Что такое динамическая балансировка коленчатого вала

Р абота балансировщика и виброналадчика никогда не станет ремеслом. Это искусство!

О трицая модный сегодня подход, при котором основная роль в балансировке отводится аппаратуре и софту, а человеку остаётся лишь скромная роль оператора, мы активно доказываем обратное.

Т аким образом, измерительный прибор или прикладная программа — всего лишь наши помощники.

О сновы векторной алгебры и теоретической механики — с этого начинаются балансировка и виброналадка , а не с изучения руководства пользователя того или иного прибора.

Р езультат — вот на что всегда направлены наши действия , а не только на составление формального отчёта: порядочность — ещё одна из основ нашей работы.

Оглавление разделаИнтродукция . 1

Часто спрашиваютЯ балансировщик, и мне часто приходится работать с коленчатыми валами автомобильных двигателей. Существует ли какой-нибудь стандарт, регламентирующий точность балансировки коленчатых валов?

Т акой стандарт существует. Это ГОСТ ИСО 1940-1-2007 «Требования к качеству балансировки жестких роторов». Нужная Вам информация находится в § 6.2.2, табл.1 указанного документа. Этот и другие стандарты можно скачать здесь

Вы пишете, что диск сцепления не входит в комплект деталей, представляемых на балансировку. Почему? Ведь он тоже вращается вместе с коленчатым валом?

Д ело в том, что диск сцепления относится к узлу коробки передач, а не к узлу коленчатого вала. При выжатом сцеплении он с узлом коленчатого вала не связан, а при отжатом — действительно вращается вместе с ним. Поэтому диск сцепления может в процессе работы сцепления занимать различные положения относительно узла «коленчатый вал — маховик — кожух сцепления». Включить диск сцепления в балансируемый комплект было бы грубой ошибкой!
В идеале диск сцепления следует отбалансировать статически как отдельную деталь на специально изготовленной оправке. Вы можете заказать эту операцию у нас или произвести её самостоятельно.

Сейчас на сайте

Онлайн всего	1
Пользователей	0
Гостей	1

Официальный сайт
ООО «Лаборатория вибраций «РОТОР СПб»
им. А.С. Гольдина

Балансировка коленчатых валов

Д исбаланс (см. Дисбаланс) коленчатого вала — это не только вибрация двигателя и дискомфорт. Это не только преждевременный износ деталей. Неуравновешенность (см.Неуравновешенность) «колена» поглощает ощутимую часть полезной мощности двигателя вследствие рассеяния энергии. Проще говоря, двигатель вместо того, чтобы тратить свою силу на полезную работу, тратит её на борьбу с подушками двигателя, стараясь их растрясти и разорвать. По данным доктора тех. наук, профессора В. А. Щепетильникова, автора известной в своих кругах монографии «Основы балансировочной техники» «. надлежащая балансировка деталей автомобиля удлиняет срок службы на 25. 100%, повышает полезную мощность двигателя в среднем на 10%». Обратите внимание на снимок справа. На этом «шедевре» завода ЗМЗ пришлось сперва при помощи болгарки отрезать часть противовесов, чтобы «привести в чувства» балансировочный станок. Только после этого появилась возможность корректировки масс сверлением радиальных отверстий. А это ещё далеко не худший случай. Некоторые валы невозможно разогнать. Они сразу заходят в резонанс и пытаются уйти с опор балансировочного станка. Такая неуравновешенность — свойство практически любого вала российского производства, кроме, пожалуй, валов семейства 2108, да ещё «Камаз». Да и те непредсказуемы. Характерная подробность: самый худший сюрприз для балансировщика — это именно новый коленвал. Зачастую приходится составлять соответствующий акт, и производить возврат изделия в магазин, как не подлежащее балансировке*.

* Справедливости ради стоит отметить, что заказов на балансировку

коленчатых валов автомобилей российского производства становится в последние годы всё меньше и меньше. Но при этом, качество заводской балансировки некоторых изделий заметно улучшилось.

Коленчатые валы импортного производства нуждаются в балансировочном станке значительно реже отечественных. Качество заводской балансировки, как правило, хорошее. Но порой встречаются такие экземпляры, что просто диву даёшься. Так что, как говаривали в прошлом, не нужно преклоняться перед Западом.

