Уравновешивание механизма кривошипного

Массы, которые необходимо уравновеши­вать, делятся на два вида (рис. 9.14): массы, участвующие во вращательном движении М₁, и массы, движущиеся возвратно-поступа­тельно, М₂. К вращающимся массам обычно относят массу кривошипа с подшипником шатуна и с частью массы шатуна (массой нижней головки шатуна), условно соединенной с кривошипом. В воз­вратно-поступательном движении участвуют следующие массы: масса поршня с поршневыми кольцами и поршневым пальцем, а также часть массы шатуна (масса верхней головки), условно соединенная с поршнем. Мы говорим «условно» потому, что в действительности масса стержня шатуна участвует как в посту­пательном, так и в колебательном движении, и это значительно усложняет рассуждения. Распределение массы шатуна между кривошипом и поршнем является допустимым упрощением.

Центробежная сила Fo, действующая на вращающиеся массы М₁, всегда направлена по радиусу (рис. 9.15). Эту силу легко уравновесить, если на коленчатый вал установить противовес с такой массой и на таком расстоянии от оси вращения, чтобы центробежная сила F_0w, действующая на эту массу, была равна центробежной силе F₀. Обе силы Fo и F_0w вращаются вместе с коленчатым валом, но всегда остаются в равновесии, незави­симо от ЧВ двигателя.

Рис. 9.15. Уравновешивание вращающихся масс:

а — неуравновешенная центробежная сила; б — полное уравновешивание

Инерционная сила F_b массы М₂ всегда действует вдоль оси цилиндра (рис. 9.16, а). Как уже говорилось, она нагружает коленчатый вал силой F_hk, действующей на кривошип. Силу F_bk можно разложить на две составляющие: силу F_s, перпендику­лярную радиусу кривошипа, и силу F_ab, перпендикулярную оси коленчатого вала, нагружающую его подшипники и вызывающую дисбаланс. Однако эту силу, внешне похожую на центробежную силу F_o, возникающую в результате вращения массы M₁, пол­ностью уравновесить противовесом не удается. Сила F_ob изме­няется от максимальной в мертвых точках до нуля в некоторых промежуточных положениях. Полное уравновешивание этой силы противовесом возможно только в том случае, если центро­бежная сила противовеса изменяется таким же образом, что и сила F_ob. На практике это невозможно, поэтому надо брать такой противовес, чтобы действующая на него постоянная центробежная сила Fo_P имела некоторое среднее значение. В этом случае в мертвых точках поршня (рис. 9.16, б) сила F_op будет меньше, чем F_ob, равная F_b, а в промежуточных положениях поршня (рис. 9.16, в) сила F_op будет больше F_ob. Во время каждого оборота коленчатого вала только в двух его положениях F_op = F_ob. В сумме на противовес будет действовать центробежная сила, равная F_ow+ F_0p.

Возникает вопрос, какая должна быть величина силы F_op? Иначе говоря, какую часть максимальной силы F_ob надо уравно­весить? Если F_o будет большой, она почти полностью уравновесит силу Fob в мертвых точках хода поршня, а в других положениях коленчатого вала будет избыточной. Двигатель будет неуравно­вешен в горизонтальной плоскости. Если Fo мала, то двигатель будет неуравновешен в направлении оси цилиндра.

Отношение силы Fo к максимальному значению силы F_0b называется коэффициентом уравновешенности. Значения этого коэффициента колеблются от 0,3 до 0,7. Заметим также, что он указывает, какую часть массы М₂ надо учитывать при вычисле­нии среднего значения F_ob = Fo.