai удовлетворяет строгим требованиям автомобильной промышленности, предлагая множество динамических балансировочных станков с рядом применений в промышленности, включая пассажирские и легкие грузовики, тяжелые грузовые и автобусные шины, TWA, коленчатые валы, тормозные диски и роторы.Наше оборудование классифицируется как мировой стандарт динамической балансировки, измеряя динамический дисбаланс, возникающий по обе стороны от центральной линии окружности, то есть по горизонтальной и вертикальной осям. Дисбаланс корректируется с помощью противовесов для достижения оптимальной производительности.

Разбалансировка шины приводит к заметной вибрации и может сократить срок службы шин и компонентов подвески, а также ухудшить ходовые качества и опыт водителя.

Более 40 лет мы поставляем оборудование для точной балансировки динамических сил, точность изготовления которого соответствует самым высоким отраслевым стандартам.Мы стремимся превзойти ожидания клиентов и стремимся постоянно развиваться по мере изменения технологий, настраивая наше оборудование в соответствии с потребностями и операциями клиентов. Для получения дополнительной информации о наших динамических балансировочных станках или другом нашем передовом оборудовании см. таблицу ниже или свяжитесь с нами напрямую.

Шина

Шина

Коленчатый вал

Коленчатый вал

Тормозные диски

Роторы

Запросить цену

Галерея портфолио 

Динамические балансировочные станки — Возможности

Название машины
Динамические балансировочные станки
Применение
Пассажирские и легкие грузовики
Шина для грузовиков и автобусов
Шина и колесо
Коленчатый вал
Тормозные диски
Роторы
Меры
Динамический дисбаланс
Статический баланс
Самолеты
Ориентация
Вертикальная
Горизонтальный
Тип машины
Автоматический
Полуавтомат
Руководство
Элементы управления
ПЛК
ПК (Windows)
ЧМИ
Производители систем управления
Allen Bradley
Мицубиси
Сименс
Профейс
Трансферы
Конвейер
Подбери и положи
Поворотный
Накладные расходы

Дополнительная информация

Промышленность
Автомобильная промышленность (Уровень 1 и 2)
Шины
Отраслевые стандарты
ISO 9001:2008
АСТМ
СЕ
САЕ
OSHA
Форматы файлов
AutoCAD
Эплан
вернуться к началу

(PDF) Двумерное измерение динамической балансировки узла коленчатого вала в двигателе мотоцикла

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 Лицензия. Для получения дополнительной информации см. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Эта статья была принята к публикации в одном из будущих номеров этого журнала, но не была полностью отредактирована. Содержание может измениться до окончательной публикации. Информация для цитирования: DOI

10.1109/ACCESS.2020.3010171, IEEE Access

Автор и др.: Подготовка статей для IEEE TRANSACTIONS and JOURNALS

РИСУНОК 11. Экспериментальные результаты: продукт (a) и продукт (b).

ТАБЛИЦА 1.Экспериментальные результаты

Продукт (A) Продукт (B)

γ42.57% 2,62%

ОШИБКАγ12,57% 27,38%

ψ80◦-72◦

Ошибка 2

. . Таким образом, он масштабируется и имеет следующие преимущества:

1) Эффективность измерения увеличена с 40–60 минут на набор до одной минуты на набор. С повышением эффективности

более чем в 50 раз процесс измерения может быть включен в сборочную линию для интенсивного

выборочного контроля, чтобы получать точную информацию о качестве посредством статистического анализа.

2) Количество точек измерения увеличено с

36 до 360 (дополнительные точки измерения также

легко). Увеличение плотности точек измерения

способствует повышению точности измерений.

3) Результаты измерений можно легко архивировать. Выходные результаты

включают кривую несбалансированной силы инерции

график, скорость динамической балансировки и

эллиптический наклон шпинделя силы инерции, которые можно использовать для оценки того, соответствует ли

продукт требованиям.

VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Коленчатый вал в сборе представляет собой естественно неуравновешенный

механизм, что затрудняет проведение

оперативных измерений и компенсацию неуравновешенных сил инерции. В этой статье

per предлагается метод измерения динамического баланса, основанный на

двумерном декартовом разложении силы инерции

. Объект, обсуждаемый в этой статье, основан на сборке одноцилиндрового коленчатого вала

в двигателях мотоциклов.

Однако предлагаемый подход к измерению динамического баланса

может быть распространен на все

рычажные механизмы коленчатого вала. Кроме того, для узла коленчатого вала в многоцилиндровом

цилиндровом двигателе его можно рассматривать как суперпозицию множества одноцилиндровых узлов коленчатого вала. Кроме того,

предлагается метод компенсации путем высверливания небольшого

количества массы под определенным углом коленчатого вала. Наконец,

эксперименты по измерению динамического баланса проводятся

на разработанной динамической балансировочной машине.На основе предложенного метода измерения

время измерения

сокращается примерно с 40–60 минут в традиционной схеме

до менее 1 минуты. Таким образом, измерение может быть

встроено в производственную линию, и качество продукции может быть

более эффективно гарантировано. Кроме того, экспериментальный результат

также показывает, что точность измерения повысилась.

Наша будущая работа заключается в разработке специального сверлильного станка

для решения проблемы компенсации ошибок дисбаланса

при некачественном продукте, который будет автоматически

сверлить металл под определенным углом коленчатого вала.

способствует повышению скорости выпуска готовой продукции и качества продукции.

ССЫЛКИ

[1] Б.-В. Чен, Ю.-Ю. Ву и Ф.-К. Се, «Оценка динамики вращения двигателя

с использованием фильтра Калмана на основе кинематической модели», IEEE

Transactions on Vehicular Technology, vol. 59, нет. 8, стр. 3728-3735, октябрь

2010.

[2] YC Huang и FY Lee, «Динамический балансировочный модальный анализ и

Конструкция подавления вибрации для коленчатого вала поршневого компрессора»,

в Mechatronics and Pliedts 1 и 2, том.157-158,

J. Guo, Ed. Applied Mechanics and Materials, Stafa-Zurich: Trans Tech

Publications Ltd, 2012, стр. 996-999.

