Маховик из чего состоит: Что такое двухмассовый маховик — 8 (800) 500-67-44

  • 26.06.1977

Содержание

Что такое двухмассовый маховик — 8 (800) 500-67-44

ЧТО ТАКОЕ ДВУХМАССОВЫЙ МАХОВИК?

Двухмассовый (или демпферный, двухдисковый, двухсекционный) маховик расположен между сцеплением и непосредственно самим двигателем. Состоит он из двух корпусов. Один из корпусов обладает установленным венцом стартера, который присоединен к коленчатому валу. Другой — узлом сцепления. Два корпуса соединены друг с другом за счет специальных подшипников скольжения. Но кроме этого еще и происходит их вращение относительно друг друга. Между ними имеется пружинный демпфирующий механизм Специальная смазка (консистентная), которая наполняет внутренний объем маховика делает работу пакетов пружин непрерывной. Чтобы не допустить блокировку пружин, пакеты поделены пластиковым сепаратором.

Двухмассовый маховик отличается ступенчатой системой действия пружинных пакетов с неодинаковой жесткостью: Работа первой ступени осуществляется с помощью мягких пружин. Эта система делает работу двигателя безукоризненной, плавной и эффективной, не смотря на то, заведен он или нет.

А вот работа второй ступени уже осуществляется с помощью жестких пружин. Эта система помогает добиться оптимального демпфирования вращательных колебаний при нормальной езде на авто.

ОБРАЗЕЦ

ВИДЕО О МАХОВИКАХ

Двухмассовый маховик, какую функцию он выполняет?

Конструкция двухмассового маховика в 3D.

ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ПРИЧИНОЙ ПОЛОМКИ ДВУХМАССОВОГО МАХОВИКА

По мнению профессионалов, низкий ресурс двухмассового маховика обуславливается неправильной эксплуатацией личного транспорта. Водители, на автомобиле которых установлены, например, дизельные двигатели, пытаются передвигаться на малых оборотах, которые почти приравниваются к холостым. Из-за такой езды вращательные колебания у коленчатого вала очень высоки, именно это и приводит к быстрому износу пружин двухмассового маховика.

Помимо этого, рекомендуют, глушить двигатель (чтобы увеличить ресурс маховика и сцепления к нему) выжимая педаль сцепления.

ДИАГНОСТИКА НЕИСПРАВНОСТИ МАХОВИКА

Маховик сможет сослужить вам хорошую и долгую службу, если вы будете соблюдать все правила эксплуатации вашего автомобиля. Тем не менее, прежде чем спешить заменить сцепление на СТО, необходимо убедиться в том, что необходимо вам менять маховик. Но без специальных инструментов специалисты не берутся делать тест на его исправность и точно поставить его диагноз могут единицы.

Поэтому поломку можно определить вам самому по характерным признакам:

  • Утечка смазки
  • Появление царапин
  • Трещин
  • Люфтов
  • Шум, слышимый во время зажигания и выключения двигателя
  • Колебания ощущаются во время работы двигателя на холостом ходу
  • Неравномерная работа двигателя
  • Колебания, передающиеся на кузов
  • Различного рода шумы в области коробки передач
  • Шумы во время работы двигателя, которые затихают при прогреве мотора или при выжимании педали сцепления
  • Вибрация на педали сцепления

Вы всегда можете связаться с нами и получить бесплатную консультацию.

Маховик двигателя
Реставрация двухмассового маховика
Признаки неисправности двухмассового маховика
Замена двухмассового маховика
Как проверить двухмассовый маховик

Двухмассовый маховик это что


конструкция, принцип работы и ресурс

Сегодня около 80 % новых автомобилей оснащаются двухмассовыми маховиками. Чем вызвано такое решение? Объективны ли слухи о ненадежности этой конструкции, и как часто недешевый двухмассовый маховик нуждается в замене? О некоторых особенностях этого компонента трансмиссии расскажем на примере продукции концерна ZF.

Станислав Шустицкий

ЧЕМ ПРОЩЕ, ТЕМ ЛУЧШЕ?

Казалось бы, классический маховик, представляющий собой круглую болванку с зубчатым венцом на внешней части, закрепленный на заднем конце коленчатого вала, вполне исправно выполнял свою функцию. Вернее, функции. Во-первых, через шестерню стартера, входящую в зацепление с зубчатым венцом маховика, он проворачивает коленчатый вал при запуске двигателя. Во-вторых, обладая большим весом, а значит, и высоким моментом инерции, маховик помогает поршням двигателя продолжить движение из так называемых мертвых точек. И, таким образом, нивелирует неравномерность вращения коленчатого вала. На плоскости маховика также монтируется ведущий диск сцепления. Вроде бы и двигатель запустил, и комфорта добавил… Чего же еще от него требовать? На самом деле экологические требования, предъявляемые сегодня к транспортным средствам, потребовали компромисса. Мощность нынешних двигателей постоянно увеличивается, но при этом, исходя из тех самых требований, работать они должны в режиме обедненной смеси. Возникающая в этом случае неравномерная работа четырехтактного двигателя ведет к тому, что в трансмиссию «транслируются» высокочастотные крутильные колебания. В случае с обычным маховиком и классическим механизмом сцепления гасить эти колебания предстояло демпферам ведомого диска. Но для двигателей с высоким крутящим моментом, «зажатых» жесткими экологическими требованиями, такого гасителя крутильных колебаний оказалось недостаточно.

А значит, в конструкции трансмиссии потребовался дополнительный демпфер, самое удобное место для которого нашлось в конструкции маховика. Первые двухмассовые маховики появились в середине 1990‑х на дизельных моторах, а сейчас ими оснащаются большинство двигателей. Причем с двухмассовыми маховиками охотно «сотрудничают» все типы коробок передач: и «механика», и АКП, и вариаторы.

Модульная конструкция ZF, включающая двухмассовый маховик и узел сцепления.

КАК ОН УСТРОЕН

Двухмассовый маховик состоит из двух корпусов. Первый — тот самый классический маховик с зубчатым венцом, закрепленный на коленчатом валу. Второй корпус, опирающийся на подшипник скольжения, соединен с механизмом сцепления, если в трансмиссии механическая КП, или с гидротрансформатором, если автомобиль оснащен АКП. Внутри корпусов, допускающих свободное относительно друг друга смещение, расположены пакеты пружин, разделенные пластмасовыми сепараторами, а пространство между корпусами заполнено консистентной смазкой. Каждый пакет может содержать до трех пружин разной жесткости, а сепараторы, во-первых, не позволяют пакетам пружин при работе блокироваться, сцепляясь друг с другом, во-вторых, служат своеобразными направляющими, позволяющими пружинам свободно перемещаться в рабочем режиме по окружности внутри маховика.

В отличие от классического «незыблемого» маховика, современная двухмассовая конструкция продолжает совершенствоваться. К примеру, в арсенале продукции Sachs есть двухконтурные пружинные модули — в этом случае блоки пружин расположены не только по внутреннему радиусу, но находятся и в средней части системы, что повышает уровень демпфирования.

A — корпус маховика, закрепленный на коленчатом валу. B — корпус маховика, соединенный с механизмом сцепления или, при наличии АКП, с гидротрансформатором. С — пакет жестких пружин. D — пакет мягких пружин. E — планетарная шестерня. F — сепаратор, разделяющий пакеты пружин.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Начнем с запуска двигателя, режима, вызывающего наибольшие нагрузки, так как трансмиссия в этот момент находится в состоянии покоя. Шестерня стартера входит в зацепление с зубчатым венцом корпуса, закрепленного на коленчатом валу, но крутящий момент к механизму сцепления передается только после того, как сработает связующее звено двух корпусов — демпфирующий пружинный блок. Пакеты пружин работают ступенчато: сначала сжимаются пружины с витками меньшего диаметра, а при недостаточном демпфировании в работу включаются жесткие пружины. И только после того, как пакеты пружин погасили резонансные колебания, крутящий момент от двигателя передается на коробку передач. Подобным образом двухмассовый маховик работает и при выключении двигателя. Начало движения также не обещает двухмассовому маховику легкой жизни — до перехода на прямую передачу крутильные колебания, передающиеся от двигателя, будут только возрастать. При этом двухмассовый маховик частично нивелирует ошибки водителя, связанные с несвоевременным переключением передач (если автомобиль снабжен МКП), обеспечивая достаточно комфортную, без существенных рывков работу трансмиссии.

Понятно, что чем больше свободы обеспечивает двум корпусам, перемещающимся относительно друг друга, пружинный модуль, тем выше эффективность работы двухмассового маховика. Если конструкция с обычным маховиком позволяла демпферным пружинам ведомого диска сцепления гасить колебания не более чем на 15°, то первые двухмассовые маховики позволили увеличить этот диапазон до 25°. А последние разработки ZF обеспечивают перемещение второго корпуса относительно первого на 75° от центрального положения.

ШУМИТ? ПОМЕНЯЕМ!

Замена двухмассового маховика штука недешевая, так как помимо стоимости самой детали требуется демонтаж и маховика, и узла сцепления. И спешить с этой операцией не следует. Для начала нужно определить причину возможной неисправности, одним из симптомов которой может стать нехарактерный шум при пуске двигателя, не пропадающий и при движении. Разрушающее влияние на двухмассовый маховик может оказать целый «букет» причин. Во-первых, это проблемы, возникающие при запуске двигателя, когда стартеру приходится длительное время безрезультатно вращать маховик. В этом случае есть смысл обратить внимание на исправность электрической составляющей: аккумуляторную батарею (с обязательной проверкой чистоты клемм), стартер и т. п. Вторая причина, негативно влияющая на работоспособность маховика, — это состояние самого двигателя. Неритмичная работа форсунок, сбои в блоке управления двигателем — все это вызывает повышенные вибрации, негативно сказывающиеся на состоянии маховика. Буксировка тяжелого прицепа на большие расстояния, преодоление препятствий, связанное с пробуксовкой колес, все, что связано с разнопеременными нагрузками, «здоровья» двухмассовому маховику не добавляет. Отдельная история — это чип-тюнинг. Добавив мотору пару-тройку десятков лошадиных сил и повысив максимальный крутящий момент, мы однозначно снижаем ресурс маховика. Из всего вышесказанного может сложиться мнение, что двухмассовый маховик — штука весьма ненадежная. Отнюдь нет, но бережного отношения к себе требует. Кроме того, инженеры компании ZF выводят на рынок все новые и новые разработки, адаптируя это компонент с учетом новых решений в конструкции автомобиля. Например, это двухмассовый маховик со своеобразным динамическим тормозом для автомобилей с режимом Stop & Go. При выключении двигателя корпуса маховика фиксируют свое положение относительно друг друга, а при пуске двигателя продолжают движение из этого положения. И о ресурсе. Двухмассовому маховику вполне по силам отработать и более 150 тысяч км. Это, как правило, больше, чем интервал для замены сцепления. Но специалисты ZF рекомендуют менять маховик одновременно со сцеплением, что в последующем избавит от еще одной операции по демонтажу. Кроме того, уже сегодня концерн ZF для ряда автомобилей предлагает модульную конструкцию, включающую двухмассовый маховик и узел сцепления.

