Какую роль играет маховик

Разновидности маховиков и их назначение.

— Маховик – это элемент нескольких систем силового агрегата, поскольку он используется для выполнения разных задач. Что такое маховик и для чего он нужен в автомобиле? Рекомендуем внимательно изучить эту статью.

➲ Маховик двигателя обеспечивает:
— Уменьшение неравномерности вращения коленвала (маховик представляет собой составляющую конструкции кривошипно-шатунного механизма),

— Передачу крутящего момента от стартера на коленвал (в данном случае маховик выступает ведомой шестерней редуктора системы запуска).

— Передачу тяги от силового агрегата к трансмиссии (маховик используется в качестве ведущего диска сцепления).

— Маховик двигателя может накапливать кинетическую энергию и отдавать её, что необходимо для сглаживания перепадов крутящего момента. Запасание энергии происходит во время рабочего хода поршня, а её расход осуществляется при иных тактах мотора, к примеру, в тот момент, когда поршни выводятся из мертвых точек. Длительность рабочего хода поршня напрямую зависит от количества цилиндров в моторе. Поэтому крутящий момент у двигателей с большим числом цилиндров является более равномерным, а вес маховика двигателя можно снизить.

— Маховик установлен на торцевой части коленвала, неподалеку от коренного заднего подшипника. В большинстве случаев данный подшипник является наиболее мощным в моторе, поскольку он способен выдерживать значительные нагрузки, а также вес самого маховика.

— Сегодня используются такие виды маховиков двигателя:

1: Сплошной.

2: Облегченный.

3: Двухмассовый или демпферный.

— Как правило, в машинах устанавливается сплошной маховик. Речь идет о большом чугунном диске, диаметр которого может составлять около 30-40 см. На его наружной поверхности расположен зубчатый венец из стали, который необходим для проворачивания коленвала во время запуска мотора с использованием стартера. На одной стороне маховика двигателя расположена ступица, позволяющая крепить его к фланцу коленвала, а другая часть используется как ведущий диск сцепления.

— Во время работы силового агрегата на разных оборотах происходит закручивание и раскручивание коленвала. В моторе используются специальные системы, которые гасят колебания, возникающие в результате этого. К примеру, для этого может использоваться двухмассовый маховик, который также называют демпферным маховиком двигателя.

➲ Двухмассовый маховик – устройство и особенности.
— В состав демпферного маховика входит два диска, для соединения которых используется демпферно-пружинная система. Она обеспечивает полную изоляцию коробки передач от крутильных колебаний, а также способствует максимально плавной работе её составляющих. Благодаря использованию двухмассового маховика двигателя, производители смогли отказаться от применения в ведомом диске сцепления отдельных демпфирующих элементов.

— К достоинствам двухмассового маховика относят звукоизоляцию, снижение вибраций, плавность переключения скоростей, защиту коробки передач от чрезмерных нагрузок, увеличение эксплуатационного срока синхронизаторов, а также уменьшение расхода топлива. Однако в это же время интенсивное функционирование демпферного маховика становится причиной более серьезного изнашивания пружинно-демпферной системы, что в некоторых случаях приводит к выходу из строя дуговой пружины. Именно по этой причине многие компании-производители не хотят использовать двухмассовый маховик в моторах.

— Облегченный маховик – это деталь, о которой знают многие любители тюнинга. Поскольку в таком элементе вес перераспределяется ближе к краям, его вес сокращается до 1500 г, что снижает инерционный момент. Установка облегченного маховика приводит к тому, что мотор может гораздо быстрее набирать высокие обороты. Это положительно влияет на динамику разгона и приводит к росту мощности примерно на 3-5%.

2.5 Назначение и принцип работы маховика

Чтобы уменьшить коэффициент неравномерности движения δ, т.е. чтобы сделать вращение кривошипа более плавным, на машину устанавливают маховик. Маховик – это массивное колесо, неподвижно скрепленное, обычно с кривошипом, и вращающееся с ним как одно целое.

