За винятком роторного, у всіх мотоциклетних двигунів є ряд деталей, що обертаються і ряд деталей, які переміщуються вгору-вниз або рухаються зворотно-поступально
вібрація Правити
Причиною вібрації двигуна є рух колінчастого вала, шатунів і поршнів. Якщо почати розгляд з маховиків в від дельности, вони можуть обертатися абсолютно легко на своїх підшипниках і не викликати ніяких вібрацій. Як тільки до маховика додається певна кількість обертових вузлів, а саме: палець кривошипа, підшипник нижньої головки шатуна і нижня частина шатуна, з'являється проблема вібрації, викликана розбалансуванням обертових або відцентрових сил.
Але коли доходить до деталей, що рухаються зворотно-поступально, як-то: верхня половина шатуна і поршень, завдання стає менш однозначною. Пояснення не менше складно. Як тільки поршень досягає вершини свого ходу (ВМТ], він повинен різко сповільнитися, потім зупинитися, і потім швидко прискоритися в зворотному напрямку. Він досягає максимальної швидкості приблизно в середині ходу вниз, потім він повинен сповільнитися, зупинитися в НМТ, і потім знову прискоритися , і так далі. Кожен раз, коли поршень виявляється в ВМТ або НМТ, різке уповільнення викликає імпульс вібрації по всьому двигуну. Сили, які викликають вібрацію, називають зворотно поступальними або інерційними, вони максимальні в ВМТ і НМТ і дорівнюють нулю в середині ходу поршня, коли швидкість його руху максимальна.
урівноваження Правити
Усунути шкідливий вплив обертають або відцентрових сил досить просто: треба видалити частину матеріалу з маховика поруч з пальцем кривошипа або додати таку ж кількість матеріалу навпроти нього, і конструкція знову збалансована Для компенсації зворотно-поступальних сил або сил інерції можна продовжувати збільшувати масу маховиків з протилежного пальцю кривошипа боку так, щоб був збалансований загальна вага вузлів, які прямують зворотно-поступально. Це називається показником 100% -ної врівноваженості. Створивши неврівноважені сили другого порядку, ми повністю виключаємо неврівноваженість в ВМТ і НМТ ходу поршня, і, таким чином, вирішуємо завдання вібрації - або все-таки ні? На жаль немає. Проблема полягає в тому, що ця схема не працює між ВМТ і НМТ, тому що додана (урівноважує) маса на маховиках створює постійний крутний силу, в той час як зворотно-поступально рухається сила змінюється від максимуму до нуля і навпаки. В результаті з'являється горизонтальна вібрація.
Складність полягає в тому, що поршень і шатун не перебувають в одному і тому ж положенні щодо маховиків, і неврівноважені сили постійно змінюються в міру повороту колінчастого вала. Навіть незважаючи на сталість сумарною маси складових колінчастого вала, частина цієї маси постійно змінює своє положення, і, відповідно, з'являються змінюються крутний сили. Не існує абсолютного вирішення цього завдання, єдиний шлях, відкритий перед конструктором двигунів - компроміс. Необхідно домогтися зниження показника врівноваженості зворотно-поступально рухомих мас (ВПДМ) так, щоб неврівноваженість крутять сил теж знизилася, але з прийнятною ступенем неврівноваженості ВПДМ. Остаточний показник врівноваженості встановлюється на основі максимальної розрахункової частоти обертання проектованого двигуна, типу рами і безлічі інших міркувань, він змінюється від одного двигуна до іншого, але зазвичай становить близько 60-70%.
Сили, які ми досі розглядали, називаються неврівноваженими силами першого порядку. Є ще сили другого порядку, з якими також доводиться мати справу. На цьому етапу все стає ще складніше. Поки ми припускали, що величина зворотно-поступально рухається сили однакова - в ВМТ і в НМТ. На жаль, справи йдуть інакше, і пов'язано це з кутовим положенням шатуна. Фактично максимальна швидкість поршня досягається трохи ближче до ВМТ, а не в середині ходу поршня. Це означає, що при заданій частоті обертання двигуна менше часу відводиться на те, щоб поршень сповільнилося від максимальної значення швидкості, зупинився, змінив напрям і потім прискорився до максимального значення за ВМТ, а потім все повторилося у НМТ. Оскільки поступально рушійна сила (або інерція) пов'язана як з масою, так і з прискоренням і уповільненням, то сила, що діє в ВМТ, більше, ніж в НМТ.
