Dubbelmassa (dubbelmassa) svänghjul - princip, design, serie

Med slangbegreppet för en dubbelmassa eller dubbelmassafluga finns det en enhet som kallas ett dubbelmassesvänghjul. Denna enhet tillåter överföring av vridmoment från motorn till växellådan och vidare till fordonets hjul. Tvåmassesvänghjulet har uppmärksammats av allmänheten på grund av dess ofta begränsade livslängd. Utbytet är inte bara mödosamt utan kräver också finansiella kostnader, eftersom plånboken innehåller från flera hundra till tusen euro. Bland bilister kan man ofta höra frågan om vad tvåhjuliga bilar används till, när det en gång inte var några problem med bilar.

Lite teori och historia

Den fram- och återgående förbränningsmotorn är en relativt komplex maskin, vars drift avbryts i fas. Av denna anledning är ett svänghjul anslutet till vevaxeln, vars uppgift är att ackumulera tillräcklig kinetisk energi för att övervinna passiva motstånd under kompressionsslag (icke-fungerande). Detta uppnår bland annat den erforderliga enhetligheten hos motorn. Motorn går mer balanserat ju fler cylindrar motorn har eller det större (tyngre) svänghjulet. Ett tyngre svänghjul minskar dock motorns överlevnadsförmåga och minskar dess beredskap att snurra snabbt. Detta fenomen kan observeras till exempel med en 1,4 TDi eller 1,2 HTP motor. Med ett kraftfullare svänghjul går dessa trecylindriga motorer långsammare och saktar också ner. Nackdelen med detta beteende är till exempel långsammare växlingar. Storleken på svänghjulet påverkas dessutom av cylindrarnas sammansättning (in-line, gaffel eller boxer). En motrullsmotor är i princip mycket mer balanserad än till exempel en fyrcylindrig radmotor. Därför har den också ett mindre svänghjul än en jämförbar fyrcylindrig radmotor. Storleken på svänghjulet påverkar också förbränningsprincipen, till exempel behöver moderna dieselmotorer nästan alltid ett svänghjul. Jämfört med bensinmotsvarigheter har dieselmotorer vanligtvis ett mycket högre kompressionsförhållande, över vilket de förbrukar betydligt mer arbete - den kinetiska energin hos ett roterande svänghjul.

Den rörelseenergi Ek som är associerad med ett roterande svänghjul beräknas med följande formel:

Ec = 1/2·J ω2

(var J är kroppens tröghetsmoment kring rotationsaxeln, ω är vinkelhastigheten för kroppens rotation).

Balansaxlar hjälper också till att eliminera ojämn drift, men de kräver ett visst mekaniskt arbete för att driva dem. Förutom ojämnheter leder den periodiska upprepningen av de fyra perioderna också till vridvibrationer, vilket påverkar drivningen och transmissionen negativt. Den normala tröghetsmassan för en förbränningsmotor består av tröghetsmassorna hos vevmekanismens delar (balansaxlar), svänghjul och koppling. Detta är dock inte tillräckligt för att eliminera oönskade vibrationer vid kraftfulla och särskilt mindre cylindriska dieselmotorer. Följaktligen måste transmissionen och hela drivsystemet skyddas från dessa negativa effekter, eftersom överdriven resonans kan uppstå vid vissa hastigheter, vilket resulterar i överdriven belastning på vevaxeln och växellådan, obehagliga karossvibrationer och brummen i fordonets interiör. Detta kan tydligt ses i diagrammet nedan, som visar motorns och växellådans vibrationsamplitud med konventionella svänghjul och dubbelmassa. Vibrationer i vevaxeln vid utgången från motorn och svängningar vid ingången till växellådan har praktiskt taget samma amplitud och frekvens. Vid vissa hastigheter överlappar dessa fluktuationer, vilket leder till de angivna oönskade riskerna och manifestationerna.

Det är allmänt känt att dieselmotorer är betydligt starkare än bensinmotorer, så deras delar är tyngre (vevmekanism, vevstakar, etc.). Att dimensionera och balansera en sådan motor är ett riktigt komplext problem, vars lösning består av en serie integraler och derivator. Kortfattat är en förbränningsmotor uppbyggd av ett antal komponenter, var och en med sin egen vikt och styvhet, som tillsammans bildar ett system av torsionsfjädrar. Ett sådant system av materialkroppar, förbundna med fjädrar, tenderar att svänga med olika frekvenser under drift (under belastning). Det första signifikanta bandet av oscillationsfrekvenser ligger i intervallet 2-10 Hz. Denna frekvens kan betraktas som naturlig och uppfattas praktiskt taget inte av en person. Det andra frekvensbandet ligger i intervallet 40-80 Hz, och vi uppfattar dessa vibrationer som vibrationer och bruset som ett dån. Designers uppgift är att eliminera denna resonans (40-80 Hz), vilket i praktiken innebär att flytta till en plats där en person är mycket mindre obehaglig (ca 10-15 Hz).

