Volante de dobre masa (dobre masa) - principio, deseño, serie

Co termo argot para unha mosca de dobre masa ou de dobre masa, hai un dispositivo chamado volante de dobre masa. Este dispositivo permite a transmisión de par desde o motor ata a transmisión e máis ás rodas do vehículo. O volante de dobre masa atraeu a atención do público debido á súa vida útil a miúdo limitada. O intercambio non só é laborioso, senón que tamén require custos financeiros, xa que a carteira contén de varios centos a mil euros. Entre os condutores, moitas veces escoitase a pregunta de para que se usan os coches de dúas rodas, cando unha vez non houbo problemas cos coches.

Un pouco de teoría e historia

O motor alternativo de combustión interna é unha máquina relativamente complexa, cuxo funcionamento se interrompe en fase. Por este motivo, un volante está conectado ao cigüeñal, cuxa tarefa é acumular enerxía cinética suficiente para superar resistencias pasivas durante as carreiras de compresión (non funcionan). Así, conséguese, entre outras cousas, a uniformidade requirida do motor. O motor funciona máis equilibrado cantos máis cilindros teña ou o volante máis grande (máis pesado). Non obstante, un volante máis pesado reduce a capacidade de supervivencia do motor e reduce a súa dispoñibilidade para xirar rapidamente. Este fenómeno pódese observar, por exemplo, cun motor 1,4 TDi ou 1,2 HTP. Cun volante de inercia máis potente, estes motores de tres cilindros funcionan máis lentos e tamén son máis lentos. A desvantaxe deste comportamento é, por exemplo, cambios de marcha máis lentos. A composición dos cilindros (en liña, garfo ou boxer) tamén afecta o tamaño do volante. Un motor de rolos opostos é, en principio, moito máis equilibrado que, por exemplo, un motor de catro cilindros en liña. Polo tanto, tamén ten un volante máis pequeno que un motor comparable de catro cilindros en liña. O tamaño do volante tamén afecta o principio de combustión, por exemplo, os motores diésel modernos case sempre necesitan un volante. En comparación cos homólogos de gasolina, os motores diésel adoitan ter unha relación de compresión moito maior, por enriba da cal consomen moito máis traballo: a enerxía cinética dun volante de inercia.

A enerxía cinética Ek asociada a un volante giratorio calcúlase empregando a seguinte fórmula:

Ec = 1/2·J ω2

(onde J é o momento de inercia do corpo respecto ao eixe de rotación, ω é a velocidade angular de rotación do corpo).

Os eixes de equilibrio tamén axudan a eliminar o funcionamento irregular, pero requiren unha certa cantidade de traballo mecánico para impulsalos. Ademais do desnivel, a repetición periódica dos catro períodos tamén leva á vibración torsional, que afecta negativamente á transmisión e transmisión. A masa inercial normal dun motor de combustión interna consiste nas masas inerciais das partes do mecanismo da manivela (eixes de equilibrio), volante e embrague. Non obstante, isto non é suficiente para eliminar as vibracións non desexadas no caso de motores diésel potentes e especialmente menos cilíndricos. En consecuencia, a transmisión e todo o sistema de accionamento deben estar protexidos destes efectos adversos, xa que pode producirse unha resonancia excesiva a determinadas velocidades, o que pode provocar unha tensión excesiva no cigüeñal e a transmisión, vibracións desagradables do corpo e o zumbido do interior do vehículo. Isto pódese ver claramente no seguinte diagrama, que mostra a amplitude de vibración do motor e a transmisión con volantes convencionais e de dobre masa. As vibracións do cigüeñal á saída do motor e as oscilacións á entrada da transmisión teñen practicamente as mesmas amplitudes e frecuencias. A determinadas velocidades, estas flutuacións superpóñense, o que leva aos riscos e manifestacións indesexables indicados.

É coñecido que os motores diésel son significativamente máis resistentes que os de gasolina, polo que as súas pezas son máis pesadas (mecanismo de manivela, bielas, etc.). Dimensionar e equilibrar un motor deste tipo é un problema realmente complexo, cuxa solución consiste nunha serie de integrais e derivadas. En resumo, un motor de combustión interna está formado por unha serie de compoñentes, cada un co seu propio peso e rixidez, que en conxunto forman un sistema de resortes de torsión. Tal sistema de corpos materiais, conectados por resortes, tende a oscilar a diferentes frecuencias durante o funcionamento (baixo carga). A primeira banda significativa de frecuencias de oscilación atópase no rango de 2-10 Hz. Esta frecuencia pódese considerar natural e practicamente non é percibida por unha persoa. A segunda banda de frecuencia está no rango de 40-80 Hz, e percibimos estas vibracións como vibracións e o ruído como un ruxido. A tarefa dos deseñadores é eliminar esta resonancia (40-80 Hz), o que na práctica significa mudarse a un lugar onde unha persoa sexa moito menos desagradable (uns 10-15 Hz).

