Основные сведения о крутильных колебаниях

В процессе работы двигателя на отдельные кривошипы коленчатого вала действуют периодически изменяющиеся крутящие моменты, сдвинутые по фазе в соответствии с порядком работы цилиндров. Это приводит к возникновению в конструкции вала переменных деформаций кручения, а они вызывают в нем упругие восстанавливающие моменты. Так как соотношения между возбуждающими и восстанавливающими моментами циклически меняются, то кривошипы вала и связанные с ними элементы совершают в плоскости вращения периодические угловые знакопеременные смещения, которые называются крутильными колеба-

ниями. При интенсивных колебаниях из-за деформации элементов вала нарушается уравновешенность двигателя, что приводит к повышению вибраций и шума двигателя, возникают дополнительные напряжения в элементах коленчатого вала.

Интенсивность вынужденных крутильных колебаниях зависит от колебательных характеристик коленчатого вала и характера изменения по времени возбуждающих крутящих моментов. Наибольшие амплитуды закрутки отдельных участков вала возникают при резонансе, когда частота одной из гармоник возбуждающих моментов совпадает с какой-либо из частот собственных колебаний системы.

Снижения напряжений в элементах коленчатого вала от крутильных колебаний достигают изменением конструкции вала:

при заданном расположении кривошипов коленчатого вала четырехтактных двигателей выбирают наиболее приемлемый вариант порядка работы цилиндров;

при заданном расположении кривошипов вала уменьшают инерционные массы кривошипов, а также повышают крутильную жесткость вала для увеличения частоты собственных колебаний системы и вывода ее за пределы рабочего диапазона;

устанавливают специальные гасители крутильных колебаний: без поглощения колебательной энергии системы — маятниковые (динамические) антивибраторы; с частичным поглощением и последующим рассеиванием энергии колебаний в окружающую среду в виде теплоты — демпферы.

Принцип работы антивибраторов заключается в изменении резонансной системы коленчатого вала. Они эффективны только в узком диапазоне частот на одном режиме работы двигателя. Антивибраторы в основном используются в двигателях, работающих стационарно на одном скоростном режиме.

Работа демпферов основана на принципе поглощения энергии крутильных колебаний двигателя и последующего ее рассеивания в окружающую среду в виде теплоты. Поглощение энергии колебаний осуществляется за счет использования разных видов трения: сухого, жидкостного или внутреннего (молекулярного) в упругом (резиновом) элементе. Эти гасители колебаний уменьшают амплитуды колебаний при любой частоте вращения вала двигателя, включая и резонансную частоту. Поэтому они наиболее распространены в автотракторных двигателях и устанавливаются на носке коленчатого вала, где имеются наибольшие амплитуды колебаний.