[3] С. Х. Чжан и З. М. Чжан, «Исследование динамического баланса в полевых условиях

Технологии для системы коленчатого вала большого дизельного двигателя», Удар и

Вибрация, Статья с. 10, 2017, ст. нет. 7150472.

[4] A. Boysal и H. Rahnejat, «Анализ крутильных колебаний модели двигателя внутреннего сгорания с несколькими телами

с одним цилиндром», Applied Mathematical Modeling

, Article vol.21, нет. 8, pp. 481-493, Aug 1997.

[5] ZQ Cui, T. Zhang, XH Wang, ZH Xu, «Dynamic Optimization

Design of Engine Crankshaft», in Measuring Technology and Mechatron-

ics Автоматика IV, ч. 1 и 2, вып. 128-129, ZX Hou, Ed.Applied

Mechanics and Materials, Stafa-Zurich: Trans Tech Publications Ltd,

2012, стр. 1426-1429.

[6] E. Galvagno, M. Velardocchia и A. Vigliani, «Динамическая и кинематическая модель

трансмиссии с двойным сцеплением», Механизм и теория машин,

Статья vol.46, нет. 6, стр. 794-805, июнь 2011 г.

[7] П. Хуо, Дж. П. Ван и К. Ю. Сун, «Анализ характеристик самобалансировки —

истика двигателя OPOC», в Мехатронике и интеллектуальных материалах, Pts 1

и 2, том. 211-212, Р. Чен, под ред. Advanced Materials Research, Durnten-

Zurich: Trans Tech Publications Ltd, 2011, стр. 93-+.

[8] Л. Чжан, К. Го, Т. Ю и А. Гэ, «Графический метод автоматического графика переключения передач

», Журнал Цзилиньского университета (Инженерный

и технологический выпуск), том.39, нет. 1, 2009.

[9] Т. Чжон и Р. Сингх, «Аналитические методы разъединения автомобильной оси крена

крутящего момента двигателя», Journal of Sound and Vibration, vol. 234, нет.

1, стр. 85-114, 2000.

[10] Z. P. Mourelatos, «Модель системы коленчатого вала для структурно-динамического анализа

двигателей внутреннего сгорания», Computers and Structures, vol.

79, нет. 20–21, стр. 2009–2027, 2001.

[11] Дж. Л. Виан и М. Х. Трэвис, «Методы и системы для анализа условий дисбаланса двигателя

», U.Патент S 7 363 111, 22 апреля 2008 г.

[12] Т. Шнайдер, М. Лидель, Т. Хелминг и Х. Шид, «Вентилятор охлаждения двигателя

с компенсацией динамического дисбаланса», патент США 8 784 058, Jul.

22, 2014.

[13] J. Kejian, Z. Changsheng, and C. Liangliang, «Компенсация дисбаланса —

с помощью рекурсивного поиска положения массы в активном магните

Подшипник-ротор System», IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol.

62, нет.9, стр. 5655-5664, 2015.

[14] В. Аракелян и С. Бриот, «Одновременная балансировка силы и момента инерции и компенсации крутящего момента кривошипно-кривошипных механизмов», Механика

Research Communications, об. 37, нет. 2, стр. 265-269, 2010.

[15] В. Аракелян, «Отмена тряски самоуравновешенных ползунково-кривошипных механических систем

посредством оптимального перераспределения массы»,

Mechanics Research Communications, vol. 33, нет. 6, стр. 846-850, 2006.

[16] Л. Плотников, Б. Жилкин, Ю. М. Бродов, «Влияние поперечного профилирования впускных и выпускных труб

на процессы газообмена в поршневых двигателях

«, Procedia Engineering, vol. 150, стр. 111–116, 2016 г.

[17] Д. Паттерсон, «Характеристики крутящего момента и балансировки двигателя», SAE Technical

Paper0148-7191, 1982 г.

ТОМ 4, 2016 г. 9

Метод балансировки коленчатый вал в неравномерно работающем двигателе — выставка

Заявлено:

1.Способ динамической балансировки V-образного двигателя, имеющего неравномерную схему зажигания и включающего коленчатый вал, имеющий по меньшей мере один коленчатый вал и по меньшей мере два поршневых узла, по меньшей мере два шатуна для соединения поршневых узлов с коленчатым валом, причем способ включает : 

(а) размещение коленчатого вала во вращающемся балансировочном станке;

(b) прикрепление пары статически уравновешенных дисков к противоположным концам коленчатого вала, причем радиус каждого диска больше радиуса кривошипа, а общая масса двух дисков больше массы коленчатого вала;

(c) крепление грузил к кривошипу, вес которых равен ста процентам вращающегося веса узла кривошип/шатун/поршень плюс пятьдесят пять процентов возвратно-поступательного веса кривошипа/шатуна шток/поршень в сборе;

(d) вращение коленчатого вала и прикрепленных к нему дисков на балансировочном станке для определения наличия динамического дисбаланса; и 

(e) удаление или увеличение веса коленчатого вала для компенсации динамического дисбаланса коленчатого вала.

 

Описание:

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в целом относится к способу изготовления поршневого двигателя с неравномерной схемой зажигания, а более конкретно к способу балансировки коленчатого вала в таких двигатель.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

После нефтяного кризиса начала 1970-х годов возрос спрос на автомобили меньшего размера и с меньшим расходом топлива. Производители автомобилей в Соединенных Штатах отреагировали на этот спрос, представив автомобили с четырехцилиндровыми двигателями новейшей конструкции.Эти новые конструкции представляют собой значительные инвестиции в проектирование, разработку и производство со стороны производителей автомобилей и их поставщиков. Возместить эти возросшие расходы можно только переложив их на потребителя.

Транспортные средства меньшего размера должны быть спроектированы с меньшими моторными отсеками, которые не могут вмещать шести- и восьмицилиндровые двигатели, обычно выпускаемые автомобильной промышленностью Соединенных Штатов в течение последних 40 лет. Семейства двигателей, разработанные для небольших транспортных средств, часто представляют собой совершенно новые конструкции, которые по своей сути являются дорогостоящими.Чтобы удовлетворить ожидания клиентов, производители увеличили рабочий объем двигателя, но с увеличением рабочего объема четырехцилиндровые двигатели имеют резкие вибрационные характеристики. Текущая практика состоит в том, чтобы гасить эти вибрационные характеристики добавлением балансировочных валов, вращающихся в противоположных направлениях, но эти валы увеличивают вес двигателя, увеличивают стоимость производства и потребляют некоторую энергию при их работе, что значительно снижает ценность четырех валов. — цилиндрическая конструкция.Другая альтернатива, двигатель V-6 с рабочим объемом 60 градусов, является еще более дорогостоящим решением.

