Принцип работы двухмассового маховика

Симптомы и причины неисправности

Из-за сложного доступа к маховику визуальный контроль этой шестерни редуктора зубчатой передачи затруднен, поэтому вспоминают про него владельцы авто при следующих симптомах:

• проблемы с запуском двигателя;
• рывки, скрежет и сторонние звуки в момент зацепления бендикса с маховиком.

Зацепление венца со стартером

Причинами, по которым происходит износ зубьев, являются:

• дефекты изготовления маховика – перегрев зубчатого обода при посадке приводит к отпуску стали, снижению прочности, увеличению пластичности конструкционного материала;
• непараллельность осей – передаточное число редуктора очень высокое, любое отклонение оси вала стартера от оси коленчатого вала приведет к выработке эвольвенты зуба с одной стороны;
• нарушение профиля зуба – со временем элементы передачи изнашиваются, в момент зацепления/расцепления шестеренок профиль срезается полностью;
• отсутствие смазки – в силу конструкционных особенностей передачи смазку нанести на бендикс и венец маховика невозможно физически.

Износ зубьев

В любом из указанных случаев рекомендуется замена венца маховика. В некоторых случаях бедикс может сточить лишь часть зуба с внешней стороны, поэтому достаточно поменять стороны венца.

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.

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.

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, 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 кривошипно-шатунного 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).

Виды маховиков в ДВС

Маховики современных ДВС имеют следующее подразделение:

• Одномассовые (сплошные). Считаются самым распространенным видом. Одномассовый маховик ДВС представляет собой сплошную конструкцию и диск внушительного размера диаметром от 300 до 400 миллиметров. Изготавливают одномассовые маховики чаще всего из высококачественного чугуна. По всей окружности сплошного маховика проводят венец – стальное зубчатое кольцо. Монтаж производится по технологии напрессовки, благодаря чему кольцо крепится прочно. Для закрепления одномассового маховика на коленчатый вал нужно с одной стороны детали выполнить ступицу. Противоположная же плоскость сплошного маховика выполняет роль ведущего диска сцепления. Выходит, что конструкция одномассового маховика не представляет собой особой сложности. Также, данный маховик имеет сравнительно невысокую стоимость, поэтому он широко применяется в современных ДВС. Минус сплошного маховика заключается в том, что он плохо гасит крутильные колебания. Есть разновидности маховиков, которые справляются с этой задачей лучше;
• Двухмассовые маховики. Двухмассовый маховик – это конструкция из двух дисков, соединенная между собой пружинно – демпферной системой. Функция этой системы состоит в том, чтобы избавлять трансмиссию машины от непрерывно возникающих крутильных колебаний силового агрегата, уравновешивать ее работу. Применяя двухмассовый маховик вместо одномассового, можно не использовать в ведущем диске сцепления демпфирующее устройство, что повысит надежность и долговечность системы. Также двухмассовые маховики позволяют делать следующее:

1. Снижать вибрации, которые передаются от двигателя к трансмиссии;
2. Снижать уровень шума;
3. Делать коробку передач более «удобной» в использовании;
4. Защищать трансмиссию от перегруза.

Некоторые исследования показывают, что двухмассовые маховики способны снизить потребление двигателем топлива. К недостаткам можно отнести не столь высокую надёжность, какую имеют, к примеру, одномассовые маховики. Это связано с нагрузкой, которая «ложится» на пружинно – демпферную систему. По этой же причине двухмассовые маховики не так часто эксплуатируются автовладельцами. Однако сейчас активно разрабатывают новые усовершенствованные конструкции этих узлов, ведь появляются новые модели двигателей, которые функционируют на низких оборотах, а также моторы довольно большой мощности при скромном рабочем объеме. Такие двигатели внутреннего сгорания «ждут» от маховиков высокого уровня гашения колебаний, над чем конструкторы и работают;

Облегченные маховики. Применяются при тюнинге силовых агрегатов. В таких маховиках масса распределяется от центра к краям, что уменьшает общий вес конструкции и момент инерции. Машины, оснащенные облегченными маховиками, обладают улучшенной разгонной динамикой.

Комментарии автовладельцев по поводу замены маховика

• Замена двухмассового маховика на одномассовый: реальность или выброшенные деньги (а заодно – и машина)?

  Здесь спрашивают можно ли поменять демпферный маховик на одномассовый? Да, есть умельцы, которые делают такую замену.

