Маховик двс – Маховик двигателя: назначение, принцип работы и разновидности

  • 02.02.2018

Что такое маховик двигателя? Виды маховиков в ДВС

Части современных двигателей внутреннего сгорания состоят из множества различных деталей, каждая из которых играет свою роль. Одной из таких деталей является маховик. Он имеет довольно простую конструкцию, но несет важную функцию.

Маховики устанавливают на торцевые части коленчатых валов рядом с задними коренными подшипниками.

Многие автовладельцы не имеют представления о том, что такое маховик. В статье мы постараемся осведомить вас о том, что он собой представляет и каковы его функции в механизме.

По виду маховик напоминает диск. Он прикрепляется к задней части коленчатого вала.
Маховик
Маховик имеет довольно внушительный вес, благодаря которому, согласно законам физики, он накапливает и отдает кинетическую энергию. Это свойство позволяет узлам использоваться современными двигателям внутреннего сгорания в качестве конструкций, которые сглаживают неравномерность вращения коленчатого вала. Когда поршень работает, маховики скапливают энергию крутящего момента, а когда поршни «спят», выводят эти детали из них, отдавая при этом энергию.

Важным является тот факт, что, чем больше цилиндров имеет двигатель внутреннего сгорания, тем более его крутящий момент равномерен. По этой причине в подобных ДВС можно применять маховики небольшого веса.

Важнейшей функцией маховика считается трансляция крутящего момента на коленчатый вал от стартера. Она производится следующим образом: на внешнюю окружность узла прикрепляется зубчатый стальной ободок. Он расположен в месте зацепления с валом, который проходит от стартера. При включении водителем зажигания, стартер начинает проворачивать этот вал, а тот, в свою очередь, крутит маховик, приводящий в движение коленчатый вал. Таким образом осуществляется запуск двигателя.

Помимо всего этого, маховик играет важную роль в действии трансмиссии машины. Он выполняет в ней роль ведущих дисков сцепления. Вращательный момент коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания передается коробке переключения передач, а от них идет трансляция к ведущим колесам.

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.

Маховик ДВС
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.

Видео принцип работы маховика в двигателе

На информационном сайте для автолюбителей «FORAM» вы сможете найти много полезной информации, касающейся ремонта и обслуживания автомобилей.

Маховик двигателя

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

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

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

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

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

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

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

Устройство двухмассового маховика.

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

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

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

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

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

Маховик двигателя (видео):

Видео по снятию и установке маховика двигателя автомобилей ВАЗ:

Видео о принципе работы двухмассового маховика двигателя:

 

Маховик двигателя

Маховик является частью сразу нескольких систем силового агрегата, поэтому на него возлагается целый ряд функции:

  • Гасит неравномерное вращение коленвала (маховик является частью конструкции кривошипно-шатунного механизма).
  • Передает крутящий момент от мотора к КПП (маховик является ведущим диском сцепления).
  • Передает крутящий момент от стартера на коленвал силовой установки (маховик – ведомая шестерня редуктора системы запуска).

Снижение пульсаций крутящего момента осуществляется за счет периодического накопления и отдачи маховиком кинетической энергии. Данная энергия накапливается в процессе рабочего хода поршня, а тратится при других тактах мотора, в частности при выводе поршней из мертвых точек. Стоит отметить, что, чем больше цилиндров имеет силовой агрегат, тем больше времени занимает рабочих ход поршня в каждом из них. Поэтому крутящий момент такого мотора более равномерный, при этом масса маховика может быть снижена.

Маховик фиксируется в торце коленвала возле заднего коренного подшипника – обычно, самого мощного в силовом агрегате. Обусловлено это тем, что он должен выдерживать не только вес маховика, но и нагрузку, которая образуется в результате его работы.

Существует несколько разновидностей конструкций маховика:

  • Облегченный
  • Двухмассовый
  • Сплошной

Наиболее распространенным является сплошной маховик. Его конструкция представляет собой чугунный диск, имеющий диаметр 30–40 см. На его внешней поверхности находится стальной зубчатый венец, который обеспечивает проворачивание коленвала при запуске мотора стартером. У маховика с одной стороны предусмотрена ступица для крепления к фланцу коленвала, обратная сторона является ведущим диском сцепления.

В процессе работы силового агрегата на разных оборотах коленвал все время закручивается и раскручивается, другими словами подвергается крутильным колебаниям. В силовом агрегате используются гасители крутильных колебаний разной конструкции. Таким устройством, в том числе, является демпферный (двухмассовый) маховик. Он используется на автомобильных моторах с 1985 года.

Устройство двухмассового маховика

Конструкция данного элемента состоит из двух дисков, которые соединены посредством пружинно-демпферной системы. Эта система позволяет в полной мере изолировать коробку передач от крутильных колебаний, а также гарантировать равномерную работу ее элементов. При использовании двухмассового маховика потребность демпфирующего устройства в ведомом диске сцепления отпадает.

Двухмассовый маховик имеет несколько весомых преимуществ, среди которых:

  • Гашение колебаний.
  • Изоляция шумов.
  • Снижение вибраций.
  • Снижение износа синхронизаторов.
  • Более удобное переключение передач.
  • Экономия горючего.
  • Защита КПП от перегрузки.

Однако, следует сказать несколько слов о недостатках. В частности, при интенсивной работе маховика происходит повышенный износ пружинно-демпферной системы. Кроме того, существует вероятность поломки основного элемента данной системы – дуговой пружины. Эти факторы ограничивают массовое внедрение демпферного маховика на автомобильных силовых установках.

