Маховик двигателя

Что такое маховик двигателя и какие функции он выполняет? На эти вопросы ответим в этой статье.

Маховик относится не к одной, а сразу ко многим системам двигателя. При этом на него возлагается огромная ответственность, ведь маховик выполняет целый ряд важных функций, а именно:

1. Уменьшение количества неравномерностей, возникающих при вращении коленчатого вала;
2. Передача к коробке передач крутящего момента, исходящего из силовой установки. Маховик является главным диском сцепления;
3. Передача на коленчатый вал из стартера крутящего момента.

Маховик устроен таким образом, что он отдает и принимает, а также накапливает кинетическую энергию, благодаря чему и происходит сглаживание пульсаций крутящего момента. Чем большим числом цилиндров оснащается мотор, тем большее количество времени в каждом из цилиндров занимает рабочий ход. Как итог, силовая установка обладает более равномерным крутящим моментом, а также снижается общая масса маховика.

Крепление маховика происходит недалеко от заднего подшипника в торце коленчатого вала. Именно коренной подшипник считается одним из мощнейших во всей силовой установке, что неудивительно, учитывая тот факт, что на данный подшипник воздействуют сильнейшие нагрузки, возникающие во время работы маховика.

Маховик может иметь одну из трех конструкций: он может быть облегченным, двухмассовым и сплошным. Именно сплошная конструкция является наиболее часто применимой. Маховик представляет собой цельный диск диаметром до 40 см., выполненный из прочного чугуна. Когда диск запускается с использованием стартера, коленчатый вал должен проворачиваться, и делает он это благодаря стальному зубчатому венцу, который напрессован на внешнюю поверхность диска.

Когда силовая установка работает на различных оборотах, происходит регулярное раскручивание и обратное закручивание коленчатого вала, потому последний выдерживает серьезные крутильные колебания. Чтобы им противостоять, силовые установки оснащают специальными гасителями колебаний, имеющих различные конструкции. Двухмассовый (или демпферный) маховик является одним из подобных устройств. Этот маховик используют в силовых установках еще с 1985 года, и он отлично себя зарекомендовал.

Устройство двухмассового маховика.

Маховик состоит из 2 дисков, которых объединяет пружинно-демпферная система. Данная система защищает трансмиссию от негативного воздействия колебаний, а также гарантирует слаженную работу всех ее составляющих. Использование двухмассового маховика делает необязательным применение демпфирующего устройства в ведомом диске сцепления.

Почему выгодно использовать именно двухмассовый маховик? Это связано с несколькими его важнейшими преимуществами. Он обеспечивает значительное уменьшение вибраций, изолирует шумы и эффективно гасит возникающие колебания. Кроме того, он защищает трансмиссию от перегрузки, делает процесс переключения передач более удобным, а также позволяет снижать затраты топлива, приводя к важной экономии. Впрочем, у такого маховика есть и недостаток, который выражается в серьезном изнашивании пружинно-демпферной системы, и со временем может выйти из строя дуговая пружина. Возможно, именно по этой причине демпферный маховик не используется повсеместно в большинстве моторов.

Время идет, и все меняется. Автомобильные силовые установки не являются исключением. Новейшие тенденции даунспидинга (расширение диапазона крутящего момента силовой установки с сохранением опции работы на невысоких оборотах), а также даунсайзинга (снижение массы мотора и объема, с одновременным сохранением его мощности) вынудили производителей искать новые способы гашения возникающих колебаний. Именно по этой причине, начиная с 2008 года, большинство моторов начали оснащать двухмассовым маховиком, который обладал маятниковым гасителем колебаний.

Центробежный маятник устанавливается на маховике с дуговой пружиной не просто так, ведь на нем лежит важная функция, заключающаяся в устранении неравномерностей, возникающих в моменты вращения коленчатого вала. Этот маятник создан в виде грузов, которые располагаются по окружности маховика. Сильное раскачивание маятника происходит при низких оборотах мотора, что связано с незначительными центробежными силами. Значение грузов в гашении колебаний становится ниже, когда двигатель переходит на высокие обороты.

Что же касается еще одного, облегченного маховика, его применяют в процессе тюнинга силовой установки транспортного средства. Масса маховика может быть снижена вплоть до 1,5 кг., что достигается благодаря ее перераспределению по краям диска. Кроме того, становится возможным снижение момента инерции, а силовая установка может быстрее достичь своих предельно высоких оборотов. 

