По типу конструкции маховики двигателя могут быть двухмассовыми, сплошными и облегченными. Наиболее распространенным и широко используемым является сплошной маховик. Мы рассмотрим каждый из этих видов.
Двухмассовый маховик (демпферный)
Это часто используемый вид маховика в современном автомобильном двигателе. Двухмассовый маховик – устройство, состоящее из двух дисков, соединенных специальным пружинно-демпферным устройством. Основными элементами двухмассового маховика являются: маховик, подшипник, пружина-дуга с наружными демпфером, нажимная пружина с внутренним демпфером и приводная пластина.
Подобное устройство выполняет ряд важных функций и задач:
- принимает на себя все избыточные вибрации коленвала;
- защищает трансмиссию от лишних вращательных движений и перегруза;
- уменьшает возможный износ синхронизирующих элементов;
- обеспечивает плавное переключение передач;
- позволяет экономить расход топлива в двигателе.
Однако чрезмерно интенсивна работа такого вида маховика в конечном итоге может привести к быстрому износу пружинно-демпферного механизма или выходу из строя отдельных его элементов, например, пружины.
Такой вид маховика является более эффективным для использования в автомобильных двигателях современного образца. Сплошной маховик – тяжеловесный чугунный диск, диаметр которого составляет 35-40 см. На внешней поверхности маховика находится стальной венец с зубьями, который обеспечивает движение коленчатого вала при запуске стартера. Одна сторона маховика оснащена ступицей, при помощи которой маховик соединяется с фланцем коленвала, противоположная сторона работает как диск сцепления.
Данный вид маховика часто используют для проведения тюнинга двигателя автомобиля. Облегченный маховик — диск, на который надевается предварительно разогретое зубчатое колесо, после остывания которого, маховик приобретает вид шестерни.
Облегченный маховик имеет небольшую массу, в среднем в полтора раза меньше, чем у обычного маховика. Облегченный маховик позволяет автомобильному двигателю достигать максимальных рабочих оборотов, увеличивать мощность на 5-7 %, улучшать разгонную динамику автомобиля.
Маховик облегченного типа изготавливается из износостойкого металла, который способен выдерживать чрезмерные нагрузки при работе двигателя, при этом работать быстро, бесшумно и эффективно.
Общий принцип работы
Маховик – это большой дискообразный шестерёнчатый круг, который крепится на коленчатом валу двигателя и предназначен для подачи разгона. Без него пришлось бы заводить движок вручную.
После поворота ключа в зажигании — включается стартер. Он раскручивает маховик, который заставляет работать поршни, а те, в свою очередь, воздействуют на сам движок. В результате машина заводится.
Также он выполняет следующую функцию: во время своего функционирования двигатель создаёт мощные колебания, которые подаются на кузов, а маховик гасит лишний шум. Он с помощью болтов прочно крепится на одной стороне коленчатого вала. Изделие изготавливается из очень крепкого металла и не подвержено поломкам, а также, способно выдерживать колоссальные нагрузки. Общий принцип работы приведён на рисунке:
Хотя без него нельзя обойтись, он при работе забирает часть энергии, поступающую от стартера. То есть, получается, чтобы завести и раскрутить ротор двигателя потребуется больше энергии. Чем сильнее нажимаем на педаль, тем больше энергии потребляется маховиком на раскрутку. Начиная от 4500 оборотов в минуту, потребление энергии этим устройством увеличивается в геометрической прогрессии.
Поэтому разработчиками был придуман облегчённый вариант маховика. Он обладает некоторыми преимуществами, которые упрощают управление автомобилем. Итак, зачем нужен облегчённый маховик?
Что даёт
Лёгкий вариант выглядит примерно так же, как и обычный, но имеет почти в два раза меньший вес. Четыре килограмма против 7,5. Различные компании выпускают различные виды лёгких маховиков, вес которых отличается от стандартного на 1,5–3,5 кг. Перечислим, что даёт облегчённый маховик при управлении авто:
- Его малый вес позволяет тратить меньше энергии на раскрутку. Благодаря этому происходит экономия топлива до пяти процентов;
- Двигатель быстрее раскручивается, соответственно, набор скорости происходит быстрее;
- Переходы на низкие передачи не сопровождаются рывками;
- Автомобиль легко управляется на высоких оборотах.
