Равномерная работа двигателя обеспечивается установкой на коленчатом валу тяжелого маховика. Благодаря большому весу вращающихся деталей (коленчатый вал, маховик) требуются значительные усилия для того, чтобы преодолеть их инерцию и изменить скорость вращения.
Уравновешивание сил инерции достигается применением противовесов на коленчатом валу или специальных уравновешивающих устройств. Противовесы или отштамповываются вместе с коленчатым валом (Д-35), или крепятся к щекам вала на болтах или шпильках (ЯАЗ-204, КДМ-46).
Коленчатый вал двигателя КДМ-46 с противовесами показан на рис. 19.
Рис, 19. Коленчатый вал дизеля КДМ-46: 1 - носок вала; 2 - шатунная шейка; 3 - коренная шейка; 4 - щека вала; 5 - фланец; 6 - противовесы
Противовесы на коленчатом валу полностью уравновешивают только силы инерции вращающихся деталей. Силы инерции поступательно движущихся деталей они уравновешивают только частично.
На современных многоцилиндровых двигателях применяется такое расположение деталей кривошипных механизмов различных цилиндров, при котором возникающие во время работы силы инерции действуют навстречу друг другу и вследствие этого взаимно уравновешиваются. Коленчатому валу для обеспечения этого придается зеркально-симметричная форма1.
Применение зеркально-симметричного коленчатого вала не всегда возможно. В двухтактном дизеле для обеспечения равномерного чередования рабочих ходов приходится применять коленчатые валы такой конструкции, которая не обеспечивает взаимного уравновешивания моментов сил инерции. Примером может служить коленчатый вал двигателя ЯАЗ-204 (рис. 20). Первый и четвертый кривошипы этого вала расположены под углом 180° один к другому и под углом 90° ко второму и третьему кривошипам. Последние также расположены под углом 180° один к другому.
Рис. 20. Коленчатый вал дизеля ЯАЗ-204
Для уравновешивания моментов сил инерции поступательно движущихся частей в двигателе ЯАЗ-204 предусмотрено специальное уравновешивающее устройство (рис. 21). Симметрично коленчатому валу 9 расположены распределительный 5 и уравновешивающий 6 валы, приводимые во вращение от шестерни 1 коленчатого вала через промежуточную шестерню 2. Шестерни 3 и 4 уравновешивающего и распределительного валов изготовлены так, что большая часть металла в каждой из них сосредоточена по одну сторону от оси вращения. Вследствие этого при вращении шестерен возникают центробежные неуравновешенные силы Рш1 и Рш2. На концах распределительного и уравновешивающего валов (противоположных шестерням) установлены грузы 7 и 8. Центробежные силы Рг1 и Рг2, возникающие при вращении грузов, направлены в стороны, противоположные силам Рш1 и Рш2. Центробежные силы складываются: Рш1 с Рш2, образуя силу Рш, и Рг1 с Рг2, образуя силу Рг. Силы Рш и Рг направлены в противоположные стороны и образуют момент Му, равный по величине, но противоположный по направлению моменту сил инерции Ми поступательно движущихся масс кривошипных механизмов всех четырех цилиндров. Такое устройство обеспечивает хорошее уравновешивание двигателя.
Рис. 21. Уравновешивающее устройство дизеля ЯАЗ-204: 1, 2, 3 и 4 - шестерни; 5 - распределительный вал; в - уравновешивающий вал; 7, 8 - грузы; 9 - коленчатый вал
1. Зеркально-симметричным называется такой коленчатый вал, в котором колена расположены одинаково по обе стороны от перпендикулярной плоскости, делящей его пополам. Коленчатый вал, например, двигателя КДМ-46, является зеркально-симметричным.