Гаситель колебаний (демпфер) вводят в конструкцию сцепления для предохранения трансмиссии автомобиля от резонансных крутильных колебаний, возникающих при совпадении одной из частот собственных колебаний трансмиссии с частотой действия возмущающей силы, вызываемой пульсацией крутящего момента двигателя.
Гаситель крутильных колебаний (а) и его нерабочее (б) и рабочее <в) положения:
Для предотвращения передачи угловых колебаний от двигателя на валы трансмиссии в конструкции сцепления предусмотрен гаситель крутильных колебаний (демпфер). Пружины демпфера обеспечивают упругую связь ведомого диска сцепления с его ступицей.
При отсутствии передачи крутящего момента вырезы фланца ступицы и ведомого диска, в которых расположены демпферные цилиндрические пружины, совпадают. Передача крутящего момента от ведомого диска к его ступице осуществляется через демпферные пружины. При этом ведомый диск поворачивается на некоторый угол относительно фланца ступицы и между ними возникает трение. Таким образом, энергия крутильных колебаний превращается в тепловую. Предельное угловое смещение дисков ограничено размером вырезов во фланце ступицы.
Гаситель колебаний (демпфер) вводят в конструкцию сцепления для предохранения трансмиссии автомобиля от резонансных крутильных колебаний, возникающих при совпадении одной из частот собственных колебаний трансмиссии с частотой действия возмущающей силы, вызываемой пульсацией крутящего момента двигателя.
Упругий элемент гасителя служит для снижения жесткости трансмиссии. При этом уменьшаются частоты собственных колебаний трансмиссии и устраняется возможность появления высокочастотного резонанса. Поскольку минимальную жесткость упругого элемента гасителя приходится ограничивать из конструктивных соображений, трансмиссия автомобиля не может быть предохранена от резонанса на низких частотах. Поэтому помимо упругого элемента, в конструкцию гасителя приходится вводить поглотитель энергии низкочастотных резонансных колебаний обычно при помощи трения.
Устройство сцепления современного
На рисунке показаны наиболее распространенные схемы гасителей. Упругим элементом служат пружины 3, тангенциально расположенные и вставленные в окна, прорезанные в ведущих дисках 1 и 2 и во фланце ведомой ступицы 4. На диске 1 закреплен ведомый диск сцепления; диски 1 и 2 соединены между собой заклепками 6. Прокладки 5 (а), изготовленные из стали или фрикционного материала, по толщине и количеству подбирают так, чтобы обеспечить необходимый момент трения между ведущим и ведомым элементами гасителя для поглощения энергии колебаний при резонансе.
В сцеплениях грузовых автомобилей обычно вместо прокладок 5 устанавливают пружинные кольца 7 (б), которые при стягивании заклепками создают осевую силу, необходимую для получения определенного момента трения. В данном случае при сборке гасителя не требуется такая точная регулировка момента трения, как в первом варианте.
Конструкционные схемы гасителей в трансмиссии автомобиля.
Для более эффективного гашения колебаний иногда гасители конструируют с переменной жесткостью: сначала жесткость меньше, а затем она увеличивается. Такое изменение начальной жесткости достигается тем, что сначала в работу вступает лишь часть пружин 3, а затем уже все остальные. Для этого длину окон во фланце ступицы и в ведомых дисках, в которые вставлены пружины 3, делают меньше, чем у остальных окон. Предельный момент Мmax, скручивающий гаситель до упоров и ограничивающий его минимальную жесткость, выбирают обычно равным моменту, определяемому сцепным весом автомобиля при коэффициенте сцепления 0,8, то есть:
Предохранение трансмиссии автомобиля от инерционных нагрузок обеспечивается правильным выбором коэффициента запаса сцепления. Дальнейшего снижения инерционных нагрузок, передаваемых от двигателя на трансмиссию, можно добиться, ограничивая резкость включения сцепления или введением гидродинамической муфты. Гаситель (демпфер) при небольшом числе оборотов коленчатого вала двигателя снижает инерционный момент, передаваемый от двигателя на трансмиссию, на 10-15%. При числе оборотов свыше 2500 в минуту инерционный момент уменьшается при наличии гасителя лишь на 5-6%.
