Что такое маховик в автомобиле и для чего он нужен

Испытания и эксплуатация

Конечно, первые маховики, изготовленные Гулиа, не были столь совершенны. Но тем не менее они превосходили по своим возможностям все существовавшие тогда аккумуляторы. В эксплуатационном отношении устройство тоже показало себя неплохо. Его устанавливали на нескольких образцах общественного транспорта в Курске, а также был изготовлен грузовой автомобиль, в котором движущей силой был супермаховик с мотор-генератором.

Казалось бы, у СССР появился уникальный агрегат, способный стать мировой сенсацией и вывести промышленность страны на новый уровень. И все это с минимальными затратами и практически без ущерба для экологии. Но в начале 1970-х государственное финансирование проекта было свернуто, а неоднократные попытки Гулиа продвинуть его самостоятельно не нашли отклика в Правительстве.

Ремонт двухмассового маховика

Мощность современных машин возросла кратно. Соответственно выросла и величина колебаний на коленвалу, на трансмиссии автомобиля. Поэтому двухмассовые маховики работают в тяжелых условиях. Они менее долговечны, чем одномассовые, чаще требуют ремонта или замены. Стоимость их находится в районе 1000 долларов. Ремонт обойдется в разы меньше.

Возросла вибрация автомобиля, появился визг при пуске и остановке двигателя. Машину трясет так, как если бы стартер не отключился от маховика, после пуска двигателя. Это признаки порчи двухмассового маховика.

Ремонт двухмассового маховика сейчас делает практически любой автосервис. Для начала маховик разбирают и промывают от грязи. Внешний осмотр позволяет выявить трещины (Стрелка В). Цвет побежалости на вторичном диске (стрелка А) говорит о неравномерной работе сцепления. Это происходит, когда водитель часто допускает не полное прижатие сцепления к маховику, вместо использования ручника.

Цвет побежалости бывает также на поверхности, которая ближе к оси, чем поверхность трения (точка С). Это признак выхода из строя центрального подшипника.

Серьезный дефект – вытекание масла, или его закоксовка. В этом случае меняют механизм полностью.

Самый хороший ремонт – замена изношенных деталей на новые, а не шлифовка поверхностей или их восстановление наплавкой.

После сборки маховика, его балансируют. Затем покраска – последняя необходимая операция.

Неисправности и их признаки

При работе вращающееся колесо сталкивается с сильными перегрузками и определённый момент маховик выходит из строя

Поломка заявляет о себе характерными признаками, на которые нужно обязательно надо обратить внимание:

• скрип при пуске и остановке мотора;
• изменение чувствительности сцепления;
• появляется мягкий стук на холостом ходу;
• ощущение сильных вибраций при трогании;
• появляются рывки сцепления или вибрация педали сцепления в начале движения;
• при переключении передач появляются толчки;
• во время разгона появляется вибрация;
• появление посторонних звуков – удары и грохот;
• вибрация ощущается даже после полной остановки мотора;
• пульсация в педали тормоза;
• время от времени повышаЮтся и понижаются обороты мотора;
• в худшем случае из-за сильной вибрации на КПП автомобиль не сможет двигаться.

Эти признаки схожи с классическим троением двигателя, но проблема исчезает после переключения на высокие передачи. Проще всего выявить проблему именно по щелчкам на старте и разгоне.

Маховик, подверженный перегрузкам

Торопиться и сразу покупать новое маховое колесо – не следует. Схожие признаки появляются при нарушении положения опор ДВС, проблемах с КПП, навесным оборудованием и даже выхлопной системой.

Проблема устанавливается точнее только после полного осмотра детали. Надо учитывать, что добраться до неё не так просто. Она находится под коробкой переключения передач, которую предварительно придется демонтировать. Проведение такой работы потребует специальных навыков. Не имея опыта, лезть в работу дорогостоящих элементов не следует.

