Bánh đà khối lượng kép (khối lượng kép) - nguyên lý, thiết kế, sê-ri

Theo thuật ngữ lóng để chỉ một con ruồi khối lượng kép hoặc khối lượng kép, có một thiết bị được gọi là bánh đà khối lượng kép. Thiết bị này cho phép truyền mô-men xoắn từ động cơ đến hộp số và xa hơn đến các bánh của xe. Bánh đà khối lượng kép đã thu hút sự chú ý của công chúng do tuổi thọ của nó thường hạn chế. Việc trao đổi không chỉ tốn công sức mà còn đòi hỏi chi phí tài chính, vì ví chứa từ vài trăm đến một nghìn euro. Trong số những người lái xe ô tô, bạn có thể thường nghe câu hỏi xe hai bánh dùng để làm gì khi chưa từng có vấn đề gì về ô tô.

Một chút lý thuyết và lịch sử

Động cơ đốt trong pittông là một cỗ máy tương đối phức tạp, hoạt động của nó bị gián đoạn theo pha. Vì lý do này, một bánh đà được kết nối với trục khuỷu, nhiệm vụ của nó là tích lũy đủ động năng để vượt qua lực cản thụ động trong hành trình nén (không hoạt động). Điều này đạt được, trong số những thứ khác, tính đồng nhất cần thiết của động cơ. Động cơ chạy cân bằng hơn khi động cơ có nhiều xi-lanh hơn hoặc bánh đà lớn hơn (nặng hơn). Tuy nhiên, bánh đà nặng hơn sẽ làm giảm khả năng sống sót của động cơ và giảm khả năng sẵn sàng quay nhanh của động cơ. Ví dụ, hiện tượng này có thể được quan sát thấy với động cơ 1,4 TDi hoặc 1,2 HTP. Với một bánh đà mạnh mẽ hơn, những động cơ ba xi-lanh này chạy chậm hơn và cũng chậm lại. Ví dụ, nhược điểm của hành vi này là sang số chậm hơn. Kích thước của bánh đà còn bị ảnh hưởng bởi thành phần của các xi lanh (thẳng hàng, phuộc hoặc boxer). Về nguyên tắc, một động cơ con lăn đối diện con lăn đối lập cân bằng hơn nhiều so với, ví dụ, động cơ bốn xi-lanh thẳng hàng. Do đó, nó cũng có bánh đà nhỏ hơn so với động cơ bốn xi-lanh thẳng hàng tương đương. Kích thước của bánh đà cũng ảnh hưởng đến nguyên tắc đốt cháy, ví dụ, động cơ diesel hiện đại hầu như luôn cần bánh đà. So với động cơ xăng, động cơ diesel thường có tỷ số nén cao hơn nhiều, trên mức đó chúng tiêu thụ nhiều công hơn đáng kể - động năng của bánh đà quay.

Động năng Ek liên quan đến một bánh đà quay được tính theo công thức sau:

Ec = 1/2·J ω2

(ở đâu J là momen quán tính của vật đối với trục quay, ω là vận tốc góc quay của vật).

Trục cân bằng cũng giúp loại bỏ hoạt động không đồng đều, nhưng chúng đòi hỏi một lượng công cơ học nhất định để đẩy chúng. Ngoài sự không đồng đều, việc lặp lại tuần hoàn XNUMX kỳ còn dẫn đến hiện tượng rung xoắn, ảnh hưởng không tốt đến quá trình truyền động và truyền lực. Khối lượng quán tính thông thường của động cơ đốt trong bao gồm khối lượng quán tính của các bộ phận của cơ cấu tay quay (trục cân bằng), bánh đà và ly hợp. Tuy nhiên, điều này là không đủ để loại bỏ những rung động không mong muốn trong trường hợp động cơ diesel mạnh mẽ và đặc biệt là ít trụ. Do đó, bộ truyền động và toàn bộ hệ thống truyền động phải được bảo vệ khỏi những tác động bất lợi này, vì sự cộng hưởng quá mức có thể xảy ra ở một số tốc độ nhất định, dẫn đến căng thẳng quá mức trên trục khuỷu và bộ truyền động, rung lắc khó chịu của cơ thể và tiếng ồn của nội thất xe. Có thể thấy rõ điều này trong sơ đồ dưới đây, nó thể hiện biên độ dao động của động cơ và bộ truyền động với bánh đà thông thường và khối lượng kép. Dao động của trục khuỷu ở lối ra khỏi động cơ và dao động ở lối vào của bộ truyền thực tế có cùng biên độ và tần số. Ở một số tốc độ nhất định, những biến động này chồng chéo lên nhau, dẫn đến những rủi ro và biểu hiện không mong muốn được chỉ ra.

