پایگاه خبری اسب بخار
مرجع تخصصی اخبار و ویدیو خودرو

بالانسر شفت Balancer Shaft

هنگام عملکرد همه موتورهای احتراقی، میل لنگ (crankshaft) تحت نیروهای وارده از طرف شاتون ها (connecting rod) قرار می گیرد و به این علت که نیروهای اعمالی در یک جهت عمل نمی کنند پس نمی توانند به خوبی یکدیگر را خنثا کنند، در نتیجه، این نیروها موجب می شوند در میل لنگ و بلوک سیلندر (cylinder block) ارتعاشاتی به وجود آید که در صورت خنثا نشدن می توانند بسیار مخرب باشند و اجزا و قطعات موتور را به نابودی بکشانند.

بنابر علل گفته شده، میل لنگ و دیگر قطعات مرتبط با آن به گونه ای طراحی شده اند تا با تقارن جرمی بتوانند در راستای حذف نیروی های لختی (Inertial Forces) به وجودآمده در اثر چرخش میل لنگ عمل کنند. البته همه موتورها از این قطعات بهره مند نیستند، بنابراین در این موتورها قطعاتی مانند یاتاقان ها (Bearings) و کاسه نمدهای (Seal) به کاررفته در موتور، که تحت نیروهای لختی و ارتعاشات قرار دارند، نسبت به موتورهای دیگر زودتر مستهلک می شوند.

کمپانی «میتسوبیشی» برای اولین بار در دنیا مکانیزمی را طراحی کرد و در آن مکانیزم از قطعاتی استفاده کرد تا بتواند ارتعاشات و نیروهای لختی حاصل از دوران میل لنگ را کاهش دهد. مکانیزم طراحی شده توسط کمپانی میتسوبیشی بیش تر بر روی موتورهایی با آرایش خطی تعبیه می شد، زیرا ارتعاشات و نیروهای لختی به وجودآمده در این نوع آرایش بسیار بیش تر از دیگر آرایش ها (باکسر و خورجینی) است و البته در موتورهای ۴ سیلندر خطی بیش تر از ۶ سیلندر خطی است.

این مکانیزم مختص به موتورهای بنزین سوز نیست بلکه برای موتورهای دیزل نیز استفاده می شود. پس از مدتی این مکانیزم در خودروهای ژاپنی فراگیر شد و چندی بعد اروپاییان نیز از این مکانیزم در خودروهای تولیدی خود بهره بردند.

شفت متعادل کننده یا بالانسر شفت یکی از قطعاتی است که برای کاهش ارتعاشات و نیروهای لختی مخرب به وجودآمده، در موتور به کار برده می شود. لزوم به کارگیری از این شفت ها بیش تر در موتورهایی با حجم بالای ۲ لیتر احساس می شود و شفت های به کار برده شده نیز با توجه به نوع موتور (خطی، باکسر، خورجینی یا Vشکل) طراحی می شوند و میزان کاهندگی نیروها و ارتعاشات مخرب آن ها نیز با یکدیگر متفاوت اند، زیرا ارتعاشات و نیروهای لختی به وجود آمده در موتورهای مختلف متفاوت است.

این شفت ها به صورت میله های استوانه ای نامتقارن طراحی می شوند که تعداد آن ها دو عدد است و از طریق چرخ دنده به میل لنگ متصل می شوند و به این علت که قطر چرخ دنده قرار گرفته شده بر روی شفت ها کوچک تر از چرخ دنده نصب شده بر روی میل لنگ است و نسبت سرعت دَوران با نسبت قطر ها رابطه عکس دارد، پس بالانسر شفت ها با سرعت بیش تری دوران می کنند و جهت چرخش آن ها نیز عکس همدیگر است.

محل قرارگیری این دو شفت درون محفظه میل لنگ (crankcase) و در زیر میل لنگ است، زیرا در آن قسمت روغن زیادی وجود دارد و موجب می شود که این دو شفت تحت روانکاری بهتری قرار گیرند یا بهتر است گفته شود که در آن قسمت این دو شفت غرق در روغن هستند. اما تحت روانکاری مناسب هم قطعات تحت فشار و دَوار آن دچار خوردگی می شوند و در نهایت، از کار می افتند. اغلب خرابی های به وجود آمده در یاتاقان ها و چرخ دنده هاست و علت خرابی هم خوردگی آن ها در دورهای بالاست، در صورت بروز خوردگی در دندانه های چرخ دنده و ادامه همین روند، اگر چرخ دنده ها در یکدیگر قفل شوند، موجب سایش یاتاقان ها و حتا پاره شدن زنجیر و یا تسمه محرک آن می شوند.

