Balansaxel

En balansaxel är en viktbelastad, motordriven axel monterad inuti en motor specifikt för att motverka de vibrationer som dess konfiguration medfött ger upphov till. Den finns till eftersom vissa cylinderarrangemang, främst den fyrcylindriga radmotorn, alstrar krafter under drift som vevaxeln och dess motvikter inte ensamma kan upphäva. Lämnade okontrollerade skulle dessa krafter nå kupén som ett påträngande surr, så balansaxeln läggs till för att jämna ut motorns gång och föra den närmare den förfining som medfött balanserade konstruktioner har.

Den vibration den åtgärdar är den fyrcylindriga motorns sekundära obalans. När kolvarna går upp och ned rör de sig inte i perfekt harmonisk rörelse, eftersom vevstaken svänger i vinkel, vilket gör att kolvarna accelererar något snabbare nära övre dödpunkt än nära den nedre. Nettoeffekten är en upp- och nedgående skakkraft som uppträder vid dubbla varvtalet och inte kan elimineras av vevaxelns motvikter. Den klassiska lösningen, förfinad av Mitsubishi på 1970-talet utifrån ett tidigare Lanchester-patent, är ett par balansaxlar som roterar med dubbelt vevaxelvarvtal i motsatta riktningar, med sina excentriska vikter avstämda så att deras lodräta kraftkomponenter adderas för att motverka obalansen medan deras vågräta komponenter tar ut varandra.

Drivning och fasning är avgörande. Axeln, eller paret av axlar, drivs av vevaxeln via kugghjul, en kedja eller en tandrem, och den måste gå vid en exakt multipel av motorvarvtalet och i exakt rätt vinkelläge i förhållande till kolvarna. Om tidssättningen är aldrig så lite fel kommer axeln att tillföra vibration i stället för att ta bort den. De viktbelastade lobarna sitter vanligtvis lågt i vevhuset, ofta delvis nedsänkta nära oljan, och deras massa och förskjutning är beräknade att matcha storleken på den kraft de ska upphäva.

Balansaxlar förekommer oftast på större fyrcylindriga motorer, där de sekundära krafterna växer med borrning och slaglängd, och på vissa V6-motorer, där en ojämn tändningskonfiguration skapar ett vippande kraftpar som en enda balansaxel kan tämja. Mindre fyrcylindriga motorer utelämnar dem ibland för att spara kostnad, vikt och friktion och accepterar lite mer vibration i gengäld. Däremot har medfött balanserade konfigurationer som radsexan, boxersexan och många V12-motorer ingen nämnvärd primär eller sekundär obalans och behöver därför ingen balansaxel alls.

I praktiken är en balansaxel en tyst, lågunderhållskomponent, men den är inte gratis. Den slukar en liten mängd effekt genom friktion och genom trögheten i att snurras vid hög hastighet, och på rem- eller kedjedrivna konstruktioner måste dess drivning servas som vilken annan kamkedjekomponent som helst. Vissa motorer har drabbats av förtida slitage i balansaxelns lager eller kedja, vilket kan leda till oljetrycksproblem om det försummas. Komponenten utgör därför en konstruktionskompromiss: ett medvetet tillägg av massa och komplexitet, accepterat eftersom vinsten i mjukgång från en i övrigt ekonomisk konfiguration bedöms vara kostnaden värd.