Согласно действующему методу балансировки коленчатых валов двигателей требуется сначала провести статическую балансировку коленчатого вала без учета веса узла поршня и шатуна, а затем выполнить динамическую балансировку коленчатого вала, таким образом установив верхний предел в 2000 кубических сантиметров общий рабочий объем четырехцилиндровых двигателей. Экономичность, присущая производству четырех- или даже двухцилиндрового двигателя действительно большого рабочего объема, считалась невозможной или непрактичной для достижения с использованием существующих процедур балансировки.

СУЩНОСТЬ И ЗАДАЧИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

После продолжительных исследований вышеупомянутой проблемы был разработан настоящий способ проектирования и производства поршневых двигателей внутреннего сгорания с меньшим количеством цилиндров, но с общим рабочим объемом двигателя, равным более крупным двигателям в настоящее время. в использовании в автомобильной промышленности. Это достигается за счет увеличения диаметра цилиндра и размеров хода, а также за счет исключения количества цилиндров в блоке цилиндров, так что двухцилиндровый двигатель может иметь такой же рабочий объем и выходную мощность, что и четырехцилиндровый двигатель.Для компенсации повышенных вибрационных сил, возникающих в результате увеличения массы возвратно-поступательных частей и неравномерной степени зажигания цилиндров, разработан новый метод динамической балансировки коленчатого вала двигателя.

Ввиду вышеизложенного целью настоящего изобретения является снижение стоимости изготовления и сборки двигателей внутреннего сгорания поршневого типа.

Другой целью настоящего изобретения является уменьшение размеров и упрощение веса таких двигателей за счет уменьшения размеров блока цилиндров и вспомогательных компонентов (головок цилиндров, впускного, выпускного коллектора, коленчатого вала).

Еще одной целью является упрощение конструкции двигателя за счет уменьшения количества необходимых движущихся частей, что снижает затраты на производство, сборку и установку.

Другой целью настоящего изобретения является создание способа уравновешивания вращательных и возвратно-поступательных сил, действующих на коленчатый вал двигателя, обеспечивающего его плавную работу.

Еще одной целью настоящего изобретения является повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания за счет снижения насосных потерь в цилиндрах, что стало возможным благодаря устранению ряда цилиндров, необходимых для данного рабочего объема.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидными и очевидными при изучении следующего описания и прилагаемых чертежей, которые являются лишь иллюстрацией такого изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой вид в разрезе V-образного двигателя, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением;

РИС. 2 — вид сверху со снятой головкой блока цилиндров;

РИС. 3 — вид сбоку сверху распределителя, используемого в соединении с двигателем;

РИС.4 — двигатель, вид сбоку;

РИС. 5 представляет собой вид сверху распределительного вала, используемого в двигателе; и

РИС. 6 представляет собой вид сбоку коленчатого вала, используемого в двигателе.

РИС. 7 — балансировочный станок с установленным на нем коленчатым валом, вид спереди;

РИС. 8 — поперечное сечение балансировочного станка с установленным в нем коленчатым валом.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С дополнительной ссылкой на чертежи показан пример двигателя 10, который был изготовлен в соответствии с настоящим изобретением.Конструкция этого двигателя аналогична конструкции стандартного восьмицилиндрового V-образного двигателя, используемого сегодня. Сходство между двумя конструкциями позволит производителям использовать многие стандартные компоненты, материалы и станки, которые уже используются в современных двигателях, выпускаемых автомобильной промышленностью.

Обратимся теперь к фиг. 1, V-образный двигатель 10 включает в себя блок 12 двигателя, имеющий нижний картер 14 и два ряда 16 цилиндров, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.

Каждый ряд 16 цилиндров включает один цилиндр 18. Конструкция блока цилиндров 12 по существу такая же, как у более крупного V-образного двигателя, используемого в настоящее время. Коленчатый вал 20, включающий звездочку коленчатого вала, выполненную как единое целое, и единственный ход 24 кривошипа, установленный внутри картера 14 обычным образом для таких двигателей. Поршень 28, совершающий возвратно-поступательное движение, расположен внутри каждого цилиндра 18 и соединен с коленчатым валом 20 с помощью шатуна 32. В настоящем изобретении коленчатый вал включает в себя единственный ход 24 кривошипа и шейку, к которой присоединены шатуны 32 каждого поршня 28. прикрепил.Это создает более простой, прочный и менее дорогой коленчатый вал, чем тот, в котором шейки для каждого поршневого шатуна 32 являются отдельными и смещенными. Этот однорядный коленчатый вал 20 приводит к неравномерному порядку зажигания, что обычно приводит к значительной вибрации во время работы. Однако новый метод динамической балансировки коленчатого вала 20 двухцилиндрового двигателя устраняет эту вибрацию и делает возможной нормальную и плавную работу с большими диаметрами цилиндров. Этот метод балансировки обсуждается более подробно в последующих частях данной спецификации.

Пара головок 34 цилиндров крепится поверх соответствующих рядов 16 цилиндров с помощью болтов 36 головок. Головка 34 цилиндров закрывает верхний конец цилиндров 18 и имеет множество машинных отверстий. В частности, головка 34 цилиндра включает отверстие 40 впускного клапана и отверстие 42 выпускного клапана, сообщающиеся с каждым цилиндром 18. Впускной клапан 44 и выпускной клапан 46 установлены соответственно внутри отверстия 40 впускного клапана и отверстия 42 выпускного клапана. и управляются, чтобы открыть и закрыть то же самое.Впускной клапан 44 и выпускной клапан 46 открываются и закрываются распределительным валом 48. 