Маховик двигателя (видео):

Видео по снятию и установке маховика двигателя автомобилей ВАЗ:

Видео о принципе работы двухмассового маховика двигателя:

 

autoportal.pro

Маховик: сплошной, двухмассовый, облегченный

Маховик – важный элемент, который является составной частью сразу нескольких систем ДВС:

• кривошипно-шатунный механизм;
• механизм сцепления;
• система запуска двигателя;

Маховик одновременно выполняет несколько функций.

1. В системе КШМ указанная деталь отвечает за компенсацию неравномерности вращения коленчатого вала.
2. В устройстве механизма сцепления маховик передает крутящий момент от двигателя к КПП, выступая ведущим диском сцепления.
3. Что касается системы запуска силового агрегата, через маховик осуществляется передача крутящего момента, который создается стартером, на коленвал ДВС. Маховик в этой системе является ведомой шестерней редуктора.

Работа двигателя внутреннего сгорания связана с постоянным изменением оборотов коленчатого вала. Коленвал динамично закручивается и раскручивается, подвергаясь крутильным колебаниям. Маховик является гасителем крутильных колебаний.

Маховик сглаживает колебания крутящего момента посредством того, что деталь с определенной периодичностью накапливает и далее отдает кинетическую энергию. Накопление указанной энергии осуществляется в то время, когда происходит рабочий хода поршня. Отдача энергии реализуется во время других тактов работы двигателя.

Маховик выводит поршни ДВС из верхней и нижней мертвой точки. От количества цилиндров в двигателе зависит длительность рабочего хода поршня. Чем больше цилиндров, тем дольше времени занимает рабочий ход. Крутящий момент в многоцилиндровых ДВС отличается большей равномерностью, благодаря чему массу маховика можно уменьшить.

Маховик устанавливается в задней части коленвала. Местом его установки становится область рядом с торцевым коренным подшипником. Данный подшипник является наиболее массивным в конструкции двигателя. Подшипнику нужно выдерживать вес самого маховика и дополнительные рабочие нагрузки.

Конструкция маховика может быть разной. На ДВС используются следующие виды маховиков:

• сплошной маховик;
• двухмассовый маховик;
• облегченный маховик;

Сплошной маховик изначально получил наибольшее распространение на большинстве гражданских авто. Деталь представляет собой тяжелый диск из чугуна, средний диаметр диска составляет около 40 см. Внешняя поверхность маховика имеет зубчатый венец из стали, прикрепленный к основе посредством пресса.

Указанный венец отвечает за проворачивание коленчатого вала в момент запуска ДВС при  помощи стартера. Маховик с одной стороны имеет ступицу, которая необходима для соединения  указанной детали со специальным фланцем на коленчатом валу. Другая сторона  элемента выполняет функцию ведущего диска в схеме устройства механизма сцепления.

Двухмассовый маховик, который еще называется демпферный маховик, устанавливается на автомобили с середины 80-х. Такой маховик состоит из двух дисков, которые соединены друг с другом при  помощи пружинно-демпферной системы. Решение позволяет реализовать эффективную защиту трансмиссии от крутильных колебаний. Дополнительной функцией становится обеспечение равномерной работы всех узлов ДВС. Двухмассовый маховик исключает необходимость установки отдельных демпфирующих элементов, которые нужно размещать на ведомом диске сцепления.

Двухмассовый маховик гасит колебания, уменьшает шумы, снижает вибрацию ДВС, упрощает процесс переключения передач в КПП, снижает износ деталей трансмиссии, навесного оборудования т.д. Маховик этого типа защищает трансмиссию от избыточной нагрузки, делает работу всех механизмов и систем более плавной, позволяет экономить горючее.

Слабым местом двухмассового маховика является склонность к износу пружинно-демпферной системы. Наиболее сильно нагружена дуговая пружина, которая часто ломается. По этой причине демпферный маховик нельзя считать оптимальным решением для современных двигателей.

Стремление разработчиков к уменьшению объема и массы ДВС с одновременным сохранением высокой мощности, а также настройка современных моторов с упором на отдачу максимума крутящего момента уже в нижнем диапазоне оборотов привели к появлению двухмассового маховика с маятниковым гасителем крутильных колебаний.

Такой маховик качественно устраняет неравномерности вращения коленвала на низких оборотах. Для этого на маховике установлена дуговая пружина, а также дополнительный центробежный маятник. Маятник способен самостоятельно создавать колебания, которые в противофазе полностью устраняют колебания после дуговой пружины.

