Drgania skrętne wału korbowego powstają, gdy obraca się on pod wpływem okresowo działających sił działających na korby. Jeżeli okres działania tych sił pokrywa się z okresem drgań swobodnych wału korbowego lub jest jego wielokrotnością, wówczas zachodzi zjawisko rezonansu: wzrasta amplituda drgań skrętnych, a wał może się zapaść z powodu zwiększonego naprężenia. Silniki są tak skonstruowane, że przy prędkościach odpowiadających warunkom pracy rezonans nie występuje, lecz zawsze występują drgania skrętne. Tłumik drgań skrętnych, montowany w niektórych konstrukcjach sprzęgieł, służy do ochrony przekładni przed drganiami skrętnymi, które mogą w niej wystąpić na skutek nierównomiernego obrotu wału korbowego silnika spowodowanego jego drganiami skrętnymi.
Ryż. Napędzana tarcza sprzęgła z tłumikiem drgań skrętnych
Rodzaje tłumików drgań skrętnych
Wyróżnia się dwa rodzaje tłumików drgań skrętnych:
- tarcie
- hydrauliczny
Najczęściej stosowane są amortyzatory cierne. Do tarczy napędzanej 1 wraz z okładzinami ciernymi 10 i tarczą wyważającą 11 sprzęgła mocowana jest za pomocą nitów 7 tarcza amortyzatora 9, która jest instalowana pomiędzy dwiema tarczami 5 przymocowanymi do kołnierza piasty 6 tarczy napędzanej. Tarcze amortyzatora i kołnierz piasty mają okienka (na przykład może być ich osiem), w których podczas montażu montuje się sprężyny amortyzatora 2 wraz z płytkami wsporczymi 3. Do piasty przymocowane są również pierścienie odchylające olej 4 kołnierza, eliminując w ten sposób możliwość wypadania sprężyn z talerzy. Pomiędzy tarczami kołnierza piasty a tarczą amortyzatora znajdują się elementy cierne 8 (w postaci pierścienia lub płytek). Tarcza amortyzatora, która nie jest sztywno połączona z piastą, podczas występowania drgań skrętnych, podlega ruchowi kątowemu względem tarcz kołnierza piasty, któremu towarzyszy tarcie pomiędzy tymi częściami a elementami ciernymi. Dzięki temu osiąga się absorpcję energii drgań skrętnych i w efekcie tłumienie drgań wału napędowego skrzyni biegów i współpracujących z nią części przekładni. Odkształcenie sprężyn amortyzatora podczas wzajemnego ruchu tarcz amortyzatora i kołnierza piasty zmniejsza ostrość załączenia sprzęgła. Obecność tłumika drgań skrętnych pomaga zmniejszyć hałas i zużycie zębów przekładni skrzyni biegów.
Tłumik drgań (tłumik)
Tłumik drgań skrętnych (a) oraz jego położenie niepracujące (b) i robocze (c):
1 i 9 — podkładki pod tarcze; 2 - resor piórowy; 3 — dysk napędzany; 4 — podkładki cierne; 5 — piasta dyskowa napędzana; 6 — podkładka regulacyjna; 7 - wiosna; 8 – płyta amortyzatora.
Konstrukcja sprzęgła zapewnia zapobieganie przenoszeniu drgań kątowych z silnika na wały napędowe tłumik drgań skrętnych (tłumik). Sprężyny amortyzatorów zapewniają elastyczność połączenie tarczy napędzanej sprzęgła z jej piastą.
W przypadku braku przeniesienia momentu obrotowego wycięcia kołnierza piasty i tarczy napędzanej, w której znajdują się sprężyny śrubowe amortyzatora, pokrywają się. Przeniesienie momentu obrotowego z napędzanej tarczy na jej piastę odbywa się za pomocą sprężyn tłumiących. W tym przypadku napędzana tarcza obraca się pod pewnym kątem w stosunku do kołnierza piasty i powstaje między nimi tarcie. Zatem, energia drgań skrętnych zamienia się w ciepło. Maksymalne przemieszczenie kątowe tarcz jest ograniczone wielkością wycięć w kołnierzu piasty.