Есть несколько распространённых неисправностей маховика:

1. Износ венца. Зубцы со временем затираются, потому возникают проблемы при пуске двигателя. Завести машину с первого раза будет довольно сложно, не исключена пробуксовка.
2. Нарушение центровки. Элемент в конструкции должен находиться по одной оси с диском сцепления. Если такое условие не соблюдается, появится «биение». Машина будет ездить, но износ элемента ускорится.
3. Износ диска. Деталь обеспечивает выполнение основных функций диска сцепления, потому часто подвергается серьезным нагрузкам. В результате происходит стирание и на поверхности появляются углубления и задиры. Площадь соприкосновения дисков трансмиссии уменьшается, ухудшается работа сцепления.
4. Износ крепежа коленчатого вала. Место, отведенное для коленвала, также изнашивается под нагрузками в течение определённого времени. Возникает люфт, приводящий к появлению шума при движении.

Перечисленные проблемы характерны для одномассовых и облегчённых вариантов. У двухмассовых дополнительно появляются разрушение пружин и подшипников, износ которых диагностируется на станции техобслуживании опытными механиками. Двухмассовый маховик теоретически перебрать можно, но чаще всего его меняют полностью.

Не все маховики одинаковы

Развитие технологий и прогресс инженерной мысли не обошли стороной и классический маховик.

Конструкторы, в попытках найти эффективные методы гашения паразитных колебаний двигателя, создали более сложную интерпретацию этого узла, которая начала попадать под капоты серийных авто в конце 80-х годов ХХ столетия.

Итак, на сегодняшний день можно встретить такие разновидности данного элемента:

• сплошной (классический диск, наиболее широко используемый в автомобилестроении, именно о нём шла речь на протяжении всего нашего рассказа);
• двухмассовый (демпферный);
• облегчённый.

Сплошной маховик

О первой, самой распространённой конструкции мы уже говорили, поэтому перейдём сразу ко второй – наиболее интересной с точки зрении инженерии.

Двухмассовый маховик

Двухмассовый маховик – это, грубо говоря, два металлических диска, соединённые между собой специальной пружинной системой.

На такое ухищрение конструкторы пошли ради того, чтобы обезопасить трансмиссию от резких перегрузок, максимально избавится от вибраций коленвала и двигателя, повысить удобство при переключении передач и прочих приятностей.

Но, как всегда, есть и обратная сторона медали – двухмассовая схема сама по себе подвержена повышенному износу, а особенно её пружинная система.

Облегченный маховик

Облегченные варианты маховика уменьшают, естественно, механические потери, двигатель быстрее набирает максимальные обороты. Тратится меньше энергии для раскручивания, что дает небольшую экономию топлива, примерно 2 — 3 %, не более.

При этих плюсах, все же теряется прочность маховика. Ему требуется дополнительна, совместная с коленвалом и передним шкивом, балансировка. Так же, стоимость заводских облегченных маховиков выше.

Ну вот, дорогие наши читатели, и подошёл к концу очередной рассказ о деталях и узлах, составляющих основу наших автомобилей.

Все автолюбители знают, что сцепление является одной из ключевых систем любого автомобиля. Основной задачей сцепления является передача крутящего момента на коробку передач. В системе сцепления одной из самых важных деталей является маховик, располагающийся между трансмиссией и двигателем. Какое устройство маховика, какие существуют разновидности данной системы и для чего необходим ведущий диск? Мы с Вами разберём все вопросы в этой статье.

Типы и устройство маховых колес

На современных моторах используются различные по конструкции маховики, но самое широкое распространение получило три типа этих деталей:

• Сплошной;
• Облегченный;
• Демпферный (или двухмассовый).

Наиболее простое устройство имеют сплошные маховики, которые находят применение на большинстве поршневых ДВС — от малолитражных, до самых мощных промышленных, тепловозных и судовых. Основу конструкции составляет чугунный или стальной диск диаметром 30-40 см и более, в центре которого выполнено посадочное место для установки на хвостовик коленчатого вала, а на периферии запрессован венец. Посадочное место для коленвала обычно выполнено в виде расширения (ступицы), в центре которого имеется отверстие большого диаметра, а по окружности располагается 4-12 или больше отверстий для болтов, посредством которых маховик фиксируется на фланце хвостовика вала. На наружной поверхности маховика выполнено место для установки сцепления и отформирована кольцевая контактная площадка для ведомого диска сцепления. На периферии маховика запрессовывается стальной зубчатый венец, посредством которого в момент пуска передается крутящий момент от шестерни стартера на коленвал.

