Балансировка ротора. Балансировка коленвала в гаражных условиях: эффективность и руководство Как отбалансировать вал в домашних условиях

14.06.2019

Единственным способом дополнительного уменьшения вибрации ДВС является балансировка агрегата. Рядный четырехцилиндровый мотор получает неуравновешенные силы, которые возникают при движении масс с учетом той или иной частоты вращения коленвала. Величина инерции зависит от объема ДВС, с ростом объема силовой установки инерция увеличивается.

Балансировочный вал устанавливается на рядных четырехцилиндровых моторах с рабочим объемом выше двух литров. Стоит отметить, что установка таких валов приводит к заметному удорожанию конструкции и не особенно активно применяется на автомобилях даже среднего ценового сегмента.

Балансирные валы ставятся парами. Их зачастую располагают симметрично по обеим сторонам коленвала. Местом установки балансирных валов чаще всего становится картер двигателя, чтобы валы оказались ниже коленчатого вала ДВС. Получается, что указанные валы находятся под коленвалом, а местом их установки становится масляный поддон.

Балансирные валы имеют прямой привод от коленвала. Привод реализует вращение уравновешивающих валов в разные стороны.

Угловая скорость вращения балансиров удвоена. Привод может быть выполнен как отдельно посредством зубчатого редуктора или цепной передачи, так и представлять собой совокупность решений. Крутильные колебания от вращения самих валов гасятся пружинным гасителем колебаний, который размещен в приводной звездочке привода уравновешивающего вала.

В процессе работы и благодаря особенностям конструкции привода балансирные валы подвержены серьезным нагрузкам. Наиболее перегружены подшипники, которые расположены в противоположной от привода стороне. Имеет место их быстрый износ, который проявляется дополнительными шумами и появлением усиленных вибраций. В худших случаях может произойти обрыв приводной цепи. Дополнительным недостатком становится отбор мощности ДВС, которая расходуется на привод балансирных валов.

1. ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

При вращении m (массы) вокруг точки (неподвижной) с w (угловая скорость) F (центробежная сила инерции) этой массы:

(1.1)
где а n – нормальное ускорение массы; – расстояние от оси вращения до центра массы. При перемещении массы F будет изменять направление и оказывать воздействие (вибрационное) на опоры и через них на конструкции, прикрепленные к стойке.
D (дисбаланс) - векторная величина, которая равна произведению неуравновешенной массы на эксцентриситет (радиус-вектор центра массы). Величина измеряется в гр/мм.

Причем векторы «D» и «е» коллинеарные величины.

В векторном виде формула имеет следующий вид:

Пропорциональными друг другу оказываются векторы F и D.

2. НЕУРАВНОВЕШЕННОСТЬ РОТОРА И ЕЕ ПРОЯВЛЕНИЕ

По ГОСТ 19534-74, ротор – тело, при вращении удерживаемое в опорах своими несущими поверхностями. В автомобилях это может быть зубчатое колесо, шкив, ротор электродвигателя, барабан, коленчатый вал и т.д.
Если массы распределены в роторе так, что во время вращения они вызывают нагрузки в опорах, то его называют неуравновешенным. Причем различают 3 типа неуравновешенности ротора:

Статическую. При которой ось вращения и главная ось инерции параллельны. При этом переменные давления равны 0

Динамическую. При которой главная ось и ось вращения перекрещиваются или пересекаются, но не в центре масс, из-за этого и возникает разбалансированность чаще всего.
Моментную

Во всех случаях неуравновешенности ротора, силы инерции его масс создают динамические нагрузки. Устраняются они перераспределением масс (установкой противовесов).

Динамическая балансировка осуществляется с помощью специального станка, оснащенного качающейся рамой

3. Балансировка ротора способом исключений

Для того, чтобы определить параметры массы (корректирующей) в плоскости П, ротор устанавливают на станке и назначают эксцентриситет массы. В плоскости намечается окружность, причем ее центр должен совпадать с геометрической осью вращения. Радиус принимают равным выбранному эксцентриситету. Окружность делится на 4 части. Мастику (пластилин) прикрепляем так, чтобы центр кусочка совпал с точкой 1. Приведем ротор во вращение и измерим амплитуда колебаний. Показатель записываем возле точки 1.