Bilen innehåller flera mekanismer som eliminerar obehagliga vibrationer och buller (tysta block, remskivor, ljudisolering), och i kärnan finns en klassisk konventionell skivfriktionskoppling. Förutom att överföra vridmoment är dess uppgift även att dämpa vridningsvibrationer. Den innehåller fjädrar som vid en oönskad vibration trycker ihop och absorberar det mesta av dess energi. För de flesta bensinmotorer är absorptionskapaciteten för en koppling tillräcklig. En liknande regel gällde för dieselmotorer fram till mitten av 90-talet, då den legendariska 1,9 TDi med Bosch VP rotationspump räckte med en konventionell koppling och ett klassiskt enmassesvänghjul.

Men med tiden började dieselmotorer ge mer och mer kraft på grund av mindre och mindre volym (antal cylindrar), kulturen i deras verksamhet kom fram och sist men inte minst trycket på "såg svänghjulet" "utvecklade också mer och mer stränga miljöstandarder. I allmänhet kunde dämpning av vridvibrationer inte längre tillhandahållas av klassisk teknik, och därför blev behovet av ett tvåmassesvänghjul en nödvändighet. Det första företaget som introducerade ZMS (Zweimassenschwungrad) dubbelmassesvänghjul var LuK. Dess massproduktion började 1985, och tyska BMW var den första biltillverkaren som visade intresse för den nya enheten. Tvåmassesvänghjulet har genomgått ett antal förbättringar sedan dess, med ZF-Sachs planetväxeltåg som för närvarande anses vara det mest avancerade.

Dubbelmassasvänghjul – design och funktion

Ett dubbelmasssvänghjul fungerar praktiskt taget som ett konventionellt svänghjul, som också har funktionen att dämpa vridningsvibrationer och därmed i stort sett eliminerar oönskade vibrationer och buller. Dubbelmasssvänghjulet skiljer sig från det klassiska genom att dess huvuddel - svänghjulet - är flexibelt kopplat till vevaxeln. Därför tillåter det i den kritiska fasen (upp till toppen av kompressionen) en viss retardation av vevaxeln och sedan igen (under expansion) en viss acceleration. Men hastigheten på själva svänghjulet förblir konstant, så hastigheten vid växellådans utgång förblir också konstant och utan vibrationer. Dubbelmassasvänghjulet överför sin kinetiska energi linjärt till vevaxeln, reaktionskrafterna som verkar på själva motorn är jämnare, och topparna för dessa krafter är mycket lägre, så motorn vibrerar också och skakar resten av motorn mindre. kropp. Uppdelningen i primär tröghet på motorsidan och sekundär tröghet på växelsidan ökar tröghetsmomentet för de roterande delarna av växellådan. Detta flyttar resonansområdet till ett lägre frekvensområde (rpm) än tomgångsvarvtalet och ligger därför utanför området för motorns driftvarvtal. På detta sätt separeras de vridningsvibrationer som genereras av motorn från transmissionen och transmissionsljud och kroppsvrål uppstår inte längre. På grund av det faktum att de primära och sekundära delarna är förbundna med en vridningsvibrationsdämpare, är det möjligt att använda en kopplingsskiva utan vridningsfjädring.

Dubbelmassasvänghjulet fungerar även som en så kallad stötdämpare. Detta innebär att det hjälper till att dämpa kopplingsslag under växlingar (när motorhastigheten måste balanseras med hjulhastigheten) och hjälper även till att starta mjukare. De fjädrande elementen (fjädrarna) i ett dubbelmassesvänghjul tröttnar dock konstant och låter svänghjulet röra sig bredare och lättare i förhållande till vevaxeln. Problemet uppstår när de redan är trötta - de dras ut helt. Förutom att spänna fjädrarna innebär svänghjulsslitage även att man trycker ut hålen på låsstiften. Således dämpar svänghjulet inte bara svängningar (svängningar), utan skapar dem tvärtom. Stopp vid de yttersta gränserna för svänghjulsrotation börjar dyka upp, oftast som stötar vid växling, start, bara i alla situationer när kopplingen är inkopplad eller urkopplad, eller vid hastighetsändring. Slitage kommer också att visa sig som ryckiga uppstarter, överdriven vibration och buller runt 2000 rpm, eller överdriven vibration vid tomgång. I allmänhet upplever tvåmasssvänghjul mycket större belastning i mindre cylindriska motorer (t.ex. tre/fyra cylindrar) där ojämnheten är mycket större än i sexcylindriga motorer.

Strukturellt består ett dubbelmassesvänghjul av ett primärt svänghjul, ett sekundärt svänghjul, ett inre spjäll och ett yttre spjäll.

Hur påverkar / förlänger livet för ett dubbelmassesvänghjul?

Svänghjulets livslängd påverkas av dess design såväl som egenskaperna hos motorn där den är installerad. Samma svänghjul från samma tillverkare kör 300 km på vissa motorer, och på vissa tar det bara en halv portion. Den ursprungliga avsikten var att utveckla tvåmassesvänghjul som skulle överleva till samma ålder (km) som hela bilen. Tyvärr måste svänghjulet ofta bytas ut mycket tidigare, många gånger innan kopplingsskivan. Utöver motorns konstruktion och själva dubbelmassesvänghjulet påverkar ledaren avsevärt dess livslängd. Alla situationer som leder till överföring av ett slag i en eller annan riktning förkortar dess livslängd.