Хочу получать самые интересные статьи

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:Admin

Как выбрать б/у двухмассовый маховик?

 15.11.2019

Если говорить совсем простым языком, двухмассовый маховик призван сглаживать неравномерность работы двигателя. Откуда возникает эта «неравномерность»? Во-первых, коленвал испытывает на себе неравномерные нагрузки, возникающие в моменты воспламенения рабочей смеси в цилиндрах и в моменты ее сжатия. Во-вторых, в самом коленвале из-за неравномерных нагрузок возникают крутильные колебания. Это упругие колебания вдоль его оси вращения, по часовой стрелке и против. Чем мощнее двигатель, тем сильнее эти колебания. Более того, если частота «вспышек» в цилиндрах совпадет с частотой крутильных колебаний или будет кратна им, то возникнет резонанс, и коленвал развалится.

Соответственно, для гашения неравномерностей в работе двигателя и крутильных колебаний и создан двухмассовый маховик. Его присутствие позволяет инженерам не усиливать и не утяжелять коленвал, он защищает коробку передач от вибраций и продляет срок службы сцепления на мощных двигателях, устраняет необходимость увеличивать жесткость диафрагменной пружины корзины сцепления. В целом двухмассовый маховик даже помогает экономить топливо, т.к. гасит колебания, направленные против вращения коленвала. К тому же, масса двухмассового маховика в целом ниже, чем одномассового.

Серийное применение двухмассовых маховиков началось в 1985 году. Сегодня ими оснащается порядка 80% новых двигателей. Двухмассовые маховики положены двигателям, работающим в паре с МКПП, вариаторами, «автоматами» с двойным сцеплением.

 

На нашем YouTube-канале вы можете посмотреть видео о двухмассовых маховиках.

 

 

Выбрать и купить б/у двухмассовый маховик вы можете в нашем каталоге контрактных запчастей.

 

Как устроен двухмассовый маховик

На словах конструкция двухмассового маховика простая. Одна его часть – ведущий диск – жестко привинчивается к коленвалу. Вторая часть – ведомый диск – соединена с корзиной сцепления. Между ними – система демпфирования. Таким образом, обе части двухмассового маховика могут вращаться относительно друг друга на некоторые углы, то есть, совершать взаимные качательные движения вокруг общей центральной оси.

 

Подшипник

Так как ведущий и ведомый диск не жестко соединены и качаются относительно друг с друга, нужно сохранять их соосность. Для этого применяется поворотный подшипник. Он жестко закреплен на ступице ведущего диска. На его выступ в сторону трансмиссии выступ посажен ведомый диск.

На ранних вариантах ДММ использовались шариковые подшипники, затем они уступили место подшипникам скольжения, т.е. по сути, обычным втулкам. В двухмассовых маховиках Sachs всегда использовались подшипники скольжения.

 

Фланец

Передача момента от ведущего диска к ведомому осуществляется через пружинный демпфер и далее на фланец, который жестко соединен с ведомым диском. В самом простом варианте, в ведущем диске находятся две дуговые пружины, которые своими концами упираются в выступы фланца.

 

 

Демпфирующая система

Как было упомянуто выше, классический демпфер двухмассового маховика представляет собой пару дуговых пружин, помещенные в направляющие желоба ведущего диска. Эта пружина может быть одинарной, может быть двойной, т.е. представлять собой две помещенные одна в одну пружины разного диаметра. В самых мудреных вариантах пружины могут быть тройными. Т.е. в каждой дуге будет собрано по 3 пружины, способные гасить весь диапазон крутильных колебаний. Но и это еще не все.

В более новых вариантах двухмассовых маховиков предусмотрены дополнительные прямые пружины во фланце. Эти дополнительные пружины во фланце демпфируют колебания в тех режимах, когда дуговые пружины «отключаются». Как они могут «отключиться»? Дело в том, что на высокой скорости вращения маховика под действием центробежной силы дуговые пружины прижимаются к направляющим вдоль наружного края. Из-за этого их сила демпфирования сильно снижается. В этом случае функция демпфирования перекладывается на короткие прямые пружины: они легче, ближе расположены к центру, а потому центробежная сила слабо влияет на них.

Также есть ДММ с фрикционной муфтой, которая не жестко соединяет фланец с ведомым диском. То есть, в этом случае фланец не приклепан к ведомому диску. Крутящий момент передается от ведущего диска к ведомому за счет сильного трения фрикционной муфты. Такая муфта дополнительно защищает маховик от перегрузок и является демпфером.

 

Двухмассовый маховик от Sachs для дизелей и DSG

Двухмассовые маховики от Sachs (ZF) для дизелей 1.9 TDI и 2.0 TDI, работающий в паре с коробками DSG, наделены сложным направляющим планетарным механизмом.

 

Признаки износа и проверка двухмассового маховика на автомобиле

На износ двухмассового маховика указывают появившиеся вибрации. Во-первых, жесткая вибрация на холостых оборотах, слышимые стуки при глушении двигателя. Маховики, работающие в паре с коробками DSG «брынчат» на холостом ходу. Во-вторых, вибрации на ходу при равномерной скорости и при увеличении оборотов двигателя.

В некоторых случаях разбитый двухмассовый маховик может быть причиной троения двигателя. Из-за того, что обе массы хаотично гуляют относительно друг друга, на коленвале возникают посторонние ускорения, которые ЭБУ пытается «отловить», корректируя впрыск. Такое троение двигателя на холостых оборотах пропадает при выжиме педали сцепления.

Двухмассовый маховик можно проверить на неподвижном автомобиле. Для этого на нейтральной передаче нужно плавно нажимать на газ. Если вибрации и их характер будут изменяться с ростом оборотов, то двухмассовый маховик неисправен. На ходу его можно проверить следующим образом: разгоняемся с 10-20 км/ч на 2-й передаче с нажатой до упора педалью акселератора. Если возникают вибрации, то пора менять двухмассовый маховик.

При разрушении двухмассового маховика с обрывом его фланца, автомобиль просто не будет ехать на передаче.

 

 

Двухмассовый маховик не всегда виноват

В некоторых случаях при работе двигателя на холостых оборотах можно чувствовать вибрации и даже слышать посторонние звуки демпферов двухмассового маховика. При этом на ходу, при разгоне и наборе оборотов сильные вибрации не будут возникать. В данном случае, скорее всего, двухмассовый маховик исправен, а вибрации в трансмиссии и шумы его демпферов вызваны тем, что двигатель неисправен, т. е. троит. В этом случае нужно разбираться с двигателем и как можно скорее, т.к. двухмассовый маховик выйдет из строя преждевременно.

При износе сцепления, а не маховика, при трогании с места отсутствует плавность и появляются удары.

Трещины на корпусе ведущего диска ДММ появляются из-за люфта коленвала.

 

Как проверить б/у маховик?

Проверке подлежат не только б/у, но и новые двухмассовые маховики из коробок. У производителей LuK и Sachs есть базовые рекомендации по проверке маховиков, они общие как для новых изделий, так и бывших в эксплуатации. То есть, перед заменой по таким рекомендациям можно и нужно проверить старый маховик.

 

Базовые рекомендации для проверки двухмассовых маховиков

Sachs

LuK

Свободный ход: перемещение до 3 зубьев. Если обе массы перемещаются более чем на 4 зубца, то маховик неисправен.

Или: маховик должен перемещаться в обе стороны на одинаковый угол и с одинаковыми усилиями, без заеданий и звуков.

 

Если ощущается сопротивление пружин, установленных внутри маховика, двухмассовый
маховик исправен.

 

Радиальный люфт: должен быть не более 0,15 мм, т.е. минимальный и без стуков.

Свободный ход: перемещение по зубьям: до 7 зубьев. 20° максимум. Люфт более 8 зубцов – выход за пределы нормы, неисправен.

 

Радиальный люфт:

1,6 мм максимум (в обе стороны) для ДММ с шариковым подшипником.

2,9 мм для ДММ на основе подшипника скольжения.

 

Ни при каких обстоятельствах не должно быть соударения ведущего и ведомого диска.

 

Двухмассовые маховики LuK и Sachs для дизельных двигателей очень жесткие, т. к. снабжены дополнительным фрикционным кольцом. Поэтому для проверки работоспособности такого маховика нужно использовать рычаг, который может увеличить силу для преодоления сопротивления фрикционного кольца и проверки угла взаимного вращения дисков.

 

Общие рекомендации по проверке двухмассовых маховиков:

Должны отсутствовать посторонние звуки при вращении / перемещении масс.

Усилие пружин должно быть равномерным в обе стороны.

Усилие пружин должно нарастать плавно.

Радиальный люфт, т.е. смещение одной массы относительно другой, должен быть минимальным.

 

Дополнительно проверяем:

Грузы должны быть на месте.

Смазка не должна течь.

Не должно быть синевы на диске сцепления.

Не должно быть трещины из-за люфта.

 

Причины выхода из строя двухмассового маховика

Двухмассовый маховик может преждевременно выйти из строя из-за следующих причин:

  • Разная компрессия в цилиндрах;
  • Проблемы со впрыском топлива, его распылом и сгоранием – как следствие, троение двигателя;
  • Разрушенные опоры двигателя;
  • Разрушенный демпферный шкив коленвала;
  • Неисправная обгонная муфта генератора;
  • Проблемы в КПП;
  • Проблемы со стартером

 

Также добавим, что ресурс ДММ сокращает чип-тюнинг, частая езда «в натяг» на малых оборотах, буксование и даже оставление машины на стоянке под уклоном на передаче.

