Двухмассовый (двухмассовый) маховик – принцип, конструкция, серия

Под жаргонным названием двухмассовой или двухмассовой мухи есть устройство, называемое двухмассовым маховиком. Это устройство позволяет передавать крутящий момент от двигателя к трансмиссии и далее на колеса транспортного средства. Двухмассовый маховик привлек внимание общественности из-за его зачастую ограниченного срока службы. Обмен не только трудоемок, но и требует финансовых затрат, поскольку в кошельке есть от нескольких сотен до тысячи евро. Среди автомобилистов часто можно услышать вопрос, для чего используются двухколесные автомобили, когда с автомобилями когда-то не было проблем.

Немного теории и истории

Поршневой двигатель внутреннего сгорания представляет собой относительно сложную машину, работа которой прерывается по фазе. По этой причине с коленчатым валом соединен маховик, задачей которого является накопление кинетической энергии, достаточной для преодоления пассивных сопротивлений во время тактов сжатия (нерабочих). Этим достигается, помимо прочего, требуемая равномерность работы двигателя. Двигатель работает более сбалансированным, чем больше у двигателя цилиндров или чем больше (тяжелее) маховик. Однако более тяжелый маховик снижает живучесть двигателя и снижает его готовность к быстрому вращению. Это явление можно наблюдать, например, с двигателем 1,4 TDi или 1,2 HTP. Благодаря более мощному маховику эти трехцилиндровые двигатели работают медленнее, а также замедляются. Недостатком такого поведения является, например, более медленное переключение передач. На размер маховика дополнительно влияет состав цилиндров (рядный, вилочный или боксерский). Двигатель с противоположными роликами оппозитного типа в принципе работает гораздо более сбалансировано, чем, например, рядный четырехцилиндровый. Поэтому у него также меньше маховик, чем у сопоставимого по объему рядного четырехцилиндрового двигателя. Размер маховика также влияет на принцип горения, например современные дизельные двигатели практически всегда нуждаются в маховике. По сравнению с бензиновыми аналогами, дизельные двигатели обычно имеют значительно более высокую степень сжатия, при превышении которой они потребляют значительно больше работы – кинетической энергии вращающегося маховика.

Кинетическая энергия Ek, связанная во вращающемся маховике, рассчитывается по следующей формуле:

Эк = 1/2·Дж · ω2

(куда J – момент инерции тела относительно оси вращения, ω – угловая скорость вращения тела).

Балансировочные валы также помогают устранить неравномерную работу, но для их приведения в движение требуется определенная механическая работа. Помимо неравномерности, периодическое повторение четырех периодов также приводит к крутильным колебаниям, которые отрицательно сказываются на приводе и трансмиссии. Нормальная инерционная масса двигателя внутреннего сгорания складывается из инерционных масс частей кривошипно-шатунного механизма (балансирных валов), маховика и сцепления. Однако этого недостаточно для устранения нежелательных колебаний в случае мощных и особенно менее цилиндрических дизельных двигателей. Следовательно, трансмиссия и вся система привода должны быть защищены от этих неблагоприятных воздействий, поскольку на определенных скоростях может возникнуть чрезмерный резонанс, проявляющийся в чрезмерной нагрузке на коленчатый вал и трансмиссию, неприятных вибрациях кузова, а также в гудении салона автомобиля. Это хорошо видно из приведенной ниже диаграммы, на которой показана амплитуда колебаний двигателя и коробки передач с обычным и двухмассовым маховиком. Колебания коленчатого вала на выходе из двигателя и колебания на входе трансмиссии имеют практически одинаковые амплитуды и частоты. На определенных скоростях эти колебания перекрываются, что приводит к указанным нежелательным рискам и проявлениям.

Общеизвестно, что дизельные двигатели значительно прочнее бензиновых, поэтому их детали тяжелее (кривошипно-шатунный механизм, шатуны и т. Д.). Определение размеров и балансировка такого двигателя – действительно сложная задача, решение которой состоит из ряда интегралов и производных. Вкратце, двигатель внутреннего сгорания состоит из ряда компонентов, каждый из которых имеет свой вес и жесткость, которые вместе образуют систему пружин кручения. Такая система материальных тел, соединенных пружинами, при работе (под нагрузкой) имеет тенденцию к колебаниям с разной частотой. Первая значимая полоса частот колебаний лежит в диапазоне 2-10 Гц. Эта частота может считаться естественной и практически не воспринимается человеком. Вторая полоса частот находится в диапазоне 40-80 Гц, и мы воспринимаем эти колебания как вибрации, а шум – грохот. Задача дизайнеров – устранить этот резонанс (40-80 Гц), что на практике означает переехать в место, где человеку гораздо менее неприятно (около 10-15 Гц).