Полное отключение двигателя от трансмиссиидостигается наличием зазора между дисками сцепления в выключенном состоянии. В однодисковых сцеплениях при отсутствии рычажков выключения, принудительно отводящих нажимной диск, для этой цели применяют слабую пружину 2, оттягивающую нажимной диск 1 от ведомого при выключенном сцеплении (а). В двухдисковых сцеплениях средний ведущий диск 4 в момент выключения сцепления отталкивается от маховика слабой витой или пластинчатой пружиной 3 (б) и упирается в болт 5, ввернуты в корпус 6 сцепления.
Крутильные колебания или вибрации возникают в процессе вращения коленчатого вала из-за его неравномерной по разные стороны формы и маховика. В этой статье мы поговорим о том, откуда они возникают, чем опасны, и расскажем об устройстве, снижающим воздействие этих вибраций – гаситель крутильных колебаний.
Что такое крутильные колебания?
Любой маховик двигателя имеет определенную массу, которая не в полной мере сочетается с коленчатым валом мотора. При вращении коленвала, маховик, обладая большой массой, начнет колебаться, что приводит к появлению определенных вибраций не только на нем, но и на валу. Частота и амплитуда колебаний будет напрямую зависеть от массы маховика, а также его радиуса. Чем больше расстояние от края до центра и больше масса маховика, тем выше эта частота колебаний.
При уменьшении воздействия, которое прилагается от поршней и шатунов, уменьшаются и вибрации. Логично предположить, что если не прилагать большую нагрузку на коленвал, от этих вибраций можно избавиться, однако мы не в состоянии постоянно снижать нагрузку на вал, так как автомобиль все время находится в движении. Данный вид колебаний, получаемых при воздействии на маховик внешних сил, называется вынужденным.
Опасным явлением, в которое могут перерасти колебания – это резонанс. В процессе вращения маховика, он находится в механической связи с первичным валом коробки передач. Вал КПП также имеет небольшую величину вибраций, которая взаимно передается на маховик коленвала. Если эти колебания совпадают, это приводит к резонансу – пропорциональному повышению колебаний обоих механических элементов и, как следствие, к разрушению обоих валов.
Гаситель крутильных колебаний
Как вы поняли, совпадение частот этих вибраций совершенно не допустимо, именно поэтому в трансмиссии автомобиля предусмотрено специальное устройство – демпфер. Он устанавливается на диске сцепления автомобиля и имеет специальную конструкцию. Задача демпфера заключается в создании самой упругой связи диска сцепления с его небольшой ступицей на коленчатом валу.
Демпфер представляет собой пружины цилиндрической формы, которые по кругу устанавливаются на всей внутренней окружности диска сцепления. Пружины гасителя обеспечивают защиту трансмиссии автомобиля от совпадения частот колебаний маховика и сцепления на больших оборотах вращения коленвала. Однако, такое устройство не способно обеспечить надежную защиту при низких частотах колебаний. Специально для этого служить другое устройство, которое называется поглотитель низкочастотных колебаний.
В грузовых же автомобилях на сцеплении вместо демпферных пружин применяются круглые, сжимаемые при скручивании элемента. Главное отличие от демпфера – это отсутствие необходимо проводить широкую регулировку элемента. Такая пружина в процессе вращения сжимается и с помощью повышения трения передает вращающий момент на первичный вал КПП.
Вот так происходит снижение крутильных колебаний в двигателе и трансмиссии автомобиля при эксплуатации. Как видим, здесь нет ничего сложного или непонятного. Желаем вам удачи на дорогах!
Для гашения крутильных колебаний применяют гасители (демпферы), которые устанавливают на переднем конце вала, где амплитуды колебаний максимальны. При наружном расположении гасителей их обычно закрепляют на ступицах шкивов клиноременной передачи. В автомобильных двигателях наибольшее распространение получили гасители внутреннего и жидкостного трения.
