Зрівноваження одноциліндрового двигуна

Повне або часткове зрівноваження одноциліндрового двигуна можна досягти тільки за допомогою противаг [11, 15].

Для зрівноваження сил інерції першого порядку на продовженнях щік колінчастого валу встановлюють дві противаги із загальною масою m_Sx (рис.1.2.), центри ваги яких розташовані на віддалі r від осі колінчастого валу. Величини m_Sx і r підбирають так, щоб вертикальна складова F_Gv відцентрової сили F_G цієї маси за будь-якого розташування колінчастого валу була рівна за величиною силі , але протилежна за напрямком

, або .

Одночасно із силою F_Gv буде діяти горизонтальна складова сили F_G сила F_Gh.

Таким чином, у разі встановлення противаг m_Sx дія сили лише переноситься з вертикальної складової в горизонтальну і, відповідно, зрівноважити цю силу за допомогою противаг, що встановлюються на продовженнях щік колінчастого валу неможливо. Таким способом неможливо також зрівноважити силу інерції другого порядку.

У одноциліндрового двигуна сили інерції мас, що рухаються зворотно-поступально, першого і другого порядків можна повністю зрівноважити за допомогою методу додаткових валів (метод Ланчестера).

Для зрівноваження сил інерції першого порядку на додаткових валах О₁ і О₂ (рис.1.2), що приводяться в рух від колінчастого валу за допомогою зубчастих передач і розташованих симетрично відносно осі циліндра, встановлюються дві противаги загальною масою m_Sx. Противаги обертаються в різні сторони, але з тією ж кутовою швидкістю w, що і колінчастий вал; їх закріплюють на своїх валах так, щоб рівнодійна їх відцентрових сил діяла в площині, яка проходить через вісь циліндра і у випадку положення поршня у в.м.т. була направлена вниз. На рис.1.2 привод додаткових валів О₁ і О₂ здійснюється за допомогою шестерні 1, яка розташована на колінчастому валі, проміжної шестірні 2 і шестерень 4 і 5, що розташовані на валах О₁ і О₂.

Рис.1.2. Зрівноваження одноциліндрового двигуна за допомогою додаткових валів

Маса кожної з противаг m_x має бути такою, щоб відцентрова сила була рівна половині найбільшого значення сили

, або ,

де r_x – відстань центра ваги противаги від осі обертання.

Відповідно, у випадку r=R маса кожної з противаг рівна половині маси елементів, що рухаються зворотно-поступально. Внаслідок обертання колінчатого валу на кут j рівнодійна вертикальних складових сил буде рівна за величиною і прямо протилежна за напрямком силі ,

, або .

Горизонтальні складові сил завжди рівні одна одній за величиною, але протилежні за напрямком, і тому завжди взаємно зрівноважуються

.

Силу інерції другого порядку можна зрівноважити аналогічним методом, тобто встановленням противаг на валах О₃ і О₄, що приводяться в рух за допомогою шестерень 3 та 6, які обертаються в різні сторони з подвійною кутовою швидкістю 2w. В даному випадку маса кожної з противаг m_y і відстань її центра ваги від осі відповідного вала r_y повинні бути такі, щоб забезпечувалась рівність

, або .

Внаслідок повороту колінчатого валу на кут j

,

оскільки

та

.

Тобто горизонтальні складові сил взаємно зрівноважуються.

Метод додаткових валів з противагами, наприклад, застосовується для зрівноваження сил інерції першого порядку в одноциліндрових дизелях Д-14 і Д-20.

Відцентрову силу обертових мас можна повністю зрівноважити встановленням двох однакових противаг на продовженнях щік колінчастого валу. Масу кожної ї противаг знаходять з рівняння

,

де r_z – відстань від центра ваги противаги до осі колінчастого валу.

Дуже часто противаги на продовженнях щік колінчастого валу одноциліндрового двигуна встановлюють таким чином, щоб сила була зрівноважена повністю, що зменшить спрацювання опорних підшипників. У ряді двигунів величина противаг підбирається такою, щоб забезпечити мінімальний питомий тиск на підшипники.