Co způsobuje vibrace motoru a jak se s nimi vypořádat?

Vibrace motoru jsou způsobeny pohybem klikového hřídele, ojnic a pístů. Pokud začneme se setrvačníky, jednotlivě se mohou na ložiscích otáčet celkem snadno a nezpůsobovat žádné vibrace. Jakmile je k setrvačníku přidán určitý počet rotujících sestav, jmenovitě klikový čep, spodní ložisko ojnice a dno ojnice, vzniká problém s vibracemi v důsledku nevyvážených rotačních nebo odstředivých sil.

Ale pokud jde o vratně se pohybující části, jako je horní polovina ojnice a píst, úkol se stává méně přímočarým. Vysvětlení je neméně složité. Jakmile píst dosáhne vrcholu svého zdvihu (TDC), měl by prudce zpomalit, poté se zastavit a poté rychle zrychlit v opačném směru. Maximální rychlost dosáhne přibližně v polovině zdvihu, poté by měl zpomalit a zastavit na BDC Pokaždé, když píst dosáhne TDC nebo BDC, způsobí náhlé zpomalení vibrační puls v celém motoru Síly, které způsobují vibrace, se nazývají vratné nebo vratné. inerciální, jsou maximální při TDC a BDC a jsou rovny nule uprostřed zdvihu pístu, kdy je rychlost jeho pohybu maximální.

Vyvažování []

Eliminace škodlivých vlivů rotujících nebo odstředivých sil je zcela jednoduchá: odstraňte trochu materiálu ze setrvačníku vedle klikového čepu, nebo přidejte stejné množství materiálu naproti němu a konstrukce se znovu vyrovná, aby se kompenzovaly vratné nebo setrvačné síly. můžete pokračovat ve zvyšování hmotnosti setrvačníků na protilehlé straně kliky, aby byla celková hmotnost vratných sestav vyvážená. Říká se tomu indikátor 100% zůstatku. Vytvořením nevyvážených sil druhého řádu zcela eliminujeme nerovnováhu v TDC a BDC zdvihu pístu, a tím vyřešíme problém vibrací – nebo ne? Bohužel ne. Problém je v tom, že toto uspořádání nefunguje mezi TDC a BDC, protože přidaná (vyvažovací) hmota na setrvačnících vytváří konstantní točivou sílu, zatímco vratná síla se mění od maxima k nule a naopak. Výsledkem jsou horizontální vibrace.

Potíž je v tom, že píst a ojnice nejsou ve stejné poloze vůči setrvačníkům a nevyvážené síly se neustále mění s otáčením klikového hřídele. I když je celková hmotnost komponentů klikového hřídele konstantní, část této hmoty neustále mění svou polohu a v důsledku toho se objevují měnící se momentové síly. Absolutní řešení tohoto problému neexistuje, jedinou cestou, kterou má konstruktér motoru k dispozici, je kompromis. Je nutné dosáhnout snížení indexu vyváženosti vratně se pohybujících hmot (RPM) tak, aby se také snížila nevyváženost momentových sil, ale s přijatelnou mírou nevyváženosti otáček. Konečné vyvážení je určeno na základě maximální konstrukční rychlosti konstruovaného motoru, typu rámu a řady dalších úvah a liší se motor od motoru, ale obvykle je kolem 60-70 %.

Síly, které jsme dosud uvažovali, se nazývají nevyvážené síly prvního řádu. Existují také síly druhého řádu, se kterými je také třeba se vypořádat. V této fázi se věci ještě zkomplikují. Dosud jsme předpokládali, že velikost vratně se pohybující síly je stejná – při TDC a při BDC. Bohužel je tomu jinak a je to dáno úhlovou polohou ojnice. Ve skutečnosti je maximální rychlost pístu dosažena o něco blíže k TDC, spíše než uprostřed zdvihu pístu. To znamená, že při daných otáčkách motoru je k dispozici méně času pro zpomalení pístu z maximální rychlosti, zastavení, zpětný směr a následné zrychlení na maximální rychlost za TDC a následné opakování při BDC. Protože vratná hnací síla (neboli setrvačnost) je spojena jak s hmotností, tak se zrychlením a zpomalením, je síla působící při TDC větší než při BDC.

