Begin Forum - onbelans kruk as uitrekenen

Inhoudsopgave


Samenvatting 5
2 Balancering 7
2.2. Secundaire onbalans 9
3 Dynamische balans methode 10
4. Statische balancering 11
5 Voorbeeld balanceren 12
5.1. Originele balancering 12
5.2. aangepaste balancering 13
6 Literatuurlijst 14
7 Conclusie 15
Bijlage Ι Krachten ongebalanceerd 16
Bijlage ΙΙ Krachten gebalanceerd 17


Samenvatting

De balancering van de heen en weergaande beweging (oscillerende massa) wordt tegen gegaan door een balansgewicht op de krukas , en soms een balansas.

De trillingen bestaan uit secundaire en primaire trillingen. De primaire trillingen worden veroorzaakt door de oscillerende massa, en draait dus met het krukas toerental. Deze kracht wordt tegengegaan door de balansmassa op de krukas en eventueel de balansas. De secundaire kracht wordt veroorzaakt door de drijfstang en heeft een frequentie van 2x het krukas toerental. Deze wordt over het algemeen niet gebalanceerd omdat je dan een aparte balansas nodig hebt, en de kracht ongeveer 25% is.

De statische balancering is veel simpeler en telt de oscilerende massa bij elkaar op (zuiger, zuigerpen, bovenste deel drijfstang, zuigerveren en zuigerpen veren. Dit moet gelijk zijn aan het onbalans gewicht van de krukas en balans as. Het onbalans wordt gemeten door gewicht aan de krukas en balans as te hangen op afstand van de straal, net zo lang tot deze in balans is.

Met de dynamische balans methode worden de onbalans krachten uitgerekend met behulp van het toerental. De secundaire krachten worden wel uitgerekend maar worden helemaal niet opgenomen in de balancering. Voor deze methode worden dezelfde gewichten gebruikt.

1 Inleiding

Een motorblok wordt gebalanceerd om de motor zo trillingsvrij mogelijk te laten draaien. Trillingen zijn onaangenaam voor de coureur, en zijn enorm slecht voor de complete motorfiets, alles trilt los en scheurt af.
Balanceren is eigenlijk de optredende krachten van binnen in het motorblok compenseren zodat deze niet als trillingen worden doorgegeven aan het frame en de coureur.

Bij een eencilinder is de Balancering wat complexer dan bij een motor met meerdere cilinders, omdat de beweging van het drijfwerk niet door andere drijfstangen en zuigers wordt gecompenseerd.

Een goed draaiende motor met hoge toerentallen is dus erg afhankelijk van een goede balancering, vandaar dan ook de vraag: Hoe moet je een eencilinder motor balanceren?

Dit verslag kan ook gebruikt worden als een soort handboek voor balanceren.
In hoofdstuk 1 zijn de verschillende soorten trillingen uitgewerkt

Hoofdstuk 2 beschrijft de dynamische balansmethode en hoofdstuk 3 de statische, in hoofdstuk 4 wordt er aan de hand van een voorbeeld de balancering van een eencilinder uitgerekend.



2 Balancering

De onbalans wordt veroorzaakt door de translerende beweging van zuiger(pen), en bovenste deel van de drijfstang. Dit moet gecompenseerd worden met draaiende onderdelen omdat er verder geen translerende onderdelen zijn. Dit wordt gedaan door middel van een balans gewicht aan de krukas, en vaak bij eencilinders een of meerdere balans assen. Een uitzondering hierop is de Ducati supermono, hierbij is van een V-twin een cilinder geamputeerd, en om de balans goed te krijgen hebben ze de drijfstang loos mee laten draaien.



De belangrijkste onbalans in het blok komt van de primaire en secundaire onbalans ook is er nog zoiets als het ‘kipmoment’: het motorblok wil draaien om het hart van de krukas door de verbrandingsdruk.
Dit rapport richt zich verder uitsluitend op de primaire en secundaire onbalans.


2.1. Primaire onbalans
De op- en neergaande beweging van de zuiger veroorzaakt een traagheidskracht, deze wordt via de drijfstang en krukas doorgegeven aan de carters en het frame. Deze krachten hebben tot gevolg dat de motorfiets ook op en neer wil gaan bewegen. Dit ‘wippen’ wordt tegengegaan door het contragewicht van de krukas en balans as.
De primaire onbalans is het best tegen te gaan met één of twee balans assen die met het krukastoerental draaien. Eén balans as moet dan 50% van de oscillerende massa voor zijn rekening nemen, en twee dan 25%. Zo worden de krachten haaks op de cilinder ook gebalanceerd.

Figuur 2 Balansassen



2.2. Secundaire onbalans
Deze wordt veroorzaakt door de beweging van de drijfstang. De onbalans wordt minder naarmate de drijfstanglengte toeneemt. De krachten die hierbij optreden bedragen ongeveer een kwart van de primaire onbalans en treden op met twee maal het krukastoerental. Deze krachten zijn niet tegen te werken met de normale balansas, omdat deze een frequentie van het dubbele krukastoerental heeft.