Помимо того, что облегчённый маховик имеет плюсы, он имеет и минусы, как любое другое устройство:
- Чем меньше вес, тем меньше прочность изделия;
- Если быть честным, то на малых скоростях нереально почувствовать эффект воздействия на управление автомобилем;
- По сравнению со стандартным изделием, имеет более низкую теплопроводность. В зимнее время приходится подольше прогревать трансмиссию на холостом ходу;
- Стоит дороже, чем стандартный маховик;
- Чтобы был максимальный эффект, потребуется подобрать облегчённый коленчатый вал и поменять другие запчасти.
В качестве образца, можете посмотреть, как выглядит это чудо техники:
Для чего нужен облегчённый маховик, вы уже знаете. Поэтому выбирать вам, стоит ли ставить облегчённый маховик или нет.
Замечание! Для автомобилей с раскруткой коленчатого вала до 3000 оборотов в минуту, облегчённый вариант не подойдёт. Так как существенного эффекта не производит. Если ваша машина такова, что осилит 4500 оборотов в минуту, то эффект действительно будет.
Если не желаете тратиться на покупку облегчённого маховика и обладаете золотыми руками, то его можно сделать самому. Об этом далее.
О том, как можно облегчить маховик своими руками сохранив прочность, можете посмотреть на этом видео и убедиться в его преимуществах:
Наверно вы обратили внимание на изображение, что лёгкий вариант визуально отличается от стандартного. Из видео стало известно, что при «обработке», изделие теряет 1,5–2 килограмма своего веса. Но став немного легче, деталь сохраняет свою прочность. Возникает вполне логичный вопрос: «Если так, то нельзя ли заводам-изготовителям производить лёгкие маховики весом 2–3 килограмма?». Ответ будет такой: «Чересчур лёгкий маховик может не выдержать нагрузку и просто сломаться».
Полезные советы и техническое обслуживание
Совет! Если всё ещё сомневаетесь, стоит ли приобретать данное изделие, чтобы прокачать «железного коня» или довольствоваться тем, что есть, то можете почитать отзывы про облегчённый маховик и обсудить свой вопрос на интернет-форумах.
Если быть откровеннее, большинство ответов пользователей положительные, но указываются некоторые недостатки данного устройства. По сравнению с достоинствами, они не будут создавать трудности и неудобства во время езды. Ваш «железный конь» просто обретёт улучшенные параметры.
Как и любое другое устройство автомобиля, маховик нуждается в техническом обслуживании. К облегчённому варианту необходимо быть внимательным. После отработки своего ресурса и при поломке зубьев шестерней, следует произвести замену. Если обнаружите шероховатость на поверхности изделия, то нужно измерить его глубину. Глубина не должна превышать 0,1 миллиметра. В противном случае придётся произвести проточку поверхности:
Важно! Цена облегчённого маховика варьируется в зависимости от региона страны. Но, средняя стоимость, не такая уж и большая, всего 2000 рублей.
Обычный маховик
Как бы кто ни говорил, но это достаточно выверенная деталь, которая рассчитывается — и на нагрузки, и на кручение, и даже на слом.
Обычно его вес колеблется в пределах от 7 до 9 килограмм. Все зависит от модели и класса автомобиля (грузовики не беру, там веса намного больше).
После того как двигатель запушен, обычный маховик набирает кинетическую энергию от работы мотора. Поэтому при работе двигателя какая-то часть, уходит именно на его раскрутку и дальнейшее вращение. Причем чем тяжелее этот «диск», больше энергии нужно потратить. Особенно это сказывается на высоких оборотах, где потреблении энергии растет в квадратичной прогрессии, начиная уже с 4500 оборотов.
То есть получается что маховик, как бы мешает работе двигателя, забирая у него часть энергии, на свою раскрутку. Однако тут не все так однозначно – благодаря своему весу, этот элемент отбирает на себя различные не нужные энергии, вызванные детонацией двигателя или какими то другими побочными процессами. Таким образом, они не идут в кузов, а как бы «поглощаются» что не маловажно!