Vyvážení motoru se stává z matematického hlediska velmi obtížným problémem. Stačí říci, že současné metody představují kompromis oproti ideálnímu stavu. Jakmile pochopíme základy vyvažování, je jasné, proč konstruktéři motorů vyzkoušeli mnoho různých uspořádání motoru a klikového hřídele (relativní poloha jednoho pístu vůči druhému u víceválcových motorů): aby prozkoumali a odstranili, nebo alespoň minimalizovali, že mají problémy.

Pokud vezmeme v úvahu několik motorů, je jasné, že s rostoucí velikostí motoru se tento úkol stává obtížnějším. Na motoru mopedu mohou být nevyvážené síly poměrně velké, ale protože hmotnost pístu a ojnice je malá, vibrace jsou pociťovány pouze ve formě mírného chvění na volantu – problém tak vážně identifikovaný v teorii zatáček v praxi bezvýznamné. U větších strojů se však vibrace stanou tak patrnými, že v určitém okamžiku začnou omezovat maximální velikost motoru, ačkoli existuje mnoho dalších úvah, které částečně vysvětlují absenci jednoválcových motorů o objemu 1000 cmXNUMX.

Problém vibrací spojený s možnými konstrukcemi spalovacích motorů účinně omezuje zdvihový objem jednoválcových motorů na 650 ccm. To také vysvětluje, proč jsou velkoobjemové jednoválcové motory obvykle konstruovány na nízké otáčky: snížením otáček motoru jsou opotřebení a vibrace omezeny na minimum. Větší výkon znamená větší zdvihový objem a vyšší otáčky motoru, takže je potřeba více válců.

Snížený vliv vibrací []

Existuje několik způsobů, jak snížit dopad vibrací, čímž se eliminuje nutnost volit obtížnou cestu odstranění samotné příčiny. Konstrukce rámu a příslušenství je velmi důležitá, protože může snížit nebo zvýšit vibrace. Dobrým příkladem je volant instalovaný na některých autech. Během provozu dosahují vibrace rukojetí volantu úrovně, při které dochází ke znecitlivění prstů. Řešení tohoto problému je poměrně jednoduché: musíte ztížit volant v oblasti rukojetí. To má za následek změnu rezonanční frekvence volantu a tím i snížení vibrací. Podobné metody se používají k eliminaci vibrací zpětných zrcátek a dokonce k prevenci periodického praskání montážních držáků.

Podstatou další metody je izolovat motor od rámu pomocí gumových úchytů k jeho uchycení, které pomáhají absorbovat většinu vibrací. Existují související problémy spojené s potřebou bezpečně namontovat motor, aby bylo zajištěno, že je vyrovnán s koncovým pohonem, a to obvykle způsobuje problémy u všech motorů kromě nejmenších.

Použití různých metod ke snížení účinků vibrací je vhodné u strojů s nízkou úrovní vibrací nebo tam, kde není žádoucí zvýšená hmotnost, ale existují některé konstrukce motorů, které mají mnohem vyšší úrovně vibrací než jiné. V případech, kdy na pohodlí a pohodlí záleží více než na hmotnosti a výkonu, je nutné nadále řešit příčinu, nikoli její následky.

Protože je nemožné odstranit síly, které jsou zdrojem obtíží, je nutné vytvořit stejné, ale opačné síly, aby se eliminoval vliv existujících. Podstatou obecně uznávané techniky je použití jednoho nebo více vyvažovacích hřídelů poháněných klikovým hřídelem, které se otáčejí v opačném směru než klikový hřídel. Na hřídel jsou umístěny protizávaží, jejichž hmotnost a umístění je pečlivě vypočítáno. Síly vytvářené protizávažím na vyvažovacím hřídeli eliminují vibrace. Pokud je hřídel použita k boji proti silám prvního řádu, pak se otáčí stejnou frekvencí jako kliková hřídel, ale v opačném směru. Pokud se hřídel používá k boji proti silám druhého řádu, pak je jeho rychlost otáčení dvojnásobkem otáček motoru a opět se otáčí v opačném směru než klikový hřídel.