Распределительный вал 48 установлен в блоке цилиндров 12 между рядами цилиндров 16. Распределительный вал 48 включает в себя множество кулачков 50 с выступающими секциями или выступами 52. Количество кулачков 50 на распределительном валу 48, конечно, зависит от количества впускных и выпускных клапанов в двигателе. Распределительный вал 48 по настоящему изобретению имеет только четыре кулачка 48 для управления двумя впускными клапанами 40 и двумя выпускными клапанами 42.(РИС. 3) 

На каждом кулачке 50 установлен цилиндрический толкатель 54 клапана. Когда распределительный вал 48 вращается, а выступ 52 перемещается под толкателем 54 клапана, толкатель 54 клапана поднимается. Толкатель 54 клапана, в свою очередь, взаимодействует с толкателем 56, проходящим между толкателем 54 клапана и коромыслом 58, установленным на головке 34 цилиндра. Толкатель 56 толкает коромысло 58 вперед, которое входит в зацепление с впускным клапаном 44 или выпускным клапаном 46, в зависимости от обстоятельств, чтобы клапан поднялся со своего седла и чтобы клапан открылся.Когда лепесток 52 на кулачке перемещается в сторону, давление пружины 60 клапана на клапан заставляет клапан вернуться в исходное положение. В то же время толкатель клапана 54 опускается вниз, так что он остается в контакте с кулачком 50. 

Понятно, что впускной и выпускной клапаны 44 и 46 должны открываться и закрываться синхронно с движением поршня 28. .Открытие и закрытие клапанов управляется распределительным валом 48, как описано выше. Положение поршня 28 связано с положением коленчатого вала 20, так как они соединены шатуном 32.Таким образом, вращение коленчатого вала 20 и распределительного вала 48 должно быть синхронизировано для правильной фазы газораспределения.

Для обеспечения правильной фазы газораспределения на переднем конце распределительного вала 48 установлена ​​шестерня распределительного вала. Шестерня распределительного вала может находиться в зацеплении со звездочкой коленчатого вала 22, но чаще они соединяются цепью привода ГРМ. В любом случае движение распределительного вала 48 и коленчатого вала 20 синхронизировано. Шестерня распределительного вала обычно в два раза больше звездочки 22 коленчатого вала, так что коленчатый вал 20 будет совершать два полных оборота на каждый один оборот распределительного вала 48.Таким образом, клапаны открываются только один раз за каждые два оборота коленчатого вала

Впускной коллектор 66 распределяет смесь бензина и воздуха в каждый цилиндр 18 через отверстие впускного клапана 40. Карбюратор 68 установлен сверху впускного коллектора 66. движение поршня 28 внутри цилиндра 18 создает в цилиндре частичное разрежение и имеет тенденцию проталкивать воздух через карбюратор 68 и впускной коллектор 66. Когда воздух проходит через карбюратор 68, он захватывает распыленные частицы бензина.Затем газовоздушная смесь втягивается через впускной коллектор 66 через открытый впускной клапан 44 в цилиндр 18. Воспламенение газовоздушной смеси в цилиндре 18 приводит в движение поршень 28 вниз внутри цилиндра 18, что, в свою очередь, приводит во вращение коленчатый вал 20. будет более подробно описано ниже. Когда поршень 28 движется вверх внутри цилиндра 18, отработавшие газы проходят мимо выпускного клапана 46 и через выпускной коллектор 70, который также прикреплен к головкам цилиндров 34. 

Газо-воздушная смесь в каждом цилиндре 18 воспламеняется свеча зажигания 72 ввернута в резьбовое отверстие, выполненное в головке блока цилиндров 34.Скачки высокого напряжения, создаваемые катушкой зажигания, направляются распределителем 76 на соответствующие свечи зажигания 72 в правильном порядке зажигания. 84. Центральная клемма высокого напряжения 84 соединена высоковольтным проводом с катушкой зажигания. Внешние клеммы соединены проводами свечи зажигания с соответствующими свечами зажигания 72. По мере вращения ротора 78 он последовательно соединяет центральные клеммы высокого напряжения с различными внешними клеммами высокого напряжения, направляя скачок высокого напряжения от катушки к различным свечам зажигания двигателя. пробки 72.

Понятно, что синхронизация искры должна быть синхронизирована с движением клапанов и поршня 28. Как правило, это делается путем зацепления шестерни на валу распределителя с шестерней на распределительном валу 48, так что вал распределителя с приводом от распределительного вала 48. 

Принцип работы таких двигателей хорошо известен специалистам в данной области техники, но кратко описан ниже. Такая работа двигателя делится на четыре такта, которые называются тактами.Первый такт называется тактом впуска. Во время этого хода поршень 28 движется вниз внутри цилиндра 18, а впускной клапан 44 открыт. Движение поршня 28 вниз создает частичный вакуум в цилиндре 18, который втягивает газовоздушную смесь из карбюратора 68 через открытый впускной клапан 44 в цилиндр 18. Когда поршень 28 приближается к нижней части такта впуска, впускной клапан 44 закрывается. Такт сжатия начинается с перемещения поршня 28 вверх внутри цилиндра 18 при закрытых как впускном клапане 44, так и выпускном клапане 46.Движение поршня 28 вверх сжимает газовоздушную смесь примерно до одной десятой ее первоначального объема, делая ее более горючей. Когда поршень 28 достигает верхней точки такта сжатия, скачок высокого напряжения направляется от катушки зажигания к свече 72 зажигания через распределитель 76. Возникающая в результате искра воспламеняет газовоздушную смесь внутри цилиндра. Теплота сгорания вызывает сильное расширение газов, толкающих поршень 28 вниз. Направленная вниз сила передается через шатун 32 на коленчатый вал 20, которому придается мощный оборот.Это называется рабочим ходом. Когда поршень 28 достигает нижней точки своего рабочего хода, выпускной клапан 46 открывается. Такт выпуска начинается с движения поршня 28 вверх, который выталкивает сгоревшие газы через выпускной клапан 46 в выпускной коллектор 68. 