Обычно при изготовлении маховик балансируется для предотвращения биений во время работы двигателя. При балансировке в различных местах маховика удаляются излишки металла (сверловкой), также с целью балансировки в определенном положении устанавливается сцепление и другие детали (если они предусмотрены). В дальнейшем ориентация маховика и сцепления не должна изменяться, в противном случае возникнет опасный для коленчатого вала и всего двигателя дисбаланс.

Аналогичную конструкцию имеют и облегченные маховики, однако в них для снижения массы выполнены окна различной формы и размеров. Выборка металла маховика с целью снижения его массы обычно выполняется в целях тюнинга и форсирования двигателя. Установка такого маховика несколько снижает стабильность работы силового агрегата на переходных режимах, но обеспечивает быстрый набор максимальных оборотов и в целом позитивно сказывается на мощностных характеристиках. Однако установка облегченного маховика может производиться только параллельно с выполнением других работ по тюнингу/форсированию двигателя.

Двухмассовые маховики имеют гораздо более сложную конструкцию — в их состав входят различные по устройству и принципу действия гасители крутильных колебаний и демпферы. В простейшем случае этот узел состоит из двух дисков (ведомого и ведущего), между которыми располагается гаситель крутильных колебаний — одна или несколько дуговых (свернутых в кольцо или изогнутых дугой) витых пружин. В более сложных конструкциях между дисками располагается ряд шестерен, которые выполняют роль планетарной передачи, а количество пружин может достигать десятка и более. Двухмассовый маховик, как и обычный, монтируется на хвостовик коленчатого вала и удерживает на себе сцепление.

Работает демпферный маховик довольно просто. Ведущий диск соединен непосредственно с фланцем коленчатого вала, получая от него крутящий момент, а также все колебания, вибрации и возникающие на переходных режимах толчки. Крутящий момент от ведущего диска на ведомый передается через пружины, однако они за счет своей упругости поглощают значительную часть вибраций, толчков и колебаний, то есть — выполняют функции демпфера. В результате такой развязки ведомый диск, а также соединенное с ним сцепление и трансмиссия, вращаются более равномерно, без колебаний и вибраций.

В настоящее время двухмассовые маховики, несмотря на их сложную конструкцию и относительно высокую стоимость, все чаще устанавливаются на двигатели легковых и грузовых автомобилей. Рост популярности этих деталей обусловлен их лучшим качеством работы и защитой трансмиссии от негативных воздействий со стороны силового агрегата. Однако маховики сплошной конструкции благодаря своей цене, надежности и простоте очень широко используются на бюджетных авто, большинстве тракторов, грузовиков и иной технике.

Супермаховик [ править | править код ]

В мае 1964 года Н. В. Гулия подал заявку на изобретение супермаховика — энергоёмкого и разрывобезопасного маховика. В отличие от классического монолитного маховика, супермаховик намотан из тонкой ленты, проволоки или синтетических волокон, которые обладают значительно большей удельной прочностью, чем монолитная деталь (отливка или поковка), поэтому энергоемкость такого маховика значительно выше (по утверждению изобретателя, до 1,8 МДж/кг). Кроме того, в случае разрыва супермаховика не образуется крупных осколков: концы разорванной ленты или волокон начинают тормозиться о кожух, и маховик постепенно останавливается.

В силу конструкционных особенностей поршни ДВС машины во время работы имеют несколько мертвых точек. Выводит их из этого положения именно массивная деталь – маховик двигателя, набирающий инерцию во время вращения, позволяющую преодолеть мертвую точку в верхней и нижней амплитуде.

Использование

Используется в машинах, имеющих неравномерное поступление или использование энергии, накапливая энергию, когда поступление энергии выше чем расход, и отдавая её, когда потребление превышает поступление энергии. Также используется в гибридном двигателе в качестве накопителя энергии и для рекуперативного торможения, гиробусах.

Часто функцию маховика выполняет массивный вращающийся элемент механизма. Такие как гончарный круг, массивные колеса водяной мельницы или массивные зубчатые колеса.

Помимо энергии, вращающийся маховик (как и любое вращающееся тело) обладает ещё и моментом импульса, с чем связано наблюдение гироскопического эффекта, заключающегося в прецессии оси вращения вокруг своего первоначального направления при появлении внешней силы, не совпадающей с направлением оси вращения.