Работа гасителей крутильных колебаний с инерционными массами основана поглощении энергии колебаний за счет внутреннего трения в демпфере. Гаситель с демпфирующим резиновым элементом, рис. 17 а, состоит из обода 1 привулканизированного через резиновую прокладку 2 к стальной чашке 3, закрепленной на хвостовике коленчатого вала. Резина выдерживает значительные деформации и вследствие большого внутреннего трения обеспечивает рассеивание значительного количества энергии. К недостаткам конструкции можно отнести нестабильность физико-механических свойств резины, а также зависимость жесткости и способности к поглощению энергии демпфера от амплитуды деформации и температуры. Гаситель «сухого» трения со свободными инерционными массами, рис. 17 б состоит из дисков 4, поджимаемых пружинами 5 к фрикционным кольцам 6. Энергия, поглощаемая гасителем, зависит от момента инерции дисков 6 и момента трения, возникающего при относительном перемещении подвижных деталей. В гасителях жидкостного трения, рис. 17 в, опорная втулка 9 свободной массы 8 установлена с небольшим зазором на выступ герметически закрытого корпуса 10. Пространство между массой 8 и стенками корпуса 10 заполнено силиконовой жидкостью большой вязкости. Энергия колебаний рассеивается за счет жидкостного трения, возникающего при перемещениях свободной массы 8 относительно корпуса. Вязкость жидкости при изменении температуры меняется незначительно.
2.5 Маховик
Маховик уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала, накапливает энергию во время рабочего хода, необходимую для вращения вала в течение подготовительных тактов, и выводит детали КШМ из мертвых точек. Энергия, накопленная маховиком, облегчает пуск двигателя и трогание автомобиля с места. В многоцилиндровых двигателях, в которых рабочий ход совершается одновременно в двух цилиндрах (перекрытие рабочих ходов), некоторые функции маховика становятся несущественными. Маховик отливают из чугуна и закрепляют на задних концах коленчатых валов, после чего в сборе с коленчатым валом динамически балансирует. На обод маховика напрессован зубчатый венец, предназначенный для пуска двигателя электрическим стартером.
Шкив, или демпфер крутильных колебаний, в передней части коленвала играет важную роль в обеспечении прочности двигателя и всех окружающих его компонентов. Многие четырехцилиндровые двигатели оснащены штампованным приводным шкивом, приваренным или закрепленным при помощи заклепок на ступице. При более высокой частоте вращения двигателя, то есть от 6000 об/мин и выше, шкив может запросто отлететь, что приведет к повреждению всех компонентов, находящихся на его пути. Чтобы избежать этого, необходимо использовать литые компоненты или компоненты, обработанные на станке.
Демпфер крутильных колебаний предназначен для снижения крутильных колебаний, которые могут стать причиной повреждения коленвала, если их не контролировать. Иногда демпфер и шкив могут быть изготовлены одной деталью, а иногда шкив может крепиться к демпферу при помощи болтов. И опять же, если ваш автомобиль оснащен штампованным шкивом, удалите его, чтобы избежать проблем в будущем.
Демпфер крутильных колебаний состоит из трех компонентов, склеенных вместе. Резиновый ремень приклеен между внешним инерционным кольцом и ступицей. Повреждение чаще всего вызвано отсоединением инерционного кольца от резины. Если это произойдет при высокой частоте вращения двигателя, последствия могут быть очень печальными. Чтобы избежать этого, демпфер крутильных колебаний необходимо регулярно проверять. Если вы участвуете в гоночных заездах, делайте это каждый раз после завершения гонки. Чтобы облегчить проверку, вы должны провести четкую линию между ступицей и инерционным кольцом. Если две метки не совмещены, это указывает на то, что кольцо движется на ступице, и в таком случае его необходимо удалить. Ни при каких обстоятельствах не пытайтесь починить демпфер крутильных колебаний, закрепив инерционное кольцо болтами на ступице. В таком случае коленвал будет поврежден, как только частота вращения двигателя достигнет значения 2000 об/мин. Инерционное кольцо должно перемещаться в указанных пределах, чтобы демпфировать колебания коленвала.