Người ta thường biết rằng động cơ diesel mạnh hơn đáng kể so với động cơ xăng nên các bộ phận của chúng nặng hơn (cơ cấu tay quay, thanh truyền, v.v.). Định cỡ và cân bằng một động cơ như vậy là một bài toán thực sự phức tạp, lời giải của nó bao gồm một loạt tích phân và đạo hàm. Tóm lại, một động cơ đốt trong được tạo thành từ một số bộ phận, mỗi bộ phận có trọng lượng và độ cứng riêng, cùng nhau tạo thành một hệ thống lò xo xoắn. Một hệ thống các vật thể như vậy, được kết nối bằng lò xo, có xu hướng dao động ở các tần số khác nhau trong quá trình hoạt động (dưới tải). Dải tần số dao động đáng kể đầu tiên nằm trong khoảng 2-10 Hz. Tần suất này có thể được coi là tự nhiên và thực tế không được con người cảm nhận. Dải tần số thứ hai nằm trong khoảng 40-80 Hz và chúng tôi cảm nhận những rung động này là rung động và tiếng ồn là tiếng gầm. Nhiệm vụ của các nhà thiết kế là loại bỏ sự cộng hưởng này (40-80 Hz), trong thực tế có nghĩa là di chuyển đến nơi mà một người ít khó chịu hơn nhiều (khoảng 10-15 Hz).

Chiếc xe có một số cơ chế loại bỏ các rung động và tiếng ồn khó chịu (khối im lặng, ròng rọc, cách âm), và cốt lõi là ly hợp ma sát đĩa thông thường cổ điển. Ngoài việc truyền mô-men xoắn, nhiệm vụ của nó còn là làm giảm các dao động xoắn. Nó chứa các lò xo, trong trường hợp có rung động không mong muốn, sẽ nén và hấp thụ phần lớn năng lượng của nó. Trong trường hợp của hầu hết các động cơ xăng, khả năng hấp thụ của một ly hợp là đủ. Một quy tắc tương tự được áp dụng cho động cơ diesel cho đến giữa những năm 90, khi động cơ 1,9 TDi huyền thoại với bơm quay Bosch VP là đủ với bộ ly hợp thông thường và bánh đà khối lượng đơn cổ điển.

Tuy nhiên, theo thời gian, động cơ diesel bắt đầu cung cấp ngày càng nhiều năng lượng do khối lượng (số lượng xi lanh) ngày càng ít đi, văn hóa vận hành của chúng được đặt lên hàng đầu, và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là áp lực lên "bánh đà cưa" cũng được phát triển nhiều hơn và các tiêu chuẩn môi trường nghiêm ngặt hơn. Nói chung, công nghệ cổ điển không còn cung cấp sự giảm bớt dao động xoắn nữa, và do đó nhu cầu về một bánh đà hai khối lượng trở thành một nhu cầu cần thiết. Công ty đầu tiên giới thiệu bánh đà khối lượng kép ZMS (Zweimassenschwungrad) là LuK. Việc sản xuất hàng loạt của nó bắt đầu vào năm 1985, và BMW của Đức là nhà sản xuất ô tô đầu tiên thể hiện sự quan tâm đến thiết bị mới này. Bánh đà khối lượng kép đã trải qua một số cải tiến kể từ đó, với đầu tàu bánh răng hành tinh ZF-Sachs hiện được coi là loại tiên tiến nhất.

Bánh đà khối lượng kép – thiết kế và chức năng

Bánh đà khối lượng kép thực tế hoạt động giống như bánh đà thông thường, cũng thực hiện chức năng giảm rung động xoắn và do đó loại bỏ phần lớn các rung động và tiếng ồn không mong muốn. Bánh đà khối lượng kép khác với loại cổ điển ở chỗ bộ phận chính của nó - bánh đà - được kết nối linh hoạt với trục khuỷu. Do đó, trong giai đoạn tới hạn (cho đến đỉnh nén), nó cho phép trục khuỷu giảm tốc một chút, và sau đó lại tăng tốc (trong quá trình giãn nở) một lần nữa. Tuy nhiên, bản thân tốc độ của bánh đà không đổi nên tốc độ ở đầu ra của hộp số cũng không đổi và không bị rung. Bánh đà khối lượng kép truyền động năng của nó một cách tuyến tính đến trục khuỷu, phản lực tác dụng lên bản thân động cơ mượt mà hơn và cực đại của các lực này thấp hơn nhiều nên động cơ cũng ít rung và lắc phần còn lại của động cơ hơn. thân hình. Việc phân chia thành quán tính sơ cấp phía động cơ và quán tính thứ cấp phía hộp số làm tăng momen quán tính của các chi tiết quay trong hộp số. Điều này di chuyển phạm vi cộng hưởng đến phạm vi tần số (vòng/phút) thấp hơn tốc độ không tải và do đó nằm ngoài phạm vi tốc độ vận hành của động cơ. Bằng cách này, các rung động xoắn do động cơ tạo ra được tách ra khỏi hộp số, đồng thời tiếng ồn của hộp số và tiếng gầm của thân xe không còn xảy ra. Do bộ phận sơ cấp và thứ cấp được nối với nhau bằng bộ giảm rung xoắn nên có thể sử dụng đĩa ly hợp không có hệ thống treo xoắn.