Современные тенденции развития силовых агрегатов, такие как даунспидинг (расширение диапазона крутящего момента мотора с возможностью работы на низких оборотах) и даунсайзинг (снижение объема и массы мотора с сохранением мощности), потребовали нового уровня снижения колебаний. Таким образом, с 2008 года на автомобильные моторы устанавливается двухмассовый маховик, имеющий маятниковый гаситель колебаний.

Чтобы устранить пульсации вращения коленвала на низких оборотах, на маховик дополнительно устанавливают центробежный маятник. Данный маятник создает собственные колебания, которые накладываются в противофазе на уже сглаженные колебания, таки образом полностью погашая их.

Центробежный маятник представляет собой грузы, которые расположены по окружности маховика. Когда мотор работает на низких оборотах, грузы маятника раскачиваются сильнее, поскольку центробежные силы, которые действуют на них, достаточно малы. Когда обороты увеличиваются, амплитуда колебаний грузов уменьшается, соответственно, их роль в гашении колебаний снижается.

Маховик облегченной конструкции применяется при тюнинге силовой установки. Масса маховика переносится к краям диска, что позволяет снизить массу детали до 1.5 кг. Кроме того, это дает возможность уменьшить момент инерции. Облегченный маховик позволяет мотору значительно быстрее достигать максимальных оборотов, поэтому он имеет лучшую разгонную динамику. Благодаря подобной конструкции увеличивается мощность двигателя до 5%.

типы, преимущества, недостатки и требования

В статье расскажем про маховик — накопитель энергии, расчеты и требования к ротору, типы маховиков, его преимущества недостатки и применение.

Техника накопления энергии с использованием маховика насчитывает тысячи лет. Просто возьмите пример колеса Поттера и подумайте, что оно делает. Он просто использует инерцию колеса и продолжает вращаться с минимальными усилиями. Концепция маховика, который будет использоваться в качестве устройства накопления энергии, используется с 1950-х годов. Их можно было легко заметить на автобусных остановках для зарядки общественного транспорта. Однако эта идея не может быть широко принята ввиду ее громоздкости и излишнего веса.

Расчет накопления энергии в маховике

Запас энергии в Маховике можно рассчитать:

E = ½ Iω 2

или же

E = ½ (kMr 2 )ω2

где:

  • I выступает за момент инерции махового колеса
  • ω обозначает вращающуюся скорость. Он измеряется в радианах в секунду.
  • M обозначает масса маховика
  • R обозначает Радиус Маховика
  • K обозначает инерционную постоянную

Примечание. Значение «k» зависит от формы маховика. Например, если маховик вращается вокруг своей оси (например, велосипедное колесо или полый цилиндр), значение k будет равно 1. Однако, если колесо маховика имеет сплошную цилиндрическую форму, то значение k будет ½ .

Требование маховика (ротор)

Постепенно с развитием технологий маховики стали более совершенными. В наши дни современные маховики содержат кинетическую энергию в быстро движущемся, вращающемся барабане, который действует как ротор генератора. В то время, когда дополнительная энергия остается неизрасходованной, она используется для увеличения скорости вращающегося барабана. Всякий раз, когда есть потребность в энергии, этот барабан приводит в движение генератор.

Картинка маховика с внутренними элементами

Роторы этих супер маховиков изготовлены из материала с очень высокой прочностью и плотностью, например, из углеродного волокна. Для ротора требуется высокопрочный материал, так как он обычно вращается со средней скоростью 100000 оборотов в минуту и ​​должен выдерживать воздействие высокой центробежной силы. Эти роторы установлены в вакуумной полости, чтобы минимизировать потери из-за трения воздуха. Эти потери на трение могут быть дополнительно сведены на нет с помощью подшипников с магнитной левитацией.

Тип маховиков

На рынке представлены два типа маховиков в зависимости от их функций и областей применения. Преимущества маховика делают их жесткими конкурентами в приложениях электросети.

Есть в основном два типа маховиков, доступных на рынке. Далее мы рассмотрим их

Высокоскоростной маховик

Угловая скорость маховиков этого типа находится в диапазоне от 30000 до 60000 об/мин, что может быть доведено до 100000 об/мин. Они содержат подшипники с магнитной левитацией и требуют меньшего ухода. Они легче по весу, если сравнивать размер/мощность с маховиками с низкой скоростью. Они дорогостоящие по сравнению с маховиками с низкой скоростью.

Маховик с низкой скоростью

Угловая скорость этого типа маховиков достигает 10000 об/мин. Они громоздкие и тяжелые по сравнению с высокоскоростными маховиками. Они нуждаются в периодическом обслуживании и не используют подшипники с магнитной левитацией. Их установка требует специальной бетонной конструкции, чтобы выдержать ее вес. Они дешевле по сравнению с высокоскоростными маховиками.

Картинка в разрезе маховик с низкой скоростью

Преимущества маховика

Эти типы маховиков более эффективны, чем обычные батареи (только если мы пренебрегаем стоимостью установки), и поэтому им отдают предпочтение перед обычными батареями. Вот список немногих преимуществ Маховика перед аккумуляторами:

  • Большая способность хранить энергию
  • Большая продолжительность жизни
  • Способность хранения не зависит от цикла зарядки/разрядки
  • Меньше технического обслуживания
  • Меньшие тепловые потери
  • Более высокая эффективность в оба конца
  • Больше пиковой нагрузки
  • Простота эксплуатации

Применение маховиков

  • в ветряных турбинах
  • наряду с двигателем с приводом от генератора для хранения энергии
  • в автомобильных двигателях
  • в электромобилях для ускорения (на экспериментальной стадии)
  • В современных локомотивах
  • В передовых технологиях транзитных автобусов
  • В спутниках контролировать направление
  • В Большие электрические сети для защиты от перебоев

admin

E-mail : admin@volonter61.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о