Центробежный маятник представляет собой грузы,  которые размещаются по окружности двухмассового маховика. Когда мотор работает на низких оборотах, грузы активно раскачиваются благодаря незначительному воздействию на маховик центробежной силы. Прирост оборотов означает уменьшение амплитуды колебания грузов маятника. Маховик начинает гасить колебания на высоких оборотах по «классической схеме» посредством дуговой пружины.

Облегченный маховик устанавливается на спортивные ДВС и часто применяется для тюнинга двигателя. Масса такого маховика перераспределяется ближе к краям диска. Это позволяет в среднем облегчить маховик на 1.5 кг и более, а также уменьшить инерционное движение. Облегченный маховика позволяет  ДВС получить прирост мощности на отметке 3-6%, быстрее раскручиваться и эффективнее выходить на пик максимальных оборотов.

Читайте также

krutimotor.ru

Двухмассовый маховик: конструкция и особенности работы

Приветствую всех постоянных и случайных читателей своего блога! Как и прежде, мы разбираем вопросы, связанные с функционированием трансмиссии в целом (мы разбирали что лучше вариатор или классический гидромеханический автомат, зачем необходима блокировка дифференциала и многое другое) и сцепления в частности. Приходилось ли Вам сталкиваться с понятием двухмассовый маховик? Еще десять лет назад я и не подозревал о его существовании. Давайте посмотрим, что это за интересная штуковина.

   Что такое 2‑х массовый маховик, его появление, достоинства и недостатки

За последние годы и даже десятилетия прогрессивные автопроизводители с успехом внедрили целый ряд новинок. Они обычно направлены на повышение уровня комфорта и безопасности. Двух массовый маховик стал неотъемлемой частью узла сцепления, чтобы эффективно гасить колебания, что возникают из-за постоянно растущего крутящего момента.

Однако принцип работы четырехтактного двигателя отличается неравномерностью работы (такты в разных цилиндрах проходят периодически ка вспышки на солнце), всю эту неравномерность переносит и маховик. Крутильные колебания возрастают настолько, что угрожают работоспособности всей системы.

Появилась потребность в применении торсионных пружин — они позволяли снизить уровень шума и убрать посторонние звуки, стуки и вибрации в коробке передач. Чтобы изолировать крутильные колебания и снять появляющееся напряжение, конструкторы изобрели новую модель маховика. Внутрь была встроена система пружин и демпферов, которая сделала переключение скоростей более комфортным. Сама же конструкция стала занимать меньше места.

По традиции не забудем упомянуть и о слабых сторонах узла. К ним относят:

• досрочный выход из строя из-за эксплуатации с частыми разгонами на низких оборотах;
• более высокая стоимость;
• требовательность к количеству смазки;
• нецелесообразность применения на авто с большим годовым пробегом (например, такси и др.)

   Устройство и работа приспособления

Начнем с месторасположения — это участок между мотором и сцеплением авто. Состоит конструктивно из 2‑х отдельных корпусов: один из них соединяется с коленчатым валом. Другой непосредственно связан с узлом сцепления. Друг с другом они объединены специальными подшипниками и могут даже вращаться по оси один относительно другого.

Внутри маховик такого типа заполняется особой смазкой, которая призвана обеспечить эффективную работу пружин внутри. Чтобы они не мешали друг другу в работе, их отделяют пластиковыми разделителями. Выделяют ключевой принцип функционирования 2‑массового маховика — это ступенчатый порядок взаимодействия пружинных пакетов с различной степенью жесткости.

На первой ступени работают более мягкие пружины. Именно они позволяют добиться более плавного включения сцепления при соединении его с силовым агрегатом. На следующей ступени они отличаются уже большей жесткостью, и при обычном режиме езды с их помощью удается избежать так называемых «крутильных колебаний».

   Ремонт и замена данного узла

При длительной эксплуатации маховик этого типа благодаря относительно надежной конструкции сильно подвержен износу. Однако специалисты советуют проверять его состояние при каждом посещении автосервиса. На специальном стенде происходит контроль дуговых пружин, поскольку обычного внешнего осмотра, как правило, бывает недостаточно.

Первейшими признаками неисправностей может стать подтекание смазки, появление видимых царапин и повреждений, свободного хода и пр. Опытный механик сможет диагностировать, способна ли деталь ходить дальше или требует однозначной замены. Маховик необходимо обязательно менять в случае покупки и установки нового сцепления.

В процессе крепления следует соблюдать корректное положение крепежных штифтов — от этого будет зависеть, как долго прослужит изделие. Не допускается перешлифовывать рабочую поверхность маховика, как это рекомендуют некоторые автослесари. Нельзя очищать его струей воздуха, воды, пара, применять для этих целей аэрозоли с очистительными компонентами, но использовать исключительно мягкие ветоши.

