Saab Workshop Service and Repair Manuals

Balance Shaft: Description and Operation

Balancer shafts 
Engine vibration

Through combustion, where chemical energy is converted into mechanical energy, gas forces are generated which act on the piston crown. The
reciprocating movement of the pistons and connecting rods, combined with the rotation of the crankshaft, generate inertial forces that act on the engine
block and cause it to vibrate in various ways. At low engine speeds these gas forces are greater than the inertial forces but at high engine speeds the
converse is true. The most significant forces arise periodically once or twice per crankshaft revolution. They are known as first-order and second-order
forces. The first-order inertial forces are completely cancelled out since the crankshaft is balanced and the two piston pairs, 1-4 and 2-3, reverse
direction simultaneously when they reach top dead centre and bottom dead centre.

Second-order forces acting vertically

Inertial forces are generated because the pistons are not at half their stroke at 90° and 270° but considerably lower down. This is due to the
relationship between stroke and connecting rod length. The common centre of gravity of the ascending and descending masses is therefore much lower
down at 90° and 270°, than at 0° and 180°. This gives rise to forces moving upwards and downwards which vary periodically twice per crankshaft
revolution and cause the engine to vibrate in a vertical direction.

Second-order forces acting laterally