Балансировка рядных коленчатых валов

Б алансировка рядных коленчатых валов с чётным числом цилиндров (но при числе цилиндров более двух) не представляет особой сложности для специалиста. Такие коленчатые валы называются зеркальносимметричными. Изделие устанавливается на станок и балансируется методом модульных сборок, т.е. сначала балансируют отдельно взятый коленчатый вал, затем к нему присоединяют маховик и устраняют дисбаланс узла за счёт маховика, затем к узлу добавляется кожух сцепления и т.д. Такая методика не только позволяет сохранить взаимозаменяемость звеньев (например, при замене маховика нужно будет отбалансировать только маховик, не трогая остальные детали), но и позволяет избежать сложностей при определении плоскостей коррекции (при балансировке целого узла в сборе очень нелегко определить, где локализуется дисбаланс — на заднем пртивовесе коленвала или на маховике).
По выбору заказчика у нас можно произвести динамическую балансировку трёх видов:

1. Двухплоскостная балансировка
2. Статикомоментная балансировка (балансировка при помощи симметричной и кососимметричной систем грузов)
3. Многоплоскостная балансирока

Двухплоскостная балансировка предполагает обычную точность
(согласно ГОСТ 1940-1-2007). Коленчатый вал рассматривается как
жёсткий ротор. Соответственно, цена наименьшая. Рекомендуется для двигателей грузовых автомобилей и для большинства автолюбителей.
Статикомоментная балансировка обеспечивает повышенную точность. Производится раздельное устранение главного вектора и главного момента дисбалансов. Коленчатый вал рассматривается как жёсткий ротор. Цена средняя. Рекомендуется для автолюбителей, предъявляющих особые требования к двигателю и для спортсменов.
Многоплоскостная балансировка гарантирует прецизионную точность. Коленчатый вал рассматривается как гибкий ротор с исследованием форм изгиба на критических частотах вращения. Максимальная частота вращения привода — 6000 об/мин. Балансировка занимает несколько часов, цена относительно высокая. Рекомендуется для спортсменов. Подробнее — здесь.

Что нужно для балансировки рядного вала*

1. Коленчатый вал
2. Маховик
3. Кожух сцепления ( диск сцепления не нужен )
4. Передний шкив
5. Все элементы крепления, включая штатные болты

* Все указанные элементы должны быть представлены по отдельности.

Не собирайте узел коленчатого вала! У балансировщика нет ни времени, ни желания заниматься откручиванием насмерть затянутых гаек!

Мифы и реальность о балансировке коленчатого вала

Мифы и реальность о балансировке коленчатого вала

К сожалению, вопросы балансировки коленчатого вала (маховика, корзины сцепления, демпфера) в доступной литературе практически не раскрыты, а если что и можно найти, то это ГОСТы и научная литература. Однако осмысление и понимание того, что там написано, требует определенной подготовки и наличия самого балансировочного станка. Это, естественно, отбивает у автомехаников все желание разобраться с этими вопросами с точки зрения ремонта ДВС. В этой короткой статье мы попытаемся раскрыть вопросы балансировки с позиции автомеханика, не вдаваясь в сложные математические расчеты и больше акцентируя внимание на практическом опыте.

Итак, наиболее частый вопрос возникающий при ремонте двигателя: нужно ли проводить балансировку после шлифовки коленчатого вала?

Для этого мы покажем все этапы балансировки коленчатого вала, которые выполняются в нашей фирме при ремонте коленчатого вала. В качестве примера возьмем коленчатый вал двигателя МВ 603.973. Это рядный 6 цилиндровый дизельный двигатель. Допустимый дисбаланс завода изготовителя на данный вал 100 гмм. Много это или мало? Что будет если дисбаланс будет меньше или больше данной цифры? Эти вопросы мы не будем рассматривать в этой статье, а опишем их позже. Но можно с уверенностью говорить, что завод изготовитель берет эти цифры не с потолка, а проводит достаточное количество экспериментов для того, чтобы найти компромисс между допустимым значением дисбаланса для нормальной эксплуатации двигателя и себестоимостью производства для обеспечения данного допуска. Просто для сравнения, допустимый дисбаланс завода изготовителя на коленчатый вал двигателя ЗМЗ 406 360 гмм. Чтобы легче представить и понять эти цифры, вспомним простую формулу из курса физики. Для вращательного движения сила инерции равна:

m – неуравновешенная масса, кг;
r – радиус ее вращения, м;
w – угловая скорость вращения, рад/с;
n – частота вращения, об/мин.