На рисунке 2.3 показано влияние маховика на угловую скорость кривошипа при установившемся движении. Из рисунка 2.3 видно, что:

маховик не влияет на величину средней угловой скорости установившегося движения;

маховик мало влияет на характер изменения угловой скорости;

маховик делает вращение более плавным, уменьшая ∆ω.

1– без маховика (или с небольшим маховиком);

2 – с маховиком (или с большим маховиком)

Рисунок 2.3 – Влияние маховика на угловую скорость кривошипа

Маховик выполняет в машине роль аккумулятора (накопителя) кинетической энергии: за одну часть цикла он накапливает энергию, чтобы вернут ее в другую часть цикла. При этом он, накапливая кинетическую энергию, разгоняется в те моменты времени, когда с двигателя поступает на машину больше работы, чем расходуется рабочим органом. И отдавая кинетическую энергию, притормаживается, когда рабочий орган расходует работы больше, чем поступает её в данный момент с двигателя.

Чем больше маховик, тем будет меньше ∆ω и коэффициент неравномерности движения для любой машины самое лучшее, когда угловая скорость строго постоянна, т.е. ∆ω=0. Но чтобы получить ∆ω→0, нужен маховик, у которого момент инерции J_махов→∞. Поэтому маховик рассчитывают из условия, чтобы при установке его в машину, коэффициент неравномерности движения δ стал равен наперед заданной допустимой величине.

2.6 Место установки маховика

На рисунке 2.4 показано, что есть два основных варианта установки маховика: на вал кривошипа или на более быстроходный вал.

Аргумент на установку маховика на быстроходный вал. Маховик в этом случае потребуется значительно меньшей массы и габаритов, что следует из формулы: , ведь на быстроходном валу угловая скорость ω_ср больше.

Аргументы против установки маховика не на кривошипе. Если передача от быстроходного вала к тихоходному нежесткая (есть длинные валы, или в ней есть ременная или цепная передачи), то маховик не будет выполнять свои роли по сглаживанию скорости вращения кривошипа (маховик будет вращаться с небольшой неравномерностью, а кривошип с большой); в передаче будут возникать дополнительные динамические усилия.

Поэтому, выбирая место установки маховика, поступают так:

маховик всегда следует стремиться ставить на кривошип;

если размеры маховика при этом получаются неприемлемо велики, то прорабатывают вопрос об его установке на более быстроходный вал; при этом обязательно нужно между быстроходным валом и кривошипом запроектировать жесткую передачу и оценить при этом ее динамические свойства (частоту собственных колебаний и т.п.). Рассчитывая маховик для быстроходного вала, во все формулы разделов 5-9 (определение размеров маховика) вместо ω_ср нужно подставлять не угловую скорость кривошипа ω₁, а угловую скорость быстроходного вала (двигателя ω_дв).

Какую роль играет маховик в двигателе внутреннего сгорания?

Маховик в двигателе внутреннего сгорания, а так же в любом другом механическом устройстве играет основную роль аккумулятора механической энергии. В этом же ответе можно коснуться и второстепенных функций маховика. По ободу маховика размещают зубцы, превращая его в момент запуска в шестерню, через которую от стартера передается вращающий момент на двигатель. Иногда на маховике размещены различные датчики, например датчик количества оборотов. Используется маховик и для сцепления с ходовой системой. Вторичные дополнительные функции зависят от сложности и мощности двигателя.

Маховик: равномерность и надежность работы двигателя

Маховик: равномерность и надежность работы двигателя

В любом поршневом двигателе внутреннего сгорания можно найти массивную деталь кривошипно-шатунного механизма и других смежных систем — маховик. Все о маховиках, их существующих типах, конструкции и принципе работы, а также о выборе, ремонте и замене данных деталей — читайте в представленной статье.

Роль и место маховика в двигателе

Маховик (маховое колесо) — узел кривошипно-шатунного механизма (КШМ), сцепления и системы запуска поршневого ДВС; расположенный на хвостовике коленчатого вала металлический диск большой массы с зубчатым венцом, обеспечивающий стабильное функционирование мотора за счет накопления и последующей отдачи кинетической энергии.