  Проблема такой «модернизации» связана с тем, что машина на механике с мощным мотором будет трогаться с места с вибрациями. Со временем вам это сильно надоест.

  Совершенно другая ситуация будет с машиной, у которой роботизированная коробка передач. Обычный маховик угробит такую трансмиссию, а ремонт робота обойдется в 10 раз дороже, чем покупка нового двухмассового маховика. Так что считайте и делайте выводы.

• Реставрация маховика – авантюра

  Маховик, который отработал свой ресурс, нужно менять на новый, который имеет такую же конструкцию. А что делать, если на такой ремонт не хватает средств? В этой ситуации поможет реставрация. Есть компании, которые предоставляют такую услугу для любых моделей авто. В рекламе таких фирм сказано, что после ремонта маховик будет работать не хуже, чем новый. Теоретически это возможно.

  Например, собственник «Фольксвагена», который довольно дорогой в ремонте решил отреставрировать демпферный маховик и сделать его замену самостоятельно. На «родном» маховике у этого владельца осталась одна пружина. Фирма, которая реставрирует маховики, изготовила по образцу остальные пружины и отреставрировала деталь. К счастью, для этого автовладельца все закончилось хорошо. Он смог сэкономить значительную сумму, так как новый маховик стоит около 1350$.

• Накрылся двухмассовый маховик? У вас есть два выхода

  Некоторые специалисты считают, что небольшой срок службы двухмассового маховика (200 000-350 000 км) обусловлен неправильной эксплуатацией авто. Чтобы снизить расход топлива, водители ездят на дизельных машинах с мощными моторами в режимах с очень низкими оборотами. В такой ситуации высокие крутильные колебания коленвала создают высокую нагрузку на пружины маховика и сокращают срок службы этой детали. Кроме того, специалисты советуют для увеличения срока службы демпферного маховика глушить мотор при выжатой педали сцепления.

  Что делать если двухмассовый маховик вышел из строя?

  Если у двухмассового маховика вашей машины выработался ресурс, не спешите искать круглую сумму на ремонт. Есть два способа решить вашу проблему, минимизировав потери. Первый вариант предполагает замену демпферного маховика на обычную одномассовую деталь известного бренда Valeo. Этот производитель разработал одномассовые аналоги маховиков Luk и Sachs, поскольку в линейках этих брендов нет такой альтернативы (а кто захочет терять большие прибыли).

  Второй способ предполагает реставрацию демпферного маховика. Со временем это направление все больше развивается. Специалисты могут полностью перебрать и восстановить маховик. Обойдется реставрация намного дешевле, чем покупка новой детали, а ездить на машине будет комфортнее, сравнительно с вариантом, когда установлен аналог от Valeo.

• Двухмассовый маховик = одномассовый маховик + комплект сцепления

  Для машин Форд с моторами 1,8TDCi есть прекрасный вариант ухода от проблем с двумассовыми маховиками. Можно установить комплект сцепления с обычным маховиком от Форда Торнео Коннект (Valeo). Для этого, кроме пары маховик/сцепление придется еще и поменять стартер, потому что зубья не будут совпадать.

  Стоимость такой модернизации все равно будет меньше, чем при замене оригинального комплекта сцепления и демпферного маховика. После этого вы уже не будете менять маховик, а только сцепление, что позволит значительно экономить на ремонте.

  Есть у такого апгрейда и свои минусы. При активной езде сцепление начнет «буксовать» (все же, на Коннекте стоит менее мощный мотор).

• Двухмассовый маховик с разборки: выбросить нельзя ставить

  Неисправности двухмассового маховика связаны с вытягиванием пружин (1 стадия поломки) или их разрушением (последняя стадия). При растяжении пружин маховик будет люфтить и вызывать дисбаланс. Такая ситуация будет дополняться вибрациями и стуками. Если же пружины лопнули, то последствия будут вообще печальными.

  Пока пружины целые, даже растянувшись, они смогут выполнять свою функцию по сглаживанию усилий.

  Двухмассовый маховик можно сравнить с использованным презервативом. В моем гараже один такой уже валяется.  Для кого-то он еще сойдет в качестве «б/у в отличном состоянии», но я его заменил, так как комфорт езды был уже совсем не тот.

