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:
где:
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).
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.