Автомобиль содержит несколько механизмов, устраняющих неприятные вибрации и шум (сайлентблоки, шкивы, шумоизоляция), а в основе – классическая обычная дисковая фрикционная муфта. Помимо передачи крутящего момента, его задачей является также гашение крутильных колебаний. Он содержит пружины, которые в случае нежелательного колебания сжимают и поглощают большую часть его энергии. В случае большинства бензиновых двигателей абсорбционной способности одного сцепления вполне достаточно. Подобное правило применялось к дизельным двигателям до середины 90-х годов, когда легендарного 1,9 TDi с роторным насосом Bosch VP было достаточно с обычным сцеплением и классическим одномассовым маховиком.

Однако со временем дизельные двигатели стали обеспечивать все большую и большую мощность за счет все меньшего объема (количества цилиндров), культура их эксплуатации вышла на первый план, и, наконец, что не менее важно, давление на «маховик пилы» также разработаны все более строгие экологические стандарты. В общем, гашение крутильных колебаний уже не могло быть обеспечено классической техникой, и поэтому необходимость в двухмассовом маховике стала необходимостью. Первой компанией, представившей двухмассовый маховик ZMS (Zweimassenschwungrad), была LuK. Его массовое производство началось в 1985 году, и первым автопроизводителем, проявившим интерес к новому устройству, стал немецкий BMW. Двухмассовый маховик с тех пор претерпел ряд улучшений, при этом планетарная передача ZF-Sachs в настоящее время считается самой передовой.

Двухмассовый маховик – конструкция и функциональность

Двухмассовый маховик практически функционирует как обычный маховик, который также выполняет функцию гашения крутильных колебаний и, таким образом, в значительной степени устраняет нежелательные вибрации и шум. Двухмассовый маховик отличается от классического тем, что его основная часть – маховик – гибко соединена с коленчатым валом. Следовательно, в критической фазе (до пика сжатия) он допускает некоторое замедление коленчатого вала, а затем снова (во время расширения) некоторое ускорение. Однако скорость самого маховика остается постоянной, поэтому скорость на выходе коробки передач также остается постоянной и без вибрации. Двухмассовый маховик передает свою кинетическую энергию линейно на коленчатый вал, действие сил реакции на сам двигатель более плавное, а пиковые значения этих сил намного ниже, поэтому двигатель также меньше вибрирует и трясет остальную часть. тело. Разделение на первичную инерцию со стороны двигателя и вторичную инерцию со стороны коробки передач увеличивает момент инерции вращающихся частей коробки передач. Это перемещает резонансный диапазон в диапазон более низких частот (оборотов), чем скорость холостого хода, и, таким образом, не лежит в диапазоне рабочих скоростей двигателя. Таким образом, крутильные колебания, создаваемые двигателем, отделяются от трансмиссии, и шум трансмиссии и рев кузова больше не возникают. Благодаря тому, что первичная и вторичная части соединены гасителем крутильных колебаний, возможно использование диска сцепления без крутильной подвески.

Двухмассовый маховик также служит так называемым амортизатор. Это означает, что это помогает смягчить удары сцепления при переключении передач (когда необходимо сбалансировать частоту вращения двигателя с частотой вращения колеса), а также помогает более плавно запускаться. Однако упругие элементы (пружины) в двухмассовом маховике постоянно устают и позволяют маховику более широкое и легкое перемещение относительно коленчатого вала. Проблема возникает, когда они уже устали – выдергиваются полностью. Помимо вытягивания пружин, износ маховика также означает выталкивание отверстий на стопорных штифтах. Таким образом, маховик не только не гасит колебания (колебания), но, наоборот, создает их. Остановки на крайних пределах вращения маховика начинают появляться, чаще всего как удары при переключении передач, запуске, просто во всех ситуациях, когда сцепление включено или выключено, или при изменении скорости. Износ также будет проявляться в виде рывков при пуске, чрезмерной вибрации и шума при оборотах около 2000 об / мин или чрезмерной вибрации на холостом ходу. В общем, двухмассовые маховики испытывают гораздо большие нагрузки в менее цилиндрических двигателях (например, трех / четырехцилиндровых), где неравномерность работы намного больше, чем в шестицилиндровых двигателях.

Конструктивно двухмассовый маховик состоит из первичного маховика, вторичного маховика, внутреннего демпфера и внешнего демпфера.

Как повлиять / продлить срок службы двухмассового маховика?

На срок службы маховика влияет его конструкция, а также свойства двигателя, в котором он установлен. Тот же маховик от того же производителя на некоторых двигателях пробегает 300 км, а на некоторые уйдет только через половину порции. Первоначальное намерение состояло в том, чтобы разработать такие двухмассовые маховики, которые дожили бы до того же возраста (км), что и весь автомобиль. К сожалению, в реальности маховик часто нужно заменять гораздо раньше, много раз раньше, чем диск сцепления. Помимо конструкции двигателя и самого двухмассового маховика, проводник существенно влияет на срок его службы. Все ситуации, приводящие к передаче удара в ту или иную сторону, сокращают срок его службы.

