Двомасовий (двомасовий) маховик – принцип, конструкція, серія

Під жаргонним назвою двухмассовой або двухмассовой мухи є пристрій, який називається двохмасовим маховиком. Цей пристрій дозволяє передавати крутний момент від двигуна до трансмісії і далі на колеса транспортного засобу. Двомасових маховик привернув увагу громадськості через його часто обмеженого терміну служби. Обмін не тільки трудомісткий, але і вимагає фінансових витрат, оскільки в гаманці є від кількох сотень до тисячі євро. Серед автомобілістів часто можна почути питання, для чого використовуються двоколісні автомобілі, коли з автомобілями колись не було проблем.

Трохи теорії та історії

Поршневий двигун внутрішнього згоряння є відносно складною машиною, робота якої переривається по фазі. З цієї причини з колінчастим валом з'єднаний маховик, завданням якого є накопичення кінетичної енергії, достатньою для подолання пасивних опорів під час тактів стиснення (неробочих). Цим досягається, крім іншого, потрібна рівномірність роботи двигуна. Двигун працює більш збалансованим, чим більше у двигуна циліндрів або чим більший (важчий) маховик. Однак важчий маховик знижує живучість двигуна і знижує його готовність до швидкого обертання. Це явище можна спостерігати, наприклад, двигуном 1,4 TDi або 1,2 HTP. Завдяки потужнішому маховику ці трициліндрові двигуни працюють повільніше, а також уповільнюються. Недоліком такої поведінки є, наприклад, повільніше перемикання передач. На розмір маховика додатково впливає склад циліндрів (рядний, вилковий або боксерський). Двигун із протилежними роликами опозитного типу в принципі працює набагато більш збалансовано, ніж, наприклад, рядний чотирициліндровий. Тому у нього також менше маховик, ніж у порівнянного за обсягом рядного чотирициліндрового двигуна. Розмір маховика також впливає на принцип горіння, наприклад, сучасні дизельні двигуни практично завжди потребують маховика. У порівнянні з бензиновими аналогами, дизельні двигуни зазвичай мають значно вищий ступінь стиснення, при перевищенні якого вони споживають значно більше роботи – кінетичної енергії маховика, що обертається.

Кінетична енергія Ek, пов'язана в обертовому маховику, розраховується за такою формулою:

Ек = 1/2·Дж · ω2

(куди J - момент інерції тіла щодо осі обертання, ω - Кутова швидкість обертання тіла).

Балансувальні вали також допомагають усунути нерівномірну роботу, але для їх приведення у рух потрібна певна механічна робота. Крім нерівномірності, періодичне повторення чотирьох періодів також призводить до крутильним коливань, які негативно позначаються на приводі і трансмісії. Нормальна інерційна маса двигуна внутрішнього згоряння складається з інерційних мас частин кривошипно-шатунного механізму (балансирних валів), маховика і зчеплення. Однак цього недостатньо для усунення небажаних коливань в разі потужних і особливо менш циліндричних дизельних двигунів. Отже, трансмісія і вся система приводу повинні бути захищені від цих несприятливих впливів, оскільки на певних швидкостях може виникнути надмірний резонанс, що виявляється в надмірному навантаженні на колінчастий вал і трансмісію, неприємних вібраціях кузова, а також в гудінні салону автомобіля. Це добре видно з наведеної нижче діаграми, на якій показана амплітуда коливань двигуна і коробки передач зі звичайним і двохмасовим маховиком. Коливання колінчастого вала на виході з двигуна і коливання на вході трансмісії мають практично однакові амплітуди і частоти. На певних швидкостях ці коливання перекриваються, що призводить до вказаних небажаних ризиків і проявів.

Загальновідомо, що дизельні двигуни значно міцніші за бензинові, тому їх деталі важчі (кривошипно-шатунний механізм, шатуни і т. д.). Визначення розмірів та балансування такого двигуна – справді складне завдання, вирішення якого складається з низки інтегралів та похідних. Коротко, двигун внутрішнього згоряння складається з ряду компонентів, кожен із яких має свою вагу та жорсткість, які разом утворюють систему пружин кручення. Така система матеріальних тіл, з'єднаних пружинами, під час роботи (під навантаженням) має тенденцію до коливань з різною частотою. Перша значна смуга частот коливань лежить у діапазоні 2-10 Гц. Ця частота може вважатися природною і практично не сприймається людиною. Друга смуга частот перебуває у діапазоні 40-80 Гц, ми сприймаємо ці коливання як вібрації, а шум – гуркіт. Завдання дизайнерів – усунути цей резонанс (40-80 Гц), що практично означає переїхати в місце, де людині набагато менш неприємно (близько 10-15 Гц).