В приведенном выше описании изложены основные механические компоненты V-образного двигателя. Дополнительно двигатель должен включать систему подачи топлива, систему охлаждения, систему смазки и систему зажигания. Компоненты и операции каждой из вышеупомянутых систем хорошо известны специалистам в данной области техники и легко доступны в продаже.Кроме того, двигатель будет включать масляный поддон 26, установленный на нижней стороне картера 14, и клапанную крышку 38, установленную на каждой головке 34. , шатуны и подшипники двигателя Cheverolet V-8 объемом 400 куб. см и рабочим объемом 94 куб. дюйма. Коленчатый вал 20 имеет такой же ход 24, что и стандартный коленчатый вал V-8 Cheverolet, но намного короче. (Фиг.4). Точно так же распределительный вал 48 требует только четырех кулачков 50 по сравнению с распределительным валом V-8 и его 16 кулачками.(Фиг.3) Распределитель 76 по настоящему изобретению представляет собой не что иное, как штатный распределитель для двигателя V-8, у которого удалены шесть из восьми внешних выводов 84.

Модифицированные детали, описанные выше, могут быть изготовлены с использованием существующих пресс-форм, штампов и оснастки с небольшими модификациями. Однако необходимо будет внести одно изменение в конструкцию двигателя V-2, чтобы он работал плавно и без вибраций. Это изменение связано с процедурой балансировки, обычно используемой для коленчатого вала V-образного двигателя.

Двигатель V-8 — это двигатель с четным режимом работы.Другими словами, один из восьми цилиндров будет срабатывать каждый раз, когда коленчатый вал 20 поворачивается на девяносто градусов. Эта равномерная система зажигания позволяет двигателю работать плавно, без вибраций.

Пример двигателя V-2 по настоящему изобретению, как обсуждалось выше, использует одноходовой коленчатый вал 20 с расстоянием между цилиндрами 90 градусов. Такое расположение приведет к неравномерному воспламенению цилиндров. Когда цилиндр № 1 срабатывает, коленчатый вал поворачивается на 270 градусов до того, как срабатывает цилиндр № 2.После срабатывания цилиндра № 2 коленчатый вал 20 переместится на 450 градусов, прежде чем снова сработает цилиндр № 1. Эта неравномерная степень зажигания обычно вызывает неравномерную работу двигателя или вибрацию. Таким образом, коленчатый вал должен быть сбалансирован, чтобы компенсировать эту неравномерность зажигания.

Вращающийся груз должен быть сбалансирован в двух плоскостях. Все детали, которые вращаются вместе с коленчатым валом, сбалансированы таким образом, что вес деталей равномерно распределяется вокруг центра вращения. Это называется статическим балансом.Поскольку коленчатый вал в большинстве двигателей V-образного типа обычно длинный, обычно его необходимо проверять, чтобы убедиться, что он от начала до конца сбалансирован. Коленчатый вал 20 по настоящему изобретению получает только динамическую балансировку. Однако маховик и гармонический балансир, которые установлены на противоположных концах коленчатого вала 20, сами должны быть статически сбалансированы перед установкой на коленчатый вал 20. 

Балансировочный станок 90 используется для балансировки вращающихся частей двигателя. Поскольку у двигателей V-типа коленчатые валы расположены на 90 градусов друг от друга, во время процесса балансировки к валам необходимо добавить вес, чтобы компенсировать расстояние в 90 градусов.Вес добавляется в виде противовесов 92, которые крепятся болтами к шатунной шейке коленчатого вала. В двигателе с равномерным обжигом вес бобышки 92 рассчитывается путем добавления общего веса при вращении одного коленчатого вала (который находится со стороны кривошипа двух шатунов, поскольку V-образный двигатель имеет два шатуна на ход) и 50 процентов возвратно-поступательный вес одного кривошипа. Другими словами, вес вращающихся частей добавляется к половине веса возвратно-поступательных частей, прикрепленных к каждому кривошипу.Типичный расчет веса бобышки для двигателя V-8 может быть следующим:

700 г вращающегося конца двух шатунов. Общий вес 2 подшипниковых вкладышей 800 г. 880 г общая вращающаяся масса одного кривошипа 390 г одного поршня 125 г пальца 80 г одного комплекта колец 100 г возвратно-поступательного конца одного шатуна. 695 г половина возвратно-поступательного веса одного коленчатого вала 880 г 695 г 1575 г грузоподъемности  

Обычно перед динамической балансировкой коленчатый вал подвергается статической балансировке. Однако коленчатый вал 20 в соответствии с настоящим изобретением не получает статического баланса.Обычно это вызывает сильную вибрацию коленчатого вала во время процедуры балансировки и, возможно, подвергает опасности оператора балансировочного станка. Чтобы преодолеть эту вибрацию в процедуре балансировки, к коленчатому валу прикрепляют два сплошных диска 94, по одному на каждом конце, прежде чем поместить всю сборку из коленчатого вала, грузиков 92 и прикрепленных дисков 94 в балансировочную машину 90. Каждый диск 94 имеет радиус превышает радиус хода коленчатого вала, а вместе они имеют общую массу, превышающую массу коленчатого вала и прикрепленных к нему грузов 92.Таким образом, момент инерции, создаваемый угловым моментом коленчатого вала неправильной формы, выходит за пределы радиуса хода коленчатого вала. Общий эффект заключается в перемещении центра масс всей сборки ближе к оси вращения.

Кроме того, вес грузика 92, добавляемого во время процедуры балансировки, должен рассчитываться по-другому, чтобы компенсировать неравномерность работы цилиндров.

После расчета вращающегося веса и половины возвратно-поступательного веса кривошипно-шатунного механизма добавляется компенсирующий коэффициент, равный десяти процентам (10%) от последнего числа.Таким образом, если половина возвратно-поступательного веса составляет 695 граммов, рассчитанных выше, добавляются дополнительные 69,5 грамма для компенсации неравномерной степени зажигания двигателя. Таким образом, вес бобышки 92 для двигателя заявителя будет составлять 1644,5 г (800 г + 695 г + 69,5 г). Следует отметить, что вес бобышки 92 также можно рассчитать путем добавления ста процентов (100 %) вращающегося веса одного кривошипа и пятидесяти пяти процентов (55 %) возвратно-поступательного веса одного кривошипа в качестве сокращения. метод.

Полный двигатель V-2, построенный, как описано выше, имеет длину 21 дюйм, ширину 20 дюймов и высоту 24 дюйма. Полный вес двигателя без стартера и жидкости составляет примерно 180 фунтов. Двигатель будет производить максимальный крутящий момент 110 фут-фунтов. при 3000 об/мин, что составляет 62,8 лошадиных силы. Таким образом, видно, что этот двигатель способен выполнять работу большинства четырехцилиндровых двигателей.