Первым примером использования гироскопического эффекта можно считать изобретение игрушки «волчок» («йо-йо»).

Одним из первых применений гироскопического эффекта стал переход в XIX веке от стрельбы круглыми ядрами к продолговатым снарядам, вращение которых позволило сохранять их ориентацию в пространстве, а продолговатая форма — значительно увеличить их массу (болванка) или же разрывной заряд при равном аэродинамическом сопротивлении.

Маховиком является и ротор гироскопа, используемого в гирокомпасах и вообще в гироскопических устройствах ориентации в пространстве, в частности торпед (прибор Обри), ракет и космических аппаратов. Наиболее привычные примеры маховика — велосипедное колесо или вращающийся диск электро-проигрывателя виниловых пластинок.

Свойство маховика сохранять направление оси вращения используется в успокоителях качки корабля.

В повседневной жизни маховик наиболее часто применяется на автомобилях: любой поршневой двигатель снабжён маховиком, часто совмещающим функции как часть сцепления и системы пуска (маховики снабжают зубчатым венцом для передачи момента от стартера). Кроме вывода кривошипного механизма из мёртвой точки, маховик в двигателе снижает неравномерность вращения до приемлемой, что увеличивает ресурс трансмиссии (оставшаяся часть неравномерности гасится пружинами демпфера крутильных колебаний или муфтой АКПП, затем торовыми резиновыми и вискомуфтами).

Особенности устройства двухмассового маховика

Конструктивные особенности детали заключаются в наличии двух корпусов, один из которых устанавливается на коленвал с последующим соединением с коленвалом, а второй соприкасается рабочей поверхностью с диском сцепления. Соединение между корпусами обеспечивается за счет двух подшипников (осевого и радиального), которые могут свободно скользить вне зависимости от работы друг друга. Также в середине детали установлена демпфирующая система, состоящая из пружин. Все механизмы обработаны специальной консистентной смазкой, она обеспечивает надежную работу пружин и сепараторов между ними.

Демпферный маховик

В двухмассовом маховике располагается два пакета пружин. Мягкий пружинный пакет обеспечивает мягкость запуска и остановки, а с помощью жесткого пакета обеспечивается демпфирование колебаний в рабочих диапазонах оборотов двигателя.

Принцип работы

Принцип действия эффективный и простой одновременно. Из-за повышения инерционного момента масс на входном валу КПП резонансное количество оборотов становится меньше, чем диапазон оборотов ДВС. Благодаря этому обеспечивается гашение колебательных движений, генерируемых силовым агрегатом. Гашение колебаний достигается за счет демпферно-пружинной системы, которая не допускает соударений частей КПП. В результате достигается уменьшение нагрузки на рабочие элементы.

Какие преимущества и недостатки?

На практике водителю важны не столько технические показатели и конструктивные особенности механизма, сколько удобство и комфорт вождения. Установка в автомобиль двухмассового маховика дает на практике следующие преимущества:

• Переключение передач становится более удобным и мягким.
• Инерционный момент при переключении уменьшается.
• Увеличивается ресурс ДВС и КПП.
• В картере сцепления достигается экономия пространства, что является важным преимуществом для компактных транспортных средств.

Несмотря на многочисленные преимущества, у него имеются и недостатки. Во-первых, стоимость достаточно высокая. Во-вторых, срок эксплуатации значительно ниже, чем у дисков сцепления других разновидностей. Такой недостаток обусловлен конструкцией и внутренней смазкой, которая в течение эксплуатации разрушается. Это единственные существенные недостатки, которые имеются у двухмассовых маховиков.

Несмотря на то, что ресурс эксплуатации детали не является неограниченным, при правильной езде ресурс оценивается в 350-400 тысяч километров.

Для этого следует придерживаться следующих рекомендаций эксплуатации:

• не перегружать автомобиль;
• не удерживать педаль сцепления в нажатом состоянии, например, при остановке на светофоре;
• нельзя бросать педаль сцепления при начале движения и переключении передач;
• не трогаться на повышенной передаче;
• не допускать длительной езды на низких оборотах, особенно на дизельных автомобилях. В этом режиме крутильные колебания коленвала очень высоки, идёт повышенный износ пружин демпферной системы.

