Kaksimassainen (kaksimassainen) vauhtipyörä - periaate, muotoilu, sarja

Kaksoismassan tai kaksimassisen perhon slangin termillä on laite, jota kutsutaan kaksimassavauhtipyöräksi. Tämä laite mahdollistaa vääntömomentin siirtämisen moottorista vaihteistoon ja edelleen ajoneuvon pyörille. Kaksimassavauhtipyörä on herättänyt julkista huomiota sen usein rajallisen käyttöiän vuoksi. Vaihto ei ole vain työläs, vaan vaatii myös taloudellisia kustannuksia, koska lompakossa on useita satoja tuhansia euroja. Autoilijoiden keskuudessa voit usein kuulla kysymyksen siitä, mihin kaksipyöräisiä autoja käytetään, kun aikoinaan ei ollut ongelmia autojen kanssa.

Vähän teoriaa ja historiaa

Mäntäpolttomoottori on suhteellisen monimutkainen kone, jonka toiminta keskeytyy vaiheittain. Tästä syystä kampiakseliin on kytketty vauhtipyörä, jonka tehtävänä on kerätä riittävästi liike-energiaa voittamaan passiiviset vastukset puristusiskujen aikana (ei-toimi). Tällä saavutetaan muun muassa vaadittu moottorin tasaisuus. Moottori käy tasapainoisemmin, mitä enemmän sylintereitä moottorissa on tai mitä suurempi (raskaampi) vauhtipyörä. Raskaampi vauhtipyörä kuitenkin heikentää moottorin kestävyyttä ja heikentää sen valmiutta pyöriä nopeasti. Tämä ilmiö voidaan havaita esimerkiksi 1,4 TDi- tai 1,2 HTP-moottorilla. Tehokkaammalla vauhtipyörällä nämä kolmisylinteriset moottorit käyvät hitaammin ja myös hidastavat. Tämän käyttäytymisen haittana on esimerkiksi hitaammat vaihteet. Vauhtipyörän kokoon vaikuttaa lisäksi sylinterien koostumus (in-line, haarukka tai boxer). Vastarullainen vastarullamoottori on periaatteessa paljon tasapainoisempi kuin esimerkiksi nelisylinterinen rivimoottori. Siksi siinä on myös pienempi vauhtipyörä kuin vastaavassa nelisylinterisessä rivimoottorissa. Vauhtipyörän koko vaikuttaa myös palamisperiaatteeseen, esimerkiksi nykyaikaiset dieselmoottorit tarvitsevat lähes aina vauhtipyörän. Bensiineihin verrattuna dieselmoottoreilla on tyypillisesti paljon korkeampi puristussuhde, jonka yläpuolella ne kuluttavat huomattavasti enemmän työtä - pyörivän vauhtipyörän liike-energiaa.

Pyörivään vauhtipyörään liittyvä liike -energia Ek lasketaan seuraavan kaavan avulla:

Ec = 1/2·J ω2

(missä J on kappaleen hitausmomentti pyörimisakselin suhteen, ω on kappaleen pyörimiskulmanopeus).

Tasapainoakselit auttavat myös poistamaan epätasaisen toiminnan, mutta niiden kuljettamiseen tarvitaan tietty määrä mekaanista työtä. Epätasaisuuksien lisäksi neljän jakson säännöllinen toistaminen johtaa myös vääntövärähtelyyn, mikä vaikuttaa haitallisesti taajuusmuuttajaan ja voimansiirtoon. Polttomoottorin normaali hitausmassa koostuu kampiakselin osien (tasapainoakselit), vauhtipyörän ja kytkimen hitausmassoista. Tämä ei kuitenkaan riitä poistamaan ei -toivottua tärinää voimakkaiden ja erityisesti vähemmän lieriömäisten dieselmoottoreiden tapauksessa. Näin ollen vaihteisto ja koko käyttöjärjestelmä on suojattava näiltä haitallisilta vaikutuksilta, koska tietyillä nopeuksilla voi esiintyä liiallista resonanssia, mikä johtaa kampiakseliin ja voimansiirtoon kohdistuvaan liialliseen rasitukseen, epämiellyttäviin korin tärinöihin ja ajoneuvon sisätilojen huminaan. Tämä näkyy selvästi alla olevasta kaaviosta, joka näyttää moottorin ja voimansiirron värähtelyamplitudin tavanomaisilla ja kaksimassaisilla vauhtipyörillä. Kampiakselin tärinällä moottorin ulostulossa ja värähtelyillä vaihteiston sisäänkäynnillä on käytännössä sama amplitudi ja taajuus. Tietyillä nopeuksilla nämä vaihtelut ovat päällekkäisiä, mikä johtaa ilmoitettuihin ei -toivottuihin riskeihin ja ilmentymiin.