Автомобіль містить кілька механізмів, що усувають неприємні вібрації та шум (сайлентблоки, шківи, ​​шумоізоляція), а в основі – класична звичайна фрикційна дискова муфта. Крім передачі моменту, що крутить, його завданням є також гасіння крутильних коливань. Він містить пружини, які у разі небажаного коливання стискають та поглинають більшу частину його енергії. У разі більшості бензинових двигунів абсорбційної спроможності одного зчеплення цілком достатньо. Подібне правило застосовувалося до дизельних двигунів до середини 90-х років, коли легендарного 1,9 TDi з роторним насосом Bosch VP було достатньо зі звичайним зчепленням та класичним одномасовим маховиком.

Однак з часом дизельні двигуни стали забезпечувати все більшу і більшу потужність за рахунок все меншого обсягу (кількості циліндрів), культура їх експлуатації вийшла на перший план, і, нарешті, що не менш важливо, тиск на «маховик пили» також розроблені всі суворіші екологічні стандарти. Загалом, гасіння крутильних коливань вже не могло бути забезпечено класичною технікою, і тому необхідність в двомасових маховику стала необхідністю. Першою компанією, що представила двомасових маховик ZMS (Zweimassenschwungrad), була LuK. Його масове виробництво почалося в 1985 році, і першим автовиробником, який виявив інтерес до нового пристрою, став німецький BMW. Двомасових маховик з тих пір зазнав ряд поліпшень, при цьому планетарна передача ZF-Sachs в даний час вважається найбільш передовою.

Двомасовий маховик - конструкція та функціональність

Двомасовий маховик практично функціонує як звичайний маховик, який також виконує функцію гасіння крутильних коливань і, таким чином, значно усуває небажані вібрації та шум. Двомасовий маховик відрізняється від класичного тим, що його основна частина – маховик – гнучко з'єднана з колінчастим валом. Отже, в критичній фазі (до піку стиснення) він припускає деяке уповільнення колінчастого валу, а потім знову (під час розширення) деяке прискорення. Однак швидкість самого маховика залишається постійною, тому швидкість на виході коробки також залишається постійною і без вібрації. Двомасовий маховик передає свою кінетичну енергію лінійно на колінчастий вал, дія сил реакції на сам двигун більш плавна, а пікові значення цих сил набагато нижчі, тому двигун також менше вібрує і трясе решту. тіло. Поділ на первинну інерцію з боку двигуна і вторинну інерцію з боку коробки передач збільшує момент інерції частин коробки передач, що обертаються. Це переміщує резонансний діапазон у діапазон нижчих частот (оборотів), ніж швидкість холостого ходу, і, таким чином, не лежить у діапазоні робочих швидкостей двигуна. Таким чином, крутильні коливання, створювані двигуном, відокремлюються від трансмісії, і шум трансмісії і рев кузова більше не виникають. Завдяки тому, що первинна та вторинна частини з'єднані гасником крутильних коливань, можливе використання диска зчеплення без крутильної підвіски.

Двомасовий маховик також служить так званим амортизатором. Це означає, що це допомагає пом'якшити удари зчеплення під час перемикання передач (коли необхідно збалансувати частоту обертання двигуна з частотою обертання колеса), а також допомагає плавніше запускатися. Однак пружні елементи (пружини) у двомасовому маховику постійно втомлюються і дозволяють маховику ширше та легке переміщення щодо колінчастого валу. Проблема виникає, коли вони вже втомилися – висмикуються повністю. Крім витягування пружин, знос маховика означає виштовхування отворів на стопорних штифтах. Отже, маховик як гасить коливання (коливання), але, навпаки, створює їх. Зупинки на крайніх межах обертання маховика починають з'являтися, найчастіше як удари при перемиканні передач, запуску, просто у всіх ситуаціях, коли зчеплення увімкнено або вимкнено, або зміну швидкості. Зношування також буде проявлятися у вигляді ривків при пуску, надмірної вібрації та шуму при оборотах близько 2000 об/хв або надмірної вібрації на холостому ході. Загалом, двомасові маховики зазнають значно більших навантажень у менш циліндричних двигунах (наприклад, трьох/чотирициліндрових), де нерівномірність роботи набагато більша, ніж у шестициліндрових двигунах.

Конструктивно двомасових маховик складається з первинного маховика, вторинного маховика, внутрішнього демпфера і зовнішнього демпфера.

Як вплинути / продовжити термін служби двомасових маховика?

На термін служби маховика впливає його конструкція, а також властивості двигуна, в якому він встановлений. Той же маховик від того ж виробника на деяких двигунах пробігає 300 км, а на деякі піде тільки через половину порції. Первісне намір полягав в тому, щоб розробити такі двомасових маховики, які дожили б до того ж віку (км), що і весь автомобіль. На жаль, в реальності маховик часто потрібно замінювати набагато раніше, багато разів раніше, ніж диск зчеплення. Крім конструкції двигуна і самого двомасових маховика, провідник істотно впливає на термін його служби. Всі ситуації, що призводять до передачі удару в ту чи іншу сторону, скорочують термін його служби.