И напоследок. Учитывая более высокую стоимость двухмассового маховика по сравнению с обычным, ряд водителей прибегают к такой замене. Это личное дело каждого, достаточно взвесить за и против и найти подходящий по ТТХ аналог. На сегодня тема себя исчерпала, но в последующие дни предложу Вам новые интересные публикации. Делитесь ими в социальных сетях, оставляя ссылку на первоисточник. До новых встреч, подписчики!

С уважением, автор блога Андрей Кульпанов

Место для контестной рекламы

Автор:Андрей

avto-kul.ru

Маховик — это… Что такое Маховик?

Маховик со сферическими грузами, построенный по чертежам Леонардо да Винчи. Кадр из видео.

Маховик (Маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.

Также маховиком называют регулировочное колесо, похожее по форме.

Использование

Используется в машинах, имеющих неравномерное поступление или использование энергии, накапливая энергию, когда поступление энергии выше чем расход, и отдавая её, когда потребление превышает поступление энергии. Также используется в гибридном двигателе в качестве накопителя энергии и для рекуперативного торможения.

Часто функцию маховика выполняет массивный вращающийся элемент механизма. Такие как гончарный круг, массивные колеса водяной мельницы или массивные зубчатые колеса.

Помимо энергии, вращающийся маховик (как и любое вращающееся тело) обладает ещё и моментом импульса , с чем связано наблюдение гироскопического эффекта, заключающегося в прецессии оси вращения вокруг своего первоначального направления при появлении внешней силы, не совпадающей с направлением оси вращения.

Первым примером использования гироскопического эффекта можно считать изобретение игрушки «волчок» («йо-йо»).

Одним из первых применений гироскопического эффекта стал переход от стрельбы круглыми ядрами к продолговатым снарядам, вращение которых позволило сохранять их ориентацию в пространстве, а продолговатая форма -значительно увеличить их массу (болванка) или же разрывной заряд.

Маховиком является и ротор гироскопа, используемого в гирокомпасах и вообще в гироскопических устройствах ориентации в пространстве , в частности торпед (прибор Обри), ракет и космических аппаратов. Наиболее привычные примеры маховика- велосипедное колесо или вращающийся диск электро-проигрывателя виниловых пластинок.

Свойство маховика сохранять направление оси вращения используется в успокоителях качки корабля.

Физика

Кинетическая энергия вращения, накопленная во вращающемся теле (маховике), может быть рассчитана по формуле:

Маховик фабричной стационарной паровой машины

где:

Для простых форм маховика, известны конечные выражения момента инерции

Заменив в формуле для полого цилиндра, угловую скорость — на частоту вращения — по формуле

получим

История

Эффект маховика использовался с древнейших времен. Например в гончарном круге, ветряных мельницах. Вероятно, одним из древнейших примеров использования маховика стала археологическая находка из Междуречья (в районе города Ур) — гончарный станок с диском из обожжённой глины, около метра в поперечнике и весом не менее центнера. Подобные изобретения неоднократно появлялись и в Китае.^[1]

Маховик со старой фабрики

Согласно американскому медиевисту Линну Уайту немецкий монах Теофил упоминает в своём трактате «О различных искусствах» несколько машин, в которых применяется маховик.^[2]

Во время промышленной революции, Джеймс Уатт применил маховик в паровой машине для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня^[3], и его современник Джеймс Пикард использовал маховик в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное^[4].

Использование маховика в качестве аккумулятора энергии ограничивается тем, что при превышении допустимой окружной скорости происходит разрыв маховика приводящий к большим разрушениям. Это вынуждает создавать маховики с очень большим запасом прочности, что приводит к снижению их эффективности.

Следствием этого является малая (по сравнению с другими видами аккумуляторов) удельная энергоёмкость.

В мае 1964 года Гулия Нурбей Владимирович подал заявку на изобретение супермаховика — энергоёмкого и разрывобезопасного маховика.

См. также

Ссылки

Примечания

1. ↑ Родионов В. Г. Оптимизация структуры генерирующих мощностей. Аккумуляторы – накопители энергии // Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего. — М.: ЭНАС, 2010. — С. 65. — 352 с. — ISBN 978-5-4248-0002-3
2. ↑ Lynn White, Jr., “Theophilus Redivivus”, Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224-233 (233)
3. ↑ Элла Цыганкова У истоков дизайна
4. ↑ Encyclopedia of the Industrial Revolution, 1750-2007: Steam Engine (англ.)

academic.ru