Легко видеть, что двигатель, изготовленный с помощью процедур, описанных в настоящем изобретении, будет иметь присущую динамическую балансировку всех масс во вращающемся узле коленчатого вала и прикрепленных к нему возвратно-поступательных частей.Также можно легко увидеть, что рабочий объем отдельных отверстий цилиндров больше не ограничивается проблемой надлежащей балансировки коленчатого вала и узла возвратно-поступательных масс. Таким образом, можно исключить ряд цилиндров, необходимых для производства двигателя заданного рабочего объема, не прибегая к дорогостоящим, сложным и энергозатратным внешним устройствам гашения вибрации.

Настоящее изобретение, конечно, может быть реализовано другими конкретными способами, отличными от изложенных здесь, без отклонения от сущности и основных характеристик изобретения.Таким образом, настоящие варианты осуществления во всех отношениях следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничивающие, и предполагается, что все изменения, входящие в значение и диапазон эквивалентности прилагаемой формулы изобретения, включены в них.

СЕКРЕТЫ БАЛАНСИРОВКИ ДВИГАТЕЛЯ Май 1925

СЕКРЕТЫ БАЛАНСИРОВКИ ДВИГАТЕЛЯ — продолжение.

Помимо маховика, который, если его тщательно обработать, редко выходит из равновесия, единственным вращающимся компонентом со значительной инерцией является коленчатый вал.Центробежная сила, создаваемая однооборотным коленчатым валом при вращении со значительной скоростью, передается на картер и имеет тенденцию создавать напряжения, которые, если им не противодействовать, вызовут очень сильные вибрации. Чтобы избежать таких нагрузок, однорядный коленчатый вал должен быть уравновешен с помощью противовесов, простирающихся радиально в направлении, противоположном направлениям вращения, и иметь такие пропорции, чтобы, опираясь своими коренными шейками на опоры с острыми кромками, он оставался в любом положении. котором она размещена.Другими словами, его статическая уравновешенность верна, но здесь мы сталкиваемся с одной из фундаментальных проблем балансировки двигателя, которая возникает из-за различия между статическим и динамическим балансом вращающихся частей.

В конце концов, когда двигатель должен развивать максимальную мощность на высоких скоростях, динамическая балансировка важнее, и многие производители двигателей настаивают на том, чтобы их коленчатые валы имели правильный динамический баланс, скажем, при 2500 об/мин, даже если при L000 р.вечера. он может быть немного неуравновешенным. Выдвигаемый аргумент заключается в том, что при низких оборотах двигателя подшипники способны противостоять любым возможным деформациям из-за несовершенной балансировки, но при высоких оборотах ничто иное, как совершенство, не даст максимальной эффективности.

Влияние конструкции кривошипа на балансировку.

Можно предположить, что при симметричной конструкции четырехходового коленчатого вала достижение равной статической и динамической уравновешенности не составит большого труда, но на практике это редко происходит, поскольку скорость вращение поднимается, нет ничего, что могло бы предотвратить определенное искажение между полотнами.Если не предусмотрены уравновешивающие противовесы или удлиненные перемычки, необходимо выбирать между статической балансировкой, когда коленчатый вал неподвижен, или динамической балансировкой, когда он вращается, единственная проверка последнего проводится с помощью балансировочной машины.

Действие кривошипного балансира.

Балансировочный станок коленчатого вала состоит из трубчатого основания, установленного на соответствующих опорах, одна из которых представляет собой корпус для электродвигателя, приводящего в движение вал, проходящий параллельно трубчатому основанию.Вертикальные опоры, на которых устанавливается испытуемый коленчатый вал, могут регулироваться в поперечном направлении для размещения коленчатых валов различных размеров, а на их верхних концах установлены ролики для установки шейки коленчатого вала.

Ремень надевается на одну из коренных шеек, как показано на рисунке, и когда двигатель запускается, коленчатый вал вращается, скорость его вращения контролируется переключателем сопротивления. Теперь, если коленчатый вал разбалансирован, его вибрация будет воздействовать на вертикальные опоры, которые могут свободно вибрировать в определенных пределах, причем это движение четко указывается с помощью указателя, работающего над циферблатом на каждой из вертикальных опор.Таким образом, при первом испытании мы можем обнаружить, что полностью обработанный коленчатый вал значительно разбалансирован и, кроме того, что создает возможность заметных

вибраций в двигателе, для которого он предназначен, может, если его не исправить, привести к чрезмерный износ подшипников. Использование указателей, установленных на балансировочном станке, может быть оценено при проведении испытаний с отбалансированными и неотбалансированными коленчатыми валами. В последнем случае стрелки будут сильно мерцать уже на скоростях до 250 об/мин.м., но после завершения процесса балансировки частоту вращения коленчатого вала можно увеличить до 2000 об/мин. не вызывая ни малейшего движения указателя. Хотя обороты двигателя часто значительно превышают последнюю цифру, нет практической необходимости сильно беспокоиться о балансировке коленчатого вала для максимальной скорости вращения, поскольку опыт показывает, что если баланс правильный примерно при 2500 об/мин. вал будет работать довольно стабильно на более высоких скоростях; при условии, конечно, что он обладает достаточной жесткостью, чтобы сопротивляться естественному искажению, создаваемому центробежной силой.

Метод коррекции балансировки коленчатого вала.

При всех усовершенствованиях балансировочных станков не было разработано никакого метода, позволяющего исключить определенное количество «проб и ошибок» при исправлении неточных коленчатых валов. Мерцание указателей покажет, в какой степени разбалансирован обрабатываемый вал, и затем оператор начинает привязывать небольшие свинцовые грузы к различным частям бросков, пока не будет обеспечен правильный баланс при проверке вала на машине. .Может потребоваться несколько попыток, чтобы определить правильное положение и вес добавленных таким образом свинцовых деталей, но после того, как это будет сделано, правильный баланс может быть получен путем удаления металла, соответствующего по весу свинцовым элементам, в положениях, противоположных тем, в которых они находились. были прикреплены пробные гири.