Переносим мастику в точку 2, разгоняем ротор и опять фиксируем его амплитуду. Записываем ее. Фиксируем остальные 2 точки.

Сравниваем амплитуды до тех пор, пока они не окажутся наименьшими. Точка К, найденная нами, определяет конечное положение массы корректирующей. Противоположная точка H – неуравновешенная масса.

Теперь начинаем менять массу мастики на точки K и измерять колебания ротора. Так мы найдем величину корректирующей массы.

4. БАЛАНСИРОВКА РОТОРА СПОСОБОМ Б.В. ШИТИКОВА

Установим ротор на раму и разгоним его. После это зафиксируем амплитуду A 1 .

В точку П 1 установим дополнительную массу m g с эксцентриситетом e g . При резонансе фиксируем амплитуду AS.

Переставляем массу в противоположную точку и фиксируем вторую амплитуду. Обозначаем точки на плоскости в соответствии с неравенством, при котором первая амплитуда больше второй.

По 3-м амплитудам строим параллелограмм и находим четвертую амплитуду и угол

Используя формулу, определяем коэффициент пропорциональности массы

m = А g /D g =А g /(m g e g) ,

Определяем дисбаланс масс

Теперь задаем величину массы (корректирующей) из равенства дисбалансов и находим нужный эксцентриситет

D к =D 1 е к =D 1 /m к.

Осталось определить точки установки грузов и пробными пусками определить остаточную амплитуду, а также оценить качество уравновешивания в плоскости.

D oct =A oct /m

В компании «КарданБаланс» вы можете купить карданный вал Шевроле Нива, карданный вал УАЗ, карданный вал Мерседес Вито, а также комплектующие для других автомобилей. Мы осуществляем не только продажу запчастей, но и их последующую установку.

Все компоненты автомобиля должны работать исправно, чтобы обеспечить его максимальные характеристики. Однако со временем детали изнашиваются. Поэтому их нужно периодически менять и по необходимости проводить балансировку. Особенно это касается маховика.

Что такое маховик?

Маховиком называется дискообразный компонент автомобиля, который соединяется с коленчатым валом. Хотя он практически не имеет двигающихся частей, он крайне важен для нормального функционирования коленвала. Его основная задача — создание инерции для некоторых деталей автомобиля. Кроме того, он соединяет собой стартер и вал, что и обеспечивает начало работы двигателя.

Это довольно массивный элемент автомобиля, который не дает поршням оставаться неподвижными. Благодаря большой массе он позволяет без труда начать движение остальных механизмов.

Однако из-за высокой массы создается одна проблема — балансировка. Если этот элемент имеет смещенный центр тяжести, то вращение приводит к возникновению дополнительных сил. Смещение происходит по разным причинам, будь то брак, износ детали или неправильная установка. Однако важно, что эти силы приводят к возникновению вибрации, что крайне опасно для деталей автомобиля.

В данной части автомобиля даже небольшая вибрация может привести к существенному повреждению деталей. Разрушение стартера, коленвала и других компонентов — это не предел при пренебрежении этим фактором. Поэтому важно следить за центром тяжести маховика и по необходимости проводить балансировку.

Основы балансировки

Балансировка — это процесс, при котором центр тяжести возвращается в геометрический центр маховика. Особенно часто он проводится после процедуры облегчения этой детали, что нередко практикуется автомобилистами. Балансировка крайне важна, ведь в противном случае на двигатель могут действовать разрушительные силы.

Отмечают несколько видов дисбаланса на маховике, среди них:

статический;
моментальный;
динамический.

В статическом случае на оси детали возникает какая-то масса. Из-за этого ось устройства смещается относительно оси вращения, что приводит к возникновению вибраций. В моментальном же, дополнительные массы возникают на краях детали. Если маховик не двигается, то вибрации не возникают, но при вращении они могут проявляться крайне сильно. Последний вариант — динамический. Он совмещает в себе предыдущие виды дисбаланса.

Совет! Для устранения динамического дисбаланса нередко проводят балансировку колес. Она помогает избежать этого эффекта.