Мы мало что можем сделать, чтобы увеличить прочность демпфера крутильных колебаний, кроме проверки биения после установки. Есть еще одна необходимая модификация: если ваш автомобиль оснащен полностью уравновешенным коленвалом, необходимо удалить балансиры около ступицы.
Прежде чем установить демпфер крутильных колебаний, или шкив, на двигатель, покрасьте его в черный цвет. После установки определите точное положение верхней мертвой точки на корпусе газораспределительного механизма. Покрасьте канавку серебристой или белой краской. Если вы также закрасите черной краской область вокруг меток фаз газораспределения на двигателе, а метки верхней мертвой точки – серебристой краской, вам будет намного проще отрегулировать фазы газораспределения позже. Чтобы точно установить фазы газораспределения, вы должны видеть метки.
1. Вы сможете скачать книгу сразу же после оплаты.
2. Книга будет скачана в формате PDF, и Вы сможете загрузить ее на любое устройство.
1. Все книги идеального качества, так как мы работаем с издательствами напрямую.
2. Электронные книги ничем не уступают бумажным и являются их полным аналогом.
3. Офисы нашей компании представлены в Украине, России и Польше, вы всегда можете обратиться к нам по конкретному адресу.
4. Все оплаты на сайте максимально защищены и происходят с помощью мировых платежных систем.
Шкив коленвала с демпфером крутильных колебаний, он же демпфер коленвала – подлежит профилактической замене. При этом менять штатный демпферный шкив на обычный цельный категорически не рекомендуется. Это, как и несвоевременная замена шкива, может стать причиной критической поломки.
Современные ДВС в нижнем диапазоне оборотов показывают высокие значения крутящего момента. Вследствие чего возрастают нагрузки на детали двигателя. А сами эти детали эти все легче и изящнее – с точки зрения экономии топлива чем меньше масса вращающихся частей, тем ниже затраты энергии. В результате усиливается крутильная деформация коленвала. И кроме того повышается риск возникновения резонансных явлений.
Шкив коленвала с демпфером крутильных колебаний, появившийся в ответ на перечисленные вызовы, имеет двойную функцию. Во-первых, он защищает поликлиновый ремень от рывков, неизбежных на валу, приводимом в движение поршнями. А во-вторых он гасит возникающие в самом коленчатом валу резонансные колебания. Ведь вал все время изгибается, и при определенных оборотах начинает вибрировать в такт с ходом поршней.
Демпфер крутильных колебаний – это составной шкив, собранный из нескольких, обычно трех, частей. Внутренняя часть – ступица шкива, и его наружная часть – собственно шкив, соединены упругим элементом. Встречаются конструкции и более сложные, предназначенные для автомобилей с системой «стоп-старт» или дизельных двигателей с высокой степенью форсирования.
Варианты шкивов с демпфером для разных двигателей
Одинарный шкив-демпфер из трех частей: две их металлов (сталь или алюминий) и резиновый элемент между ними. Широко используется на дизельных и бензиновых двигателях. Пример: NTN-SNR DPF358.24
Шкив для «стоп-старт» со сложной конструкцией демпфера – способен выдержать очень большое количество пусков мотора. Пример NTN-SNR NTN-SNR DPF359.09.
Двойной шкив-демпфер для нагруженных дизелей – технически самый сложный. Включает 7-8 металлических частей и две резиновых вставки. Пример: NTN-SNR DPF359.03
Миллиард деформаций за срок службы
Упругий элемент шкива-демпфера подвергается деформации каждый раз при воспламенении топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя. А это – до десяти миллионов раз на тысячу километров пробега. Естественно, что такие нагрузки сказываются на структуре демпфирующей вставки, какой бы упругой она ни была, поэтому демпферный шкив коленвала нуждается в регулярной проверке и превентивной замене при первых признаках неудовлетворительного состояния.
