عمود التوازن

تُستخدم أعمدة التوازن في محركات المكبس لتقليل الاهتزازات عن طريق إلغاء القوى الديناميكية غير المتوازنة. تحتوي أعمدة التوازن المضادة على أوزان شاذة وتدور في اتجاه معاكس لبعضها البعض، مما يولد قوة رأسية صافية.

تم اختراع عمود التوازن وحصل على براءة اختراعه المهندس البريطاني فريدريك دبليو لانشيستر في عام 1907. ^{[1] [2]} ويُستخدم بشكل شائع في المحركات الرباعية الأسطوانات والمحركات ذات الستة أسطوانات المستخدمة في السيارات والدراجات النارية.

مبدأ تشغيل نظام عمود التوازن هو أن عمودين يحملان أوزانًا لامركزية متطابقة يدوران في اتجاهين متعاكسين بسرعة ضعف سرعة المحرك. يكون طور العمودين بحيث تلغي القوى الطاردة المركزية التي تنتجها الأوزان القوى الرأسية من الدرجة الثانية (عند ضعف سرعة دوران المحرك في الدقيقة ) التي ينتجها المحرك. ^[3] القوى الأفقية التي تنتجها أعمدة التوازن متساوية ومعاكسة، وبالتالي تلغي بعضها البعض.

لا تعمل أعمدة التوازن على تقليل الاهتزازات التي يتعرض لها العمود المرفقي . ^[4]

استخدمت العديد من محركات الدراجات النارية - وخاصة المحركات ذات الأسطوانات المتوازية - أنظمة عمود التوازن، على سبيل المثال، تحتوي محركات Yamaha TRX850 و Yamaha TDM850 على عمود مرفقي بزاوية 270 درجة مع عمود توازن. هناك نهج بديل، كما هو الحال في محركات BMW GS ذات الأسطوانات المتوازية ، وهو استخدام قضيب توصيل "وهمي" يحرك ثقل موازن مفصلي.

غالبًا ما تُستخدم أعمدة التوازن في المحركات الرباعية الخطية ، لتقليل الاهتزاز من الدرجة الثانية (قوة رأسية تتذبذب عند ضعف سرعة دوران المحرك في الدقيقة ) المتأصلة في تصميم المحرك الرباعي الخطي النموذجي. يتم توليد هذا الاهتزاز لأن حركة قضبان التوصيل في المحرك الرباعي الخطي المتساوي الإشعال ليست متناظرة طوال دوران العمود المرفقي؛ وبالتالي، خلال فترة معينة من دوران العمود المرفقي، لا تكون المكابس الهابطة والصاعدة دائمًا متعاكسة تمامًا في تسارعها، مما يؤدي إلى نشوء قوة رأسية صافية مرتين في كل دورة (تزداد تربيعيًا مع سرعة الدوران في الدقيقة). ^[5]

تزداد كمية الاهتزاز أيضًا مع إزاحة المحرك، مما يؤدي إلى استخدام أعمدة التوازن غالبًا في المحركات ذات الأربع أسطوانات المضمنة بسعة 2.2 لتر (134 بوصة مكعبة) أو أكثر. يتسبب كل من الشوط أو التجويف المتزايد في زيادة الاهتزاز الثانوي؛ حيث يؤدي الشوط الأكبر إلى زيادة الفرق في التسارع ويزيد التجويف الأكبر من كتلة المكابس.

تم تحسين تصميم Lanchester لأنظمة عمود التوازن باستخدام Mitsubishi Astron 80 ، وهو محرك سيارة رباعي الأسطوانات تم تقديمه في عام 1975. كان هذا المحرك هو الأول الذي وضع عمود توازن أعلى من الآخر، لمقاومة الزوج المتدحرج من الدرجة الثانية (أي حول محور العمود المرفقي) بسبب عزم الدوران الذي تمارسه القصور الذاتي الناجم عن الزيادة والنقصان في سرعة المحرك. ^{[6] [7]}

في المحرك رباعي الأسطوانات المسطح ، يتم إلغاء القوى عن طريق تحرك المكابس في اتجاهين متعاكسين. لذلك، لا تكون أعمدة التوازن ضرورية في المحركات رباعية الأسطوانات المسطح.

تُستخدم أعمدة التوازن أيضًا في المحركات ذات الخمسة أسطوانات المستقيمة مثل محرك GM Vortec 3700 .

في المحرك المستقيمي سداسي الأسطوانات والمحرك المسطح سداسي الأسطوانات ، يتم موازنة قوى التأرجح بشكل طبيعي، وبالتالي لا تكون هناك حاجة إلى أعمدة التوازن.

محركات V6 غير متوازنة بطبيعتها، بغض النظر عن زاوية V. أي محرك خطي به عدد فردي من الأسطوانات لديه خلل أساسي ، مما يتسبب في حركة اهتزاز من البداية إلى النهاية. نظرًا لأن كل مجموعة أسطوانات في محرك V6 بها ثلاث أسطوانات، فإن كل مجموعة أسطوانات تتعرض لهذه الحركة. ^[8] تُستخدم أعمدة التوازن في محركات V6 المختلفة لتقليل حركة التأرجح هذه.

ومن الأمثلة على ذلك محرك مرسيدس بنز OM629 ومحرك فولفو B8444S . ^[9]

• آلة الموازنة
• توازن المحرك