Балансировка маховика. Как упоминалось ранее, маховик не должен сильно разбалансироваться, если его правильно обработать; но любопытно наблюдать количество случаев, когда обнаруживается разбалансировка маховика.. В последнее время я столкнулся с целым рядом двигателей, в которых балансировку маховика можно было сделать идеальной только за счет уменьшения веса на один фунт, ошибка была вызвана несовершенной механической обработкой

Теоретические и практические аспекты балансировки двигателя V-8 Коленчатый вал

Перед вводом в эксплуатацию коленчатые валы должны быть статически и динамически сбалансированы. Однако без поршней и шатунных узлов несимметричный коленчатый вал не находится в динамическом равновесии.Поэтому при балансировке его на динамической балансировочной машине на каждую из шатунных шеек коленчатого вала необходимо наносить равноценные грузики-кольца. Величина веса кольца должна быть точно определена, иначе все преимущества, получаемые от балансировки, будут бесполезны. В данной статье аналитически рассматриваются теоретические предпосылки этой проблемы. Выведены и представлены формулы для расчета весов колец. Эти формулы применимы к общему классу коленчатых валов V-образных двигателей со смещением поршневого пальца.Также рассматриваются практические аспекты, такие как проектирование и изготовление этих кольцевых гирь, метод испытаний и коррекция.

  • URL-адрес записи:
  • Наличие:
  • Дополнительные примечания:
    • Резюме перепечатано с разрешения SAE International.
  • Авторов:
  • Конференция:
  • Дата публикации: 2005-5-16

Язык

Информация о СМИ

Тематические/указательные термины

Информация о подаче

  • Регистрационный номер: 01807219
  • Тип записи: Публикация
  • Источник агентства: SAE International
  • Номера отчетов/документов: 2005-01-2454
  • Файлы: ТРИС, SAE
  • Дата создания: 3 марта 2021 г., 17:24

Балансировочные станки для коленчатых валов — Балансировочные станки для коленчатых валов

Балансировка идет рука об руку с производством двигателя.Балансировка снижает внутренние нагрузки и вибрации, которые нагружают металл и могут в конечном итоге привести к выходу из строя компонента.

С технической точки зрения каждый двигатель, независимо от области применения, может выиграть от балансировки. Более плавно работающий двигатель также является более мощным двигателем. Меньше энергии тратится кривошипом, когда он вращается в своих подшипниках, что приводит к более полезной мощности на маховике. Уменьшение вибрации двигателя также снижает нагрузку на опоры двигателя и внешние аксессуары, а в больших внедорожных грузовиках шум и вибрацию приходится выдерживать водителю километр за километром.

Хотя все двигатели отбалансированы на заводе (некоторые в большей степени, чем другие), первоначальная балансировка теряется при замене или замене поршней, шатунов или коленчатого вала на поршни от других двигателей. Заводская балансировка основана на возвратно-поступательном весе поршней и шатунов оригинального оборудования. Если будут произведены какие-либо замены или замены, нет никакой гарантии, что новые или восстановленные детали будут достаточно точно соответствовать весу оригинальных деталей, чтобы сохранить первоначальный баланс.Большинство запасных частей для вторичного рынка «сбалансированы» по среднему весу деталей OEM, который может быть или не быть достаточно близким для поддержания разумной степени баланса внутри двигателя. Комплекты кривошипов вторичного рынка еще хуже и могут значительно различаться из-за различий в семействах двигателей.

Если цилиндры изношены и блок необходимо расточить до увеличенного размера, новые поршни большего размера могут быть тяжелее оригинальных. Некоторые производители поршней учитывают такие различия при проектировании сменных поршней и стараются соответствовать «среднему» весу оригинального оборудования.Но другие нет. Большинство высокопроизводительных поршней спроектированы так, чтобы быть легче, чем поршни оригинального оборудования, чтобы уменьшить возвратно-поступательный вес для более быстрого ускорения и более высоких оборотов. Следовательно, при замене поршней и шатунов невозможно узнать, находится ли баланс в допустимых пределах, если не проверить его.

При сборке высокопроизводительного двигателя, ходового двигателя или двигателя, который, как ожидается, будет вращаться с большим числом оборотов в минуту или проедет много миль, балансировка является абсолютной необходимостью. Ни один двигатель не сможет долго работать на высоких оборотах, если он разбалансирован.И ни один двигатель не выдержит большого пробега, если кривошип изгибается и изгибается из-за статического или динамического дисбаланса.

Силы в действии

Чтобы лучше понять механизм балансировки, давайте рассмотрим лежащую в ее основе теорию. Как известно, вращающийся объект создает «центростремительную силу». Центростремительная сила – это фактическая сила или нагрузка, создаваемая перпендикулярно направлению вращения. Привяжите веревку к кирпичу и покрутите ее, и вы почувствуете притяжение центростремительной силы, создаваемой «неуравновешенным» весом кирпича.Чем быстрее вы его крутите, тем сильнее он тянет. На самом деле величина силы экспоненциально возрастает со скоростью. Удвойте скорость, и вы увеличите силу в четыре раза.

Центростремительная сила, создаваемая дисбалансом коленчатого вала, зависит 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 действию силы в 14,2 фунта. При 4000 об/мин усилие вырастает до 56.8 фунтов! Снова удвойте скорость до 8000 об/мин, и усилие станет равным 227,2 фунта.

Это может показаться не таким уж большим, если учесть крутящий момент, воздействующий на коленчатый вал силами сгорания. Но центростремительный дисбаланс — это не момент, крутящий кривошип. Это боковая сила отклонения, которая пытается согнуть кривошип при каждом обороте. В зависимости от величины силы изгиб вперед и назад может в конечном итоге привести к разрушению коренных подшипников или вызвать трещины напряжения, которые могут привести к поломке кривошипа.

Центростремительную силу не следует путать с «центробежной» силой, которая представляет собой тенденцию объекта продолжать двигаться по прямой траектории, если его отпустить во время вращения. Отпустите веревку, пока вы крутите кирпич, и кирпич отлетит по прямой линии (мы не рекомендуем делать это, потому что трудно контролировать траекторию кирпича).