On yleisesti tiedossa, että dieselmoottorit ovat huomattavasti vahvempia kuin bensiinimoottorit, joten niiden osat ovat raskaampia (kampimekanismi, kiertokanget jne.). Tällaisen moottorin mitoitus ja tasapainottaminen on todella monimutkainen ongelma, jonka ratkaisu koostuu sarjasta integraaleja ja derivaattoja. Lyhyesti sanottuna polttomoottori koostuu useista osista, joista jokaisella on oma painonsa ja jäykkyytensä, jotka yhdessä muodostavat vääntöjousijärjestelmän. Tällainen jousiin yhdistetty materiaalikappalejärjestelmä pyrkii värähtelemään eri taajuuksilla käytön aikana (kuormituksen alaisena). Ensimmäinen merkittävä värähtelytaajuuksien kaista on 2-10 Hz. Tätä taajuutta voidaan pitää luonnollisena, eikä henkilö käytännössä havaitse sitä. Toinen taajuuskaista on alueella 40-80 Hz, ja näemme nämä värähtelyt värähtelyinä ja kohinan pauhina. Suunnittelijoiden tehtävänä on poistaa tämä resonanssi (40-80 Hz), mikä käytännössä tarkoittaa siirtymistä paikkaan, jossa ihminen on paljon vähemmän epämiellyttävä (noin 10-15 Hz).

Autossa on useita mekanismeja, jotka poistavat epämiellyttävän tärinän ja melun (hiljaiset lohkot, hihnapyörät, äänieristys), ja ytimessä on klassinen perinteinen levykitkakytkin. Sen tehtävänä on vääntömomentin välittämisen lisäksi vaimentaa vääntövärähtelyjä. Se sisältää jousia, jotka ei-toivotun tärinän sattuessa puristavat ja imevät suurimman osan energiasta. Useimmissa bensiinimoottoreissa yhden kytkimen absorptiokyky on riittävä. Samanlainen sääntö koski dieselmoottoreita 90-luvun puoliväliin asti, jolloin legendaarinen 1,9 TDi Bosch VP -kiertopumpulla riitti perinteisellä kytkimellä ja klassisella yksimassavauhtipyörällä.

Kuitenkin ajan myötä dieselmoottorit alkoivat tuottaa enemmän ja enemmän voimaa pienemmän tilavuuden (sylinterien lukumäärän) vuoksi, niiden toimintakulttuuri nousi esiin ja viimeisenä mutta ei vähäisimpänä "sahavauhtipyörän" paine "kehitti myös entistä tiukempia ympäristöstandardeja. Yleensä vääntövärähtelyjen vaimennus ei enää ollut mahdollista klassisella tekniikalla, ja siksi kahden massan vauhtipyörän tarve tuli välttämättömäksi. Ensimmäinen ZMS (Zweimassenschwungrad) kaksoismassavauhtipyörä esitteli yritys LuK. Sen massatuotanto alkoi vuonna 1985, ja saksalainen BMW oli ensimmäinen autonvalmistaja, joka osoitti kiinnostusta uuteen laitteeseen. Kaksimassavauhtipyörään on tehty useita parannuksia sen jälkeen, ja ZF-Sachs-planeettahammaspyörää pidetään tällä hetkellä kehittyneimpänä.

Kaksoismassavauhtipyörä – muotoilu ja toiminta

Kaksimassainen vauhtipyörä toimii käytännössä kuten perinteinen vauhtipyörä, joka myös vaimentaa vääntövärähtelyjä ja eliminoi siten suurelta osin ei-toivotun tärinän ja melun. Kaksoismassavauhtipyörä eroaa klassisesta siinä, että sen pääosa - vauhtipyörä - on yhdistetty joustavasti kampiakseliin. Siksi kriittisessä vaiheessa (puristuksen huippuun asti) se sallii jonkin verran kampiakselin hidastamista ja sitten taas (laajenemisen aikana) jonkin verran kiihdytystä. Itse vauhtipyörän nopeus pysyy kuitenkin vakiona, joten nopeus myös vaihteiston lähdössä pysyy vakiona ja ilman tärinää. Kaksoismassavauhtipyörä siirtää liike-energiansa lineaarisesti kampiakselille, itse moottoriin vaikuttavat reaktiovoimat ovat tasaisempia ja näiden voimien huiput ovat paljon pienempiä, joten moottori myös tärisee ja tärisee muuta moottoria vähemmän. kehon. Jako ensiöhitaukseen moottorin puolella ja toissijaiseen inertiaan vaihteiston puolella lisää vaihteiston pyörivien osien hitausmomenttia. Tämä siirtää resonanssialueen alemmalle taajuusalueelle (rpm) kuin tyhjäkäyntinopeus ja on siten moottorin käyttönopeusalueen ulkopuolella. Tällä tavalla moottorin synnyttämät vääntövärähtelyt erotetaan voimansiirrosta, eikä voimansiirron melua ja korin kohinaa enää esiinny. Koska ensisijaiset ja toissijaiset osat on yhdistetty vääntövärähtelyn vaimentimella, on mahdollista käyttää kytkinlevyä ilman vääntöjousitusta.