 

Установка б/у двухмассового маховика

Перед установкой двухмассового маховика, как нового, так и б/у, нужно удостовериться, что устранены факторы, которые привели к выходу из строя предыдущего маховика.

 

Если двигатель исправен, нет проблем в трансмиссии, то можно устанавливать маховик. При затяжке болтов, крепящих маховик к коленвалу, нужно соблюдать рекомендации производителя. Например, болты могут затягиваться с усилием 60 Нм и доворотом на 90°. Затягивать его «на глаз» крайне не рекомендуется.

Когда маховик закреплен на коленвале, то нужно провести его проверку. Т.е. зафиксировать его ведущий диск и покачать ведомый – убедиться в отсутствии шумов, еще раз оценить люфт.

Нужно провести ту же самую проверку после установки двухмассового маховика на двигатель.

При установке нажимного диска также нужно соблюдать порядок затяжки болтов.

 

У нас в наличии большой выбор двухмассовых маховиков для автомобилей любых марок.

Двухмассовый маховик: конструкция, принцип работы, ресурс

Сегодня около 80 % новых автомобилей оснащаются двухмассовыми маховиками. Чем вызвано такое решение? Объективны ли слухи о ненадежности этой конструкции, и как часто недешевый двухмассовый маховик нуждается в замене?

Классический маховик, представляющий собой круглую болванку с зубчатым венцом на внешней части, закрепленный на заднем конце коленчатого вала, вполне исправно выполнял свою функцию. Вернее, функции.

 

Во-первых, через шестерню стартера, входящую в зацепление с зубчатым венцом маховика, он проворачивает коленчатый вал при запуске двигателя.

 

Во-вторых, обладая большим весом, а значит, и высоким моментом инерции, маховик помогает поршням двигателя продолжить движение из так называемых мертвых точек. И, таким образом, нивелирует неравномерность вращения коленчатого вала. На плоскости маховика также монтируется ведущий диск сцепления. Вроде бы и двигатель запустил, и комфорта добавил… Чего же еще от него требовать?

На самом деле экологические требования, предъявляемые сегодня к транспортным средствам, потребовали компромисса. Мощность нынешних двигателей постоянно увеличивается, но при этом, исходя из тех самых требований, работать они должны в режиме обедненной смеси. Возникающая в этом случае неравномерная работа четырехтактного двигателя ведет к тому, что в трансмиссию «транслируются» высокочастотные крутильные колебания.

 

 

В случае с обычным маховиком и классическим механизмом сцепления гасить эти колебания предстояло демпферам ведомого диска. Но для двигателей с высоким крутящим моментом, «зажатых» жесткими экологическими требованиями, такого гасителя крутильных колебаний оказалось недостаточно. А значит, в конструкции трансмиссии потребовался дополнительный демпфер, самое удобное место для которого нашлось в конструкции маховика. Первые двухмассовые маховики появились в середине 1990‑х на дизельных моторах, а сейчас ими оснащаются большинство двигателей. Причем с двухмассовыми маховиками охотно «сотрудничают» все типы коробок передач: и «механика», и АКП, и вариаторы.

 

Двухмассовый маховик и узел сцепления.

 

 

 

Как устроен

 

Двухмассовый маховик состоит из двух корпусов. Первый — тот самый классический маховик с зубчатым венцом, закрепленный на коленчатом валу. Второй корпус, опирающийся на подшипник скольжения, соединен с механизмом сцепления, если в трансмиссии механическая КП, или с гидротрансформатором, если автомобиль оснащен АКП. Внутри корпусов, допускающих свободное относительно друг друга смещение, расположены пакеты пружин, разделенные пластмасовыми сепараторами, а пространство между корпусами заполнено консистентной смазкой.

Каждый пакет может содержать до трех пружин разной жесткости, а сепараторы, во-первых, не позволяют пакетам пружин при работе блокироваться, сцепляясь друг с другом, во-вторых, служат своеобразными направляющими, позволяющими пружинам свободно перемещаться в рабочем режиме по окружности внутри маховика.

 

A — корпус маховика, закрепленный на коленчатом валу. B — корпус маховика, соединенный с механизмом сцепления или, при наличии АКП, с гидротрансформатором. С — пакет жестких пружин. D — пакет мягких пружин. E — планетарная шестерня. F — сепаратор, разделяющий пакеты пружин.

 

 

Как работает

 

Начнем с запуска двигателя, режима, вызывающего наибольшие нагрузки, так как трансмиссия в этот момент находится в состоянии покоя.

 

Шестерня стартера входит в зацепление с зубчатым венцом корпуса, закрепленного на коленчатом валу, но крутящий момент к механизму сцепления передается только после того, как сработает связующее звено двух корпусов — демпфирующий пружинный блок. Пакеты пружин работают ступенчато: сначала сжимаются пружины с витками меньшего диаметра, а при недостаточном демпфировании в работу включаются жесткие пружины. И только после того, как пакеты пружин погасили резонансные колебания, крутящий момент от двигателя передается на коробку передач. Подобным образом двухмассовый маховик работает и при выключении двигателя. Начало движения также не обещает двухмассовому маховику легкой жизни — до перехода на прямую передачу крутильные колебания, передающиеся от двигателя, будут только возрастать.

 

При этом двухмассовый маховик частично нивелирует ошибки водителя, связанные с несвоевременным переключением передач (если автомобиль снабжен МКП), обеспечивая достаточно комфортную, без существенных рывков работу трансмиссии. Понятно, что чем больше свободы обеспечивает двум корпусам, перемещающимся относительно друг друга, пружинный модуль, тем выше эффективность работы двухмассового маховика. Если конструкция с обычным маховиком позволяла демпферным пружинам ведомого диска сцепления гасить колебания не более чем на 15°, то первые двухмассовые маховики позволили увеличить этот диапазон до 25°.

 

 

Замена

 

Замена двухмассового маховика штука недешевая, так как помимо стоимости самой детали требуется демонтаж и маховика, и узла сцепления. И спешить с этой операцией не следует. Для начала нужно определить причину возможной неисправности, одним из симптомов которой может стать нехарактерный шум при пуске двигателя, не пропадающий и при движении. Разрушающее влияние на двухмассовый маховик может оказать целый «букет» причин.

Во-первых, это проблемы, возникающие при запуске двигателя, когда стартеру приходится длительное время безрезультатно вращать маховик. В этом случае есть смысл обратить внимание на исправность электрической составляющей: аккумуляторную батарею (с обязательной проверкой чистоты клемм), стартер и т. п.

 

Вторая причина, негативно влияющая на работоспособность маховика, — это состояние самого двигателя. Неритмичная работа форсунок, сбои в блоке управления двигателем — все это вызывает повышенные вибрации, негативно сказывающиеся на состоянии маховика. Буксировка тяжелого прицепа на большие расстояния, преодоление препятствий, связанное с пробуксовкой колес, все, что связано с разнопеременными нагрузками, «здоровья» двухмассовому маховику не добавляет.

 

Отдельная история — это чип-тюнинг. Добавив мотору пару-тройку десятков лошадиных сил и повысив максимальный крутящий момент, мы однозначно снижаем ресурс маховика. Из всего вышесказанного может сложиться мнение, что двухмассовый маховик — штука весьма ненадежная. Отнюдь нет, но бережного отношения к себе требует.

 

Источник

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Что такое двухмассовый маховик — 8 (800) 500-67-44

ЧТО ТАКОЕ ДВУХМАССОВЫЙ МАХОВИК?

Двухмассовый (или демпферный, двухдисковый, двухсекционный) маховик расположен между сцеплением и непосредственно самим двигателем. Состоит он из двух корпусов. Один из корпусов обладает установленным венцом стартера, который присоединен к коленчатому валу. Другой — узлом сцепления. Два корпуса соединены друг с другом за счет специальных подшипников скольжения. Но кроме этого еще и происходит их вращение относительно друг друга. Между ними имеется пружинный демпфирующий механизм Специальная смазка (консистентная), которая наполняет внутренний объем маховика делает работу пакетов пружин непрерывной. Чтобы не допустить блокировку пружин, пакеты поделены пластиковым сепаратором.

Двухмассовый маховик отличается ступенчатой системой действия пружинных пакетов с неодинаковой жесткостью: Работа первой ступени осуществляется с помощью мягких пружин. Эта система делает работу двигателя безукоризненной, плавной и эффективной, не смотря на то, заведен он или нет.

А вот работа второй ступени уже осуществляется с помощью жестких пружин. Эта система помогает добиться оптимального демпфирования вращательных колебаний при нормальной езде на авто.

ОБРАЗЕЦ

ВИДЕО О МАХОВИКАХ

Двухмассовый маховик, какую функцию он выполняет?

Конструкция двухмассового маховика в 3D.

Двухмассовый маховик — конструкция и функциональность

Двухмассовый маховик практически функционирует как обычный маховик, который также выполняет функцию гашения крутильных колебаний и, таким образом, в значительной степени устраняет нежелательные вибрации и шум. Двухмассовый маховик отличается от классического тем, что его основная часть — маховик — гибко соединена с коленчатым валом. Следовательно, в критической фазе (до пика сжатия) он допускает некоторое замедление коленчатого вала, а затем снова (во время расширения) некоторое ускорение. Однако скорость самого маховика остается постоянной, поэтому скорость на выходе коробки передач также остается постоянной и без вибрации. Двухмассовый маховик передает свою кинетическую энергию линейно на коленчатый вал, действие сил реакции на сам двигатель более плавное, а пиковые значения этих сил намного ниже, поэтому двигатель также меньше вибрирует и трясет остальную часть. тело. Разделение на первичную инерцию со стороны двигателя и вторичную инерцию со стороны коробки передач увеличивает момент инерции вращающихся частей коробки передач. Это перемещает резонансный диапазон в диапазон более низких частот (оборотов), чем скорость холостого хода, и, таким образом, не лежит в диапазоне рабочих скоростей двигателя. Таким образом, крутильные колебания, создаваемые двигателем, отделяются от трансмиссии, и шум трансмиссии и рев кузова больше не возникают. Благодаря тому, что первичная и вторичная части соединены гасителем крутильных колебаний, возможно использование диска сцепления без крутильной подвески.

