Крутильні коливання колінчастого валу виникають при його обертанні під впливом прикладених до кривошипів періодично діючих сил. Якщо період дії цих сил збігається з періодом вільних коливань колінчастого валу або кратен йому, виникає явище резонансу: амплітуда крутильних коливань зростає, і вал внаслідок збільшення напруги може зруйнуватися. Двигуни конструюють так, щоб резонанс не наставав при частоті обертання, що відповідає експлуатаційним режимам роботи, проте крутильні коливання існують завжди. Гаситель крутильних коливань, що встановлюється в деяких конструкціях зчеплень, служить для запобігання трансмісії від крутильних коливань, які можуть виникнути в ній внаслідок нерівномірності обертання колінчастого валу двигуна, що викликається його крутильними коливаннями.
Мал. Ведений диск зчеплення з гасителем крутильних коливань
Види гасників крутильних коливань
Існують два типи гасників крутильних коливань:
- фрикційні
- гідравлічні
Найбільшого поширення набули фрикційні гасителі. До веденого диска 1 з його фрикційними накладками 10 і балансувальною пластиною 11 зчеплення приєднаний заклепками диск 7 9 гасника, який встановлений між двома дисками 5, прикріпленими до фланця маточини 6 веденого диска. У дисках гасника і фланця маточини є вікна (наприклад, їх може бути вісім), в яких при складанні встановлені пружини 2 гасника разом з опорними пластинами 3. До фланця маточини прикріплені також масловідбивні кільця 4, завдяки чому виключається можливість випадання пружин з дисків. Між дисками фланця маточини та диском гасника розташовані фрикційні елементи 8 (у вигляді кільця або пластин). Диск гасника, не пов'язаний жорстко зі маточицею, при виникненні крутильних коливань отримує кутове переміщення щодо дисків фланця маточини, яке супроводжується тертям між зазначеними деталями та фрикційними елементами. Цим і досягається поглинання енергії крутильних коливань і як наслідок гасіння коливань провідного валу коробки передач та пов'язаних з ним деталей трансмісії. Деформація пружин гасника при взаємному переміщенні дисків гасника та фланця маточини зменшує різкість включення зчеплення. Наявність гасника крутильних коливань сприяє зменшенню шуму та зношування зубів шестерень коробки передач.
Гаситель коливань (демпфер)
Гаситель крутильних коливань (а) та його неробоче (б) та робоче (в) положення:
1 та 9 - накладки диска; 2 - пластинчаста пружина; 3 - ведений диск; 4 - фрикційні шайби; 5 - маточина веденого диска; 6 - регулювальна шайба; 7 - пружина; 8-пластина гасника.
Для запобігання передачі кутових коливань від двигуна на вали трансмісії у конструкції зчеплення передбачено гасник крутильних коливань (демпфер). Пружини демпферазабезпечують пружну зв'язок веденого диска зчеплення з його маточкою.
При відсутності передачі крутного моменту вирізи фланця маточини і веденого диска, в яких розташовані циліндричні демпферні пружини, збігаються. Передача крутного моменту від веденого диска до його маточини здійснюється через демпферні пружини. При цьому ведений диск повертається на деякий кут щодо фланця маточини і між ними виникає тертя. Таким чином, енергія крутильних коливаньперетворюється на теплову. Граничне кутове усунення дисків обмежено розміром вирізів у фланці маточини.
Гаситель коливань (демпфер) вводять у конструкцію зчеплення для запобігання трансмісії автомобіля від резонансних крутильних коливань, що виникають при збігу однієї з частот власних коливань трансмісії з частотою дії сили, що обурює, що викликається пульсацією крутного моменту двигуна.
Пружний елемент гасника служить для зниження жорсткості трансмісії. При цьому зменшуються частоти власних коливань трансмісії та усувається можливість появи високочастотного резонансу. Оскільки мінімальну жорсткість пружного елемента гасника доводиться обмежувати з конструктивних міркувань, трансмісія автомобіля не може бути захищена від резонансу низьких частотах. Тому, крім пружного елемента, в конструкцію гасника доводиться вводити поглинач енергії низькочастотних резонансних коливань зазвичай за допомогою тертя.
На малюнку показано найпоширеніші схеми гасників. Пружним елементом є пружини. 3 , тангенціально розташовані та вставлені у вікна, прорізані у провідних дисках 1 і 2 та у фланці ведомої маточини 4 . На диску 1 закріплений ведений диск зчеплення; диски 1 і 2 з'єднані між собою заклепками 6 . Прокладки 5(а),виготовлені зі сталі або фрикційного матеріалу, за товщиною та кількістю підбирають так, щоб забезпечити необхідний момент тертя між провідним та веденим елементами гасника для поглинання енергії коливань при резонансі.
У зчепленнях вантажних автомобілів зазвичай замість прокладок 5 встановлюють пружинні кільця 7 (б),які при стягуванні заклепками створюють осьову силу, необхідну отримання певного моменту тертя. В даному випадку при складанні гасника не потрібно таке точне регулювання моменту тертя, як у першому варіанті.