Het belangrijkste bij een eencilinder is dat de meest hinderlijke trillingen worden weggehaald, er wordt meestal dus maar een balansas ingebouwd omdat de constructie met twee of meer balans assen te moeilijk en te zwaar zou worden. De secundaire onbalans wordt dus meestal niet tegengegaan.

3 Dynamische balans methode

Er zijn twee manieren om de balans in een eencilinder te bepalen dynamisch en statisch, om deze te vergelijken en te controleren of ze met elkaar overeen komen worden beide manieren berekend voor een Husqvarna sm610 eencilinder.

Massa’s zorgen voor krachten: F roterend en F oscillerend
• Roterende Massa: kruktap, wangen, roterend gedeelte drijfstang
• Translerende of oscillerende massa: (zuiger, zuigerveren, zuigerpen) = totale zuigermassa en oscillerend gedeelte drijfstang

Formules oscillerende kracht:



De roterende onbalans is hetzelfde te berekenen als de primaire zuigerkracht, dan is de massa de onbalansmassa in de as.

De situatie is nu als volgt:
• de zuiger is in het BDP dus de krukhoek = 0.
• De krukwangen zijn op dit moment beneden.



Figuur 3: Primair onbalans

De krachten tussen deze twee zijn tegengesteld en moeten gelijk zijn, omdat er anders een trilling ontstaat.
Op dit moment geldt

4. Statische balancering

Dit is een makkelijker manier om de balans te berekenen. De gewichten van zuiger, zuigerpen, zuigerveren en ongeveer 1/3 van de drijfstang worden bij elkaar opgeteld.
Vervolgens wordt er een gewicht aan de kruktap van de krukas gehangen en aan de balansas tot deze in balans zijn, de afstand tussen het aangehangen gewicht en het draaipunt van de as moet gelijk zijn aan de straal van de krukas.

De onbalans van de krukas en de balansas moet gelijk zijn aan het gewicht van de oscillerende massa.

Drijfstang
totale massa 380 gram
small end massa 140 gram
big end massa 240 gram

zuiger (compleet) 406 gram

krukas in balans met: 608 gram
balanswaarde krukas 608 gram

balanswaarde balansas 178

totale balansmassa 786 gram

roterende delen
big end massa
vertegenwoordigd 240 gram
rest. Balansmassa 546 gram

translerende delen
small end massa 140 gram
zuiger compleet 406 gram
vertegenwoordigd 546 gram

balansfactor 100,00

Deze methode komt opdelfde getallen als de dynamische maar is veel simpeler.

Let wel op dat zonder een balansas de balansfactor anders moet zijn, zo tussen de 50 en 60%.


5 Voorbeeld balanceren

In het voorbeeld hieronder is een eencilinder motor uitgerekend waarin een andere zuiger is gekomen, hierdoor is de balans verstoord.

5.1. Originele balancering

Voor het balanceren moeten alle gewichten opgeschreven en gemeten worden. De oscillerende massa is de zuiger, zuigerpen, zuigerveren en het bovenste deel van de drijfstang. De roterende onbalans wordt gemeten door gewichten aan de krukas en balansas te hangen op de afstand van de krukstraal.

De verschillende krachten zijn aan de hand van de formules die aan het begin van dit hoofdstuk staan berekend. Om de balancering snel en eenvoudig uit te kunnen rekenen in elke situatie zijn de formules in een Excel bestand gezet.

Krukhoek [graden] Fprim+sec
[N] F prim.
[N] F. sec
[N] F. krukas [N] F. balansas [N] F. totaal [N] Balans
[%]
0 21647 16807 4840 10943 4809,7 15753,1 93,7

Bovenstaande situatie is in de originele toestand bij een toerental van 8000 omw/min.
Hier is al goed te zien dat het blok niet voor 100 procent gebalanceerd is en dat de balansas niet voor 50 procent de primaire krachten opheft. De balansas geeft 44% van de kracht van de krukas. Dit betekent dat er in horizontale richting, dus haaks op de cilinder een onbalans is van 56 %. Dit is verder niet zo hinderlijk omdat je die trilling het minste voelt, als je die trilling weg wilt halen moet de balansas dezelfde balansmassa hebben als de krukas, hierdoor moet het carter zwaarder uitgevoerd worden om de grotere balanskrachten te kunnen weerstaan. Dit is dus een compromis oplossing.

Figuur 4: krachten ongebalanceerde blok


5.2. aangepaste balancering
Om de oscillerende krachten voor 100% tegen te gaan is de krukas 37 gram lichter gedraaid.

Krukhoek [graden] Fprim+sec
[N] F prim.
[N] F. sec
[N] F. krukas [N] F. balansas [N] F. totaal [N] Balans
[%]
0 19002 14753 4248 9943,65 4809,70 14753,35 100


Figuur 5: Krachten gebalanceerde blok

Bij elk toerental blijft de balans op 100%, zonder balansas is de vuistregel dat de oscillerende krachten tussen de 50 en 60 % gebalanceerd moeten worden.

De volledige Excel lijst is in bijlage Ι en ΙΙ opgenomen.c