Принцип прост, так «народные тюнеры» (да и некоторые компании), просто убирают «лишний» вес. Например, из «нашего» маховика на ВАЗ, исключают примерно 3,5 килограмма из 7,5 возможных! То есть его вес составляет – 4 килограмма, а это существенно! Справедливости ради стоит отметить что, сейчас существует множество разновидностей таких элементов, то есть убирают различные веса от 1,5 до 3,5 кг. Различные «тюнеры» объясняют это по-разному, но суть остается одной – «облегчение»!
Вы можете задать справедливый вопрос – а почему же не могут вообще сделать весом в 1 или 1,5 кг, вместо скажем 7,5? Справедливый вопрос, но ответ очевиден – такой легкий вариант будет крайне не стабильным, если выражаться простым языком — то его просто сломает.
Поэтому должен оставаться задел прочности, который позволит этой детали, работать в стандартном режиме! Вот мы и подошли к плюсам и минусам, давайте разберем подробнее.
Постараемся понять — что может дать такой облегченный тип строения при работе двигателя.
- Меньший вес, а значит нужно меньше тратить энергии для раскрутки, что положительно сказывается на расходе топлива. Если не вдаваться в долгие рассуждения, то экономия составляет примерно 2 – 3 %, но не больше.
- Уменьшаются механические потери.
- Раскрутить его легче, а значит, повышается «отдача от двигателя», у него меньше инерция.
- Двигатель быстрее выходит на максимальные обороты.
- Работа на «высоких» оборотах улучшается.
Это действительно присутствует, если рассчитать силу инерции, а также центробежную силу и сравнить ее со стандартным маховиком — то становится понятно, что облегченная модель, требует меньше механических и силовых затрат на свою работу. А это как я уже написал сверху – экономия топлива, быстрая раскрутка и лучшая работа на «верхах». Ведь именно на высоких оборотах стандартный вариант, начинает испытывать излишние нагрузки центробежной и инерционной сил.
Куда же без них. Для начала нужно отметить такой аспект, облегченный маховик, требует правильной настройки и остальных конфигураций двигателя. А это значит, что мало поставить его одного, нужно также облегчать и коленчатый вал, правильно настраивать центровку корзины сцепления т.д. То есть – целый комплекс мер, тогда эффект будет более значимым и заметным. Пробежимся по основным минусам.
- Прочность конструкции ниже.
- На низких оборотах, при малых скоростях, эффект практически не заметен.
- Требуется дополнительная балансировка с колен.валом и шкивом ремня генератора
- Хуже проводит тепло, в зимнее время трансмиссия будет прогреваться дольше на «холостых».
- Ну и стоит дороже обычного, если брать каких-либо именитых производителей, а не сделанный своими руками.
Получается, если берете для автомобиля со стандартной (небыстрой) манерой езды (до 3000 об.) – эффект будет минимальным. Если берете для «прокаченного» автомобиля, который работает на оборотах за 4500 (особенно для турбированных двигателей), то эффект действительно будет.
Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента как это используется на космических аппаратах.
Содержание
Использование [ править | править код ]
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, гиробусах.
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 в XIX веке 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 при равном аэродинамическом сопротивлении.
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.
В повседневной жизни маховик наиболее часто применяется на автомобилях: любой поршневой двигатель снабжён маховиком, часто совмещающим функции как часть сцепления и системы пуска (маховики снабжают зубчатым венцом для передачи момента от стартера). Кроме вывода кривошипного механизма из мёртвой точки, маховик в двигателе снижает неравномерность вращения до приемлемой, что увеличивает ресурс трансмиссии (оставшаяся часть неравномерности гасится пружинами демпфера крутильных колебаний или муфтой АКПП, затем торовыми резиновыми и вискомуфтами).