Итак, подставляем цифры в формулу и принимаем частоту вращения от 1000 до 10 000 об/мин, получаем следующее:

F1000 = 0.1х 0,001х( 3,14х1000/30)2= 1,1 Н

F2000 = 0.1х 0,001х( 3,14х2000/30)2= 4,4 Н

F3000 = 0.1х 0,001х( 3,14х3000/30)2= 9,9 Н

F4000 = 0.1х 0,001х( 3,14х4000/30)2= 17,55 Н

F5000 = 0.1х 0,001х( 3,14х5000/30)2= 27,4 Н

F6000 = 0.1х 0,001х( 3,14х6000/30)2= 39,5 Н

F7000 = 0.1х 0,001х( 3,14х7000/30)2= 53,8 Н

F8000 = 0.1х 0,001х( 3,14х8000/30)2= 70,2 Н

F9000 = 0.1х 0,001х( 3,14х9000/30)2= 88,9 Н

F10000 = 0.1х 0,001х( 3,14х10000/30)2= 109,7 Н

Все конечно понимают, что этот мотор никогда не выйдет на частоту вращения 10 000 об/мин, но этот простенький расчет сделан для того, что бы «почувствовать» цифры и понять как важна балансировка при увеличении частоты вращения. Какие можно сделать предварительные выводы? Во первых, вы «почувствовали», что такое дисбаланс 100 гмм, ну и, во вторых, убедились, что это действительно достаточно жесткий допуск для данного двигателя, и нет никакой необходимости делать этот допуск жестче.

Теперь давайте покончим с цифрами и наконец-то вернемся к этому валу. Данный вал был предварительно отшлифован и после попал к нам на балансировку. И вот какие результаты мы получили при измерении дисбаланса.

Что обозначают эти цифры? На данном рисунке мы видим, что дисбаланс на левой плоскости равен 378 гмм, и дисбаланс на правой плоскости равен 301 гмм. То есть условно можно принять, что общий дисбаланс на вал получается 679 гмм, что почти в 7 раз превышает допуск, заложенный заводом изготовителем.

Вот фото этого вала на станке:

Сейчас конечно Вы начнете во всем обвинять «криворукого» шлифовщика или плохой станок. Но давайте вернемся опять к простеньким расчетам и попробуем понять, почему так получается. Для простоты расчета примем вес вала 20 кг (этот вес очень близок к истине для 6 цилиндрового коленчатого вала). Вал имеет остаточный дисбаланс допустим 0 гмм ( что является полной утопией).

И так теперь шлифовщик этот вал прошлифовал в ремонтный размер. Но при установке вала он сместил ось вращения от оси инерции всего на 0,01 мм (чтобы проще понять — у шлифовщика не совпала старая и новая ось вращения всего на 0,01 мм), и мы получили сразу же дисбаланс в 200 гмм. А если учесть, что у заводского вала всегда присутствует дисбаланс, то картина будет еще хуже. Поэтому те цифры, что мы получили, не являются из ряда вон выходящими, а являются нормой после шлифовки вала.

А если учесть, что не всегда завод изготовитель выдерживает свои же допуска, то обвинения в адрес шлифовщика или станка просто отпадают. Только не надо теперь стоять над шлифовщиком и требовать, что бы он выставлял вал с микронной точностью, все равно это не принесет желаемого результата. Единственным правильным выходом из данной ситуации является обязательная балансировка коленчатого вала после его шлифовки. Традиционно балансировку коленчатого вала выполняют высверливанием противовеса (иногда правда приходится утяжелять противовесы, но это достаточно редкий случай).