Двухмассовый маховик также служит так называемым амортизатор. Это означает, что это помогает смягчить удары сцепления при переключении передач (когда необходимо сбалансировать частоту вращения двигателя с частотой вращения колеса), а также помогает более плавно запускаться. Однако упругие элементы (пружины) в двухмассовом маховике постоянно устают и позволяют маховику более широкое и легкое перемещение относительно коленчатого вала. Проблема возникает, когда они уже устали — выдергиваются полностью. Помимо вытягивания пружин, износ маховика также означает выталкивание отверстий на стопорных штифтах. Таким образом, маховик не только не гасит колебания (колебания), но, наоборот, создает их. Остановки на крайних пределах вращения маховика начинают появляться, чаще всего как удары при переключении передач, запуске, просто во всех ситуациях, когда сцепление включено или выключено, или при изменении скорости. Износ также будет проявляться в виде рывков при пуске, чрезмерной вибрации и шума при оборотах около 2000 об / мин или чрезмерной вибрации на холостом ходу. В общем, двухмассовые маховики испытывают гораздо большие нагрузки в менее цилиндрических двигателях (например, трех / четырехцилиндровых), где неравномерность работы намного больше, чем в шестицилиндровых двигателях.

Конструктивно двухмассовый маховик состоит из первичного маховика, вторичного маховика, внутреннего демпфера и внешнего демпфера.

Как повлиять / продлить срок службы двухмассового маховика?

На срок службы маховика влияет его конструкция, а также свойства двигателя, в котором он установлен. Тот же маховик от того же производителя на некоторых двигателях пробегает 300 км, а на некоторые уйдет только через половину порции. Первоначальное намерение состояло в том, чтобы разработать такие двухмассовые маховики, которые дожили бы до того же возраста (км), что и весь автомобиль. К сожалению, в реальности маховик часто нужно заменять гораздо раньше, много раз раньше, чем диск сцепления. Помимо конструкции двигателя и самого двухмассового маховика, проводник существенно влияет на срок его службы. Все ситуации, приводящие к передаче удара в ту или иную сторону, сокращают срок его службы.

Чтобы продлить срок службы двухмассового маховика, не рекомендуется часто ездить на двигателе с недостаточной поворачиваемостью (особенно ниже 1500 об / мин), резко выжимать сцепление (желательно без переключения при переключении передач) и не переключать двигатель на пониженную передачу (т. Е. Тормозить двигатель). только на разумной скорости). Часто бывает, что на скорости 80 км / ч вы включаете не вторую передачу, а третью или четвертую и постепенно переключаетесь на более низкую передачу). Некоторые производители рекомендуют (в данном случае VW), что если автомобиль припаркован с неподвижным автомобилем на пологом берегу, сначала необходимо задействовать ручной тормоз, а затем включить передачу (задний ход или XNUMX-я передача). В противном случае автомобиль немного сдвинется и двухмассовый маховик попадет в так называемый постоянное зацепление, вызывающее напряжение (растяжение пружин). Поэтому рекомендуется не использовать скорость на подъеме, и если это так, только после торможения автомобиля ручным тормозом, чтобы не вызвать небольшое движение и последующую длительную нагрузку — закрытие системы трансмиссии, то есть двухмассовый маховик. Повышение температуры диска сцепления также напрямую связано с сокращением срока службы двухмассового маховика. Сцепление перегревается, особенно при буксировке тяжелого прицепа или другого транспортного средства, движении по бездорожью и т. Д. Сцепление разблокируется само, даже если двигатель сломан. Следует отметить, что лучистое тепло от диска сцепления приводит к перегреву различных компонентов маховика (особенно, если это утечка смазки), что в дальнейшем отрицательно сказывается на сроке службы.

Ремонт — замена двухмассового маховика и замена на обычный маховик

Ремонт чрезмерно изношенного маховика как такового не существует. Ремонт подразумевает замену маховика вместе с узлом сцепления (ламели, пружина сжатия, подшипники). Весь ремонт довольно трудоемкий (около 8-10 часов), когда необходимо демонтировать коробку передач, а иногда даже двигатель. Конечно, нельзя забывать и о финансах, где самые дешевые маховики продаются примерно по 400 евро, самые дорогие — более 2000 евро. Зачем менять диск сцепления, который до сих пор в хорошем состоянии? Но просто потому, что при обслуживании диска сцепления это только вопрос времени, когда он уйдет, и этот трудоемкий процесс, который в несколько раз дороже, чем диск сцепления, придется повторить. При замене маховика рекомендуется посмотреть, есть ли более сложная версия, способная выдержать большее количество миль — конечно, поддерживаемая и одобренная производителем транспортного средства.

Очень часто можно встретить информацию о замене двухмассового маховика на классический, в котором используются ламели с демпфером кручения. Как уже писалось в предыдущих статьях, двухмассовый маховик помимо удобных функций выполняет еще и функцию гасителя крутильных колебаний, что отрицательно сказывается на состоянии движущихся частей двигателя (коленчатого вала) или коробки передач. В определенной степени гашение колебаний также может быть устранено самой подрессоренной пластиной, но она не может обеспечить такую ​​же работу, как гораздо более мощный и сложный двухмассовый маховик. Кроме того, если бы это было так просто, это уже давно применялось бы производителями автомобилей и их финансовыми хозяевами, которые постоянно работают над сокращением затрат. Таким образом, в целом не рекомендуется заменять двухмассовый маховик на одномассовый маховик.

Не стоит недооценивать замену изношенного маховика

Откладывать замену чрезмерно изношенного маховика категорически не рекомендуется. Помимо вышеперечисленных проявлений существует риск расшатывания (отрыва) какой-либо части маховика. Помимо разрушения самого маховика, двигатель или трансмиссия также могут быть смертельно повреждены. Чрезмерный износ маховика также влияет на правильную работу датчика частоты вращения коленчатого вала. По мере постепенного износа пружинных элементов две части маховика отклоняются все больше и больше, пока они не выйдут за пределы допусков, установленных в блоке управления. Иногда это приводит к сообщению об ошибке, а иногда, наоборот, блок управления пытается адаптировать и управлять двигателем на основе неверных данных. Это приводит к ухудшению рабочих характеристик и, в худшем случае, к проблемам при запуске. Эта проблема особенно характерна для старых двигателей, в которых датчик коленчатого вала определяет движение на выходной стороне двухмассового маховика. Производители устранили эту проблему, изменив крепление датчика, поэтому в новых двигателях он определяет частоту вращения коленчатого вала на входе в маховик.

Детали, типы, функции, области применения и [PDF]

Из этой статьи вы узнаете , что такое маховик? Как это работает? его детали , функция и типы маховика. Подробно объясняется с диаграммами , а также загрузите pdf файл этой статьи в конце.

Маховик и типы

Что такое маховик?

Маховик представляет собой довольно тяжелое стальное колесо, прикрепленное к заднему концу коленчатого вала.Размер маховика зависит от количества цилиндров и конструкции двигателя.

Поток мощности от цилиндров двигателя неровный. Хотя импульсы мощности в многоцилиндровом двигателе перекрывают друг друга, чтобы обеспечить достаточно равномерный поток мощности. Однако требуется дополнительное выравнивание импульсов мощности. Делается это маховиком.

частей маховика

Ниже приведены части маховика:

  1. Mywheel Корпус
  2. Springs
  3. Axial Cleaning подшипник
  4. Радиальный скользящий подшипник
  5. Regial Cear
  6. Блокировка промывки
  7. Поддержка диск
  8. Скользящий башмак маховика
  9. Крышка маховика
Изображение: Как работает автомобиль

1.Кожух маховика

Кожух маховика цельный и установлен снаружи маховика. Маховик — это часть двигателя, которая вращается и передает мощность генератору.

2. Пружины

Маховик состоит из двухфазно изогнутых параллельно пружин. Внешняя дуга регулируется для подъема пружины при работающем двигателе. Мягкая внешняя дуговая пружина служит только для улучшения неопределенного диапазона резонансных частот.

3. Планетарное колесо

Планетарное колесо состоит из множества планетарных шестерен, закрепленных на кронштейне маховика.Когда кронштейн маховика приводится в действие винтом и вращается, зацепление с внешним зубчатым венцом создает составное движение, состоящее из оборотов и поворотов каждого планетарного механизма.

4. Осевой и радиальный подшипник скольжения

Хотя осевой подшипник служит только для компенсации веса, дисбаланс или паразитные радиальные силы, создаваемые двигателем или генератором, должны компенсироваться радиальными подшипниками
.

5. Зубчатый венец

Зубчатый венец установлен на внешнем диаметре маховика.Крепится он к маховику обычно с помощью посадки с натягом, которую производят путем нагревания зубчатого венца. Таким образом, тепловое расширение позволяет разместить его вокруг маховика.

6. Опорный диск

Как следует из названия, опорный диск крепится внутри маховика для поддержки двухфазных изогнутых пружин и других компонентов маховика.

7. Башмак скольжения маховика

Башмаки скольжения предпочтительно имеют выпуклую радиальную внешнюю часть, опирающуюся на внутреннюю стенку маховика.В этой области они предпочтительно изготавливаются так, чтобы они способствовали скольжению и подвергались минимальному износу.

8. Крышка маховика

Крышка маховика обычно изготавливается из хрома. Этот хромированный кожух маховика предотвратит попадание пыли во внутренние функции маховика, из-за чего он плохо работает.

Функции маховика

Чтобы лучше понять, как работает маховик, возьмем пример четырехтактного одноцилиндрового двигателя. Бывают случаи, когда вырабатывается больше энергии, чем в другое время.Это имеет тенденцию заставлять коленчатый вал ускоряться, а затем замедляться.

Freepic.com

Двигатель развивает мощность только во время рабочего такта. Он поглощает мощность во время трех других тактов, чтобы выбрасывать выхлопные газы, подавать новый заряд в цилиндр и сжимать этот заряд.