Физика [ править | править код ]
Кинетическая энергия вращения, накопленная во вращающемся теле (маховике), может быть рассчитана по формуле:
- I <displaystyle I>
— момент инерциимассы относительно оси вращения маховика
- ω <displaystyle omega >
Для простых форм маховика известны конечные выражения момента инерции
- Для полого цилиндра I = 1 2 m ( r 2 + r o 2 ) <displaystyle I=<frac <1><2>>m(r^<2>+r_
^<2>)> > - Для тонкостенного цилиндра I = m r 2 <displaystyle I=mr^<2>>
- Для сплошного цилиндра I = 1 2 m r 2 <displaystyle I=<frac <1><2>>mr^<2>>
Заменив в формуле для полого цилиндра угловую скорость ω <displaystyle omega >
ω = 2 π f <displaystyle omega =2pi f>
E = m ( π f ) 2 ( r 2 + r o 2 ) <displaystyle E=m(pi f)^<2>(r^<2>+r_
История [ править | править код ]
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]
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] .
В 20-30-х годах XX века советский изобретатель А. Г. Уфимцев впервые в мире [5] применил инерционный аккумулятор на первой в России ветроэлектростанции, построенной им в г. Курске.
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.
Пример [ править | править код ]
Предельное значение угловой скорости маховика ω <displaystyle omega >
Супермаховик [ править | править код ]
В мае 1964 года Н. В. Гулия подал заявку на изобретение супермаховика — энергоёмкого и разрывобезопасного маховика. В отличие от классического монолитного маховика, супермаховик намотан из тонкой ленты, проволоки или синтетических волокон, которые обладают значительно большей удельной прочностью, чем монолитная деталь (отливка или поковка), поэтому энергоемкость такого маховика значительно выше (по утверждению изобретателя, до 1,8 МДж/кг). Кроме того, в случае разрыва супермаховика не образуется крупных осколков: концы разорванной ленты или волокон начинают тормозиться о кожух, и маховик постепенно останавливается.
Внешне маховик двигателя представляет собой довольно простое устройство — обычный тяжелый диск. Но в то же время он играет очень важную роль в работе двигателя и всего автомобиля в целом. В статье разберем его основное назначение, разновидности маховиков и их устройство.
Назначение и функции
Обычный маховик представляет собой литой, хорошо отбалансированный чугунный диск, на котором напрессованы стальные зубья для зацепления со стартером двигателя, так называемый зубчатый венец. Маховик передает крутящий момент от двигателя на коробку передач. Соответственно, он располагается между двигателем и трансмиссией. В случае использования механической коробки передач на маховике крепится корзина сцепления, а в АКПП — гидротрансформатор.
Сплошной маховик
Сам по себе маховик — это довольно массивная деталь по весу и его масса будет зависеть от мощности двигателя и количества цилиндров. Объясняется это тем, что основное назначение маховика — аккумулировать кинетическую энергию от коленчатого вала и создавать необходимую инерцию. Дело в том, что у ДВС из четырех тактов только один совершает полезную работу — рабочий ход. Остальные три такта КШМ и поршневая группа должны совершить по инерции. Именно для этого и нужен маховик, закрепленный на конце коленвала.
Резюмируя описанное выше, назначение маховика и основные функции у него следующие:
- обеспечение плавной работы двигателя;
- передача от двигателя крутящего момента на КПП и обеспечение работы сцепления;
- передача крутящего момента от стартера на венец маховика для запуска двигателя.
Разновидности маховиков
На текущий момент можно выделить три разновидности маховиков:
Сплошной
Наиболее распространенная и простая конструкция. Представляет собой чугунный литой диск, устройство которого было описано выше. Маховик для АКПП гораздо легче обычного, поскольку рассчитан на использование совместно с гидротрансформатором.
Облегченный
При тюнинге автомобиля, трансмиссии и двигателя часто устанавливают облегченный маховик. Его небольшой вес уменьшает инерцию и повышает производительность двигателя на 4-5%. Автомобиль быстрее откликается на педаль газа, становится более динамичным. Однако, установку облегченного маховика нужно делать только в комплексе с другими работами по улучшению характеристик двигателя и трансмиссии.
Использование облегченных маховиков без доработки поршневой и КШМ приведет к нестабильной работе двигателя на холостых оборотах.