Конструкційні схеми гасників у трансмісії автомобіля.
Для більш ефективного гасіння коливань іноді гасителі конструюють із змінною жорсткістю: спочатку жорсткість менша, а потім вона збільшується. Така зміна початкової жорсткості досягається тим, що спочатку в роботу вступає лише частина пружин. 3 , А потім уже всі інші. Для цього довжину вікон у фланці маточини та у ведених дисках, в які вставлені пружини. 3 , роблять менше, ніж в інших вікон. Граничний момент Мmax, що скручує гасник до упорів і обмежує його мінімальну жорсткість, вибирають зазвичай рівним моменту, що визначається зчіпною вагою автомобіля при коефіцієнті зчеплення 0,8 , тобто:
Пристосування, що забезпечують чистоту вимкнення зчеплення.
Запобігання трансмісії автомобіля від інерційних навантажень забезпечується правильним вибором коефіцієнт запасу зчеплення. Подальшого зниження інерційних навантажень, що передаються від двигуна на трансмісію, можна досягти, обмежуючи різкість включення зчеплення або введенням гідродинамічної муфти. Гасник (демпфер) при невеликій кількості обертів колінчастого валу двигуна знижує інерційний момент, що передається від двигуна на трансмісію, на 10-15%. При числі оборотів понад 2500 за хвилину інерційний момент зменшується за наявності гасника лише на 5-6%.
Повне відключення двигуна від трансмісії досягається наявністю зазору між дисками зчеплення у вимкненому стані. В однодискових зчепленнях за відсутності важелів вимкнення, що примусово відводять натискний диск, для цієї мети застосовують слабку пружину 2, що відтягує натискний диск 1 від веденого при вимкненому зчепленні (а). У дводискових зчепленнях середній провідний диск 4 в момент вимкнення зчеплення відштовхується від маховика слабкою кручений або пластинчастою пружиною 3 (б) і упирається в болт 5, вкручені в корпус 6 зчеплення.
Крутильні коливання чи вібрації виникають у процесі через його нерівномірної з різних боків форми і маховика. У цій статті ми поговоримо про те, звідки вони виникають, чим небезпечні, і розповімо про пристрій, що знижує вплив цих вібрацій – гаситель крутильних коливань.
Будь-який маховик двигуна має певну масу, яка не повною мірою поєднується з колінчастим валом двигуна. При обертанні коленвала, маховик, маючи велику масу, почне вагатися, що призводить до появи певних вібрацій не тільки на ньому, а й на валу. Частота та амплітуда коливань безпосередньо залежатиме від маси маховика, а також його радіусу. Чим більша відстань від краю до центру і більша маса маховика, тим вища ця частота коливань.
При зменшенні впливу, що додається від поршнів та шатунів, зменшуються і вібрації. Логічно припустити, що якщо не прикладати велике навантаженняна колінвал, цих вібрацій можна позбутися, проте ми не в змозі постійно знижувати навантаження на вал, так як автомобіль весь час перебуває в русі. Цей видколивань, одержуваних при дії на маховик зовнішніх сил, називається вимушеним.
Небезпечним явищем, яке можуть перерости коливання – це резонанс. У процесі обертання маховика він знаходиться в механічному зв'язку з первинним валом коробки передач. Вал КПП також має невелику величину вібрацій, що взаємно передається на маховик коленвала. Якщо ці коливання збігаються, це призводить до резонансу - пропорційного підвищення коливань обох механічних елементів і, як наслідок, руйнування обох валів.
Гаситель крутильних коливань
Як ви зрозуміли, збіг частот цих вібрацій зовсім не допустимий, саме тому в трансмісії автомобіля передбачено спеціальний пристрій - демпфер. Він встановлюється на диску зчеплення автомобіля та має спеціальну конструкцію. Завдання демпфера полягає у створенні найпружнішого зв'язку диска зчеплення з його невеликою маточкою на колінчастому валу.
Демпфер є пружини циліндричної форми, які по колу встановлюються на всьому внутрішньому колі диска зчеплення. Пружини гасника забезпечують захист трансмісії автомобіля від збігу частот коливань маховика та зчеплення на великих обертах колінвалового обертання. Однак такий пристрій не здатний забезпечити надійний захист при низьких частотах коливань. Спеціально для цього служить інший пристрій, який називається поглинач низькочастотних коливань.
У вантажних автомобілях на зчепленні замість демпферних пружин застосовуються круглі, що стискаються при скручуванні елемента. Головна відмінність від демпфера - це відсутність необхідно проводити широке регулювання елемента. Така пружина в процесі обертання стискається і за допомогою підвищення тертя передає момент, що обертає, на первинний вал КПП.
Відео - Теорія ДВС: Колінвал частина 2, "Гаситель крутильних коливань"
Ось так відбувається зниження крутильних коливань у двигуні та трансмісії автомобіля при експлуатації. Як бачимо, тут немає нічого складного чи незрозумілого. Бажаємо вам удачі на дорогах!