För att förlänga livslängden på dubbelmassasvänghjulet rekommenderas det inte att ofta köra motorn understyrning (särskilt under 1500 rpm), trycka ner kopplingen hårt (helst utan att växla vid växling) och inte växla ner motorn (d.v.s. bromsa) motorn). endast i rimlig hastighet). Det händer ofta att du med en hastighet av 80 km / h inte slår på andra växeln, utan tredje eller fjärde och gradvis växlar till en lägre växel). Vissa tillverkare rekommenderar (i det här fallet VW) att om bilen står parkerad med en stillastående bil på en mjuk backe, måste handbromsen först dras in och sedan en växel (back eller XNUMX:e växeln) läggas i. Annars kommer fordonet att röra sig något och tvåmasssvänghjulet kommer i ett så kallat permanent ingrepp, vilket orsakar spänning (töjning av fjädrarna). Därför rekommenderas det att inte använda backhastighet, och i så fall först efter att ha bromsat bilen med en handbroms, för att inte orsaka en liten rörelse och efterföljande långvarig belastning - stängning av transmissionssystemet, d.v.s. ett dubbelmassesvänghjul . En ökning av temperaturen på kopplingsskivan är också direkt relaterad till en minskning av livslängden för tvåmasssvänghjulet. Kopplingen överhettas, speciellt vid bogsering av ett tungt släp eller annat fordon, vid terrängkörning etc. Kopplingen låser sig själv även om motorn är trasig. Det bör noteras att strålningsvärme från kopplingsskivan leder till överhettning av olika svänghjulskomponenter (särskilt om det är ett smörjmedelsläckage), vilket ytterligare påverkar livslängden negativt.

Reparation - byte av tvåmassesvänghjulet och byte mot ett konventionellt svänghjul

Det finns inget som heter att reparera ett överdrivet slitet svänghjul. Reparation innebär att svänghjulet byts ut tillsammans med kopplingsenheten (lameller, tryckfjäder, lager). Hela reparationen är ganska mödosam (cirka 8-10 timmar), när det är nödvändigt att demontera växellådan, och ibland till och med motorn. Naturligtvis får vi inte glömma ekonomin, där de billigaste svänghjulen säljs för cirka 400 euro, de dyraste - mer än 2000 euro. Varför byta en kopplingsskiva som fortfarande är i gott skick? Men helt enkelt för att när man servar en kopplingsskiva är det bara en tidsfråga innan den försvinner, och denna tidskrävande process, som är flera gånger dyrare än kopplingsskivan, kommer att behöva upprepas. Vid byte av svänghjul är det en bra idé att se om det finns en mer sofistikerad version som klarar fler mil – stödd och godkänd av fordonstillverkaren förstås.

Mycket ofta kan du hitta information om att ersätta ett tvåmassesvänghjul med ett klassiskt, där lameller med vridspjäll används. Som redan nämnts i tidigare artiklar utför ett dubbelmassesvänghjul, förutom sina bekväma funktioner, även funktionen av ett vridningsvibrationsdämpare, vilket påverkar tillståndet hos motorns (vevaxel) eller växellåda negativt. I viss utsträckning kan vibrationsdämpning också elimineras av själva fjädringsplattan, men den kan inte ge samma prestanda som det mycket kraftfullare och mer komplexa dubbelmassesvänghjulet. Dessutom, om det var så enkelt, hade det länge praktiserats av biltillverkare och deras ekonomiska ägare, som ständigt arbetar med att sänka kostnaderna. Därför rekommenderas det generellt inte att ersätta dubbelmassesvänghjulet med ett enda massasvänghjul.

Underskatta inte att byta ut ett slitet svänghjul

Det rekommenderas starkt inte att skjuta upp bytet av ett alltför slitet svänghjul. Förutom ovanstående manifestationer finns det risk för att någon del av svänghjulet lossnar (separeras). Förutom att förstöra själva svänghjulet kan motorn eller växellådan också skadas dödligt. Överdrivet svänghjulsslitage påverkar också korrekt drift av motorvarvtalsgivaren. När fjäderelementen gradvis slits ut böjer de två svänghjulsdelarna mer och mer tills de faller utanför de toleranser som ställts in i styrenheten. Ibland leder detta till ett felmeddelande, och ibland tvärtom försöker styrenheten anpassa och styra motorn baserat på felaktiga data. Detta leder till dålig prestanda och i värsta fall startproblem. Detta problem är särskilt vanligt med äldre motorer där en vevaxelsensor detekterar rörelse på utmatningssidan av tvåmassesvänghjulet. Tillverkare har eliminerat detta problem genom att ändra sensorfästet, så i nyare motorer detekterar vevaxelns hastighet vid svänghjulets inlopp.