Возникающие во время работы двигателей инерционные силы вызывают дополнительные так называемые динамические усилия. Чем быстроходнее двигатель, тем больше эти усилия, которые могут вызвать нежелательные колебания частей двигателя и фундамента.

Так как действие динамических усилий связано с наличием ускорений, то уничтожить эти усилия невозможно. Можно только путем рационального размещения движущихся масс частично, а иногда и полностью уравновесить действие динамических усилий.

Силы инерции неуравновешенных вращающихся масс (шейки мотыля, щек и 0,6 массы шатуна), т. е. центробежные силы, можно уравновесить с помощью противовесов, укрепляемых на щеках мотыля коленчатого вала. При этом вес противовесов подбирается так, чтобы создаваемая ими центробежная сила была равна центро­бежным силам неуравновешенных вращающихся масс.

Уравновешивание сил инерции возвратно-поступательно движу­щихся масс у одноцилиндрового двигателя не может быть достиг­нуто (исключение составляет двигатель со сходящимися поршнями). У многоцилиндровых же двигателей полное или частичное уравновешивание достигается путем соответствующего взаимного расположения мотылей коленчатого вала. Так, например, для полного уравновешивания сил инерции и их моментов для четырехтактных двигателей необходимо иметь шесть или восемь цилиндров с углами между мотылями соответственно 120 и 90°.

Число цилиндров двигателя определяет не только степень уравновешенности, но и степень неравномерности двигателя. У многоцилиндровых двигателей чередование рабочих ходов чаще, чем у одноцилиндрового, и поэтому степень неравномерности меньше. Следовательно, чем больше цилиндров имеет двигатель, тем меньше относительный вес и размеры может иметь маховик (при одинаковой мощности и степени неравномерности). Следует подчеркнуть, что у двухтактного двигателя вес маховика на единицу мощности меньше, чем у четырехтактного (при одинаковом числе рабочих цилиндров), так как за одно и то же время у него в 2 раза больше рабочих ходов. Многоцилиндровые двигатели более экономичны, чем одноцилиндро­вые; это объясняется тем, что расход мощности на некоторые вспо­могательные механизмы (регулятор, привод газораспределения, топливоподкачивающий насос и др.) мало зависит от числа цилиндров; следовательно, доля затраченной мощности на привод этих меха­низмов у одноцилиндровых двигателей больше, чем у многоцилиндро­вых. Преимуществом многоцилиндровых двигателей является их большая компактность.

Однако увеличение числа цилиндров усложняет конструкцию. Поэтому там, где требуются простые, маломощные, нетребователь­ные в обслуживании двигатели, применяются одно- и двухцилиндро­вые двигатели.

Говоря о колебаниях, появляющихся в рабочем двигателе, следует иметь в виду, что коленчатый вал представляет собой упру­гую систему, способную вызвать колебания под воздействием воз­никающих сил.

Пусть один конец длинного стального вала зажат в тисках, а на другом конце укреплен груз с плечом; сообщив грузу толчок, вал на некоторый угол будет скручен; однако затем вследствие упру­гих сил материала вала и инерции массы груза оба они придут в коле­бательное движение. Указанные крутильные колебания, возникаю­щие в момент прекращения действия внешних сил или момента, называются свободными или собственными коле­баниями. Вследствие внутреннего трения свободные колебания постепенно прекратятся; но если продолжать сообщать грузу внеш­ние толчки, то свободные колебания возбуждаются вновь и таким образом непрерывно возобновляются. Импульс сил, вызывающих свободные колебания, создают так называемые вынужденные колебания. Если импульсы сил будут действовать в такт свободным колебаниям, т. е. вынужденные колебания совпадут со свободными, то крутильные колебания не только, не прекратятся, но и резко усилятся, увеличивая свой размах.

В двигателе периодические изменения вращающихся моментов вызывают вынужденные крутильные колебания коленчатого вала, так как угол его закручивания не остается постоянным, а изменяется по времени. Совпадение частот и направлений свободных и вынужден­ных колебаний называется резонансом. При этом свободные и вынужденные колебания складываются, что вызывает в материале вала значительные напряжения, и могут вызвать поломку вала.

Число оборотов вала, при котором возникает явление резонанса, называется критическим. Оно сопровождается сильной вибрацией двигателя и стуками в соединениях подвижных частей, а иногда и поломкой вала.

Если число оборотов станет больше или меньше критического, то явления, сопровождающие резонанс, прекратятся, так как угло­вая скорость вращения отдельных мотылей постепенно выравни­вается. Следовательно, простейшим методом устранения резонанса является изменение числа оборотов двигателя. Критическое число оборотов может быть установлено расчетом или на основании обсле­дования установки с использованием специального прибора — торсиографа, при помощи которого можно получить график кру­тильных колебаний. При числе оборотов, близком к критическому, амплитуда колебаний резко увеличивается, что отображается на само­пишущем приборе.

Если критические обороты лежат близко к нормальным, то послед­ние следует снизить на 5—10% и не переходить за это число.

Для уменьшения амплитуды крутильных колебаний до величины, гарантирующей безопасность работы вала, применяется гаситель колебаний — демпфер. Принцип действия демпфера заключается в том, что присоединенная к валу например через муфту дополни­тельная масса, вращаясь вместе с валом, воспринимает часть энер­гии возмущающих сил, что способствует затуханию колебаний.