Неисправности сцепления По итогам можно сделать следующие выводы: ведущий диск является неотъемлемой частью системы управления автомобилем. В наше время наиболее перспективной считается двухмассовая система маховика, которая имеет весомые преимущества перед остальными видами. А при правильной эксплуатации автомобиля Вы не будете бояться поломок достаточно продолжительное время.

Разновидности маховиков

Сейчас используется 3 вида комплектующих: 

•  сплошной;
•  облегченный;
•  двухмассовый.

Согласно другой классификации, детали подразделяют на два вида – одно- и двухмассовые. Поговорим о них более подробно. 

Одномассовые

Одномассовый маховик представляет собой цельнолитое изделие, характеризующееся простотой конструкции. Оно получило наиболее широкое распространение благодаря высокой надежности и доступности с финансовой точки зрения. 

На наружной стороне предусмотрено место для монтажа сцепления и т.н. контактная кольцевая площадка. Внешняя сторона окружности – это множество стальных зубцов, полученных методом прессования.

Именно одномассовые маховики используются в автомобилях чаще всего по причине их дешевизны, однако значительным недостатком этих моделей является неспособность в должной мере погасить крутильные колебания. 

Двухмассовые

Этот вид маховиков используется в автомобилях, оснащенных мощными моторами. С конструкционной точки зрения они представляют собой два диска, расположенных в одном корпусе и приходящих в зацепление посредством демпфирующей системы.

По сравнению с одномассовыми у двухмассовых маховиков есть целый ряд плюсов:

•  подавление колебаний и толчков;
•  обеспечивают более удобное и легкое переключение передач;
•  продлевают срок службы синхронизаторов и уменьшают износ трансмиссии;
•  способствуют экономии топлива. 

Что касается недостатков двухмассовых маховиков, то они сводятся к более высокой цене и определенным сложностям в процессе обслуживания. Также эти детали не любят езды на низких оборотах двигателя и боятся перегрева. 

Облегченные

Как правило, такие варианты устанавливают во время проведения тюнинга авто. Они отличаются небольшим весом, который способствует повышению производительности мотора и снижению инерции. 

Машина становится динамичнее, чутко отзывается на педаль акселератора, но важно помнить о том, что использование такого маховика возможно лишь с учетом показателей мотора, а ставить его следует в комплексе с другими работами по совершенствованию технических показателей силовой установки. В числе неоспоримых достоинств подобной конструкции следует упомянуть устранение проблемы неравномерного вращения коленвала на минимальных оборотах, способность сделать силовую установку меньшей в плане объема и легче без малейшего ущерба ее мощности

В числе неоспоримых достоинств подобной конструкции следует упомянуть устранение проблемы неравномерного вращения коленвала на минимальных оборотах, способность сделать силовую установку меньшей в плане объема и легче без малейшего ущерба ее мощности.

Как выбрать маховик

Проще всего сделать выбор после изучения основных рекомендаций от производителя машины. Связано это с тем, что на замену всегда берут аналоги, которые могут отличаться от эталонов. В результате неправильной работы трансмиссия и коленвал расходуют запас прочности быстрее.

Элемент на замену лучше выбирать по VIN-коду, марке авто или коду ДВС. Так проще найти оригинал и схожие по строению аналоги

При покупке важно не забыть о болтах. Не все производители кладут их в комплект, потому приходится докупать

При их выборе смотреть надо на качество. Если элемент низкопробный, надежно зафиксировать маховик не удастся.

Проблемы с маховиками возникают довольно редко, но действовать лучше сразу после их появления. Игнорирование проблемы приведет к снижению комфорта пользования машиной, а поломка узла может привести к ускоренному износу соседних деталей под капотом.

Трещины на рабочей поверхности — показатель замены маховика

В современном автомобиле маховик – это важный конструктивный и функциональный элемент дизельного и бензинового двигателя внутреннего сгорания. Внешне деталь имеет очень простое исполнение, но выполняет важные функции.

При его выходе из строя невозможна полноценная работа мотора. Маховик не подлежит ремонту, при обнаружении неисправностей во многих случаях показана замена. Цена этой детали – высокая, а основная сложность — в выборе адекватного аналога.