Таким образом, во время рабочего такта двигатель имеет тенденцию ускоряться, а во время остальных трех тактов — замедляться. Инерция маховика стремится поддерживать его работу с постоянной скоростью. Когда двигатель стремится увеличить скорость, маховик сопротивляется этому.

Маховик сопротивляется замедлению двигателя. Таким образом, маховик поглощает энергию, когда двигатель пытается разогнаться, и отдает ее, когда двигатель пытается замедлиться, поддерживая скорость двигателя почти постоянной.

В многоцилиндровом двигателе маховик действует таким же образом, чтобы еще больше сглаживать пики и спады потока мощности от двигателя.

Маховик также используется как часть механизма сцепления и гидропривода. Внешний край маховика имеет кованые зубья, которые входят в зацепление с шестерней с электроприводом при проворачивании двигателя для его запуска.

Типы маховика

.

Массивный дисковый маховик представляет собой тип маховика. Он используется в молотилке с одним маховиком, выполненным из чугуна. Цельнодисковый маховик оснащен ступицей маховика и диском.

При расчете цельнодискового маховика в качестве входных данных используются различные параметры.Сюда входят размеры сплошного дискового маховика. Также рассчитываются результирующие функциональные значения.

2. Ободной маховик

Ободной маховик взорвется при гораздо меньшей скорости вращения, чем сплошное дисковое колесо того же веса и диаметра. Для минимального веса и высокой емкости накопления энергии маховик может быть выполнен из высокопрочной стали и выполнен в виде конического диска с утолщением в центре.

3. Высокоскоростной маховик

В этих типах маховиков скорость высокоскоростного маховика составляет от 30000 до 80000 об/мин.Это также может быть отрегулировано до 100 000 об/мин.

Имеют подшипники на магнитной подушке и требуют минимального обслуживания. Они имеют небольшой вес по сравнению с низкоскоростным маховиком в зависимости от размера / емкости. Они дороже низкоскоростного маховика.

4. Низкоскоростный маховик

В маховиках этих типов скорость низкоскоростного маховика составляет 10000 об/мин. Они тяжелее и громоздче, чем высокоскоростные маховики.

Они требуют периодического обслуживания и не используют подшипники на магнитной подушке.Для их установки требуется специальная бетонная конструкция, способная выдержать ее вес. Они более доступны по цене, чем высокоскоростные маховики.

Материалы, используемые для изготовления маховика

Маховик изготавливается из различных материалов в зависимости от их применения. Чугунный маховик используется в старых паровозах. Маховики, используемые в двигателе автомобиля, обычно изготавливаются из литого или чугуна с шаровидным графитом, стали или алюминия.

Маховики также из высокопрочной стали. Композитный маховик предназначен для использования в системах накопления энергии и торможения транспортных средств.Мощность маховика определяется максимальным количеством энергии, которое он может хранить на единицу нагрузки.

Обычные проблемы маховика

следующие неисправности, которые возникают, когда маховик неисправен:

  1. , перетаскивание муфты
  2. Сцепление
  3. сжигание Chatter
  4. Сцепление Chatter
  5. сцепления педали шиповника

1. Нажатие клатч

В этом случае сцепление полностью не отключается. Это вызовет разную степень шлифования шестерен при переключении передач.

Более того, может вообще не включить первую передачу при старте с места. Эта проблема связана не только с маховиком, но и с подшипником или втулкой маховика или коленчатого вала.

2. Пробуксовка сцепления

Эта проблема возникает, когда передачи автоматически переключаются во время движения. Из-за него шестерня может проскальзывать. Это происходит, когда мощность не передается на колеса, что приводит к отказу сцепления.

Проскальзывающее сцепление со временем также изнашивает маховик.Прижимная пластина может вызвать внезапный скрежещущий звук. Другие части маховика в узле сцепления будут нагреваться. Это приведет к изгибам и даже трещинам.

3. Запах гари

При выходе из строя сцепления появляется запах гари. Это вызвано неисправным маховиком или неквалифицированным оператором.

Поверхность сцепления изготовлена ​​из материалов, предназначенных для снижения уровня шума, издаваемого сцеплением во время работы. Это производит слишком много тепла из-за трения, когда облицовка не работает должным образом.

4. Вибрация сцепления

Это происходит, когда сцепление с трудом включается. Когда сцепление схватывается, оно проскальзывает вдоль маховика и несколько раз отрывается от маховика. При отпускании это похоже на заикание или вибрацию.

Скрип сцепления часто бывает на любой передаче при трогании с места. Эту неисправность бывает трудно распознать из-за дефекта диска сцепления, нажимного диска или выжимных подшипников. Эти детали также могут быть сломаны, деформированы или загрязнены маслом.

5. Вибрация педали сцепления

Вы могли заметить, что педаль сцепления или пол автомобиля вибрируют при повреждении маховика. Это связано с тем, что пружинные опоры маховика прогнулись. Скажем вам, что пружинный механизм снижает вибрацию, вызванную использованием сцепления.

Применение маховика

Его назначение – сгладить выработку мощности источника энергии. Возьмем, к примеру, маховик, используемый в поршневых двигателях, потому что активный крутящий момент от отдельных поршней нарушается.

Маховик обычно применяется в системах накопления энергии для поддержания энергии в системе в виде энергии вращения.

Предоставление энергии по тарифам, превышающим мощность источника энергии. Это делается путем получения энергии в маховике с течением времени. Затем быстро выпускайте его со скоростью, превышающей возможности источника энергии.

Используется для управления настройкой механической системы, гироскопа и цикла реакции. Маховик используется с моторизованным генератором для накопления энергии.Большую часть времени маховик используется в ветряных турбинах и двигателях автомобилей.

Используется в электромобилях для увеличения скорости и в крупных электрических сетях для защиты от засоров. Кроме того, маховик используется в прогрессивных двигательных установках локомотивов и в технологических транспортных автобусах.

Преимущества и недостатки маховика

Преимущества

  1. Общая стоимость маховика меньше.
  2. Они имеют большую продолжительность жизни.
  3. Используя маховик, вы можете увеличить вместимость.
  4. Требует меньше обслуживания и имеет меньшие тепловые потери.
  5. Маховик безопасен, надежен и энергоэффективен.
  6. Он прост в эксплуатации и требует высокой плотности энергии.

Недостатки

  1. Основным недостатком маховика является то, что он требует много места.
  2. Довольно дороги в производстве.
  3. Строительные материалы всегда имеют предел.

Упаковка

Маховик является важной частью двигателя.Без маховика двигатель теряет часть оборотов, продолжающих обороты коленвала, поэтому он нужен. Теперь я надеюсь, что вы узнали о маховике, его различных частях и типах.

Если у вас есть вопросы или сомнения по поводу этой статьи, вы можете задать их в комментариях. Если вам понравилась эта статья, то, пожалуйста, поделитесь ею с друзьями.

Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать уведомления о новых публикациях. это бесплатно.

Загрузите PDF-файл этой статьи:

Подробнее Детали двигателей, подобные этой:

  1. Какие существуют типы камер сгорания и головок цилиндров?
  2. Какова функция свечи зажигания в двигателе? Типы, детали, работа и (PDF)

Каталожные номера:

  1. Почему важен маховик – дроссельная заслонка.com
  2. Симптомы неисправности маховика – itstillruns.com

Часто задаваемые вопросы

Что такое маховик?

Маховик представляет собой тяжелое стальное колесо, соединенное с задним концом коленчатого вала. Размер маховика зависит от количества цилиндров и конструкции двигателя.

Какова функция маховика?

Чтобы лучше понять, как работает маховик, возьмем в качестве примера четырехтактный одноцилиндровый двигатель. Бывают случаи, когда вырабатывается больше энергии, чем в другое время.Это имеет тенденцию заставлять коленчатый вал ускоряться, а затем замедляться.

Из каких частей состоит маховик?

Маховик в основном состоит из таких частей, как корпус маховика, пружины, планетарное колесо, осевой подшипник скольжения, радиальный подшипник скольжения, зубчатый венец, стопорное отверстие, опорный диск, скользящий башмак маховика и крышка маховика.

Каково применение маховика?

Предназначен для сглаживания выработки мощности источника энергии. Возьмем, к примеру, маховик, используемый в поршневых двигателях, поскольку крутящий момент распределяется между отдельными поршнями.

Мощность маховика: механическое накопление энергии

 

Все были очень хорошо знакомы с батареями. Будь то стандартные АА в пультах дистанционного управления или перезаряжаемые в наших телефонах, это очень удобный способ обеспечить надежное питание наших незаменимых современных приборов, по крайней мере, в течение некоторого времени. Но у химических батарей есть и обратная сторона. они представляют опасность для окружающей среды как при их производстве, так и при утилизации, и их можно повторно использовать только ограниченное число раз.

А что, если мы можем хранить энергию другим способом? Возможно, лучшим способом?

«Всякое тело остается в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить это состояние под действием приложенных к нему сил».
Исаак Ньютон, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (1687)

Системы хранения механической энергии используют кинетические или гравитационные силы для хранения введенной энергии.В то время как физика механических систем часто довольно проста (например, вращение маховика или подъем веса в гору), технологии, которые позволяют эффективно и действенно использовать эти силы, особенно продвинуты. Высокотехнологичные материалы, передовые компьютерные системы управления и инновационный дизайн делают эти системы применимыми в реальных приложениях.
 
Маховик представляет собой вращающееся механическое устройство, используемое для накопления энергии вращения, которая может быть использована мгновенно. На самом базовом уровне маховик содержит вращающуюся массу в центре, которая приводится в движение двигателем, а когда требуется энергия, сила вращения приводит в действие устройство, похожее на турбину, для производства электроэнергии, замедляя скорость вращения.Маховик перезаряжается с помощью двигателя, чтобы еще раз увеличить скорость его вращения.
 
Технология маховика обладает многими полезными свойствами, которые позволяют нам улучшить существующую электрическую сеть. Маховик способен захватывать энергию от прерывистых источников энергии с течением времени и обеспечивать непрерывную бесперебойную подачу электроэнергии в сеть. Маховики также способны мгновенно реагировать на сигналы сети, обеспечивая регулирование частоты и улучшение качества электроэнергии.

Бенц Моторваген 1886 года выпуска.Маховик выровнен горизонтально.