Bánh đà khối lượng kép cũng đóng vai trò như một bộ giảm xóc. Điều này có nghĩa là nó giúp giảm chấn động ly hợp trong quá trình sang số (khi tốc độ động cơ cần cân bằng với tốc độ bánh xe) và cũng giúp khởi động mượt mà hơn. Tuy nhiên, các phần tử đàn hồi (lò xo) trong bánh đà khối lượng kép liên tục bị mỏi và cho phép bánh đà di chuyển rộng hơn và dễ dàng hơn so với trục khuỷu. Vấn đề phát sinh khi họ đã mệt mỏi - họ bị kéo ra ngoài hoàn toàn. Ngoài việc lò xo bị giãn ra, bánh đà mòn còn có nghĩa là đẩy các lỗ trên chốt khóa ra ngoài. Do đó, bánh đà không những không làm giảm các dao động (dao động) mà ngược lại, tạo ra chúng. Các điểm dừng ở giới hạn cực đại của vòng quay bánh đà bắt đầu xuất hiện, thường gặp nhất là va chạm khi sang số, khởi động, chỉ trong mọi tình huống khi khớp ly hợp được gài hoặc nhả hoặc khi thay đổi tốc độ. Sự hao mòn cũng sẽ biểu hiện như khởi động giật cục, rung và ồn quá mức khoảng 2000 vòng/phút hoặc rung quá mức khi không hoạt động. Nói chung, bánh đà khối lượng kép chịu ứng suất lớn hơn nhiều trong các động cơ ít hình trụ hơn (ví dụ: ba/bốn xi-lanh), nơi độ không đồng đều lớn hơn nhiều so với động cơ sáu xi-lanh.

Về mặt cấu tạo, một bánh đà khối lượng kép bao gồm một bánh đà sơ cấp, một bánh đà thứ cấp, một van điều tiết bên trong và một van điều tiết bên ngoài.

Làm thế nào để Ảnh hưởng / Kéo dài Tuổi thọ của Bánh đà Khối lượng kép?

Tuổi thọ bánh đà bị ảnh hưởng bởi thiết kế của nó cũng như các đặc tính của động cơ mà nó được lắp đặt. Cùng một bánh đà của cùng một nhà sản xuất chạy 300 km trên một số động cơ và trên một số động cơ, nó sẽ chỉ mất một nửa. Ý định ban đầu là phát triển bánh đà khối lượng kép có thể tồn tại cùng tuổi (km) với toàn bộ chiếc ô tô. Thật không may, trong thực tế, bánh đà thường phải được thay thế sớm hơn nhiều, nhiều lần trước cả đĩa ly hợp. Ngoài thiết kế của động cơ và bản thân bánh đà khối lượng kép, dây dẫn có ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ của nó. Tất cả các tình huống dẫn đến việc truyền đòn theo hướng này hay hướng khác đều làm giảm tuổi thọ của nó.

Để kéo dài tuổi thọ của Bánh đà khối lượng kép, không nên thường xuyên để động cơ thiếu lái (đặc biệt là dưới 1500 vòng / phút), bóp mạnh ly hợp (tốt nhất là không chuyển số khi chuyển số) và không giảm số động cơ (tức là phanh động cơ). chỉ ở một tốc độ hợp lý). Điều thường xảy ra là ở tốc độ 80 km / h, bạn không bật số thứ hai mà là số thứ ba hoặc thứ tư và dần dần chuyển sang số thấp hơn). Một số nhà sản xuất khuyến nghị (trong trường hợp này là VW) rằng nếu ô tô đang đỗ với ô tô đứng yên trên bờ thoai thoải, thì trước tiên phải gài phanh tay và sau đó phải gài số (số lùi hoặc số XNUMX). Nếu không, xe sẽ di chuyển nhẹ và bánh đà khối lượng kép sẽ rơi vào trạng thái được gọi là ăn khớp vĩnh viễn, gây ra lực căng (lò xo kéo dài). Do đó, không nên sử dụng tốc độ lên dốc, và nếu vậy, chỉ sau khi phanh xe bằng phanh tay, để không gây ra chuyển động nhẹ và tải trọng dài hạn sau đó - đóng hệ thống truyền động, tức là bánh đà khối lượng kép . Việc tăng nhiệt độ của đĩa ly hợp cũng liên quan trực tiếp đến việc giảm tuổi thọ của bánh đà khối lượng kép. Bộ ly hợp quá nóng, đặc biệt là khi kéo rơ-mooc nặng hoặc phương tiện khác, lái xe địa hình, v.v. Bộ ly hợp sẽ tự mở khóa ngay cả khi động cơ bị hỏng. Cần lưu ý rằng nhiệt tỏa ra từ đĩa ly hợp dẫn đến quá nhiệt cho các bộ phận khác nhau của bánh đà (đặc biệt nếu đó là rò rỉ chất bôi trơn), điều này càng ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ.