Щоб продовжити термін служби двомасового маховика, не рекомендується часто їздити на двигуні з недостатньою повертальністю (особливо нижче 1500 об/хв), різко вичавлювати зчеплення (бажано без перемикання при перемиканні передач) і не перемикати двигун на знижену передачу (тобто гальмувати) ). лише на розумній швидкості). Часто буває, що на швидкості 80 км/год ви включаєте не другу передачу, а третю чи четверту і поступово перемикаєтеся на нижчу передачу). Деякі виробники рекомендують (в даному випадку VW), якщо автомобіль припаркований з нерухомим автомобілем на пологому березі, спочатку необхідно задіяти ручне гальмо, а потім включити передачу (задній хід або XNUMX-я передача). В іншому випадку автомобіль трохи зрушить і двомасовий маховик потрапить у так зване постійне зачеплення, що викликає напругу (розтяг пружин). Тому рекомендується не використовувати швидкість на підйомі, і якщо це так, тільки після гальмування автомобіля ручним гальмом, щоб не викликати невеликий рух та подальше тривале навантаження - закриття системи трансмісії, тобто двомасовий маховик. Підвищення температури диска зчеплення також пов'язане зі скороченням терміну служби двомасового маховика. Зчеплення перегрівається, особливо при буксируванні важкого причепа або іншого транспортного засобу, руху бездоріжжям і т. д. Зчеплення розблокується саме, навіть якщо двигун зламаний. Слід зазначити, що променисте тепло від диска зчеплення призводить до перегріву різних компонентів маховика (особливо якщо це витік мастила), що надалі негативно позначається на терміні служби.

Ремонт – заміна двомасового маховика та заміна на звичайний маховик

Ремонт надмірно зношеного маховика як такого немає. Ремонт передбачає заміну маховика разом із вузлом зчеплення (ламелі, пружина стиснення, підшипники). Весь ремонт досить трудомісткий (близько 8-10 годин), коли необхідно демонтувати коробку передач, а іноді навіть двигун. Звичайно, не можна забувати і про фінанси, де найдешевші маховики продаються приблизно по 400 євро, найдорожчі – понад 2000 євро. Навіщо міняти диск зчеплення, який досі у хорошому стані? Але просто тому, що при обслуговуванні диска зчеплення це лише питання часу, коли він піде, і цей трудомісткий процес, який у кілька разів дорожчий за диск зчеплення, доведеться повторити. При заміні маховика рекомендується подивитися, чи є складніша версія, здатна витримати більшу кількість миль – звичайно, підтримувана та схвалена виробником транспортного засобу.

Дуже часто можна зустріти інформацію про заміну двомасових маховика на класичний, в якому використовуються ламелі з демпфером крутіння. Як уже писалося в попередніх статтях, двомасових маховик крім зручних функцій виконує ще й функцію гасителя крутильних коливань, що негативно позначається на стані рухомих частин двигуна (колінчастого валу) або коробки передач. Певною мірою гасіння коливань також може бути усунуто самої підресореною пластиною, але вона не може забезпечити таку ж роботу, як набагато більш потужний і складний двомасових маховик. Крім того, якби це було так просто, це вже давно застосовувалося б виробниками автомобілів і їх фінансовими господарями, які постійно працюють над скороченням витрат. Таким чином, в цілому не рекомендується замінювати двомасових маховик на одномасової маховик.

Не варто недооцінювати заміну зношеного маховика

Відкладати заміну надмірно зношеного маховика категорично не рекомендується. Крім перерахованих вище проявів існує ризик розхитування (відриву) будь-якої частини маховика. Крім руйнування самого маховика, двигун або трансмісія також можуть бути смертельно пошкоджені. Надмірний знос маховика також впливає на правильну роботу датчика частоти обертання колінчастого вала. У міру поступового зносу пружинних елементів дві частини маховика відхиляються все більше і більше, поки вони не вийдуть за межі допусків, встановлених в блоці управління. Іноді це призводить до повідомлення про помилку, а іноді, навпаки, блок управління намагається адаптувати і управляти двигуном на основі невірних даних. Це призводить до погіршення робочих характеристик і, в гіршому випадку, до проблем при запуску. Ця проблема особливо характерна для старих двигунів, в яких датчик колінчастого вала визначає рух на вихідний стороні двомасових маховика. Виробники усунули цю проблему, змінивши кріплення датчика, тому в нових двигунах він визначає частоту обертання колінчастого вала на вході в маховик.