Проблема в том, что даже многие механики недооценивают значение демпфера шкива, полагая, что он защищает только ремень и навесное оборудование: генератор, компрессор системы кондиционирования, насосы гидроусилителя и системы охлаждения. Опыт говорит нам, что в прежних моделях автомобилей все это приводилось через обычные цельные шкивы и прекрасно работало. Неудивительно, что форумах автолюбителей и даже механиков часто можно увидеть совет заменить шкив коленвала с демпфером на монолитный. Однако, советующие явно не сознают, какими последствиями это может обернуться.
С другой стороны, большинство специалистов уже понимают, что использование только предусмотренных конструкцией компонентов в современных двигателях – залог уверенности в нрезультате. Поэтому бизнес «дешевых запчастей» пошел в своей изобретательности еще дальше – теперь рынку предлагается «вечный шкив-демпфер». Утверждается что это не нуждающийся в замене компонент, который при этом полностью выполняет свою функцию.
Деталь-обманка выполнена с таким расчетом, чтобы по внешнему виду не отличаться от настоящего шкива-демпфера. Весь фокус в том, что все ее металлические части – одно целое, а иллюзия составной конструкции создается резиновым кольцам, вставленным в пазы сплошного металлического шкива.
Естественно, что такой тип псевдо-демпфера требованиям автопроизводителя не соответствует. Мало того, что данный шкив ничего не демпфирует, так он еще и весит больше, что создает риск разрушения компонентов двигателя, в частности коленчатого вала, а также ускоряет износ шеек и приводит к другим серьезным поломкам.
Специалисты компании NTN-SNR, выпускающий широкий перечень шкивов генератора с демпфером крутильных колебаний, рекомендуют производить замену только с использованием деталей, соответствующих оригинальной конструкции и стандартам качества OE-комплектации.
Диагностика и нюансы замены шкива-демпфера
Замену демпфера крутильных колебаний целесообразно производить одновременно с заменой ремня и деталей привода на пробеге порядка 90-120 тыс. км. Однако уже после 60 тыс. пробега, чтобы убедиться в исправности шкива-демпфера, необходимо провести его визуальный осмотр на предмет выявления следующих признаков его износа или повреждения.
Признаки износа и повреждения демпферного шкива коленвала:
Наличие трещин на приводном ремне, который судя по пробегу после его установки еще должен быть в нормальном состоянии, также может свидетельствовать о неисправности шкива-демпфера.
Жалобы, которые могут свидетельствовать о выходе из строя шкива-демпфера:
При подозрении на неисправность демпферного шкива коленвала, если отсутствуют явные внешние признаки поломки, можно воспользоваться рекомендованным специалистами NTN-SNR методом динамической инспекции шкива. I. После остывания заглушенного двигателя нарисуйте полоску от края к центру демпфера. II. Запустите двигатель и задействуйте различное электрооборудование (включите кондиционер, используйте усилитель руля, поворачивая рулевое колесо и т.д.). III. Остановите двигатель. Проверьте метки на шкиве – они должны по-прежнему совпадать – это свидетельствует о том, что центральная часть шкива не проворачивается относительно наружной. В противном случае, демпфер должен быть заменен, так как резиновые вставки больше не выполняют свою роль.
При замене демпферов оберегайте деталь от контакта с маслами, кислотами и щелочами во избежание повреждения резины. До установки запчасти должны храниться в специальной упаковке, защищенной от внешних механических воздействий и влаги.
Используйте соответствующие инструменты: молоток, гаечный ключ, комплект Hazet для демонтажа. Проверьте другие части системы (генератор, ролик натяжителя), всегда заменяйте ремень доп. оборудования и никогда не запускайте двигатель без приводного ремня.
Еще один важный момент, который не стоит упускать из виду при замене шкива – крепежные болты необходимо менять, особенно в случае, когда при их затяжке применяется доворот.
ВАЖНО! Использование соответствующих инструментов является обязательным. NTN-SNR рекомендует комплект HAZET для демонтажа демпфера, включающий три специальных элемента для работы в ограниченном пространстве.