Маховики традиционно изготавливаются из стали и вращаются на обычных подшипниках; обычно они ограничены скоростью вращения в несколько тысяч об / мин. Более совершенные конструкции маховиков изготовлены из материалов из углеродного волокна, хранятся в вакууме для уменьшения сопротивления и используют магнитную левитацию вместо обычных подшипников, что позволяет им вращаться со скоростью до 60 000 об/мин.

Системы накопления энергии маховика (FESS) используют входную электрическую энергию, которая сохраняется в виде кинетической энергии.Кинетическая энергия может быть описана как «энергия движения», в данном случае движение вращающейся массы, называемой ротором. Ротор вращается в корпусе почти без трения. Когда требуется кратковременное резервное питание из-за колебаний или потери электроэнергии в сети, инерция позволяет ротору продолжать вращаться, а результирующая кинетическая энергия преобразуется в электричество. Большинство современных высокоскоростных маховиковых накопителей энергии состоят из массивного вращающегося цилиндра (обод, прикрепленный к валу), который поддерживается на статоре — неподвижной части электрогенератора — подшипниками на магнитной подушке.Для поддержания эффективности система маховика работает в вакууме, чтобы уменьшить сопротивление. Маховик соединен с мотором-генератором, который взаимодействует с энергосистемой через передовую силовую электронику.


 
Некоторыми из ключевых преимуществ маховикового накопителя энергии являются низкие эксплуатационные расходы, длительный срок службы (некоторые маховики способны выдерживать более 100 000 циклов разрядки на полную глубину, а новейшие конфигурации способны выполнять даже больше, более 175 000 полных циклов разрядки). циклы разряда) и незначительное воздействие на окружающую среду.Маховики могут преодолеть разрыв между краткосрочной пропускной способностью и долговременным накоплением энергии с превосходными циклическими характеристиками и характеристиками распределения нагрузки.
 
Как правило, пользователи высокоскоростных маховиков должны выбирать между двумя типами ободов: сплошной сталью или углеродным композитом. Выбор материала обода будет определять стоимость, вес, размер и производительность системы. Композитные диски легче и прочнее стали, а это значит, что они могут достигать гораздо более высоких скоростей вращения. Количество энергии, которое может храниться в маховике, зависит от квадрата числа оборотов в минуту, что делает желательными более высокие скорости вращения.В настоящее время мощные маховики используются во многих аэрокосмических и ИБП-приложениях. Сегодня системы 2 кВт/6 кВтч используются в телекоммуникационных приложениях. Для хранения в коммунальном масштабе можно использовать подход «маховиковая ферма» для хранения мегаватт электроэнергии для приложений, требующих минутной продолжительности разряда.​
Как работают системы накопления энергии на маховике
 
Системы накопления энергии на маховике (FESS) используют кинетическую энергию, хранящуюся во вращающейся массе, с очень низкими потерями на трение.Потребляемая электрическая энергия разгоняет массу до скорости с помощью встроенного мотор-генератора. Энергия высвобождается за счет вытягивания кинетической энергии с помощью того же двигателя-генератора. Количество энергии, которое может быть сохранено, пропорционально моменту инерции объекта, умноженному на квадрат его угловой скорости.

​Чтобы оптимизировать отношение энергии к массе, маховик должен вращаться с максимально возможной скоростью. Однако быстро вращающиеся объекты подвержены действию значительных центробежных сил, хотя плотные материалы могут хранить больше энергии, они также подвержены более высокой центробежной силе и, следовательно, могут быть более склонны к отказу при более низких скоростях вращения, чем материалы с низкой плотностью.Следовательно, прочность на разрыв важнее, чем плотность материала. Низкоскоростные маховики изготовлены из стали и вращаются со скоростью до 10 000 об/мин.

Справа показан типичный аккумулятор с маховиком: 1.Корпус 2.Маховик (ротор) 3.Генератор/двигатель 4.Подшипник 5.Инвертор 6.Вакуумный насос 7.Зарядка 8.Разрядка

Более совершенные FESS обеспечивают привлекательную плотность энергии, высокий КПД и низкие потери в режиме ожидания (от многих минут до нескольких часов) за счет использования четырех основных характеристик: 1) вращающаяся масса из стекловолоконных смол или полимерных материалов с высоким отношением прочности к весу, 2) работающая масса в вакууме, чтобы минимизировать аэродинамическое сопротивление, 3) масса, которая вращается с высокой частотой, и 4) технология подшипников с воздушным или магнитным подавлением для обеспечения высокой скорости вращения.Усовершенствованные FESS работают при частоте вращения более 100 000 об/мин с конечными скоростями более 1000 м/с. FESS лучше всего использовать для приложений с высокой мощностью и низким энергопотреблением, которые требуют много циклов.

​Кроме того, они имеют ряд преимуществ по сравнению с химическими накопителями энергии. Они обладают высокой плотностью энергии и существенной долговечностью, что позволяет часто использовать их без ущерба для производительности. Они также имеют очень быстрый отклик и скорость линейного изменения. Фактически, они могут перейти от полного разряда к полному заряду в течение нескольких секунд или меньше.Системы накопления энергии с маховиком (FESS) становятся все более важными для приложений с высокой мощностью и относительно низким энергопотреблением. Они особенно привлекательны для приложений, требующих частых циклов, поскольку при интенсивном использовании они имеют ограниченное сокращение срока службы (т. е. они могут подвергаться множеству частичных и полных циклов зарядки-разрядки с незначительным износом за цикл).


FESS особенно хорошо подходят для нескольких приложений, включая качество и надежность электроснабжения, пропускную способность при запуске генераторных установок для более длительного резервирования, регулирование площади, быстрое регулирование области и частотную характеристику.FESS также может быть полезен в качестве подсистемы в гибридных транспортных средствах, которые часто останавливаются и трогаются с места, как компонент гусеничных или бортовых рекуперативных тормозных систем.
Будет ли маховик из более плотных материалов более эффективно накапливать энергию в FESS?

Влияет ли форма маховика на его работу?


Как известно, энергию можно найти в различных формах (например, световая, звуковая, механическая, тепловая), однако не все они поддаются хранению. Обсудите другие альтернативные методы накопления энергии.Рассматриваются ли эти методы? На каком уровне готовности они находятся? гипотетические, теоретические, экспериментальные или они уже доступны в коммерческих формах?

МАШИНОСТРОЕНИЕ: МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МАХОВИКОВ

Маховики накапливают энергию. Маленькие — такие, как в детских игрушках, — сделаны из свинца. У старых паровых машин есть маховики; они сделаны из чугуна.В автомобилях они тоже есть (хотя вы их не видите) для плавной передачи мощности. Совсем недавно маховики были предложены для систем накопления энергии и рекуперативного торможения транспортных средств; несколько были построены, некоторые из высокопрочной стали, некоторые из композитов. Свинец, чугун, сталь, композиты — здесь странное разнообразие.

Эффективный маховик хранит как можно больше энергии на единицу веса. Когда маховик раскручивается, увеличивая свою угловую скорость ω, он накапливает больше энергии. Предел устанавливается отказом, вызванным центробежной нагрузкой: если центробежное напряжение превышает предел прочности на растяжение (или усталостную прочность), маховик разлетается.Одно ограничение, очевидно, состоит в том, что этого не должно происходить. Маховик детской игрушки в этом смысле неэффективен. Его скорость ограничена силой тяги ребенка и никогда даже отдаленно не приближается к скорости взрыва. В этом случае и для маховика автомобильного двигателя мы хотим максимизировать запас энергии на единицу объема при постоянной (заданной) угловой скорости. Также существует ограничение на внешний радиус R маховика, чтобы он помещался в ограниченном пространстве. Следовательно, ответ зависит от приложения.Стратегия оптимизации
маховики для эффективных систем накопления энергии отличаются от маховиков для детских игрушек. Два альтернативных набора требований к конструкции перечислены в таблице 1 (a) и (b).

Модель

Эффективный маховик первого типа запасает максимально возможное количество энергии на единицу веса, не выходя из строя. Представьте себе твердый диск радиуса R и толщины t, вращающийся с угловой скоростью ω (рис. 1). Энергия U, запасенная в маховике, равна

Здесь Дж= (π/2)ρR 4 t — полярный момент инерции диска, а ρ — плотность материала, из которого он сделан. , что дает

   
Таблица 1 Требования к конструкции маховика с максимальной энергией и фиксированной скоростью
(а) для Maxe Energy Mywheel

5 5

Бесплатные переменные

4

Маховик для хранения энергии

ограничения

— внешний радиус, R, фиксированный

— не должен лопнуть

Адекватная ударная вязкость, чтобы дать трещина

Объектив

Максимизация кинетической энергии на единицу MAS

Выбор материала

(B) для фиксированного Velocity

Ограничения

5 5

Объективная

функция

Маховик для детской игрушки

7

Максимальная кинетическая энергия на единицу объема при фиксированном угловом v скорость

Свободные переменные

Выбор материала

Рисунок 1 Маховик.Максимальная кинетическая энергия, которую он может хранить, ограничена его силой.

Масса диска

m = πR 4

Максимизируемая величина представляет собой кинетическую энергию на единицу массы, которая является отношением двух последних уравнений:

U/m = 0,25 R 2 ω 2

По мере раскручивания маховика накопленная в нем энергия увеличивается, но увеличивается и центробежное напряжение.Максимальное главное напряжение во вращающемся диске одинаковой толщины равно

, где v — коэффициент Пуассона ( v 1/3). Это напряжение не должно превышать разрушающее напряжение σ f (с соответствующим запасом прочности, здесь опущенным). Это устанавливает верхний предел угловой скорости ω и радиуса диска R (свободные переменные). Исключение Rω из двух последних уравнений дает

U/м = ½ (σ f / ρ )

Лучшими материалами для высокопроизводительных маховиков являются материалы с высокими значениями индекса материала

M = σ f / ρ

Единицы кДж/кг.
А теперь другой маховик — детский игрушечный. Здесь мы ищем материал, который хранит наибольшее количество энергии на единицу объема V при постоянной скорости , ω . Энергия на единицу объема на данном Ω составляет

u / v = ¼ ρr 2 ω 2 2

Обе R и Ω фиксируются конструкцией, поэтому лучшие материал теперь с наибольшим значением

M 2 =  ρ

Диаграмма выбора

92002 показывает плотность.Значения M1 соответствуют сетке линий с наклоном 1. Одна из них нанесена диагональной линией при значении M1 = 200 кДж/кг. Материалы-кандидаты с высокими значениями M1 лежат в области поиска вверху слева. Лучший выбор неожиданный: композиты, особенно углепластик, высокопрочные титановые сплавы и некоторые виды керамики, но они исключены из-за их низкой ударной вязкости. А как же свинцовые маховики детских игрушек? Вряд ли может быть еще два разных материала, кроме углепластика и свинца: один, прочный и легкий,  

Рисунок 2. Материалы для маховиков. Композиты – лучший выбор. Свинец и чугун, традиционные для маховиков, хороши, когда производительность ограничена скоростью вращения, а не прочностью.

