В многоцилиндровых двигателях возникают не только силы инерции, но и моменты инерции. Под балансировкой понимается умелое расположение кривошипов коленчатого вала и установка на нем противовесов, что позволяет свести к минимуму силы инерции и моменты инерции.
В одноцилиндровом двигателе моменты инерции отсутствуют, возникают только вращательные и возвратно-поступательные силы инерции.
Рис. 2.21. Противовесы на коленчатом валу
Вращательные силы инерции уравновешиваются, как показано на рис. 2.21, благодаря установке на коленчатый вал двух противовесов. Размер противовеса можно рассчитать с помощью уравнения:
mGr — масса противовеса для уравновешивания вращательных сил инерции;
mr — вращающаяся масса;
r — радиус кривошипа;
у — расстояние от центров тяжести противовесов до центра вращения коленчатого вала.
Возвратно-поступательная сила инерции определяется с помощью уравнения 2.12:
(Источник расположен на сайте: «peugeotbook.ru»)
Данная сила инерции состоит из сил инерции 1-го и 2-го порядков:
Сила инерции 1-го порядка изменяется в ритме вращения коленчатого вала, то есть в зависимости от cos а. Сила инерции 2-го порядка, наоборот, зависит от двойного угла поворота кривошипа. В результате на коленчатом валу можно уравновесить только силу инерции 1-го порядка.
Рис. 2.22. Разложение уравновешивающей силы противовеса на вертикальную и горизонтальную составляющие
Противовесы, установленные для балансировки, вращаются вместе с коленчатым валом, и для балансировки служит только вертикальная составляющая уравновешивающей силы противовеса. Горизонтальная составляющая является нежелательной мешающей дополнительной силой (рис. 2.22). Для того, чтобы горизонтальная составляющая не была слишком большой, с помощью противовесов уравновешивается лишь 50% силы инерции 1-го порядка. Формулу для расчета противовеса можно вывести из следующего уравнения:
mGi — масса противовеса для балансировки силы инерции 1-го порядка;
φ — доля силы инерции 1 -го порядка, которую необходимо уравновесить (в большинстве случаев φ=0,5).
В одноцилиндровом двигателе необходимо балансировать также силу инерции 2-го порядка. Прежде всего, необходимо понести значительные конструктивные затраты. На рис. 2.23 представлен двигатель, в котором должны балансироваться вращательные и возвратно-поступательные силы инерции 1-го и 2-го порядков. Дополнительные валы с противовесами вращаются навстречу друг другу. Горизонтальные составляющие уравновешивающей силы противовесов обоих валов также направлены встречным образом и гасят воздействие друг друга. Валы с противовесами для балансировки сил инерции 2-го порядка вращаются с частотой, вдвое превышающей частоту вращения коленчатого вала.
Рис. 2.23. Полная балансировка в одноцилиндровом двигателе