Вот, что мы получили после балансировки вала

Остаточный дисбаланс по левой плоскости 7 гмм и 4 гмм по правой плоскости. То есть общий дисбаланс на вал 11 гмм. Такая точность делалась специально, чтобы показать возможности данного станка и, как вы поняли теперь, необходимости выполнять такие требования при балансировке после шлифовки вала нет. Требований завода изготовителя вполне достаточно. Итак, с валом мы закончили, и, естественно, возникает вопрос, а нужно ли балансировать передний демпфер (шкив), маховик, корзину сцепления. Обратимся опять к ремонтной литературе. Что рекомендует тот же ЗМЗ, например, на допустимый дисбаланс этих деталей? На шкив передний с демпфером 100 гмм, на маховик 150 гмм, на корзину сцепления 100 гмм. Но есть очень важное примечание.

Все эти детали балансируются отдельно от вала ( то есть на оправках), и коленчатый вал в сборе на современных моторостроительных заводах в серию не балансируется. То есть Вы понимаете, что при установке вышеперечисленных деталей на коленчатый вал остаточный дисбаланс естественно изменится, так как совпадение осей вращения практически невозможно. Ниже представлены фото балансировки данных деталей.

Опять же, как показала практика, эти детали вносят ощутимый вклад в дисбаланс коленчатого вала, и, как показал наш опыт, дисбаланс каждой из этой детали существенно перекрывает допуски на остаточный дисбаланс. Так, цифра 150-300 гмм является «нормой» для переднего шкива (демпфера), для маховика 200-500 гмм, и 200-700 гмм для корзины сцепления. И это относится не только к российскому автопрому. Как показал наш опыт, примерно эти же цифры получаются и у зарубежного автопрома.

И есть обязательно еще один очень важный момент: после балансировки деталей по отдельности надо провести балансировку в сборе, но она должна делаться на последнем этапе. Предварительная балансировка по отдельности является также обязательной. Это надо для того, чтобы в случае, если выйдет из строя маховик или сцепление, Вам не пришлось снимать колено для повторной перебалансировки.

Итак, вот, что мы получаем окончательно при балансировке в сборе.

Итоговый дисбаланс коленчатого вала в сборе 37 гмм.

При этом следует учесть, что вес вала в сборе был около 43 кг.

Но, выполнив балансировку коленчатого вала в сборе, не стоит забывать о развесовке поршней и шатунов. Причем развесовку шатунов надо делать не просто по весу, а развесовку по центру масс, так как разница в весе этих деталей также вносит свой вклад в дисбаланс двигателя и строго регламентируется заводом изготовителем.

И вот, что хотелось бы отметить в заключении: очень многие автомеханики, прочитав эту статью, скажут, что это все ерунда. Что они собрали не один десяток моторов, и что все они без балансировки прекрасно работают, и они будут правы- действительно работают. Но давайте вспомним, сколько приходилось видеть моторов, которые работали …. при поломанных направляющих, со стертыми кулачками распредвала, с фрезерованными по плоскости ГБЦ выше нормы в 2-3 раза, с изношенными цилиндрами в 0,3 мм, с неправильно установленными поршнями- этот список можно продолжать до бесконечности.

У каждого, наверно, найдется парочка своих примеров, когда двигатель работал вопреки всем законам. Зачем хонинговать цилиндры, ведь раньше только точили и все работало? или: Зачем пользоваться хон-брусками, когда можно обычной шкуркой нанести сетку? Зачем «ловить» эти сотки, ведь это и так работает? Так почему, следуя одним требованиям завода изготовителя, пренебрегают другими? Только не надо думать, что, выполнив балансировку коленчатого вала в сборе и развесовку поршней и шатунов, Вы получите «чудо», что у Вас штатный мотор от Ваза по характеристикам станет, как мотор от болида Формулы 1. Этого у Вас не произойдет то же. Ведь балансировка — это один из кирпичиков, который вместе с выполнением остальных требований по ремонту дает Вам уверенность в том, что отремонтированный Вами двигатель отработает как минимум ресурс нового двигателя. И чем больше мотористов будут следовать требованиям автопроизводителей при ремонте двигателя, тем меньше будет автолюбителей, которые считают, что двигатель после капитального ремонта больше 50-70 тыс. км не работает.

💥 Видео