هر چرخش میل لنگ نیز معادل با دو چرخش در شفت هاست (اختلاف قطر میان میل لنگ و شفت ها عامل این اختلاف سرعت است) و علت طراحی آن ها به این صورت این است که در هر چرخش میل لنگ نیروهای ثانویه دو بار باعث نابالانسی در موتور می شوند. این قضیه یعنی یاتاقان های قرارگرفته در زیر شفت ها نسبت به یاتاقان های میل لنگ بیش تر تحت فشار قرار می گیرند و به همین دلیل است که در دورهای بالا دچار ساییدگی می شوند. در صورت بروز مشکل و یا خرابی سطحی در یکی از قطعات مهم، مکانیزم به درستی عمل نمی کند و ارتعاشات موتور به خوبی دفع نمی شوند و به این ترتیب، لرزه ها به کابین خودرو می رسد. با عیب یابی به موقع و تعویض قطعات فرسوده می توان قبل از به وجود آمدن مشکل جدی (پاره شدن زنجیر و یا تسمه محرک) از بروز آن جلوگیری کرد.

می توان با خارج کردن شفت ها و پر کردن حفره ها توسط پوشش های مناسب، مکانیزم موجود را به کل حذف کرد. با حذف این دو شفت ارتعاشات محسوس در کابین خودرو زیاد می شود و در صورت حذف این مکانیزم شاهد افت حدوداً ۱۵ اسب بخار در قدرت موتور هستیم و از سویی نیز به دلیل افزایش ارتعاشات وارده به کابین از آرامش سرنشینان خودرو کاسته می شود.

نحوه قرارگیری و مونتاژ کردن این دو شفت به صورتی است که در موقعیت های مختلف پیستون بتواند نیروهای ثانویه را خنثا کند، به همین منظور، وزن اضافی یا قسمت برآمده شفت در هنگام قرارگیری پیستون در بالاترین و یا پایین نقطه سیلندر (TDC or BDC) در پایین قرار می گیرد، زیرا در TDC و BDC نیروهای ثانویه به سمت بالا هستند پس نیروهای حاصل از شفت ها باید به سمت پایین باشند تا نیروی مذکور خنثا شود. هنگامی که پیستون در حال جابه‌جایی بین دو نقطه TDC و BDC است، نیروی ثانویه مخربی وجود ندارد و نیازی به خنثا کردن نیروهای ثانویه نیست، بنابراین جرم های بالانس کننده شفت ها طوری قرار می گیرند که بتوانند همدیگر را خنثا کنند.

علت این که در هنگام جابه‌جایی بین دو نقطه TDC و BDC نیروی ثانویه ای وجود ندارد این است که در هنگام جابه‌جایی پیستون ها بین این دو نقطه، نیرویی در جهت بالا یا پایین به شاتون و پیستون وارد می شود که در اثر اعمال آن نیرو جابه‌جایی صورت می گیرد و به همین دلیل هنگامی که شاتون و پیستون در این موقعیت ها قرار می گیرند، ارتعاشات مخربی تولید نمی شود، اما در زمانی که پیستون و شاتون در نقاط TDC و BDC قرار می گیرند نیروی اینرسی تلاش دارد تا مجموعه شاتون و پیستون را به بالا یا پایین هل دهد، اما از آن جایی که شاتون به میل لنگ متصل است نمی تواند بیش تر از مقدار لنگ جابه‌جا شود، در نتیجه، نیروی اعمالی منجر به تولید ارتعاشات در موتور می شود، بنابراین باید توسط شفت های بالانس کننده این نیروهای مخرب را از بین برد.

با رعایت کردن نکات ساده ای مانند رانندگی آرام و کم تنش، انجام به موقع سرویس های دوره ای و پرهیز از گاز دادن های بی مورد می توان از فرسایش چرخ دنده ها و یاتاقان های به کاررفته شده در آن کاست و به عمر قطعات آن افزود.

محمد جبارزاده شیاده