Мгновенный крутящий момент на валу двигателя определяют по формуле

где D — диаметр цилиндра, м;

R — радиус кривошипа, м;

?р_? —значение касательной силы принимается для заданного ? по диаграмме ?P_? = f (?).

Так как с изменением ? величина ?P_? также изменяется, то крутящий момент М_к не остается постоянным и вследствие этого коленчатый вал двигателя вращается неравномерно, угловая ско­рость вращения вала изменяется от максимального значения ?_mах до минимального ?_min. Показателем, характеризующим изменение скорости вращения коленчатого вала, является степень неравномер­ности вращения ? = ?_max – ?_min / ?_cp, где ?_ср= ?_max + ?_min / 2 . Чем меньше ?, тем равномернее вращается коленчатый вал. Для судо­вых двигателей, работающих непосредственно на винт, ? = 1/20 : 1/40,  а для работающих на электрогенератор ? = 1/100 ? 1/300.

Одним из способов увеличения равномерности вращения яв­ляется увеличение числа цилиндров, однако по целому ряду об­стоятельств число цилиндров бывает ограничено. Вторым спосо­бом является применение маховиков, которые, аккумулируя избы­точную энергию, сглаживают неравномерность вращения.

Применяя уравнения движения тела, вращающегося около не­подвижной оси, к движению коленчатого вала, можно записать

где М — момент сил инерции неравномерно вращающихся масс двигателя; J — суммарный момент инерции всех вращающихся масс двигателя, передачи и гребного вала, приве­денный к пальцу кривошипа и принимаемый постоянным; ? — угловая скорость вращения вала;

d? / dt - мгновенное значение углового ускорения вала двигателя.

Из уравнения (175) видно, что с увеличением J уменьшается уг­ловое ускорение, т. е. ход двигателя становится более равномер­ным. С достаточной для практики точностью можно считать J = J₀ = J_м, где J₀ — приведенный момент инерции массы КШМ; J_м— момент инерции массы маховика.

Приближенно можно принять: для тронковых двигателей

где  G — масса поступательно-движущихся частей двигателя, кг;

R — радиус кривошипа, м;

Динамический момент инерции

где L — наибольшая работа крутящего момента, затрачиваемая на увеличение кинетической энергии вращающихся масс дви­гателя, дж;

п — частота вращения, об/сек.

Величина L определяется из суммарной диаграммы касатель­ных усилий. Для этого на диаграмме ?Р_? = f (?) нужно построить линию среднего суммарного касательного усилия Р_? ср. Площадь между кривой ?Р_? = f (?) и линией Р_? ср, лежащей над этой линией, называется избыточной. Она характеризует избыток работы дви­жущих сил, вызывающих ускорение вращения вала и поглощаемых маховиком и вращающимися массами двигателя. В области, где площадь между кривой ?Р_? = f (?) и линией Р_? ср лежит под этой линией, происходит уменьшение угловой скорости вращения. Если за период ?_всп кривая ?Р_? = f (?) имеет несколько максимумов, то расчетная величина избыточной работы L определяется следующим образом (рис. 224).

Площадь из­быточной работы (лежащие над линией Р_? ср) представляют в виде векторов, направленных вверх (f₂, f₄), а площади затраченной ра­боты (лежащие под линией Р_{? ср}) — в виде векторов, направленных вниз (f₁, f₂, f₅). Алгебраически сложив эти векторы, получают как резуль­тирующий вектор площадь f, характеризующую избыточную работу, накопленную системой за цикл. Если на диаграмме суммарных касательных сил масштаб по оси абсцисс l соответствует ?° или ?°?/180 радиан, то 1 м будет соответствовать ?°?/180l радиан.

При масштабе ординат 1 м = а н/м², масштаб 1 м² площади составит ?⁰?a / 180l = с.

Наибольшая избыточная работа L = FRfc, где F — площадь поршня, м²; R — радиус кривошипа, м; f — площадь наибольшей площадки на диаграмме ?Р_? cp = f (?).

Определив суммарный момент инерции всех вращающихся масс J и приведенный момент инерции массы КШМ J₀, подсчитывают необходимый для поддержания требуемой степени неравномерно­сти момент инерции маховика J_м = J—J₀. Если величина J_м ? 0, то маховик не нужен.

Момент инерции маховика J_м можно выразить через его махо­вой момент

где G₀ — масса обода маховика, кг;

d_м — диаметр маховика по центру тяжести обода, м.

Из формулы (179), задавшись диаметром маховика d_м опреде­ляют массу его обода

Так как при этом не учитывают влияния диска маховика, то по­лученное значение массы обода окажется завышенным. Поэтому массу обода окончательно принимают: G'о = (0,7?0,9)G₀. Полная масса маховика

Приняв форму сечения обода и выбрав для него материал, оп­ределяют размеры обода из выражения

где а и b — ширина и толщина обода, м;

р — плотность материала маховика, кг/м³.

Задавшись одним из размеров сечения обода, определяют дру­гой его размер. Диаметр маховика для судовых двигателей прини­мают не более 2 м, причем исходя из соображений прочности нельзя допускать, чтобы окружная скорость на внешней стороне обода превышала 30—40 м/сек для чугунных маховиков и 40— 60 м/сек для стальных.

еще один материал и совсем другие данные в предельных скоростях для чугуна и стали:

Определение массы маховика

Маховик обеспечивает заданную степень равномерности вращения коленчатого вала, минимальные числа оборотов холостого хода, а для тракторных двигателей и возможность начала движения за счет кинетической энергии маховика. Поэтому маховики тракторных двигателей по сравнению с маховиками автомобильных двигателей обладают большей массой. Необходимость в маховиках с большой массой у автомобильных двигателей отпадает и потому, что у них большой запас мощности и очень часто автомобильные двигатели, особенно легковых автомобилей, работают с нагрузкой всего 30—50% от номинальной мощности. Увеличение массы маховика такого двигателя может привести к ухудшению приемистости, что может снизить среднюю скорость машины при движении с частыми остановками.

При определении массы маховика считают, что  маховика составляет для автомобильного двигателя 80—90% от приведенного момента инерции, а для тракторного 75—90%.

Приведенный момент

 (23)

при Lизб, определенной по избыточной работе крутящего момента, и заданном значении коэффициента неравномерности хода δ.

Маховой момент маховика

,

где ттах — масса маховика, кг;  — диаметр маховика (средний), м.

Для обеспечения необходимой прочности наружный диаметр Dн маховика выбирают по допускаемой скорости на наружной окружности (м/с) .

Допускаемые значения окружной скорости для чугунных маховиков до 70 м/с, для стальных маховиков до 110 м/с.

Допускаемые напряжения для маховиков чугунных σ = 110 МПа, для стальных σ =200 МПа.

Определив массу маховика, проводят его конструктивную разработку. Маховик современного автотракторного двигателя выполняют в виде диска, который крепят к коленчатому валу. Поверхность диска используют в качестве ведущего элемента муфты сцепления. Большая часть массы маховика сосредоточена, как правило, в ободе маховика. На ободе маховика помещаются венец зубчатой шестерни стартера и установочные отметки в. м. т. и др., поэтому маховик данного двигателя с коленчатым валом соединяется строго в определенном положении.