Назад к центростремительной силе. Пока величина центростремительной силы компенсируется равной силой в противоположном направлении, объект будет вращаться без вибрации.Привяжите по кирпичику к каждому концу аршина, и вы сможете крутить его, как дубинку, потому что вес одного кирпича уравновешивает вес другого. Если мы говорим о маховике, то маховик будет вращаться без колебаний до тех пор, пока вес равномерно распределяется по окружности. Однако тяжелое место в любой точке создаст вибрацию, потому что нет компенсирующего веса, чтобы сбалансировать центростремительную силу.

Это подводит нас к другому закону физики. Каждый объект хочет вращаться вокруг своего собственного центра тяжести.Подбросьте в воздух кусок металла неправильной формы, вращая его, и он автоматически начнет вращаться вокруг точного центра тяжести. Если кусок металла является маховиком, центр тяжести должен быть осью 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 мертвой точкой на кривошипе, центр тяжести и ось вращения будут смещены, что приведет к вибрации.

Прикладная физика

Итак, как вся эта научная чепуха транслируется в реальную динамику вращающегося коленчатого вала? Коленчатый вал, как и маховик, представляет собой тяжелый вращающийся объект. Более того, он также имеет множество поршневых и шатунных узлов, которые совершают возвратно-поступательные движения вперед и назад вдоль его оси, что значительно усложняет проблему поддержания всего в равновесии.

В рядных четырех- и шестицилиндровых двигателях, а также в плоских горизонтально оппозитных четырех- и шестицилиндровых двигателях (например, у Porsche и Subaru) все поршни перемещаются вперед и назад в одной плоскости и обычно сдвинуты на 180° друг от друга, поэтому для балансировки не требуются противовесы коленчатого вала. возвратно-поступательные компоненты.Баланса можно достичь, тщательно взвесив все поршни, шатуны, поршневые пальцы, кольца и подшипники, а затем уравняв их по самому легкому весу.

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

В «внутренне сбалансированных» двигателях противовесы сами выполняют работу по уравновешиванию возвратно-поступательной массы поршней и штоков.С другой стороны, двигатели с «внешней балансировкой» имеют дополнительные противовесы на маховике и / или гармонический демпфер, помогающие коленчатому валу поддерживать баланс. Некоторые двигатели требуют внешней балансировки, потому что внутри картера недостаточно места для установки противовесов достаточного размера для балансировки двигателя. Это относится к двигателям 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 быть отбалансированы отдельно.Но в двигателях с внешней балансировкой маховик и демпфер должны быть установлены на кривошипе перед балансировкой.

Клиентам следует сообщить, какой у них тип балансировки двигателя (внутренний или внешний), а также предупредить об индексации положения маховика, если впоследствии его придется снять для шлифовки. Владельцев внешне сбалансированных двигателей также следует предупредить об установке других маховиков или гармонических демпферов и о том, как это может нарушить балансировку.

Уравновешивающие валы

В последние годы производители автомобилей добавили уравновешивающие валы ко многим четырех- и шестицилиндровым двигателям, чтобы устранить гармоники коленчатого вала.Уравновешивающий вал, вращающийся в противоположных направлениях, помогает компенсировать вибрации кривошипа, возникающие при работе двигателя.

На этих двигателях убедитесь, что уравновешивающий вал правильно «фазирован» или синхронизирован с вращением кривошипа. Если вал не синхронизирован, он будет усиливать, а не уменьшать вибрации двигателя.

Уравновешивающие валы не заменяют обычную балансировку двигателя и не снижают вибрацию и нагрузку на сам коленчатый вал при вращении.

Акт балансировки

Процесс балансировки начинается с выравнивания возвратно-поступательных масс в каждом из цилиндров двигателя. Это делается путем взвешивания каждого поршня на чувствительных цифровых весах, чтобы определить самый легкий поршень в комплекте. Затем другие поршни облегчаются, чтобы соответствовать этому весу, путем фрезерования или шлифовки металла в ненагруженной области, такой как выступ пальца. Степень точности балансировки поршней будет варьироваться от одного производителя двигателя к другому и в некоторой степени зависит от применения.Но в целом поршни сбалансированы с точностью плюс-минус 0,5 грамма друг от друга.

Затем стержни взвешиваются, но только с одного конца. Для того, чтобы можно было взвесить и сравнить большие концы всех стержней, используется специальная подставка, а затем маленькие концы. Как и в случае с поршнями, вес выравнивается путем шлифовки металла с точностью до 0,5 грамма. Важно отметить, что направление шлифования имеет большое значение. Шатуны всегда должны быть зашлифованы в направлении, перпендикулярном коленчатому валу и поршневой цапфе, а не параллельно.Если шлифовальные царапины параллельны кривошипу, они могут концентрировать напряжение, вызывая образование микротрещин.

В двигателях V6 и V8 угол между рядами цилиндров 60 или 90 градусов требует использования «грузов» на шатунных шейках для имитации возвратно-поступательного движения массы поршня и штока в сборе. Рядные четырех- и шестицилиндровые коленчатые валы не требуют дополнительных грузов. Чтобы определить правильный вес грузиков, необходимо взять полный вес пары шатунных подшипников и большого конца шатуна, а также половину веса меньшего конца шатуна, поршня, колец, поршневого пальца (и замков, если они заполнены). плавающие) плюс немного масла добавляются вместе (100 процентов вращающегося веса плюс 50 процентов возвратно-поступательного веса).Затем на шатунные шейки коленчатого вала собираются и устанавливаются соответствующие грузы.

Затем коленчатый вал помещается на балансировочный станок 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 внутри головки балансира выполняет расчеты и отображает результаты. Новейшие машины имеют графические дисплеи, которые позволяют легко увидеть, где именно необходимы исправления.

Если кривошип тяжелый, металл удаляется путем сверления или шлифовки противовесов. Сверление обычно является предпочтительным средством облегчения противовесов, а балансир, который позволяет просверливать кривошип, пока он еще находится на машине, может реально сэкономить время.

Если кривошип слишком легкий, что обычно имеет место в двигателях с поршневыми кривошипами или двигателях, которые переводятся с внешней балансировки на внутреннюю, тяжелый металл (вольфрамовый сплав, 1.

Автор: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.