Двухмассовый
Двухмассовый или демпферный маховик более сложен по конструкции и устанавливается на современные модели автомобилей. Он может применяться на автомобилях с механической и автоматической трансмиссиях без гидротрансформатора. В случае с МКПП используется ведомый диск сцепления без демпфера крутильных колебаний.
Двухмассовые маховики получили широкое распространение благодаря улучшенным характеристикам подавления вибраций, шума, защите трансмиссии и синхронизаторов. Именно этот вид стоит рассмотреть более подробно.
Устройство и особенности двухмассового маховика
В конструкции двухмассового варианта не один, а два диска. Один диск соединён с двигателем, а второй с трансмиссией. Оба они могут работать независимо друг от друга. На первичном диске также имеется венец маховика с зубцами для зацепления со стартером. Два подшипника (осевой и радиальный) обеспечивают соединение двух корпусов.
Внутри дисков находится усовершенствованная пружинно-демпферная система. Она состоит из мягких и жестких пружин. Мягкие пружины обеспечивают плавность работы на низких оборотах при запуске и остановке двигателя. Жесткие пружины гасят колебания на высоких оборотах. Внутри находится специальная смазка.
Принцип работы
Одними из первых двухмассовые маховики получили автомобили с автоматической КПП. Для роботизированной коробки характерна быстрая и частая смена передач. С этим он хорошо справляется. Затем в силу своих преимуществ их стали устанавливать на автомобили с механикой.
Принцип работы довольно прост. Крутящий момент от коленвала передается на первичный диск, который отклоняет пружинную конструкцию внутри. Достигнув определенно уровня сжатия, крутящий момент затем передается на второй диск. Такая система гасит высокие колебания от двигателя, позволяя значительно снизить нагрузку на КПП.
Преимущества и недостатки
Плюсы такой системы очевидны:
- мягкая и плавная работа двигателя и КПП;
- низкий уровень вибрации и шума.
Но есть и свои недостатки. Срок службы двухмассового маховика в среднем составляет около трех лет. Конструкция постоянно подвергается сильным перегрузкам. Внутренняя смазка также приходит в негодность. Стоимость замены довольно высока. Пожалуй, это главный его недостаток.
Симптомы неисправности
Маховик испытывает сильные перегрузки, поэтому, рано или поздно, он выходит из строя. Признаком его поломки может быть скрип и посторонние звуки при запуске и остановке мотора.
Ощущение сильной вибрации также может указывать на неисправность. Многие списывают это на «троение» двигателя. При переключении на более высокие передачи вибрации обычно исчезают. Щелчки при старте и разгоне также могут указывать на неполадки.
Но не стоит сразу торопиться с заменой маховика, ведь эти симптомы могут указывать и на другие проблемы. Например, с опорами двигателя, КПП, навесным оборудованием, выхлопной системой и другим.
Более точный диагноз может поставить непосредственный осмотр детали. Но чтобы до неё добраться, нужно будет демонтировать коробку передач, а это потребует специальных навыков и средств.
Ремонт двухмассового маховика
Ввиду высокой стоимости оригинальной запчасти многие водители задумываются о возможности ремонта маховика. Стоит сказать сразу, что производители не подразумевают ремонт этой детали. Она неразборная и лучше ставить новую.
Но все же есть умельцы, которые берутся за работу. Все зависит от уровня поломки. Если вышли из строя пружины, то в сервисе их могут заменить. Они первыми подвержены износу. Но если разрушился корпус или один из подшипников, то лучше приобрести новый. В любом случае мало кто даст гарантию стабильной работы двигателя и трансмиссии после ремонта.
Замена на одномассовый
Теоретически заменить можно. Хороший мастер в сервисе сделает это без проблем. Но стоит ли? Никто не сможет спрогнозировать, сколько после этого продержится КПП и двигатель, поэтому со своей стороны мы не рекомендуем!
Если у вас мощный мотор и механическая КПП, то не избежать сильных вибраций и тряски при запуске и остановке. Ездить возможность будет, но с большим дискомфортом. Роботизированная коробка не выдержит тандема со сплошным маховиком и быстро выйдет из строя. А вместе с коробкой ремонт обойдется уже гораздо дороже.