Kaksoismassavauhtipyörä toimii myös ns. iskunvaimentimena. Tämä tarkoittaa, että se auttaa vaimentamaan kytkimen iskuja vaihteenvaihdon aikana (kun moottorin nopeus on tasapainotettava pyörän kierrosnopeuteen) ja auttaa myös tasaisempia käynnistyksiä. Kaksimassaisen vauhtipyörän joustavat elementit (jouset) väsyvät kuitenkin jatkuvasti ja antavat vauhtipyörän liikkua leveämmin ja helpommin kampiakseliin nähden. Ongelma syntyy, kun he ovat jo väsyneitä - ne vedetään kokonaan ulos. Vauhtipyörän kuluminen tarkoittaa jousien venyttämisen lisäksi myös lukitustappien reikien työntämistä ulos. Siten vauhtipyörä ei vain vaimenna värähtelyjä (värähtelyjä), vaan päinvastoin luo niitä. Pysähdykset vauhtipyörän pyörimisen äärirajoilla alkavat näkyä, useimmiten töyssyinä vaihteita vaihdettaessa, käynnistettäessä, vain kaikissa tilanteissa, kun kytkin on kytkettynä tai irti, tai nopeutta vaihdettaessa. Kuluminen näkyy myös nykivänä käynnistyksenä, liiallisena tärinänä ja meluna noin 2000 rpm:n nopeudella tai liiallisena tärinänä tyhjäkäynnillä. Yleensä kaksoismassavauhtipyörät kokevat paljon suuremman jännityksen vähemmän sylinterimäisissä moottoreissa (esim. kolme/neljäsylinteriset), joissa epätasaisuus on paljon suurempi kuin kuusisylinterisissä moottoreissa.

Rakenteellisesti kaksimassavauhtipyörä koostuu ensisijaisesta vauhtipyörästä, toissijaisesta vauhtipyörästä, sisäisestä ja ulkoisesta vaimennuksesta.

Kuinka vaikuttaa / pidentää kaksoismassavauhtipyörän käyttöikää?

Vauhtipyörän käyttöikään vaikuttavat sen rakenne sekä sen moottorin ominaisuudet, johon se on asennettu. Sama saman valmistajan vauhtipyörä kulkee joillakin moottoreilla 300 km, ja joillakin se kestää vain puolet. Alkuperäinen tarkoitus oli kehittää kaksimassavauhtipyörät, jotka selviäisivät samaan ikään (km) kuin koko auto. Valitettavasti todellisuudessa vauhtipyörä on usein vaihdettava paljon aikaisemmin, monta kertaa ennen kytkinlevyä. Moottorin rakenteen ja itse kaksimassavauhtipyörän lisäksi johtimella on merkittävä vaikutus sen käyttöikään. Kaikki tilanteet, jotka johtavat iskun suuntaan tai toiseen, lyhentävät sen käyttöikää.

Kaksoisvauhtipyörän käyttöiän pidentämiseksi ei ole suositeltavaa ajaa usein moottorin aliohjautuvuutta (etenkään alle 1500 rpm), painaa kytkintä lujasti (mieluiten ilman vaihtamista vaihteita vaihdettaessa) eikä moottorin vaihtamista alaspäin (eli jarrua). moottori). vain kohtuullisella nopeudella). Usein tapahtuu, että nopeudella 80 km / h kytket päälle ei toista, vaan kolmatta tai neljättä vaihdetta ja vaihdat vähitellen pienemmälle vaihteelle). Jotkut valmistajat suosittelevat (tässä tapauksessa VW), että jos auto pysäköidään paikallaan olevalla autolla loivalle kalteelle, on ensin kytkettävä käsijarru ja sitten vaihdettava (peruutusvaihde tai XNUMX. vaihde). Muutoin ajoneuvo liikkuu hieman ja kaksoismassavauhtipyörä joutuu niin sanottuun pysyvään kytkentään aiheuttaen jännitystä (jousien venymistä). Siksi on suositeltavaa olla käyttämättä mäkinopeutta, ja jos on, vasta sen jälkeen, kun autoa on jarrutettu käsijarrulla, jotta ei aiheuteta pientä liikettä ja sitä seuraavaa pitkäaikaista kuormitusta - voimansiirtojärjestelmän sulkeutumista, eli kaksoismassavauhtipyörää. . Kytkinlevyn lämpötilan nousu liittyy myös suoraan kaksoismassavauhtipyörän käyttöiän lyhenemiseen. Kytkin ylikuumenee, varsinkin vedettäessä raskasta perävaunua tai muuta ajoneuvoa, ajettaessa maastossa jne. Kytkin avautuu itsestään, vaikka moottori olisi rikki. On huomattava, että kytkinlevyn säteilylämpö johtaa eri vauhtipyörän osien ylikuumenemiseen (varsinkin jos kyseessä on voiteluaineen vuoto), mikä vaikuttaa edelleen negatiivisesti käyttöikään.

