Balansas:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:

-Algemeen
-Oorzaak motortrillingen
-Werking balansas
 


Algemeen:
Door de massakrachten in een motor ontstaan trillingen. Hoe meer cilinders een motor heeft, des te minder trillingen er zullen ontstaan. Dat komt door dat bij een 3-cilinder motor elke 240 graden een arbeidsslag plaats vind, bij een 4-cilinder motor elke 180 krukasgraden, bij een 6-cilinder elke 120 graden, bij een 8-cilinder elke 90 graden en bij een 12-cilinder elke 60 graden, Als een motor meer cilinders heeft, zijn er in korte tijd dus meer arbeidsslagen en is de motor nagenoeg trillingsvrij. Bij de meeste personenauto's worden 4-cilinder motoren toegepast. In deze motor ontstaan veel trillingen die door worden gegeven aan het interieur. De contragewichten aan de krukas beperken hoofdzakelijk de motortrillingen.
Om de motortrillingen verder te beperken hebben constructeurs van een aantal automerken het "balansas" principe toegepast. Elk merk heeft zijn eigen constructie (een enkele balansas, 2 balansassen op de zelfde hoogte, 2 balansassen waarvan er 1 laag en 1 hoger in het blok zit, etc.) De balansasaandrijving vindt plaats via de distributie- (tandwielen, riem of ketting) en dient bij werkzaamheden ook "op tijd" te worden gezet. Een balansas die niet op tijd staat zal de motortrillingen nog meer versterken, met defecten aan onderdelen tot gevolg.


Oorzaak motortrillingen:
De zuigers bewegen op en neer in de cilinders. Het op en neer bewegen wordt de primaire zuigerbeweging genoemd. Vanwege het verdraaien van de krukas en de schuine stand van de drijfstang, ontstaat er ook een secundaire zuigerbeweging. De schuine stand van de drijfstang zorgt ervoor dat de zuiger nog iets verder beweegt.

In de onderstaande afbeelding zijn drie zuigers afgebeeld. De bovenste blauwe zuiger geeft aan waar het BDP (Bovenste Dode Punt) is. De blauwe zuiger rechts in het midden geeft de afstand van de primaire zuigerbeweging aan (dus waarbij de drijfstang niet schuin is komen te staan). De onderste roodgekleurde zuiger geeft de extra afstand aan die door het draaien van de krukas en de schuine stand van de drijfstang ontstaat; dit is de secundaire zuigerbeweging.



Op het moment dat de krukas 90 graden is verdraaid, is de bewegingssnelheid van de zuiger het hoogst. De secundaire zuigerbeweging zorgt voor een grotere afgelegde afstand. Door de afstand van de secundaire beweging bij die van de primaire beweging op te tellen, kan de totaal afgelegde afstand van de zuiger bepaald worden.

In de onderstaande grafiek zijn de primaire zuigerbeweging (blauw) en de secundaire zuigerbeweging (rood) te zien. Bij de primaire zuigerbeweging staat de zuiger bij 0° verdraaiing in het BDP. Bij een halve omwenteling van de krukas (180°), staat de zuiger in het ODP. Wanneer de krukas 180° graden verder verdraaid is, staat de zuiger weer in het BDP.
Tijdens de secundaire zuigerbeweging staat de zuiger bij 90° en bij 270° op zijn laagste punt. Bij 0° en 180° staat de zuiger op zijn hoogste punt.



De grootste onbalans ontstaat door de secundaire zuigerbeweging; de rode lijn in de grafiek. In één krukasrotatie zijn er twee punten waarin de zuiger zich in een lager punt van de cilinder bevindt. De massakrachten die bij deze twee punten ontstaan, worden door de balansassen opgeheven.


Werking balansas:
De balansas is een as die zelf in onbalans is en compenseert daarmee de massakrachten die voornamelijk door de secundaire zuigerbeweging ontstaan. Over de gehele lengte zitten er verdikkingen, nokken of vervormingen aan die bij het roteren (rond draaien) de gevraagde onbalans veroorzaken. Zowel de primaire krachten (op-en-neer gaande zuigerbeweging) als de secundaire krachten (de zijdelingse krachten vanwege de drijfstang die schuin naar beneden wordt geduwd) worden door de balansassen opgevangen. Om dat te kunnen volbrengen, draaien de balansassen het dubbele toerental als de krukas en in tegengestelde richting.


In het voorbeeld hieronder staat een motor met 2 balansassen (één laag, en één hoger aangebracht).

Afb. 1:
Zuiger staat in BDP. De balansassen staan naar beneden toe gericht. De onderste balansas draait linksom en de bovenste balansas draait rechtsom. De balansassen draaien beide 2x zo snel als de krukas.

Afb. 2:
De krukas verdraaid 45 graden en de zuiger beweegt van het BDP naar het ODP. In deze stand zijn de massakrachten die door de secundaire zuigerbeweging ontstaan, het grootst. Bij de secundaire zuigerbeweging ontstaan er massakrachten die naar beneden gericht zijn. Om dit te compenseren, staan de balansassen in deze positie omhoog gericht.



Afb. 3:

De krukas draait weer 45 graden verder en staat in ODP. De balansassen staan naar beneden gericht.

Afb. 4:

De krukas beweegt van ODP naar BDP. Na 45 krukasgraden staan de balansassen weer naar boven gericht. Opnieuw ontstaan in deze positie de grootste (naar beneden gerichte) massakrachten die afkomstig zijn van de secundaire zuigerbeweging. De omhoog gerichte balansassen compenseren deze massakrachten.

Meer informatie over de primaire en secundaire zuigerbeweging staat op de pagina Zuiger.