врівноваження двигуна стає дуже складним завданням з математичної точки зору. Досить сказати, що існуючі методи є компроміс в порівнянні з ідеальною ситуацією. Виходячи з того, що основи врівноваження осмислені, стає зрозуміло, чому проектувальники двигунів випробували безліч різних схем двигуна і колінчастого вала (взаємне розташування одного поршня щодо іншого в багатоциліндрових двигунах): для того, щоб досліджувати і усунути або, принаймні, мінімізувати властиві їм проблеми.
Якщо ми розглянемо кілька двигунів, то стане ясно, що завдання ускладнюється зі збільшенням розмірів двигуна. На мопедних двигуні неврівноважені сили можуть бути досить великі, але так як маса поршня і шатуна мала, вібрація відчувається тільки у вигляді слабкої тремтіння на кермі-проблема, настільки серйозно позначена в теорії, на практиці виявляється незначною. Однак на великих машинах вібрація стає настільки відчутною, що в певний момент вона починає обмежувати максимальну розмірність двигуна, хоча і існує безліч інших міркувань, почасти пояснюють відсутність одноциліндрових двигунів об'ємом 10ОО куб.см.
Проблема вібрації, пов'язана з можливими структурними схемами двигуна внутрішнього згоряння, ефективно обмежує обсяг одноциліндрових двигунів - 650 куб.см. Це також пояснює, чому одноциліндрові двигуни великого обсягу зазвичай виконуються низькооборотної: за рахунок зниження частоти обертання двигуна знос і вібрація зводяться до мінімуму. Велика потужність означає більший обсяг і більш високі частоти обертання двигуна, так що виникає потреба в збільшенні кількості циліндрів.
Зниження впливу вібрації Правити
Існує кілька шляхів зниження впливу вібрації, які позбавляють від необхідності вибору важкого шляху усунення самої причини. Дуже важлива конструкція рами і навісних елементів, тому що вони можуть знижувати або збільшувати вібрацію. Хорошим прикладом може послужити і кермо, що встановлюється на деяких машинах. При експлуатації вібрація рукояток керма досягає рівня, при якому відбувається оніміння пальців. Вирішити цю проблему досить просто: необхідно збільшити вагу кермо в області рукояток. Це призводить до зміни резонансної частоти керма і, отже, знижує вібрацію. Подібні методи застосовуються для усунення вібрації дзеркал заднього виду і навіть для запобігання періодичного розтріскування кронштейнів кріплення.
Суть іншого методу полягає в тому, щоб ізолювати двигун від рами, застосувавши для його кріплення гумові опори, що сприяють поглинанню здебільшого вібрації. Існують супутні проблеми, пов'язані з необхідністю надійного закріплення двигуна для забезпечення його центрування з головною передачею, і зазвичай це призводить до ускладнень на всіх двигунах (за винятком самих маленьких).
Використання різних методів зниження впливу вібрації доречно на машинах з низьким рівнем вібрації або там, де небажано збільшення ваги, але, існують такі схеми двигунів, у яких рівень вібрації набагато вище, ніж у інших. У тих випадках, коли комфортабельність і зручність значать більше, ніж вага і потужність, необхідно продовжувати займатися причиною, а не її наслідками.
Оскільки неможливо усунути сили, що служать джерелом труднощів, необхідно створити рівні їм, але протилежно спрямовані сили для усунення впливу вже існуючих. Суть загальноприйнятої методики полягає в використанні одного або декількох врівноважують валів з приводом від колінчастого вала, які обертаються в протилежному йому напрямку. На валу размешаются противаги, маса і розташування яких ретельно розраховується. Сили, що створюються противагами на врівноважується валу, усувають вібрацію. Якщо вал використовується для боротьби з силами першого порядку, то він обертається з тією ж частотою, що і колінчастий вал, але в протилежному напрямку. Якщо вал використовується для боротьби з силами другого порядку, то частота його обертання вдвічі перевищує частоту обертання двигуна, і знову ж таки він обертається в протилежному колінчастого валу напрямку.