Korjaus - kaksoismassavauhtipyörän vaihto ja vaihto perinteiseen vauhtipyörään

Liian kuluneen vauhtipyörän korjaamista ei ole olemassa. Korjaus sisältää vauhtipyörän vaihdon yhdessä kytkinkokoonpanon (lamellit, puristusjousi, laakerit) kanssa. Koko korjaus on melko työläs (noin 8-10 tuntia), kun on tarpeen purkaa vaihdelaatikko ja joskus jopa moottori. Tietenkään emme saa unohtaa rahoitusta, jossa halvimmat vauhtipyörät myydään noin 400 eurolla, kalleimmat - yli 2000 euroa. Miksi vaihtaa vielä hyvässä kunnossa oleva kytkinlevy? Mutta yksinkertaisesti siksi, että kytkinlevyä huollettaessa on vain ajan kysymys, milloin se katoaa, ja tämä aikaa vievä prosessi, joka on useita kertoja kalliimpi kuin kytkinlevy, on toistettava. Kun vaihdat vauhtipyörää, on hyvä idea nähdä, onko olemassa kehittyneempää versiota, joka kestää enemmän maileja - tietysti ajoneuvon valmistajan tukema ja hyväksymä.

Hyvin usein löydät tietoa kaksimassavauhtipyörän vaihtamisesta klassiseen, jossa käytetään vääntövaimentimella varustettuja lamelleja. Kuten aiemmissa artikkeleissa on jo mainittu, kaksimassavauhtipyörä suorittaa kätevien toimintojensa lisäksi myös vääntövärähtelyn vaimennin, joka vaikuttaa negatiivisesti moottorin (kampiakselin) tai vaihteiston liikkuvien osien kuntoon. Jousitettu levy voi jossain määrin poistaa myös tärinänvaimennuksen, mutta se ei voi tarjota samaa suorituskykyä kuin paljon tehokkaampi ja monimutkaisempi kaksimassavauhtipyörä. Lisäksi, jos se olisi niin yksinkertaista, sitä olisivat pitkään harjoittaneet autonvalmistajat ja niiden omistajat, jotka pyrkivät jatkuvasti leikkaamaan kustannuksia. Siksi kaksoismassavauhtipyörää ei yleensä suositella vaihdettavaksi yksimassavauhtipyörään.

Älä aliarvioi kuluneen vauhtipyörän vaihtamista

Liian kuluneen vauhtipyörän vaihdon lykkäämistä ei ehdottomasti suositella. Edellä mainittujen ilmenemismuotojen lisäksi on olemassa vauhtipyörän minkä tahansa osan löystymisen (erottamisen) vaara. Vauhtipyörän tuhoamisen lisäksi moottori tai voimansiirto voi myös vahingoittua. Vauhtipyörän liiallinen kuluminen vaikuttaa myös moottorin nopeusanturin oikeaan toimintaan. Kun jousielementit kuluvat vähitellen, kaksi vauhtipyörän osaa taipuvat yhä enemmän, kunnes ne jäävät ohjausyksikössä asetettujen toleranssien ulkopuolelle. Joskus tämä johtaa virheilmoitukseen ja joskus päinvastoin, ohjausyksikkö yrittää mukauttaa ja ohjata moottoria virheellisten tietojen perusteella. Tämä johtaa huonoon suorituskykyyn ja pahimmassa tapauksessa käynnistysongelmiin. Tämä ongelma on erityisen yleinen vanhemmissa moottoreissa, joissa kampiakselin anturi havaitsee liikkeen kaksimassavauhtipyörän lähtöpuolella. Valmistajat ovat poistaneet tämän ongelman muuttamalla anturin kiinnitystä, joten uudemmissa moottoreissa se tunnistaa kampiakselin nopeuden vauhtipyörän sisääntulosta.