Загальні положення. Сили, які виникають під час роботи автомобільних і тракторних двигунів, можна розділити на два види: зрівноважені та неврівноважені.

Сили, які виникають під час роботи автомобільних і тракторних двигунів, можна розділити на два види: зрівноважені та неврівноважені.

Зрівноваженими називаються сили, рівнодійна яких рівна нулю і які в результаті їх сумування не дають вільного моменту. До таких сил належать сили тиску газів в циліндрі двигуна та сили тертя.

До не зрівноважених сил належать сили, що передаються на опори двигуна, а саме:

1) вага двигуна;

2) сили реакції вихлопних газів і рідин, що рухаються;

3) сила тяги вентилятора;

4) відцентрові сили інерції обертових мас двигуна;

5) сили інерції мас двигуна, що рухаються зворотно-поступально;

6) дотичні сили інерції обертових мас, що виникають внаслідок непостійної кутової швидкості обертання колінчатого валу.

Реакції опор двигуна можна визначити використовуючи принцип Даламбера, згідно з яким зовнішні сили та сили інерції рухомих мас системи зрівноважуються опором зв’язків системи, тобто є у рівновазі:

, .

де – система сил реакції опор двигуна; – система зовнішніх сил, що діють на двигун; – система сил інерції рухомих деталей двигуна; – система моментів сил реакції опор двигуна; – система моментів зовнішніх сил, що діють на двигун; – система моментів сил інерції рухомих деталей двигуна.

До системи зовнішніх сил і моментів, що діють на двигун, належать сили: вага двигуна, сили реакції вихлопних газів, сила тяги вентилятора, опір повітря обертанню вентилятора, реакції опор двигуна.

У всіх автомобільних і тракторних поршневих двигунах виникає змінний реактивний момент , у будь-якому положенні колінчатого валу, що рівний за величиною, але протилежний за напрямом до обертового моменту . У звичайних автомобільних і тракторних двигунах цей момент зрівноважити неможливо і під час роботи двигуна він завжди передається на раму автомобіля чи трактора.

Неврівноважені сили, що змінні за величиною та напрямом, можуть спричинити вібрації як двигуна, так і всього автомобіля чи трактора. Причому найбільші вібрації спричиняються силами інерції мас двигуна, що рухаються поступально та обертаються.

Сила тяги вентилятора, а також сили реакції відпрацьованих газів і рухомих рідин, є малими, змінюються за величиною незначно, і на зрівноваження двигуна практично не впливають.

Вібрації двигуна за недостатньої жорсткості його деталей можуть виникнути також внаслідок дії змінних сил тиску газів. Ці вібрації можна усунути збільшенням жорсткості деталей двигуна.

Для усунення негативних наслідків, що пов’язані з наявністю вібрацій, двигун необхідно динамічно зрівноважити.

Динамічне зрівноваження двигуна або просто зрівноваження полягає у створенні такої системи сил, в якій рівнодійні сили і моменти цих сил сталі за величиною та напрямом, або рівні нулю.

Зрівноваження сучасних автомобільних і тракторних двигунів можна здійснити двома способами:

- розташуванням певним чином циліндрів та вибором такої схеми колінчатого валу, щоб змінні сили інерції та їх моменти, що виникають в різних циліндрах, взаємно зрівноважувались;

- створенням з допомогою додаткових мас (противаг) нових сил, що у будь-який момент рівні за величиною, але протилежні за напрямом до основних сил.

Доволі часто ці обидва способи застосовуються одночасно. У повністю зрівноваженого двигуна під час усталеного режиму роботи сили, що передаються на його опори, повинні бути сталі за величиною та напрямом, чи рівні нулю.

Вібрації двигуна, що викликані реактивним моментом, зменшуються зі збільшенням рівномірності обертального моменту двигуна (і як наслідок, рівномірності реактивного моменту).

Далі розглядаються способи зрівноваження лише найбільш значних сил та їх моментів. Особливо значні вібрації можуть виникати внаслідок нерівномірного реактивного моменту і гармонічно змінних сил інерції першого і другого порядків мас, що рухаються зворотно-поступально, та їх моментів і .

З врахуванням наведених вище сил і моментів умови рівноваги двигуна мають вид:

(1.1)