Двухмассовый маховик LUK для Volkswagen Transporter T4 2.5D

Двухмассовый маховик

Как известно, классический маховик - это большой и тяжелый чугунный диск, который передает крутящий момент с мотора и выступает ведущим диском сцепления, а к тому же еще и шестерней для раскрутки коленвала от стартера при запуске. Большой вес маховика нужен для того, чтобы гасить крутильные колебания коленвала. Коленвал, как мы знаем, преобразует возвратно-поступательные движения поршней во вращательные. Но толчки никуда не деваются. Классический монолитный маховик частично гасил их своим весом, а полностью от них избавлялись с помощью демпферных пружин сцепления и силы трения между дисками.

Но тяжелый чугунный маховик - это потери мощности для двигателя и увеличение расхода топлива. Чтобы эффективно гасить колебания и не терять при этом мощность, и был изобретен двухмассовый маховик. С 1985 года, когда он появился впервые, конструкторы так и не смогли избавить его от основного недостатка - ограниченного ресурса и сложности обслуживания. Поэтому двухмассовый маховик до сих пор (по состоянию на 2014 год) не вытеснил классический монолитный. Но надежность и долговечность автомобиля волнуют производителей всё меньше, а расход топлива всё больше, поэтому в будущем, вероятно, двухмассовый маховик станет единственно возможным.

Иногда в литературе (в основном - западного происхождения) двухмассовый маховик обозначают аббревиатурой ZMS. Расшифровывается она как Zweimassenschwungrad ("двухмассовый маховик" на немецком языке).

Сравнительная диаграмма резонансных колебаний двигателя, которые передаются на трансмиссию. Из нее видно, насколько эффективен в плане гашения этих колебаний двухмассовый маховик (здесь - ДММ). Изображение фирмы ZF с сайта dpgo.ru

Итак, почему маховик двухмассовый? Элементарно! Потому что у него две массы - первичная и вторичная. Массами в данном случае называются две основные составные части - металлические диски сложной формы.

Первичная масса жестко крепится к фланцу коленвала болтами, как и классический монолитный маховик. На внешний диаметр первичной массы напрессован (или приварен) и зубчатый венец для связи со стартером. По внутреннему диаметру первичной массы проходит сплошной желоб, в который уложены дуговые пружины и залито смазочное масло Желоб еще иногда называют пружинным каналом. Чтобы внутрь него не попадала пыль, он герметично закрыт кожухом (иначе - крышкой) первичной массы.

На первичной массе закреплен подшипник, на котором свободно вращается вторичная масса. Вторичная масса выполняет функцию ведущего диска сцепления, то есть она трется о его ведомый диск и, соответственно, передает на трансмиссию крутящий момент с двигателя. На внешнем диаметре вторичной массы есть крепежнеые отверстия для прикручивания к маховику корзины сцепления, а ближе к центру - вентиляционные отверстия для охлаждения. Когда вторичная масса маховика трется о ведомый диск сцепления, она разогревается весьма значительно.

Двухмассовый маховик в разрезе. 1) Главный корпус маховика, 2) Пакет пружин, 3) Планетарная шестерня, 4) Подшипник радиальный, 5) Разделительный ползун пакетов пружин, 6) Упор пакета пружины, 7) Кожух отверстия для нагнетания смазки, 8) Подшипник осевой, 9) Отверстие для стопорного штифта, 10) Вспомогательный корпус маховика.

Осталось только понять, как передается момент с первичной на вторичную массу и зачем тут нужны пружины?

Секрет в том, что ко вторичной массе жестко прикручивается фланец с двумя выступами. Он работает внутри кожуха первичной массы, а выступы расположены аккурат в промежутках между пружинами первичной массы. Соответственно, когда первичная масса вращается вместе с коленвалом, то пружины упираются в выступы фланца. Они двигают фланец вместе со вторичной массой но, сжимаясь, гасят крутильные колебания.

3D-анимация устройства двухмассового маховика:

Еще одно, более подробное видео об устройстве двухмассового маховика и смысла его работы:

Конструкция двухмассового маховика с 1985 года, разумеется постепенно изменялась, хотя базовый принцип действия остается неизменным. С чем поработали конструкторы за эти годы и чего добились?

Во-первых, заменили со временем шариковый подшипник качения на более компактный подшипник скольжения, так что в современных ZMS вы встретите только его.

Во-вторых, много экспериментов было с конструкцией фланца. По ходу развития он "научился" самостоятельно гасить колебания - в него внедрили дополнительные демпферные пружины (как на ведомых дисках сцепления).

В-третьих, в двухмассовый маховик внедрили составные пружины. Одноуровневые параллельные пружины - это две пружины одинаковой длины, вставленные одна в другую. В двухуровневых параллельных пружинах внутренняя - более жесткая и короткая. В работу она вступает только если крутящий момент на коленвале очень высокий и пружина сжимается значительно. В трехуровневых параллельных пружинах на каждую внешнюю приходится по две более короткие и жесткие внутренние разной длины.

Модернизированные версии двухмассовых маховиков от фирмы ZF. Изображение с сайта dpgo.ru

Еще две модернизированные версии двухмассовых маховиков от фирмы ZF. Изображение с сайта dpgo.ru

В-четвертых, в современные двухмассовые маховики внедрили дополнительные рабочие фрикционные диски, расположенные между первичной массой и фланцем. Он может вращаться на небольшой угол. Соответственно, если крутящий момент невысокий, крутильные колебания слабые, пружины сжимаются несильно, то фрикционный диск крутится незначительно. А если момент высокий, пружины сжимаются сильно, то и диск упирается в ограничитель и начинает тереться о фланец. Таким образом, крутильные колебания, за счет трения, дополнительно гасятся.

Поломка двухмассового маховика

Сложная, по сравнению с чугунной болванкой, конструкция двухмассового маховика обуславливает его относительно короткий ресурс. Уже к 100 тысячам километров пробега от нагрузки могут разрушиться пружины и "уши" фланца вторичной массы маховика, которые взаимодействуют друг с другом. Особенно характерно это для дизельных двигателей с высоким крутящим моментом. 

Вскрытый двухмассовый маховик от Kia Sorento 2.5D (170 hp) с разрушенными пружинами. Изображение с форума sorento.kia-club.ru

Ремонтом двухмассовых маховиков занимаются редко - чаще их меняют в сборе. Хотя, в целом, здесь нет ничего сложного - достаточно изготовить подходящие по жесткости пружины и металлический фланец. Потребуется немного инженерного "творчества", но если учесть, что новый оригинальный двухмассовый маховик может обойтись в 800-1500 долларов, а ремонт - примерно в 7-8 раз дешевле, то затея может иметь смысл. Описание процесса восстановления маховика вы сможете найти в соответствующей ветке форума sorento.kia-club.ru. 

KnowCar - понятная энциклопедия по устройству автомобилей, где сложное описано простым языком, с иллюстрациями и видео, а статьи рассортированы по разделам. Энциклопедия в процессе наполнения. Если есть вопросы или предложения, свяжитесь с командой. Все контактные данные - внизу сайта.