Работа поршневых ДВС неравномерна — в каждом из его цилиндров за два оборота вала совершается четыре такта, и в каждом такте скорость движения поршня различна. Для устранения неравномерности вращения коленвала одинаковые такты в разных цилиндрах разнесены во времени, также в состав КШМ вводится дополнительный узел — маховик, выполненный в виде массивного металлического колеса, зафиксированного на задней части коленвала.

Маховик решает несколько ключевых задач:

• Обеспечение равномерности угловой скорости коленчатого вала;
• Обеспечение вывода поршней из мертвых точек;
• Передача крутящего момента от коленчатого вала на механизм сцепления и далее на КП;
• Передача крутящего момента от шестерни стартера на коленвал при пуске силового агрегата;
• Некоторые типы деталей — гашение крутильных колебаний и вибраций, развязка КШМ и трансмиссии транспортного средства.

Маховик в сборе с коленчатым валом двигателя

Данная деталь за счет значительной массы накапливает кинетическую энергию, получаемую во время рабочего хода, и отдает ее коленвалу на остальных трех тактах — этим обеспечивается как выравнивание и обеспечение стабильности угловой скорости коленвала, так и вывод поршней из ВМТ и НМТ (за счет возникающих сил инерции). Также именно через маховик осуществляется связь двигателя с трансмиссией автомобиля и передача крутящего момента от шестерни электростартера на коленвал при пуске мотора. Маховик критически важен для нормальной эксплуатации транспортного средства, поэтому при его неисправности необходимо как можно скорее выполнить ремонт или полную замену. Но прежде, чем начинать ремонтные работы, следует разобраться в существующих типах, конструкции и особенностях работы маховиков современных ДВС.

Типы и устройство маховых колес

На современных моторах используются различные по конструкции маховики, но самое широкое распространение получило три типа этих деталей:

• Сплошной;
• Облегченный;
• Демпферный (или двухмассовый).

Наиболее простое устройство имеют сплошные маховики, которые находят применение на большинстве поршневых ДВС — от малолитражных, до самых мощных промышленных, тепловозных и судовых. Основу конструкции составляет чугунный или стальной диск диаметром 30-40 см и более, в центре которого выполнено посадочное место для установки на хвостовик коленчатого вала, а на периферии запрессован венец. Посадочное место для коленвала обычно выполнено в виде расширения (ступицы), в центре которого имеется отверстие большого диаметра, а по окружности располагается 4-12 или больше отверстий для болтов, посредством которых маховик фиксируется на фланце хвостовика вала. На наружной поверхности маховика выполнено место для установки сцепления и отформирована кольцевая контактная площадка для ведомого диска сцепления. На периферии маховика запрессовывается стальной зубчатый венец, посредством которого в момент пуска передается крутящий момент от шестерни стартера на коленвал.

Обычно при изготовлении маховик балансируется для предотвращения биений во время работы двигателя. При балансировке в различных местах маховика удаляются излишки металла (сверловкой), также с целью балансировки в определенном положении устанавливается сцепление и другие детали (если они предусмотрены). В дальнейшем ориентация маховика и сцепления не должна изменяться, в противном случае возникнет опасный для коленчатого вала и всего двигателя дисбаланс.

Облегеченный маховик

Аналогичную конструкцию имеют и облегченные маховики, однако в них для снижения массы выполнены окна различной формы и размеров. Выборка металла маховика с целью снижения его массы обычно выполняется в целях тюнинга и форсирования двигателя. Установка такого маховика несколько снижает стабильность работы силового агрегата на переходных режимах, но обеспечивает быстрый набор максимальных оборотов и в целом позитивно сказывается на мощностных характеристиках. Однако установка облегченного маховика может производиться только параллельно с выполнением других работ по тюнингу/форсированию двигателя.