Зачастую для устранения подобных проблем автомобиль везут в сервис. Там проводят тщательную балансировку маховика, возвращая центр тяжести в первоначальное положение. Однако осуществить эту процедуру можно и без сторонней помощи, проводя ее в домашних условиях. Сложностей здесь минимум

Балансировка маховика своими руками

Наиболее простым решением является статическая балансировка. Хотя провести ее можно различными способами, далее будет использоваться один из самых простых. Он позволяет полностью осуществить процедуру без специальных инструментов.

Для начала важно определить точку смещения веса. Для этого через центр маховика продевается металлический прут, который может выдержать подобный вес без деформации. Если в его конструкции все еще имеется вал, то можно использовать его для этой задачи. Далее нужно взять две прямых опоры и закрепить их параллельно.

Важно! Стоит проводить эту процедуру с водяным уровнем, ведь малейший просчет может привести к ошибочным выводам в процессе диагностики.

Далее маховик размещается на этих опорах. После этого наиболее тяжелая сторона будет смещаться вниз, проворачивая ось. Это даст понять приблизительное расположение центра тяжести. Кстати, для этой же задачи можно заменить прямые опоры тисками, зажав вал, на котором находится деталь.

Хотя мастера рекомендуют вешать грузики для балансировки, зачастую лишний метал попросту высверливается. Проблема в том, что это не только приводит к снижению общего веса маховика, но и может попросту привести деталь в негодность.

Также можно проводить балансировку на весу, если в детали имеется подшипник. Задумка та же, имеется несколько грузов и маховик под углом. Постепенно вращая и определяя недостаток веса, нужно размещать грузы до полного баланса детали. Многие считают такой вариант более удобным, ведь маховик нигде не закрепляется и постоянно находится в подвешенном состоянии

Зачастую в сервисах проводится динамическая балансировка данного элемента. Она более надежная и быстрая, а результат представляет собой абсолютный баланс детали. Такой подход рекомендуется всем, однако для этого необходимо ехать в сервис. Самостоятельно провести такую процедуру практически невозможно, ведь для этого нужен специальный стенд с оборудованием. Кроме того, здесь используется не только маховик, а также коленвал и сцепление.

Так что для самостоятельного проведения работ лучше подойдет статическая балансировка. Она позволяет быстро и достаточно неплохо вернуть на место центр тяжести, используя лишь подручные средства. Хотя на стенде это делается быстрее и точнее, такой вариант подойдет для бюджетного ремонта.

А для лучшего понимания процедуры балансировки маховика рекомендуется посмотреть это видео. Здесь демонстрируется закрепленная деталь, на которой можно определить смещение центра тяжести. Это основа для дальнейших процедур по балансировке:

В каждом механизме, который выполняет вращательные движения, вследствие механического воздействия или износа комплектующих возникает дисбаланс, который проявляется в виде вибраций. Если по кузову автомобиля с набором скорости идут вибрации, значит есть вероятность, что появилась разбалансировка карданного вала. Данная неполадка может привести не только к выходу из строя кардана, но и всего автомобиля, что потребует значительных материальных затрат на его ремонт. Балансировку можно выполнить самостоятельно, а можно обратиться на СТО.

Если наблюдается вибрация карданного вала, рекомендуется незамедлительно выполнить его балансировку. Фото: cardan-garant.ru

Зачем проводить балансировку карданного вала

Наверное, каждый автолюбитель слышал о балансировке кардана, но не каждый понимает, какая необходимость в её проведении. Главная функция, которую выполняет карданный вал автомобиля, заключается в передаче крутящего момента.

Карданный вал, который имеет дисбаланс, может повлиять на работу других смежных деталей.

Преждевременный износ происходит с подшипниками фланца хвостовика редуктора и вторичным валом КПП. В случае износа хвостовика редуктора во время езды могут возникнуть аварийные ситуации, последствия которых могут быть крайне нежелательными.

