7.2. Загальні умови зрівноваженості двз. Критерії зрівноваженості

Звичайно в автомобільних та тракторних двигунах внутрішнього згоряння аналізують зрівноваженість лише найбільших за значенням сил інерції (відцентрових К_r та створених масами, що рухаються зво­ротно-поступально Р_j , які умовно підрозділяють на перший та другий порядок: P_{j |} і P_{j ||}), а також моментів від цих сил, відповідно М_r, М_{j |} і М_{j |}. Тому загальні теоретичні умови зрівноваженості ДВЗ мають ви­гляд:

де і - число циліндрів.

Якщо при проектуванні двигуна виявляється, що деякі сили інерції або моменти від них незрівноважені, то питання про необхідність їх зрі­вноваження вирішується з урахуванням значення критеріїв зрівноваже­ності.

Найбільше застосування одержали безрозмірні критерії зрівнова­женості Клімова - Стечкіна - Каца: ξ і η . При їх виведенні виходили з того, що ДВЗ - це паралелепіпед довжиною L, висотою Н й шириною В, який знаходиться на основі, що не заважає його поступовому перемі­щенню й повертанню у площинах, одна з яких проходить через осі цилі­ндрів, а друга перпендикулярна до них. Відносно двигуна внутрішнього згоряння у такої моделі незрівноважені сили інерції та їх моменти бу­дуть зовнішніми гармонійними збуреннями. В цьому разі критерії зрівно­важеності мають вигляд:

де m_двз - маса ДВЗ, кг; D - діаметр циліндра, м; ω - кутова швидкість

обертання колінчастого вала ДВЗ, с^-1.

Двигун внутрішнього згоряння вважається добре зрівноваженим, якщо ξ і η ≤ 0,002, і потребує обов'язкового зрівноваження, якщо ξ і η > 0,01 [1; 15]. Досвід свідчить, що з позиції вібрації та руйнування від втомленості більш небезпечними є незрівноважені сили інерції. Вони в першу чергу й потребують зрівноваження.

При розгляданні загальних умов зрівноваженості ДВЗ вважалось, що маса й довжина деталей КШМ, що рухаються, всіх циліндрів, і кути розміщення всіх кривошипів колінчастого вала абсолютно однакові, а кутова швидкість обертання колінчастого вала - незмінна.

В дійсності за технологічних причин маса й розміри деталей ДВЗ майже завжди відрізняються від їх номінальних значень, колінчастий вал деформується під впливом зусиль, які прикладаються до нього, а кутова швидкість його обертання змінюється.

Тому, як правило, дійсна зрівноваженість ДВЗ відрізняється від оціненої за залежностями (7.1) частіше в бік збільшення. Для зменшення їхньої розбіжності поршні і шатуни при складанні ДВЗ підбираються за масою, контролюються по­ложення центра ваги й значення моментів інерції. Колінчасті вали, ма­ховики й зчеплення автомобільних ДВЗ статично та динамічно балансують (зрівноважують), що дозволяє забезпечити встановлений припус­тимий дисбаланс.

Умовою статичного збалансування колінчастого вала є знаходжен­ня його центра ваги на осі обертання, а динамічного — ще й додатково рівняння нулю суми моментів відцентрових сил відносно будь-якої точки осі обертання колінчастого вала. Недотримання цих умов може призве­сти до появи значних незрівноважених відцентрових сил інерції й моме­нтів від них.