другой, мягкий и тяжелый. Зачем лидировать? Это потому, что в детской игрушке ограничение другое. Даже сверхребенок не может раскрутить маховик своей игрушки до взрывной скорости. Вместо этого угловая скорость ω ограничивается приводным механизмом (струнная, фрикционная передача).Тогда, как мы видели, лучший материал тот, у которого наибольшая плотность. Вторая линия выбора на рис. 2 показывает индекс М2 при значении 10 Мг/м3. Ищем материалы в Зоне поиска 2 справа от этой строки. Свинец хороший. Чугун менее хорош, но дешевле. Золото, платина и уран (не показаны на диаграмме) лучше, но могут считаться неподходящими по другим причинам.

бензин

0

20 000

90 000

Окисление углеводородной массы кислорода не входит

ракетное топливо

5000

меньше, чем углеводороды, потому что окисляющий агент образует часть топлива

Flywheels

до 400

привлекательный, но еще не проверен

5

литий-ионный аккумулятор

до 350

привлекательный, но дорого, а с ограниченной жизнью

Никель-кадмиевая батарея

170-200

50-80

Большой вес для приемлемого диапазона

пружины ленты

До 5

Гораздо менее эффективный способ хранения энергии, чем маховик

Хранение энергии на маховике | Эффективность и характеристики

Маховики представляют собой накопители кинетической энергии, которые хранят энергию во вращающейся массе.Их конструкция состоит из вращающихся цилиндров, соединенных с двигателем, запасающим кинетическую энергию. Преобразование электрической энергии в кинетическую достигается за счет использования частотно-регулируемого двигателя или привода. Энергия накапливается за счет использования двигателя для ускорения маховика до более высоких скоростей. Двигатель маховика работает, чтобы разогнать устройство до более высокой скорости, чтобы сохранить энергию. Впоследствии он может потреблять электроэнергию, замедляя работу устройства. Количество накопленной энергии пропорционально квадрату скорости вращения маховика.

Традиционные маховики обычно ограничены скоростью вращения в несколько тысяч оборотов в минуту (об/мин) из-за подшипников и материалов. Он может различать высокоскоростные и низкоскоростные маховики по количеству оборотов в минуту. Высокоскоростные маховики имеют роторы из армированного волокном пластика и могут выдерживать скорость более 100 000 оборотов в минуту. Низкоскоростные маховики имеют стальные роторы со скоростью вращения 10 000 об/мин. Современные системы маховиков сделаны из углеродного волокна и используют магнитные подшипники и вакуум для минимизации трения и сопротивления.Система накопления энергии на маховике имеет много преимуществ, так как она работает в условиях высокого вакуума и не имеет потерь на трение, малое сопротивление ветру, эффективность цикла 85–95% , длительный срок службы, экологичность и отсутствие обслуживания. . Маховики могут быстро заряжаться и разряжаться, передавая большое количество энергии за секунды с высокой эффективностью. Самый большой коммерчески используемый маховик обеспечивает мощность около 1,6 МВт в течение 10 с. Большое количество циклов не вызовет проблем с деградацией маховиков, для которых суперконденсаторы и батареи несопоставимы, так как их обычно приходится заменять через 10…15 лет из-за деградации.Таким образом, преимущество маховиков можно увидеть в длительном сроке службы. Однако высокий саморазряд является критическим недостатком маховиков, определяющим их непригодность для долговременного хранения энергии, как аккумуляторы.

 

 

 

 

Маховики — Кинетическая энергия

Маховик можно использовать для сглаживания колебаний энергии и обеспечения более равномерного потока энергии при прерывистой работе машины. Маховики используются в большинстве поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Энергия механически накапливается в маховике в виде кинетической энергии.

Кинетическая энергия

кинетическая энергия в маховике может быть выражена как

E F = 1/2 I Ω 2 (1)

где

E F = маховик Кинетическая энергия (NM, Joule, FT LB)

I = момент инерции (кг м 2 , LB FT 2 )

Ω = угловая скорость (RAD / S)

Угловая скорость – конвертировать единицы измерения
  • 1 рад = 360 o / 2 π =~ 57.29578 o
  • 1 рад/с = 9,55 об/мин (об/мин) = 0,159 об/с (об/с)

Быть выражены как

I = KMR 1 I = KMR 2 (2)

, где

K = инерционная константа — зависит от формы маховика

м = масса маховика (кг, фунт m )

r = радиус (м, фут)

Инерционные постоянные некоторых распространенных типов маховиков равномерной толщины — k = 0.606

  • плоский диск с центральным отверстием — k = ~0,3
  • сплошная сфера — k = 2/5
  • тонкий обод — k = 0,5
  • радиальный стержень
  • круглая щетка — k = 1/3
  • тонкостенная полая сфера — k = 2/3
  • тонкий прямоугольный стержень — k = 1/2
  • 9078
    • 1 кг м 2 = 10000 кг см 2 = 54675 унций в 2 = 3417.2 фунт в 2 = 23.73 LB FT 2

    Материалы ротора маховика

    • 1 MPA = 10 6 PA = 10 6 N / M 2 = 145 PSI
    • Marage стали представляют собой безуглеродистые железоникелевые сплавы с добавками кобальта, молибдена, титана и алюминия. Термин старение происходит от механизма упрочнения, который превращает сплав в мартенсит с последующим старением.

    Пример — Энергия во вращающемся велосипедном колесе

    Типичный 26-дюймовый обод велосипедного колеса имеет диаметр 559 мм (22.0 дюймов и внешний диаметр шины около 26,2 дюйма (665 мм) . Для нашего расчета мы приблизим радиус — r — колеса к

    r = ((665 мм) + (559 мм) / 2) / 2

    = 306 мм =

    1 м

    Вес колеса с шиной 2,3 кг и инерционная постоянная k = 1 .

    Момент инерции колеса можно рассчитать

    I = (1) (2.3 кг) (0,306 м) 2

    = 0,22

    = 0,22 кг м 2

    Скорость велосипеда составляет 25 км / ч ( 6,94 м / с) . Окружная скорость колеса (об/с, об/с) — n об/с — можно рассчитать как

    n об/с = (6,94 м/с) / (2 π (0,665 м) / 2)

         = 3,32 оборотов

    Угловая скорость колеса может быть рассчитана как

    ω = (3.32 Революции / с) (2 Π RAD / Revolution )

    Кинетическая энергия вращающегося велосипеда может затем вычислить до

    E F = 0.5 (0,22 кг м 2 ) ( 20.9 RAD / S ) 2

    = 47.9 J

    Факты маховика для детей

    Маховик со спицами

    Маховик представляет собой тяжелый диск или колесо, прикрепленное к вращающемуся валу.Маховики используются для накопления кинетической энергии. Импульс маховика заставляет его не легко изменять скорость вращения. Из-за этого маховики помогают поддерживать вращение вала с одинаковой скоростью. Это помогает, когда крутящий момент, прикладываемый к валу, часто меняется. Неравномерный крутящий момент может изменить скорость вращения. Поскольку маховик сопротивляется изменениям скорости, он уменьшает влияние неравномерного крутящего момента. Двигатели, в которых для обеспечения мощности используются поршни, обычно имеют неравномерный крутящий момент, и для решения этой проблемы используются маховики.

    Требуется энергия, чтобы заставить колесо (любое колесо) вращаться. Если трение небольшое (хорошие подшипники), то он будет продолжать вращаться долгое время. Когда энергия нужна, ее можно снова взять из колеса. Так что это простое механическое средство хранения энергии. Количество хранимой энергии зависит от веса и скорости вращения — для того, чтобы более тяжелое колесо вращалось быстрее, требуется больше энергии. Другим фактором является радиус (размер), потому что чем дальше от оси находится часть колеса, тем больше энергии требуется для его вращения.Эти три фактора могут быть представлены M (масса), (угловая скорость) и R (радиус). Объединение двух приведенных ниже уравнений дает 2 MR 2 /4. Маховик — это не просто колесо, а специально предназначенное для накопления энергии. Поэтому он должен быть тяжелым и/или вращаться быстро. Например, у некоторых автобусов есть маховик, который используется для остановки и запуска. Когда автобус останавливается (например, перед светофором), маховик соединяется с колесами, поэтому энергия вращения передается ему, поэтому автобус замедляется, а маховик ускоряется.Затем, когда автобус должен снова начать движение, он снова подключается, и энергия передается обратно. Конечно, вам не захочется таскать тяжелое колесо в автобусе, поэтому оно сделано из более легкого материала, способного выдерживать чрезвычайно быстрое вращение.

    История

    Маховик использовался с древних времен, наиболее распространенным традиционным примером является гончарный круг. Во время промышленной революции Джеймс Уатт внес свой вклад в разработку маховика в паровой машине, а его современник Джеймс Пикард использовал маховик.

    Картинки для детей

    • Паровоз Тревитика 1802 года использовал маховик, чтобы выровнять мощность своего единственного цилиндра.

    • Трактор Landini с открытым маховиком

    • Маховик современного автомобильного двигателя

    Изобретение велосипеда | The Economist

    Почти все время, пока человек использовал колеса для эффективного преобразования всех видов энергии в движение, он выполнял обратный трюк с маховиками.От пряслиц до паровых двигателей, они служили для сбора и хранения энергии для использования в (ближайшем) будущем. Теперь они готовятся заряжать гибридные автомобили.