Основные причины появления дисбаланса

Причин появления дисбаланса довольно много. Они различаются по своей природе и другим особенностям. Среди наиболее часто встречаемых можно выделить следующие:

Некачественно выполнена изначальная сборка карданного вала;
Несоблюдение технологии при выполнении закреплении деталей. В том случае, если баланс был найден, то неправильно закреплённые детали в скором времени расшатаются, после чего потребуется балансировка;
Низкое качество используемых материалов, неправильно выполненная закалка металла, из которого делается кардан. Карданный вал, который изготовлен из металла с недостаточно высокими эксплуатационными характеристиками, не выдержит всех статических и динамических нагрузок;
Слишком большая нагрузка. Дисбаланс появляется даже в тех случаях, когда автомобиль не использовался на протяжении некоторого времени;
Механические повреждения деталей, которые могут возникнуть вследствие ДТП.

Как выполнить балансировку карданного вала самостоятельно

Возникшую вибрацию, которая наблюдается по мере повышения скорости автомобиля нельзя оставлять без внимания, при первых признаках необходимо предпринять действия для её устранения. Чтобы выполнить балансировку необходимо обладать некоторыми знаниями и опытом.

В целом, самостоятельная балансировка – процесс несложный, хотя может занят довольно много времени. Фото: static.imfast.com

Чтобы провести балансировку вала своими руками, необходима смотровая яма, на которую требуется предварительно загнать автомобиль. Также нужно приготовить несколько грузиков с разным весом, которые используются во время балансировки колёс. Вместо них могут подойти электроды либо кусочки свинца. Для осуществления балансировки необходимо выполнить следующие действия:

По длине поделить кардан на 2 части;
Поперек условно разделить его на 4 равных части. Если вы обладаете большим количеством свободного времени, кардан можно разделить на 8 или более частей;
К поверхности первой части нужно прикрепить грузик весом в 30 грамм. Прикрепить его нужно надёжно, но з возможностью последующего демонтажа;
Провести тестирование карданного вала автомобиля. Для этого нужно выехать на ровный участок дороги и прислушаться, уменьшились ли вибрации;
Если вибрации никуда не исчезли, нужно вернуться в гараж и переместить используемый грузик на другой участок карданного вала. После этого провести повторное тестирование на дороге.

Вышеперечисленные действия необходимо выполнять до того времени, пока вы не добьётесь отсутствия вибраций в салоне автомобиля.

После сведения вибрации к минимуму, методом проб нужно найти оптимальный вес используемого грузика. В идеале при правильном подборе его массы, вибрация должна исчезнуть вовсе.

После того, как вы нашли оптимальны вес грузика, необходимо жёстко его зафиксировать. Сделать это можно с помощью электросварки. В том случае, если электросварки у вас нет, вы можете воспользоваться ещё одним популярным методом – «холодной сваркой», или же затянуть грузик металлическим хомутом.

Видео-инструкцию по регулировке вы найдете в этом видео:

Воспользоваться услугами СТО по регулировке карданного вала

Если вы не обладаете большим количеством свободного времени, оптимальный вариант для устранения неисправности – воспользоваться услугами СТО. Фото: ctokazan.ru

На сегодняшний день балансировку карданного вала предлагает практически каждая мастерская. Чтобы быть уверенными в качестве работы, выберите проверенную мастерскую, где все работы проводятся на высококачественном оборудовании. Стоимость регулировки карданного вала для разных автомобилей отличается. В среднем, регулировка карданного вала отечественного автомобиля обойдётся вам в 3000-3500 рублей, а иномарки 4000-5000 рублей. Специальное оборудование позволяет произвести балансировку в короткие сроки. А точность такой балансировки будет на порядок выше, чем самостоятельное устранение дисбаланса.

Процесс диагностики кардана осуществляется на специальном стенде, который состоит из нескольких датчиков. Карданный вал снимают с автомобиля, устанавливают на стенд, после чего проводят анализ геометрии вала. Вся необходимая информация отображается на мониторе. После этого приступают непосредственно к балансировке вала.

Балансировка вала выполняется одним из следующих способов:

На него устанавливают пластины-балансиры. При этом масса и место установки пластин определяется компьютерной программой. Это позволяет более точно провести вычисления. Крепление выполняется при помощи сварки;
Балансировка на токарном станке. В том случае, если геометрия вала повреждена значительно, этот способ является более эффективным. При выполнении балансировки на станке, снимается некоторый слой металла, что приводит к увеличению нагрузки на него. Данный способ является наиболее точным и надёжным для балансировки карданного вала.

Итоги

Самостоятельно выполнить балансировку карданного вала не так уж и сложно, данный процесс довольно лёгкий.