O coche contén varios mecanismos que eliminan vibracións e ruídos desagradables (blocs silenciosos, poleas, illamento acústico), e no núcleo está un clásico embrague de disco de fricción convencional. Ademais de transmitir torque, a súa tarefa é tamén atenuar as vibracións de torsión. Contén resortes que, en caso de vibración non desexada, comprimen e absorben a maior parte da súa enerxía. No caso da maioría dos motores de gasolina, a capacidade de absorción dun embrague é suficiente. Unha regra similar aplicouse aos motores diésel ata mediados dos anos 90, cando o mítico 1,9 TDi con bomba rotativa Bosch VP era suficiente cun embrague convencional e un clásico volante monomasa.

Non obstante, co paso do tempo, os motores diésel comezaron a proporcionar cada vez máis potencia debido a un volume cada vez menor (número de cilindros), a cultura do seu funcionamento pasou a primeiro plano e, por último, pero non menos importante, a presión sobre o "volante da serra" "tamén desenvolveu estándares ambientais cada vez máis rigorosos. En xeral, a amortiguación das vibracións torsionais xa non podía ser proporcionada pola tecnoloxía clásica e, polo tanto, a necesidade dun volante de dúas masas converteuse nunha necesidade. A primeira empresa en introducir o volante de dobre masa ZMS (Zweimassenschwungrad) foi LuK. A súa produción en serie comezou en 1985 e o alemán BMW foi o primeiro fabricante de automóbiles en amosar interese polo novo dispositivo. O volante de dobre masa sufriu unha serie de melloras desde entón, considerándose actualmente o tren de engrenaxes planetario ZF-Sachs o máis avanzado.

Volante de dobre masa: deseño e función

Un volante de dobre masa funciona practicamente como un volante convencional, que tamén realiza a función de amortiguar as vibracións de torsión e, polo tanto, elimina en gran medida as vibracións e o ruído non desexados. O volante de dobre masa difire do clásico en que a súa parte principal, o volante, está conectada de forma flexible ao cigüeñal. Polo tanto, na fase crítica (ata o pico de compresión) permite algunha desaceleración do cigüeñal, e despois de novo (durante a expansión) algunha aceleración. Non obstante, a velocidade do propio volante permanece constante, polo que a velocidade na saída da caixa de cambios tamén permanece constante e sen vibracións. O volante de inercia de dobre masa transfire a súa enerxía cinética de forma lineal ao cigüeñal, as forzas de reacción que actúan sobre o propio motor son máis suaves e os picos destas forzas son moito máis baixos, polo que o motor tamén vibra e axita menos o resto do motor. corpo. A división en inercia primaria no lado do motor e inercia secundaria no lado da caixa de cambios aumenta o momento de inercia das partes xiratorias da caixa de cambios. Isto move o rango de resonancia a un rango de frecuencia inferior (rpm) que a velocidade de ralentí e, polo tanto, está fóra do rango das velocidades de funcionamento do motor. Deste xeito, as vibracións torsionales xeradas polo motor quedan separadas da transmisión, e xa non se producen ruídos da transmisión e ruxidos da carrocería. Debido ao feito de que as pezas primarias e secundarias están conectadas por un amortiguador de vibracións torsionales, é posible utilizar un disco de embrague sen suspensión torsional.

O volante de inercia de dobre masa tamén serve como un chamado amortecedor. Isto significa que axuda a amortiguar os golpes do embrague durante os cambios de marcha (cando a velocidade do motor debe equilibrarse coa velocidade das rodas) e tamén axuda a arranques máis suaves. Non obstante, os elementos elásticos (resortes) nun volante de dobre masa cansan constantemente e permiten que o volante se mova máis e máis doado en relación ao cigüeñal. O problema xorde cando xa están cansados: sácanse completamente. Ademais de estirar os resortes, o desgaste do volante tamén significa empurrar os orificios dos pasadores de bloqueo. Así, o volante non só non amortece as oscilacións (oscilacións), senón que, pola contra, as crea. Comezan a aparecer paradas nos límites extremos da rotación do volante, a maioría das veces como golpes ao cambiar de marcha, ao arranque, só en todas as situacións cando o embrague está enganchado ou desenganchado ou ao cambiar de velocidade. O desgaste tamén aparecerá como arranques bruscos, vibracións e ruídos excesivos ao redor de 2000 rpm ou vibracións excesivas ao ralentí. En xeral, os volantes de inercia de dobre masa experimentan unha tensión moito maior nos motores menos cilíndricos (por exemplo, tres/catro cilindros) onde o desnivel é moito maior que nos motores de seis cilindros.

Estruturalmente, un volante de dobre masa consiste nun volante primario, un volante secundario, un amortiguador interno e un amortecedor externo.

Como afectar / prolongar a vida dun volante de dobre masa?

A vida do volante está influenciada polo seu deseño, así como polas propiedades do motor no que está instalado. O mesmo volante do mesmo fabricante percorre 300 km nalgúns motores e nalgúns só levará media parte. A intención orixinal era desenvolver volantes de dobre masa que sobreviviran á mesma idade (km) que todo o coche. Por desgraza, en realidade, o volante a miúdo necesita ser substituído moito antes, moitas veces antes do disco de embrague. Ademais do deseño do motor e do propio volante de dobre masa, o condutor ten un impacto significativo na súa vida útil. Todas as situacións que levan á transmisión dun golpe nunha dirección ou noutra reducen a súa vida útil.