Что представляет собой маховик автомобиля

Маховик, замена которого рассматривается в нашей статье, напоминает металлическое колесо диаметром до 0,4 м. Эта деталь играет роль накопителя кинетической вращательной энергии, которая передается от мотора. Благодаря маховику обеспечивается плавность вращения коленвала в те моменты, когда поршни двигателя проходят мертвые точки. Данная деталь участвует в работе нескольких систем авто, поэтому ее можно отнести к таким узлам, как:

• Кривошипно-шатунный механизм (маховик участвует в моменте вращения коленчатого вала и обеспечивает его равномерность).
• Трансмиссия, где маховик выступает в качестве ведущего диска сцепления.
• Редуктор, в котором маховик выполняет функцию ведомой шестерни, обеспечивающей  передачу вращательного момента от стартера к коленвалу.

Для производства маховика используется серый чугун, поэтому стоимость его не очень высока. По его наружному краю запрессовывается венец (обод из стали с равномерно расположенными зубьями, которые служат для передачи крутящего момента от стартера в момент пуска мотора). Конструкционно маховик изготавливают с легкой серединой и утяжеленными краями (такая конструкция повышает инерционные свойства). Внутри детали присутствует 6 отверстий, через которые она с помощью фланцев крепится к коленчатому валу. Кроме того, маховик имеет отверстия для соединения с корзиной сцепления.

Виды маховиков в зависимости от конструкционных особенностей:

1. Сплошной 

Это наиболее распространенный вариант детали для комплектации современных авто. Он отличается простой конструкцией – диск из чугуна диаметром до 0,4 м, по наружному краю которого закреплен зубчатый венец, обеспечивающим зацепление со стартером при пуске двигателя. С коленчатым валом такой маховик соединен при помощи фланца, а его противоположная сторона выполняет функцию ведомого диска сцепления.

2. Демпферный или двухмассовый 

Такая деталь включает два диска, которые соединены пружинно-демпферным устройством. Благодаря своей конструкции двухмассовый маховик может выполнять следующие функции:

• Сглаживать избыточные вибрации коленвала.
• Защищать трансмиссию автомобиля от перегрузок и лишних вращательных моментов.
• Снижать изнашиваемость синхронизирующих деталей.
• Обеспечивать легкость и плавность включения передач.
• Сокращать расход топлива.

Для такой детали, как двухмассовый маховик, замена может потребоваться в результате высоких нагрузок, способствующих изнашиванию механизма и поломке его отдельных элементов (например, может лопнуть пружина).

3. Облегченный 

Такой маховик устанавливается на тюнингованные моторы. Такая деталь весит, как правило, в 1,5 раза меньше в сравнении со стандартной, поэтому двигатель быстрее набирает обороты, что улучшает динамику машины и повышает мощность мотора до 7%. Для производства облегченных маховиков применяют износостойкие сплавы, способные выдерживать повышенные нагрузки. Преимущество такой детали заключается в бесшумной, быстрой и эффективной работе.

Есть смысл разобраться, почему демпферные (двухмассовые) маховики чаще выходят из строя:

• Неисправность может появляться из-за блокировки маховика, вызванной неправильным креплением детали. Так, если были использованы слишком длинные болты, происходит блокировка обоих дисков. В результате маховик потеряет свои амортизационные характеристики и будет работать слишком шумно.
• В результате перегрева внутренней стороны одного из дисков из-за неисправного осевого подшипника (подшипник расположен между дисками).
• Под влиянием высоких механических перегрузок или неправильной работы сцепления может происходить истирание одного из дисков маховика, что приводит к разрушению внутренних деталей (как правило, такая неисправность проявляется в виде выступающей смазки).

Взаимозаменяемость маховиков обычных, двухмассовых и облегченных

Поскольку новый двухмассовый маховик стоит очень дорого, для большинства владельцев авто, укомплектованных этими модификациями, актуален вопрос взаимозаменяемости этого узла сцепления и ДВС. Основными нюансами являются:

• после установки цельнометаллического маховика вместо демпферного снизится, как комфортность эксплуатации, так и ресурс ШРУСов, редуктора, КПП, сцепления в целом;
• при замене традиционного маховика на облегченный дискомфорта значительно меньше, но в идеале требуется перестройка всего двигателя под новый эксплуатационный режим.

Рис. 19 Замена обычного маховика облегченным

Таким образом, классический цельнометаллический маховик больше подходит для бензиновых авто, имеет простейшую конструкцию, обладает высоким эксплуатационным ресурсом. Облегченный маховик применяется для тюнинга ДВС ограниченным числом водителей, двухмассовые модификации по умолчанию устанавливают на дизельные машины еще на заводе.