Устройство в форме диска снижает неравномерность, которую создает коленчатый вал, передает крутящий момент к коробке передач. Существуют разные по виду маховики: двухмассовые, одномассовые и облегчённые. От их функционирования зависит работа двигателя и чувствительность сцепления.

Выявить неисправность со стороны этой детали помогают симптомы, подаваемые автомобилем. Заподозрить то, что маховик износился, деформировался или сместился можно по биению при пуске мотора или по плохой работе сцепления на механической коробке передач.

Посмотрите очень интересное видео про маховик, которое закроет все ваши вопросы:

Вы меняли маховик на своём авто ?

Да
0%

Нет
0%

Буду менять
0%

Проголосовало:

Сделай репост и информация будет всегда под рукой

Как устроен двухмассовый маховик

Следует отметить, что деталь, которая у нас называется ДММ (двухмассовый маховик), и европейские ZMS и DMF представляют собой одну и туже деталь, устанавливаемую между КПП и мотором. Она состоит из 2-х дисков, которые подвижно соединены между собой на одной оси. Эти диски включают подшипники и основание – специальный механизм, обеспечивающий демпфирование вибраций.

В первых — гашение вибраций обеспечивалось передним шкивом-демпфером. При включении передачи колебания сглаживались пружинами диска сцепления, который терся о простой одномассовый маховик. В его конструкции было всего 4-6 пружин, расположенных друг от друга на небольшом расстоянии.

Автопроизводители постоянно работают над внедрением технических новшеств, способствующих улучшению эксплуатационных характеристик машин. Для увеличения крутящего момента был увеличен вес маховика, что, в свою очередь, требовало увеличения толщины пружин. Такие конструкционные изменения были лишь временной мерой. Задачу увеличения мощности призваны решить турбированные моторы, инжекторные системы и т.д.

Чтобы обеспечить эффективное гашение вибраций мощного ДВС, в конструкцию маховика были внедрены десятки пружин, расположенных на определенном расстоянии от центра. Увеличение плеча способствовало повышению эффективности гашения вибраций. Между пружинами были расположены особые сепараторы, обеспечивающие рассеивание колебаний и их трансформацию в энергию трения.

ДММ состоит из двух дисков (первичный с зубчатым венцом и вторичный), фланца, дуговых пружин и подшипника коронной шестерни и дуговых пружин с крышкой.

Такой маховик комплектуется пружинами разной жесткости. При малых нагрузках и небольших крутящих моментах работают мягкие пружины, а при повышении мощности задействуются жесткие пружины.

Таким образом обеспечивается мягкость хода и снижение вибраций в разных режимах работы мотора. В результате неустойчивый крутящий момент, который передается от мотора, маховик эффективно смягчает и передает на сцепление усилие со сглаженной амплитудой. Сцепление имеет ведомый диск, который также оснащен демпфирующим устройством, поэтому на коробку передается плавный вращательный момент. Его гораздо легче обрабатывать электронике блока управления (в случае с роботизированной КПП). В автомобилях с механической коробкой передач такая система обеспечивает максимально мягкое включение трансмиссии.

Если в конце 90-х годов прошлого столетия автопроизводители выпускали только 10% авто, оборудованных механической трансмиссией и двухдисковым маховиком, то уже к 2011 году процент машин с такой комплектацией превысил 70%. Такая статистика указывает на перспективность данного конструкторского решения.

Преимущества двухдискового маховика:

• Такая конструкция позволяет эффективно гасить колебания и вибрации вращения, возникающие во время работы коленвала. Двухмассовый маховик снижает шумность работы двигателя и увеличивает срок службы синхронизаторов.
• ДММ обеспечивает защиту трансмиссии автомобиля от перегрузок. У машин с такой конструкцией гораздо легче переключаются передачи. В тоже время, у таких маховиков в результате повышенных нагрузок быстрее изнашиваются пружины демпфирующего механизма. Особенно быстро может потребоваться замена основной детали – дуговой пружины.

Супермаховик Нурбея Гулиа – механический накопитель энергии. Ч.1

Этот материал подтолкнул написать один из комментариев под статьей на «НМ». Спасибо Дмитрию Белову за интересную идею.