Однако необходимо принять во внимание то, что идеально подобрать массу и место установки грузика своими руками не представляется возможным. Со временем карданный вал вновь начнёт вибрировать.

Чтобы полностью устранить данную проблему, нужно использовать специальное оборудование. Поэтому, оптимальны вариант в сложившейся ситуации – обращение в СТО. С устранением вибрации нельзя, пользуясь автомобилем с вибрирующим карданным валом можно заметно сократить срок эксплуатации КПП и других деталей.

Вал – деталь машин и механизмов, предназначенная для передачи крутящего момента вдоль его продольной оси. Наиболее часто встречаются валы в сборе с установленными на них рабочими колесами, шкивами, звездочками и др.

Как и любая другая механическая деталь, вал может быть неправильно установлен в подшипниковые опоры, иметь неоднородности в плотности материала, нарушения в геометрии изготовления и недостаточно точную посадку вращающихся вместе с ним деталей и др. В результате действия вышеназванных причин, во вращающемся валу появляются неуравновешенные массы, вызывающие низкочастотные вибрации вала. Эти вибрации могут быть настолько значительными, что могут привести к изгибу вала и полному разрушению подшипниковых узлов и других деталей машины. Вот почему так важно уравновесить влияние неуравновешенных масс проведением процедуры балансировки вала.

Ранее мы уже рассматривали виды неуравновешенности ротора и соответствующие им виды балансировки – статическую и динамическую. Было отмечено, что точность динамической балансировки на порядок выше точности статической балансировки, и что для роторов, чей диаметр значительно больше длины (шкивы, рабочие колеса, звездочки), можно ограничиться проведением только статической балансировки.

Применительно к случаю валов в сборе (например, вал с рабочим колесом) в большинстве случаев можно ограничиться статической балансировкой рабочего колеса и динамической балансировкой вала в сборе на станке и/или в собственных опорах. На самом же деле, идеально сбалансированный вал в сборе – это вал с отдельно отбалансированными деталями, затем отбалансированный в сборе на станке, и окончательно отбалансированный в собственных опорах.

Как показывает статистика компании «БАЛТЕХ» – признанного эксперта в области балансировки, – надлежащая балансировка валов вращающихся машин на 23%-100% увеличивает срок службы крыльчаток и рабочих колес, а также на 10%-25% повышает их полезную мощность.

Балансировку валов в собственных опорах необходимо доверить специалистам технического сервиса «БАЛТЕХ», вооруженным самым современным инструментарием балансировки – мобильными комплектами «ПРОТОН-Баланс-II» и BALTECH VP-3470 и программы многоплоскостной балансировки BALTECH-Balance.

Главное же производственное направление компании «БАЛТЕХ» – производство современных дорезонансных станков горизонтального, вертикального и автоматического типа для роторов самых различных конфигураций, веса и габаритов. Рассмотрим более подробно возможности балансировочных станков «БАЛТЕХ» на примере вертикального балансировочного станка серии BALTECH VBM-7200.

Балансировочные станки серии BALTECH VBM-7200 предназначены для одноплоскостной или двухплоскостной балансировки валов и деталей (рабочих колес, шкивов, дисков и др.) без шеек вала. Применительно к нашему случаю балансировки валов, на данных станках также проводят балансировку режущего инструмента и патронов.

Процедура балансировки вала занимает всего несколько минут и включает в себя:

Ввод геометрических параметров балансируемого вала;
Запуск балансируемого вала во вращение и снятие автоматически рассчитанных данных по величине и углу установки корректирующей массы.
Установку/снятие корректирующей массы.

Особо отметим, что высокая скорость и точность измерений достигается за счет использования программы BALTECH-Balance, стандартные функциональные возможности которой позволяют проводить многоплоскостную (до 4-х плоскостей) и многоточечную (до 16 точек) балансировку с приборами измерения амплитуды и фазы вибрации любых производителей.

Чтобы получить глубокие теоретические знания и профессионально овладеть навыками работы с балансировочными станками и приборами «БАЛТЕХ», рекомендуем вам записаться на ближайший Курс ТОР-102 «Динамическая балансировка» в Учебном центре компании БАЛТЕХ.