Чтобы продлить срок службы двухмассового маховика, не рекомендуется часто ездить на двигателе с недостаточной поворачиваемостью (особенно ниже 1500 об / мин), резко выжимать сцепление (желательно без переключения при переключении передач) и не переключать двигатель на пониженную передачу (т. Е. Тормозить двигатель). только на разумной скорости). Часто бывает, что на скорости 80 км / ч вы включаете не вторую передачу, а третью или четвертую и постепенно переключаетесь на более низкую передачу). Некоторые производители рекомендуют (в данном случае VW), что если автомобиль припаркован с неподвижным автомобилем на пологом берегу, сначала необходимо задействовать ручной тормоз, а затем включить передачу (задний ход или XNUMX-я передача). В противном случае автомобиль немного сдвинется и двухмассовый маховик попадет в так называемый постоянное зацепление, вызывающее напряжение (растяжение пружин). Поэтому рекомендуется не использовать скорость на подъеме, и если это так, только после торможения автомобиля ручным тормозом, чтобы не вызвать небольшое движение и последующую длительную нагрузку – закрытие системы трансмиссии, то есть двухмассовый маховик. Повышение температуры диска сцепления также напрямую связано с сокращением срока службы двухмассового маховика. Сцепление перегревается, особенно при буксировке тяжелого прицепа или другого транспортного средства, движении по бездорожью и т. Д. Сцепление разблокируется само, даже если двигатель сломан. Следует отметить, что лучистое тепло от диска сцепления приводит к перегреву различных компонентов маховика (особенно, если это утечка смазки), что в дальнейшем отрицательно сказывается на сроке службы.

Ремонт – замена двухмассового маховика и замена на обычный маховик

Ремонт чрезмерно изношенного маховика как такового не существует. Ремонт подразумевает замену маховика вместе с узлом сцепления (ламели, пружина сжатия, подшипники). Весь ремонт довольно трудоемкий (около 8-10 часов), когда необходимо демонтировать коробку передач, а иногда даже двигатель. Конечно, нельзя забывать и о финансах, где самые дешевые маховики продаются примерно по 400 евро, самые дорогие – более 2000 евро. Зачем менять диск сцепления, который до сих пор в хорошем состоянии? Но просто потому, что при обслуживании диска сцепления это только вопрос времени, когда он уйдет, и этот трудоемкий процесс, который в несколько раз дороже, чем диск сцепления, придется повторить. При замене маховика рекомендуется посмотреть, есть ли более сложная версия, способная выдержать большее количество миль – конечно, поддерживаемая и одобренная производителем транспортного средства.

Очень часто можно встретить информацию о замене двухмассового маховика на классический, в котором используются ламели с демпфером кручения. Как уже писалось в предыдущих статьях, двухмассовый маховик помимо удобных функций выполняет еще и функцию гасителя крутильных колебаний, что отрицательно сказывается на состоянии движущихся частей двигателя (коленчатого вала) или коробки передач. В определенной степени гашение колебаний также может быть устранено самой подрессоренной пластиной, но она не может обеспечить такую ​​же работу, как гораздо более мощный и сложный двухмассовый маховик. Кроме того, если бы это было так просто, это уже давно применялось бы производителями автомобилей и их финансовыми хозяевами, которые постоянно работают над сокращением затрат. Таким образом, в целом не рекомендуется заменять двухмассовый маховик на одномассовый маховик.

Не стоит недооценивать замену изношенного маховика

Откладывать замену чрезмерно изношенного маховика категорически не рекомендуется. Помимо вышеперечисленных проявлений существует риск расшатывания (отрыва) какой-либо части маховика. Помимо разрушения самого маховика, двигатель или трансмиссия также могут быть смертельно повреждены. Чрезмерный износ маховика также влияет на правильную работу датчика частоты вращения коленчатого вала. По мере постепенного износа пружинных элементов две части маховика отклоняются все больше и больше, пока они не выйдут за пределы допусков, установленных в блоке управления. Иногда это приводит к сообщению об ошибке, а иногда, наоборот, блок управления пытается адаптировать и управлять двигателем на основе неверных данных. Это приводит к ухудшению рабочих характеристик и, в худшем случае, к проблемам при запуске. Эта проблема особенно характерна для старых двигателей, в которых датчик коленчатого вала определяет движение на выходной стороне двухмассового маховика. Производители устранили эту проблему, изменив крепление датчика, поэтому в новых двигателях он определяет частоту вращения коленчатого вала на входе в маховик.