Решение проблемы создания емкого, легкого, компактного аккумулятора можно назвать одной из самых востребованных задач в современном мире. И мнение профессора, изобретателя, доктора технических наук Нурбея Гулиа заметно отличается от общепринятого – не химические, электрические, термические, а механические накопители – вот за чем настоящее будущее!

Началом своих исследований Нурбей Гулиа называет задачу, поставленную им самим перед собой в пятнадцать лет – создание «энергетической капсулы»: энергоемкого накопителя безвредной для человека и окружающей среды энергии. С тех пор он изучил множество способов решения, пока не остановился на маховике, известном с начала времен – гончарный круг, что как не маховик?

Накапливать и отдавать энергию в такой системе просто – разгон-«зарядка» и остановка-«вывод мощности». А проблемой такого способа – в энергоемкости, вернее в недостаточной плотности запасаемой энергии. Увеличить ее можно двумя способами: сделать больше габариты устройства или повысить скорость вращения маховика. В первом страдает компактность, во втором – безопасность использования.

Тогда-то Гулиа и высказывает предположение – а почему маховик должен быть монолитным? Ведь можно сделать его «навитым»: из металлической ленты или троса. В случае разрушения, такой не разлетается на мелкие части, а наоборот – тормозится. При этом, такая конструкция не теряет энергоемкость в сравнении с монолитными. В 1964 году Гулиа получает патент на свою конструкцию, так называемого, супермаховика.

Надо сказать, что «обычные» маховики могли иметь (в теории) энергоемкость порядка 30−50 кДж на килограмм массы. В то же время обычные свинцово-кислотные аккумуляторы имели 64 кДж/кг, а щелочные еще выше — 110 кДж/кг. На деле же энергоемкость маховиков была раза в три ниже возможной, 10−15 кДж/кг, из-за необходимости увеличения запаса прочности при изготовлении.

Первые испытания супермаховика Гулиа показали, что даже первая не самая совершенная конструкция, способна обогнать по плотности энергии свинцово-кислотные аккумуляторы при достаточной безопасности: разрыв ленты наступал при разгоне обода до 500 м/с (плотность составляла 100 кДж/кг). Тогда же было выдвинуто предложение использовать его на автомобиле и разработан первый гибрид на базе УАЗ-450Д.

Физика

Воспроизвести медиа

Маховик с переменным моментом инерции, разработанный Леонардо да Винчи.

Маховик — это вращающееся колесо, диск или ротор, вращающееся вокруг своей оси симметрии. Энергия хранится как кинетическая энергия, более конкретно вращательная энергия, из ротор:

E k = 1 2 я ω 2 { displaystyle E_ {k} = { frac {1} {2}} I omega ^ {2}}

куда:

• E k { displaystyle E_ {k}} хранится кинетическая энергия,
• ω — это угловая скорость, и
• я { displaystyle I} это момент инерции маховика относительно оси симметрии. Момент инерции — это мера сопротивления крутящий момент применяется к вращающемуся объекту (т.е. чем выше момент инерции, тем медленнее он будет ускоряться при приложении заданного крутящего момента).
• Момент инерции твердого цилиндра равен я = 1 2 м р 2 { displaystyle I = { frac {1} {2}} г-н ^ {2}} ,
• для тонкостенного пустого баллона я = м р 2 { Displaystyle I = г-н ^ {2}} ,
• а для толстостенного пустого цилиндра — я = 1 2 м ( р е Икс т е р п а л 2 + р я п т е р п а л 2 ) { displaystyle I = { frac {1} {2}} m ({r _ { mathrm {external}}} ^ {2} + {r _ { mathrm {internal}}} ^ {2})} ,

куда м { displaystyle m} обозначает массу, а р { displaystyle r} обозначает радиус.

При расчете с единиц, единицы будут для массы, килограммы; для радиуса, метров; а для угловой скорости радианы на второй и результирующая энергия будет в джоули.

Увеличивающееся количество энергии вращения может накапливаться в маховике до тех пор, пока ротор не расколется. растягивающая нагрузка центробежного происхождения внутри ротора превышает предел прочности на растяжение материала ротора.