Tłumik drgań (tłumik) wprowadzone do konstrukcji sprzęgła dla chroniąca przekładnię pojazdu przed rezonansowymi drganiami skrętnymi, powstające, gdy jedna z częstotliwości drgań własnych przekładni pokrywa się z częstotliwością siły zakłócającej wywołanej pulsacją momentu obrotowego silnika.
Służy do tego elastyczny element amortyzatora w celu zmniejszenia sztywności przekładni. Jednocześnie zmniejszane są częstotliwości własne transmisji i eliminowana jest możliwość rezonansu o wysokiej częstotliwości. Ponieważ minimalna sztywność elementu sprężystego amortyzatora musi być ograniczona ze względów konstrukcyjnych, przekładni pojazdu nie można chronić przed rezonansem przy niskie częstotliwości. Dlatego oprócz elementu sprężystego w konstrukcji amortyzatora należy wprowadzić pochłaniacz energii drgań rezonansowych o niskiej częstotliwości, zwykle wykorzystujący tarcie.
Rysunek przedstawia najczęściej spotykane obwody przepustnic. Sprężyny pełnią rolę elementów elastycznych 3 , ustawione stycznie i włożone w okienka wycięte w dyskach napędowych 1 I 2 oraz w napędzanym kołnierzu piasty 4 . Na dysku 1 tarcza napędzana sprzęgłem jest stała; dyski 1 I 2 połączone nitami 6 . Uszczelki 5 lit. a), wykonane ze stali lub materiału ciernego, ich grubość i ilość dobierana jest w taki sposób, aby zapewnić niezbędny moment tarcia pomiędzy elementami napędzającym i napędzanym tłumika w celu pochłaniania energii drgań podczas rezonansu.
W sprzęgłach ciężarówek zwykle zamiast uszczelek 5 zamontować pierścienie sprężyste 7 lit. b), które po dokręceniu nitami wytwarzają siłę osiową niezbędną do uzyskania określonego momentu tarcia. W tym przypadku przy montażu amortyzatora nie jest wymagana tak precyzyjna regulacja momentu tarcia jak w wariancie pierwszym.
Schematy konstrukcyjne amortyzatorów w skrzyni biegów samochodu.
Dla skuteczniejszego tłumienia drgań Czasami amortyzatory zaprojektowano ze zmienną sztywnością: Na początku twardość jest mniejsza, a następnie wzrasta. Tę zmianę początkowej sztywności uzyskuje się poprzez to, że początkowo działa tylko część sprężyn 3 , a potem wszyscy inni. Aby to zrobić, długość okienek w kołnierzu piasty i w napędzanych tarczach, w które wkładane są sprężyny 3 rób mniej niż inne okna. Ogranicz moment Mmaks, dokręcając amortyzator do ograniczników i ograniczając jego minimalną sztywność, zwykle wybiera się moment równy momentowi określonemu przez masę przyczepności samochodu przy współczynniku przyczepności 0,8 , to jest:
Urządzenia zapewniające czyste zwolnienie sprzęgła.
Ochrona przekładni pojazdu przed obciążeniami bezwładnościowymi zapewnia właściwy dobór współczynnika rezerwy sprzęgła. Dalszą redukcję obciążeń bezwładności przenoszonych z silnika na skrzynię biegów można osiągnąć poprzez ograniczenie siły załączenia sprzęgła lub wprowadzenie sprzęgła hydrodynamicznego. Tłumik (tłumik) przy małej liczbie obrotów wału korbowego silnika zmniejsza moment bezwładności przenoszony z silnika na skrzynię biegów o 10-15%. Przy prędkościach powyżej 2500 na minutę moment bezwładności zmniejsza się w obecności amortyzatora tylko o 5-6%.
Całkowite odłączenie silnika od skrzyni biegów osiąga się poprzez obecność szczeliny pomiędzy tarczami sprzęgła w stanie rozłączonym. W sprzęgłach jednopłytkowych, w przypadku braku dźwigni zwalniających, które na siłę cofają docisk, wykorzystuje się w tym celu słabą sprężynę 2, odciągając docisk 1 od napędzanej przy rozłączonym sprzęgle (a). W sprzęgłach dwutarczowych środkowa tarcza napędowa 4 w momencie rozłączenia sprzęgła jest odpychana od koła zamachowego przez słabą sprężynę śrubową lub płytkową 3 (b) i opiera się o śrubę 5 wkręconą w obudowę sprzęgła 6 .