Para prolongar a vida útil do volante de inercia de dobre masa, non se recomenda conducir con frecuencia o subviraxe do motor (especialmente por debaixo das 1500 rpm), presionar o embrague con forza (preferentemente sen cambiar de marcha) e non baixar o motor (é dicir, o freo). o motor). só a unha velocidade razoable). Moitas veces ocorre que a unha velocidade de 80 km/h non activas a segunda, senón a terceira ou cuarta e cambias gradualmente a unha marcha máis baixa). Algúns fabricantes recomendan (neste caso VW) que, se o coche está estacionado cun coche parado nunha marxe suave, primeiro debe aplicarse o freo de man e despois enganchar unha marcha (marcha atrás ou XNUMXª). En caso contrario, o vehículo moverase lixeiramente e o volante de inercia de dobre masa entrará nun chamado compromiso permanente, provocando tensión (estiramento dos resortes). Polo tanto, recoméndase non usar a velocidade do outeiro e, se é así, só despois de frear o coche cun freo de man, para non causar un leve movemento e a posterior carga a longo prazo - pechando o sistema de transmisión, é dicir, un volante de inercia de dobre masa. . O aumento da temperatura do disco de embrague tamén está directamente relacionado cunha redución da vida útil do volante de inercia de dobre masa. O embrague quéntase en exceso, especialmente cando se remolca un remolque pesado ou outro vehículo, se conduce fóra da estrada, etc. O embrague desbloquearase por si mesmo aínda que o motor estea avariado. Nótese que a calor radiante do disco de embrague leva ao sobrequecemento de varios compoñentes do volante (especialmente se se trata dunha fuga de lubricante), o que afecta aínda máis negativamente a vida útil.

Reparación: substitución do volante de inercia de dobre masa e substitución por un volante convencional

Non existe tal cousa como reparar un volante excesivamente desgastado. A reparación consiste na substitución do volante xunto co conxunto do embrague (lamelas, resorte de compresión, rodamentos). Toda a reparación é bastante laboriosa (uns 8-10 horas), cando é necesario desmontar a caixa de cambios e, ás veces, incluso o motor. Por suposto, non debemos esquecernos das finanzas, onde os volantes máis baratos se venden por uns 400 euros, os máis caros, máis de 2000 euros. Por que cambiar un disco de embrague que aínda está en bo estado? Pero simplemente porque ao reparar un disco de embrague, só é cuestión de tempo que desapareza, e este proceso lento, que é varias veces máis caro que o disco de embrague, terá que repetirse. Ao substituír un volante de inercia, é unha boa idea ver se hai unha versión máis sofisticada que poida manexar máis quilómetros, compatible e aprobada polo fabricante do vehículo, por suposto.

Moitas veces podes atopar información sobre a substitución dun volante de dúas masas por outro clásico, no que se empregan lamelas cun amortecedor de torsión. Como xa se mencionou en artigos anteriores, un volante de dobre masa, ademais das súas funcións convenientes, tamén realiza a función de amortiguador de vibracións torsional, que afecta negativamente ao estado das partes móbiles do motor (cigüeñal) ou caixa de cambios. En certa medida, a amortiguación das vibracións tamén pode ser eliminada pola propia placa de resorte, pero non pode proporcionar o mesmo rendemento que o volante de dobre masa moito máis potente e complexo. Ademais, se fose tan sinxelo, estarían moito tempo practicándoo polos fabricantes de automóbiles e os seus propietarios financeiros, que traballan arreo para reducir os custos. Polo tanto, xeralmente non se recomenda substituír o volante de dobre masa por un volante de masa única.

Non subestimes a substitución dun volante gastado

Non se recomenda pospoñer a substitución dun volante excesivamente desgastado. Ademais das manifestacións anteriores, existe o risco de afrouxamento (separación) de calquera parte do volante. Ademais de destruír o propio volante, o motor ou a transmisión tamén poden danarse fatalmente. O desgaste excesivo do volante tamén afecta ao correcto funcionamento do sensor de velocidade do motor. A medida que os elementos do resorte se desgastan gradualmente, as dúas partes do volante desvíanse cada vez máis ata quedar fóra das tolerancias establecidas na unidade de control. Ás veces isto leva a unha mensaxe de erro, e ás veces, pola contra, a unidade de control intenta adaptar e controlar o motor baseándose en datos incorrectos. Isto leva a un rendemento deficiente e, no peor dos casos, a problemas de arranque. Este problema é especialmente común con motores máis antigos onde un sensor do cigüeñal detecta o movemento no lado de saída do volante de dobre masa. Os fabricantes eliminaron este problema cambiando a montaxe do sensor, polo que nos motores máis novos determina a velocidade do cigüeñal na entrada do volante.