Sửa chữa - thay thế bánh đà khối lượng kép và thay thế bằng bánh đà thông thường

Không có gì gọi là sửa chữa một bánh đà bị mòn quá mức. Sửa chữa liên quan đến việc thay thế bánh đà cùng với cụm ly hợp (lamellae, lò xo nén, vòng bi). Toàn bộ quá trình sửa chữa khá tốn công sức (khoảng 8-10 giờ), khi cần phải tháo hộp số, và đôi khi là cả động cơ. Tất nhiên, chúng ta không được quên về tài chính, nơi bánh đà rẻ nhất được bán với giá khoảng 400 euro, đắt nhất - hơn 2000 euro. Tại sao phải thay một đĩa ly hợp vẫn còn trong tình trạng tốt? Nhưng đơn giản là vì khi bảo dưỡng đĩa ly hợp, việc nó sẽ ra đi chỉ là vấn đề thời gian và quy trình tốn thời gian, tốn kém gấp mấy lần so với đĩa ly hợp này sẽ phải thực hiện lại. Khi thay thế một bánh đà, bạn nên xem liệu có phiên bản phức tạp hơn có thể đi được nhiều dặm hơn hay không - tất nhiên là được nhà sản xuất xe hỗ trợ và chấp thuận.

Rất thường xuyên, bạn có thể tìm thấy thông tin về việc thay thế một bánh đà hai khối lượng bằng một loại cổ điển, trong đó các thanh lam có van điều tiết xoắn được sử dụng. Như đã đề cập ở các bài trước, bánh đà khối lượng kép ngoài chức năng tiện lợi còn thực hiện chức năng của bộ giảm rung xoắn, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến tình trạng của các bộ phận chuyển động của động cơ (trục khuỷu) hoặc hộp số. Ở một mức độ nhất định, sự giảm rung động cũng có thể được loại bỏ bởi chính tấm lò xo, nhưng nó không thể mang lại hiệu suất tương tự như bánh đà khối lượng kép mạnh mẽ và phức tạp hơn nhiều. Thêm vào đó, nếu nó đơn giản như vậy, nó đã được các nhà sản xuất ô tô và chủ sở hữu tài chính của họ, những người không ngừng làm việc để cắt giảm chi phí từ lâu. Do đó, thông thường không nên thay bánh đà khối lượng kép bằng bánh đà khối lượng đơn.

Đừng coi thường việc thay thế một bánh đà bị mòn

Chúng tôi đặc biệt không nên hoãn việc thay thế một bánh đà bị mòn quá mức. Ngoài các biểu hiện trên, có nguy cơ bị lỏng (tách) bất kỳ bộ phận nào của bánh đà. Ngoài việc phá hủy bản thân bánh đà, động cơ hoặc hộp số cũng có thể bị hư hỏng nghiêm trọng. Bánh đà bị mòn quá mức cũng ảnh hưởng đến hoạt động chính xác của cảm biến tốc độ động cơ. Khi các phần tử lò xo dần mòn, hai bộ phận bánh đà lệch ngày càng nhiều cho đến khi chúng nằm ngoài dung sai được đặt trong bộ điều khiển. Đôi khi điều này dẫn đến thông báo lỗi, và đôi khi, ngược lại, bộ phận điều khiển cố gắng điều chỉnh và điều khiển động cơ dựa trên dữ liệu không chính xác. Điều này dẫn đến hiệu suất kém và trong trường hợp xấu nhất là các vấn đề khởi động. Sự cố này đặc biệt phổ biến với các động cơ cũ hơn trong đó cảm biến trục khuỷu phát hiện chuyển động ở phía đầu ra của bánh đà khối lượng kép. Các nhà sản xuất đã loại bỏ vấn đề này bằng cách thay đổi cách lắp đặt cảm biến, vì vậy trong các động cơ mới hơn, nó phát hiện tốc độ trục khuỷu ở đầu vào bánh đà.