    Физика маховика довольно проста. Возьмите диск, который может свободно вращаться. Приложите крутящий момент, и он закрутится, набирая обороты в процессе. Как только первоначальный крутящий момент будет снят, колесо продолжит вращаться. Впоследствии некоторая часть импульса теряется из-за трения о подшипники и сопротивления воздуха. То, что осталось, может быть приведено в действие, питая все, что к нему подключено.

    Импульс маховика можно увеличить, либо утяжелив его, либо заставив его вращаться быстрее. В прошлом маховики, используемые для более амбициозных целей накопления энергии, имели тенденцию быть громоздкими. Это связано с тем, что при скоростях выше нескольких тысяч оборотов в минуту (об/мин) материалы, из которых они были сделаны, могут разрушиться. Это сделало их практичными для приложений, в которых размер не имеет большого значения, например, для балансировки нагрузок в электрических сетях. Они нашли широкое применение на транспорте только в одном случае: в поездах, где некоторые локомотивы перемещают локомотивы через щели в силовой шине.Как правило, для этого требуются колеса диаметром один метр и весом более 100 кг, не считая увесистого гроба, в котором они заключены из соображений безопасности.

    Были попытки использовать маховики на больших автобусах и грузовиках, но в большинстве случаев использовались устройства, которые были лишь немногим менее громоздкими. В автомобилях меньшего размера лишний вес сводил на нет любую экономию топлива, которую они могли бы принести. Однако это, наконец, начинает меняться. Одна из причин заключается в том, что современные маховики все чаще изготавливаются из углеродного волокна, материала, намного более прочного, чем сталь.Это позволяет им вращаться со скоростью более 60 000 об/мин, не разваливаясь.

    Углеродное волокно не просто прочное. Он также очень легкий. Но энергия маховика пропорциональна его массе и пропорциональна квадрату скорости его вращения. Другими словами, удвоение массы просто удваивает накопленную энергию, но удвоение скорости увеличивает ее в четыре раза. Увеличение скорости позволяет увеличить емкость маховика для накопления энергии, одновременно уменьшая его массу и размер до чего-то более удобного, говорит Энди Аткинс, главный инженер британской компании Ricardo, работающей над технологией маховиков.

    Дорожные испытания показали, что благодаря современным материалам и продуманной конструкции маховик размером с хоккейную шайбу может снизить расход топлива более чем на одну пятую. Некоторые наблюдатели за отраслью даже предсказывают, что маховики быстро заменят электрические гибриды в качестве предпочтительной технологии для экологически чистых транспортных средств.

    Два подхода к энергосбережению имеют много общего. Когда вы нажимаете на тормоз в гибридном электромобиле, таком как Toyota Prius, электродвигатель, который используется для привода его колес, работает в обратном направлении как генератор, превращая кинетическую энергию автомобиля в электрическую энергию, которая хранится в его бортовой сети. батарея.Нажмите на акселератор, и эта энергия может быть возвращена двигателю, заставляя автомобиль снова набирать скорость. Это называется «рекуперативным торможением».

    Маховики могут делать то же самое, выступая в качестве временного накопителя энергии. Но они могут сделать это намного эффективнее. В электрических гибридах можно восстановить только 35% кинетической энергии, теряемой при торможении. По словам Дика Элси, босса Torotrak, еще одной британской фирмы, работающей над этой технологией, доля маховиков составляет более 70%. Это связано с тем, что рекуперативное торможение преобразует кинетическую энергию в электрическую, а затем в химическую потенциальную энергию в аккумуляторе.Маховики, напротив, просто превращают один вид кинетической энергии (колес) непосредственно в другой вид (маховика), что гораздо менее расточительно.

    Кроме того, в отличие от аккумуляторов, которые необходимо заменять каждые несколько лет, маховики рассчитаны на весь срок службы автомобиля и не содержат вредных химикатов, от которых необходимо избавляться. Поэтому неудивительно, что производители автомобилей, наконец, начали обращать на это внимание.

    Истоки революционной идеи

    Как это часто бывает с новомодными технологиями, в автомобилях Формулы-1 дебютировали высокотехнологичные маховики.В 2009 году Международная автомобильная федерация (FIA), руководящий орган этого вида спорта, разрешила командам использовать в автомобилях системы рекуперации кинетической энергии (KERS). Этот шаг отчасти был призван показать, что автолюбители тоже могут использовать экологически чистые технологии. Но это также придало новый импульс соперничеству на трассе, позволив водителям ускорить ускорение на коротких отрезках, пытаясь обогнать или избежать обгона.

    Некоторые команды ухватились за KERS на батарейках, похожий на электрические гибриды.Однако некоторые, в том числе Williams, предпочли вместо этого работать с маховиками, что изменило имидж технологии. Маховики перестали быть синонимами неуклюжих автобусов и локомотивов, они стали современными и высокотехнологичными. Такие фирмы, как Volvo и Jaguar, сейчас тестируют их для использования в обычных автомобилях.

    Гибриды с маховиком: прототип Jaguar XF

    Не только технологические достижения делают маховики привлекательными. Меняющаяся экономика автомобильной промышленности также играет свою роль, объясняет Дерек Крэбб, старший инженер Volvo.Шведский автопроизводитель обдумывал идею внедрения маховиков в свои модели в 1980-х годах. Но технология была незрелой и зависела от тяжелой стали, и не было большого экономического стимула для ее использования, говорит г-н Крэбб. Тогда топливо было дешевым, и никто не заботился о выбросах углекислого газа, соглашается г-н Элси. Больше никогда. С одной стороны, безденежные потребители, беспокоящиеся о росте цен на бензин, все чаще хотят автомобили с приличной экономией топлива. С другой стороны, законодательство вынуждает автопроизводителей сокращать средние выбросы углерода в своих автопарках.

    и Hope Racing LMP1. легковые автомобили. По словам г-на Хилтона, аккумуляторы, электродвигатели и сложные системы управления стоят дорого, добавляя около 6000 евро (8000 долларов) к стоимости производства автомобиля. «Все автопроизводители теряют деньги на электрических гибридах, — говорит он.«Вот почему они не делают много». Система с маховиком, напротив, стоит 1500 евро. Jaguar уже провел дорожные испытания прототипа своего седана XF с системой накопления энергии Flybrid, и Volvo заявляет, что надеется получить прототип к концу года.

    Однако остаются технические препятствия. Во-первых, при 60 000 об/мин внешний обод маховика движется примерно в два раза быстрее скорости звука, или более 2000 км/ч (1200 миль в час). В таких условиях любое сопротивление воздуха приведет к распаду даже углеродного волокна.Поэтому маховик должен вращаться в вакууме. Это требует передачи кинетической энергии снаружи вакуумной камеры внутрь, что является немалым подвигом.

    Решение Flybrid заключается в использовании вращающегося уплотнения. Он не является полностью непроницаемым, позволяя небольшим количествам воздуха просачиваться в камеру. Однако небольшой вакуумный насос автоматически откачивает любые случайные частицы, прежде чем они достигнут опасного уровня; его нужно запускать только один раз в день в течение примерно 90 секунд. Рикардо пошел другим путем. Чтобы избежать дополнительных объемов и сложности вакуумного насоса, его система Kinergy управляет маховиком в полном вакууме с использованием массивов постоянных магнитов: один массив на валу маховика, другой на втором, внешнем валу, соединенном с трансмиссией.Когда один вал вращается, его магнитное поле взаимодействует с полем другого вала, как зубья шестерни.

    Проблема с постоянно меняющейся скоростью вращения маховика. Torotrak решил эту проблему, разработав версию бесступенчатой ​​трансмиссии, используемой в безредукторных электродвигателях. Вместо того, чтобы быть прочно запертыми вместе, маховик и валы трансмиссии соединены с помощью вязкой жидкости, которая позволяет им вращаться с разной скоростью, но аккуратно синхронизирует их.Этот подход оказался очень эффективным при передаче энергии, говорит г-н Элси.

    Наконец, несмотря на ряд преимуществ по сравнению с KERS на батарейках, у маховиков есть и недостатки. Они не могут хранить энергию так же долго, как батареи. Они также не могут хранить столько. Г-н Хилтон признает, что прототип Jaguar мог проехать не более полумили только на маховике.

    Однако это не должно быть проблемой, утверждает мистер Крэбб. Маховики могут косвенно экономить топливо, обеспечивая при необходимости увеличение скорости.Как следствие, двигатели могут быть меньше по размеру и потреблять меньше бензина без ущерба для производительности. Когда Volvo выпустит свой первый коммерческий гибрид с маховиком примерно в 2015 году, его KERS должен обеспечить прирост мощности на 80 лошадиных сил при обгоне, как в Формуле-1.

    «Маховики могут быть дешевым способом сделать автомобили более экономичными. ».

    Дальнейшие разработки радикальной конструкции маховика могут обеспечить еще большую мощность. Рикардо смоделировал маховик, способный вращаться со скоростью 145 000 об/мин.Этот маховик в форме пончика мог достигать таких головокружительных скоростей, концентрируя большую часть своей массы на ободе, удерживаемом на месте тонкой оболочкой из углеродного волокна, оставляя большую часть диска маховика полым. Уменьшение массы маховика более чем компенсируется более быстрым вращением. Дизайн еще предстоит протестировать в реальном мире, и, возможно, это произойдет не скоро. По словам г-на Аткинса, пока спрос на такого рода работу невелик.

    Как бы быстро они ни вращались, маховики не вытеснят полностью электрические гибриды.По словам г-на Хилтона, конструкции на основе маховика не могут конкурировать по дальности с подключаемыми гибридами, которые имеют большие аккумуляторные батареи и могут преодолевать большие расстояния только на электроэнергии. Но рынок подключаемых гибридов находится в зачаточном состоянии. Гибриды с маховиком могут стать дешевым способом сделать автомобили более экономичными, пока технология электромобилей не созреет. Такие фирмы, как Volvo, усердно работают над созданием будущих автомобилей, готовых к использованию маховика. Когда они отправятся в путь, они должны быть не дороже, чем заурядный автомобиль с бензиновым двигателем.Экономные водители, без сомнения, бросятся обкатать его.

    alexxlab

    E-mail : alexxlab@gmail.com

    Submit A Comment

    Must be fill required * marked fields.

    :*
    :*