σ т = ρ р 2 ω 2 { displaystyle sigma _ {t} = rho r ^ {2} omega ^ {2} }

куда:

• σ т { displaystyle sigma _ {t}} — растягивающее напряжение на ободе цилиндра
• ρ { displaystyle rho} плотность цилиндра
• р { displaystyle r} — радиус цилиндра, а
• ω { displaystyle omega} это угловая скорость цилиндра.

Маховик с приводом от электрической машины — обычное дело. Выходная мощность электрической машины примерно равна выходной мощности маховика.

Выходная мощность синхронной машины составляет:

п = ( V я ) ( V т ) ( грех ⁡ ( δ ) Икс S ) { Displaystyle P = (V_ {i}) (V_ {t}) left ({ frac { sin ( delta)} {X_ {S}}} right)}

куда:

• V я { displaystyle V_ {i}} напряжение на обмотке ротора, создаваемое полем, взаимодействующим с обмоткой статора.
• V т { displaystyle V_ {t}} напряжение статора
• δ { displaystyle delta} угол крутящего момента (угол между двумя напряжениями)

Для чего нужен маховик

1. Как элемент ДВС. Основное, если так можно сказать, самое первое его применение. Понять выполняемые в этом случае функции поможет фото

   Здесь: 1 – шейка шатунная, 2 – противовес, 3 – маховик с венцом 4 – коренная шейка, 5 – коленвал. Работа четырехтактного ДВС подразумевает, что энергия от сгорания топлива появляется неравномерно из-за того, что в разных цилиндрах этот процесс происходит в разное время. Такое ее поступление обуславливает изменяющийся во времени момент на валу ДВС. Для сглаживания этих пульсаций, а также любых неравномерностей при вращении коленвала, предусмотрено использование маховика, выступающего своеобразным аккумулятором кинетической энергии.

2. Полученный крутящий момент необходимо передать на колеса, и опять в этом процессе не обойтись без маховика. Такое его назначение основано на том, что он используется в качестве первичного вала сцепления, как показано на фото:

   1 – маховик, 2 – сцепление в сборе. В данном случае от маховика сцепление получает крутящий момент, выдаваемый ДВС, а затем передает его дальше на КПП. Не касаясь того, как организовано взаимодействие маховик-сцепление, стоит только отметить, что здесь он выступает в двоякой роли – как оконечный элемент ДВС, на который поступает развиваемый крутящий момент, и как часть сцепления, этот момент получающий.

3. Использование маховика при запуске ДВС. Такое его применение показано на фото ниже:

   Принцип работы, в этом случае, следующий – при повороте ключа зажигания реле вводит в зацепление венец маховика и шестеренку на валу стартера. Стартер начинает крутиться, создаваемый им момент раскручивает маховик и, соответственно, коленвал двигателя. Он запускается, после чего венец маховика и стартер разъединяются. Теперь должно быть понятно, для чего нужен венец.

Как производится замена маховика

Замена маховика предполагает демонтаж детали. Выполняется этот этап по следующей схеме:

1. Снимаем КПП.
2. Демонтируем кожух маховика вместе ведомым и нажимным дисками.
3. Фиксируем деталь с помощью отвертки, чтобы она не прокручивалась при отвинчивании болтов.
4. Откручиваем шесть болтов, которыми крепится маховик (отворачивать болты следует в порядке крест-накрест, чтобы упростить выполнение работы).
5. Снимаем маховик и опорную шайбу. Нужно запомнить, как расположен маховик относительно смотровой метки.

Основные этапы установки нового маховика:

Устанавливая новую запчасть, следует обеспечить ее положение аналогичное тому, в котором находилась снятая деталь.
Сборка всех сопряженных элементов выполняется в порядке, обратном разборке

Важно проследить за правильностью расположения кожуха маховика и соблюдать рекомендуемые автопроизводителем моменты затяжки болтов крепления (примерно 100 Н*м).

Затягивают крепежные болты на маховике крест-накрест. Кроме того, следует проверить, чтобы сама деталь стояла без перекосов.

После того, как маховик будет снят, нужно обеспечить стабильное положение коленвала, так как если он провернется, то это существенно усложнит сборку. Если же коленвал провернулся, вначале следует установить поршень 4-го цилиндра в верхнюю мертвую точку, а установку маховика выполнить в соответствии с меткой.

При соблюдении технологии замены маховика можно обеспечить длительную и бесперебойную эксплуатацию узла.