Уравновешивание одноцилиндрового двигателя

Для одноцилиндрового двигателя возможно неполное и полное уравновешивание, которое может быть достигнуто только с помощью противовесов. Неуравновешенные силы равны:

;

;

.

Неполное уравновешивание одноцилиндрового ДВС

Для уравновешивания силы инерции первого порядка P¹_j на продолжении щек коленчатого вала устанавливают противовесы с общей массой т_х1 (рис. 1.30), центры тяжести которых расположены на расстоянии ?₁ от оси коленчатого вала. Величину т_х1 подбирают так, чтобы вертикальная составляющая центробежной силы этой массы при любом положении коленчатого вала была равна по величине силе P¹_j, но противоположна ей по направлению:

.

Тогда масса противовесов равна:

.

Одновременно с этим будет действовать неуравновешенная горизонтальная составляющая силы S₁, равная:

.

Таким образом, установка противовесов массой т_х1 лишь переносит действие силы P¹_j из вертикальной плоскости в горизонтальную и, следовательно, полностью уравновесить эту силу при помощи противовесов, установленных на продолжении щек коленчатого вала, нельзя. Нельзя также уравновесить данным способом и силу инерции второго порядка.

Рис. 1.30. Неполное уравновешивание одноцилиндрового двигателя

Центробежная сила вращающихся масс Р_r может быть полностью уравновешена установкой противовесов массой т_х2 на радиусе r₂ продолжения щек коленчатого вала (рис. 1.30). Масса каждого из противовесов находится из уравнения:

и равна: .

Противовесы на продолжении щек коленчатого вала одноцилиндрового двигателя устанавливают таким образом, чтобы сила Р_r была уравновешена полностью, что способствует уменьшению износа коренных подшипников.

Полное уравновешивание одноцилиндрового ДВС (метод Ланчестера)

Полное уравновешивание сил инерции первого и второго порядков может быть достигнуто лишь при помощи метода дополнительных валов с противовесами (рис. 1.31).

Рис. 1.31. Полное уравновешивание одноцилиндрового двигателя

Для уравновешивания силы инерции первого порядка P¹_j на дополнительных валах, приводимых в движение от коленчатого вала при помощи соответствующих зубчатых передач и располагаемых симметрично относительно оси цилиндра, устанавливают два противовеса. Противовесы вращаются в разные стороны, но с той же угловой скоростью, что и коленчатый вал. Их укрепляют на валах таким образом, чтобы равнодействующая центробежных сил действовала в плоскости, проходящей через ось цилиндра, и при положении поршня в ВМТ была направлена вниз. Привод дополнительных валов осуществляется от шестерни коленчатого вала при помощи промежуточной шестерни.

Уравнение уравновешивания:

.

Откуда масса каждого из противовесов равна:

,

где ρ₁ – расстояние центра тяжести противовеса от оси вращения.

Горизонтальные составляющие сил S'' всегда равны друг другу по величине, но противоположны по направлению и, следовательно, всегда взаимно уравновешиваются.

Сила инерции второго порядка P²_j может быть уравновешена аналогичным методом, т. е. установкой противовесов на валах, приводимых в движение при помощи шестерен (см. рис. 1.31) и вращающихся в разные стороны с удвоенной угловой скоростью. В этом случае масса каждого из противовесов т_х2 и расстояние ее центра тяжести от оси соответствующего вала ?₂ должны быть таковы, чтобы обеспечивалось равенство:

.

Масса противовесов равна:

.

Горизонтальные составляющие силы S^'₁ взаимно уравновешиваются.

Метод дополнительных валов с противовесами применяется, в частности, для уравновешивания сил инерции первого порядка в одноцилиндровых дизелях Д-14 и Д-20.

Центробежная сила вращающихся масс Р_r может быть полностью уравновешена установкой противовесов массой т_х3 на радиусе ρ₃ продолжения щек коленчатого вала (рис. 1.31). Масса каждого из противовесов находится из уравнения:

и равна:

.