Двухмассовые маховики имеют гораздо более сложную конструкцию — в их состав входят различные по устройству и принципу действия гасители крутильных колебаний и демпферы. В простейшем случае этот узел состоит из двух дисков (ведомого и ведущего), между которыми располагается гаситель крутильных колебаний — одна или несколько дуговых (свернутых в кольцо или изогнутых дугой) витых пружин. В более сложных конструкциях между дисками располагается ряд шестерен, которые выполняют роль планетарной передачи, а количество пружин может достигать десятка и более. Двухмассовый маховик, как и обычный, монтируется на хвостовик коленчатого вала и удерживает на себе сцепление.

Конструкция двухмассового маховика

Работает демпферный маховик довольно просто. Ведущий диск соединен непосредственно с фланцем коленчатого вала, получая от него крутящий момент, а также все колебания, вибрации и возникающие на переходных режимах толчки. Крутящий момент от ведущего диска на ведомый передается через пружины, однако они за счет своей упругости поглощают значительную часть вибраций, толчков и колебаний, то есть — выполняют функции демпфера. В результате такой развязки ведомый диск, а также соединенное с ним сцепление и трансмиссия, вращаются более равномерно, без колебаний и вибраций.

В настоящее время двухмассовые маховики, несмотря на их сложную конструкцию и относительно высокую стоимость, все чаще устанавливаются на двигатели легковых и грузовых автомобилей. Рост популярности этих деталей обусловлен их лучшим качеством работы и защитой трансмиссии от негативных воздействий со стороны силового агрегата. Однако маховики сплошной конструкции благодаря своей цене, надежности и простоте очень широко используются на бюджетных авто, большинстве тракторов, грузовиков и иной технике.

Вопросы выбора, замены и обслуживания маховика

В процессе эксплуатации двигателя маховик подвергается значительным механическим нагрузкам, поэтому со временем в нем возникают разного рода неисправности — трещины, износ поверхности контакта с ведомым диском сцепления, износ и выломы зубцов венца, деформации и даже полное разрушение (этому подвержены чугунные детали). Неисправности маховика проявляются повышением уровня вибраций и шумов во время работы двигателя, ухудшением работы сцепления, ухудшением или невозможностью запуска мотора стартером (вследствие износа зубчатого венца) и т.д. При появлении этих признаков маховик необходимо осмотреть, при необходимости демонтировать и подвергнуть дефектации, а в случае обнаружения неисправностей — выполнить замену детали в сборе.

Наиболее часто в маховиках сплошной конструкции причиной проблемы становится зубчатый венец, а также трещины и поломки самого диска. При нормальном состоянии маховика венец можно заменить, на замену следует брать деталь того же типа и модели, что стояла ранее. В случае необходимости можно использовать венец с иным числом зубов, однако такая замена не всегда возможна. Демонтаж строго венца обычно выполняется механически — ударами молотка через зубило или иной инструмент. Установка нового венца производится с его нагревом — вследствие температурного расширения деталь легко встанет на свое место, а после остывания надежно зафиксируется на маховике.

В демпферных маховиках зачастую возникают более сложные неисправности — поломка или полное разрушение дуговых пружин, износ подшипников, износ трущихся деталей дисков и т.д. В большинстве случаев двухмассовый маховик не подлежит ремонту, а заменяется в сборе. В отдельных ситуациях возможна замена венца и подшипников, но эти работы лучше доверять специалистам. Диагностика демпферного маховика проводится как на двигателе, так и на снятой детали. В первую очередь проверяется угол отклонения ведомого маховика и люфт, если угол слишком большой или, напротив, маховик заклинил, то деталь должна быть заменена.

Все диагностические работы и замена маховика должны выполняться в соответствии с инструкцией по ремонту и обслуживанию транспортного средства. Для доступа к детали в большинстве случаев приходится демонтировать коробку передач и сцепление, что связано с дополнительными затратами времени и сил. При монтаже нового маховика необходимо соблюдать ориентацию сцепления, а также использовать определенных тип крепежа и, если это нужно — типы смазочных материалов. Если маховик подобран и заменен правильно, то двигатель и трансмиссия будут надежно работать, уверенно выполняя свои функции.