W procesie występują drgania skrętne lub wibracje ze względu na nierówny kształt i koło zamachowe po różnych stronach. W tym artykule porozmawiamy o tym, skąd się biorą, dlaczego są niebezpieczne, a także porozmawiamy o urządzeniu ograniczającym wpływ tych drgań - tłumiku drgań skrętnych.
Każde koło zamachowe silnika ma pewną masę, która nie jest w pełni połączona z wałem korbowym silnika. Kiedy wał korbowy się obraca, koło zamachowe o dużej masie zacznie oscylować, co prowadzi do pojawienia się pewnych wibracji nie tylko na nim, ale także na wale. Częstotliwość i amplituda drgań będą bezpośrednio zależeć od masy koła zamachowego, a także jego promienia. Im większa odległość od krawędzi do środka i im większa masa koła zamachowego, tym wyższa jest ta częstotliwość oscylacji.
Zmniejszając siłę wywieraną przez tłoki i korbowody, zmniejszane są również wibracje. Logiczne jest założenie, że jeśli tego nie zrobisz Ciężki ładunek na wale korbowym możemy pozbyć się tych wibracji, ale nie jesteśmy w stanie stale zmniejszać obciążenia wału, ponieważ samochód jest w ciągłym ruchu. Ten typ drgania powstałe, gdy na koło zamachowe działają siły zewnętrzne, nazywane są wymuszonymi.
Niebezpiecznym zjawiskiem, w które mogą rozwinąć się wibracje, jest rezonans. Gdy koło zamachowe się obraca, jest ono połączone mechanicznie z wałem wejściowym skrzyni biegów. Wał skrzyni biegów charakteryzuje się również niewielką ilością wibracji, które są wzajemnie przenoszone na koło zamachowe wału korbowego. Jeżeli te drgania zbiegają się, prowadzi to do rezonansu - proporcjonalnego wzrostu drgań obu elementów mechanicznych i w konsekwencji do zniszczenia obu wałów.
Tłumik drgań skrętnych
Jak rozumiesz, zbieżność częstotliwości tych wibracji jest całkowicie niedopuszczalna, dlatego w skrzyni biegów samochodu przewidziano specjalne urządzenie - amortyzator. Jest montowany na tarczy sprzęgła samochodu i ma specjalną konstrukcję. Zadaniem amortyzatora jest stworzenie jak najbardziej elastycznego połączenia pomiędzy tarczą sprzęgła a jej małą piastą na wale korbowym.
Amortyzator to cylindryczna sprężyna zamontowana po okręgu na całym wewnętrznym obwodzie tarczy sprzęgła. Sprężyny tłumiące chronią przekładnię pojazdu przed zbiegiem częstotliwości drgań koła zamachowego i sprzęgła przy dużych prędkościach obrotowych wału korbowego. Jednak takie urządzenie nie jest w stanie zapewnić niezawodnej ochrony przy niskich częstotliwościach oscylacji. Specjalnie do tego celu wykorzystywane jest inne urządzenie zwane pochłaniaczem drgań o niskiej częstotliwości.
W samochodach ciężarowych zamiast sprężyn amortyzatorów stosuje się okrągłe sprężyny sprzęgła, które są ściskane w momencie skręcenia elementu. Główną różnicą w stosunku do amortyzatora jest to, że nie wymaga obszernej regulacji elementu. Sprężyna taka podczas obrotu jest ściskana i poprzez zwiększenie tarcia przenosi moment obrotowy na wał wejściowy skrzyni biegów.
Wideo — Teoria ICE: Wał korbowy, część 2, „Tłumik drgań skrętnych”
W ten sposób podczas pracy redukowane są drgania skrętne silnika i skrzyni biegów samochodu. Jak widać, nie ma tu nic skomplikowanego i niezrozumiałego. Życzymy powodzenia na drogach!