Маховик со сферическими грузами, построенный по чертежам Леонардо да Винчи. Кадр из видео. Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента как это используется на космических аппаратах.
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.
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 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.
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 диска сцепления или муфтой АКПП, затем торовыми резиновыми и вискомуфтами).
Эффект маховика использовался с древнейших времен. Например в гончарном круге, ветряных мельницах. Вероятно, одним из древнейших примеров использования маховика стала археологическая находка из Междуречья (в районе города Ур) — гончарный станок с диском из обожжённой глины, около метра в поперечнике и весом не менее центнера. Подобные изобретения неоднократно появлялись и в Китае.[1]
Согласно американскому медиевисту Линну Уайту немецкий монах Теофил упоминает в своём трактате «О различных искусствах» несколько машин, в которых применяется маховик.[2]
Во время промышленной революции, Джеймс Уатт применил маховик в паровой машине для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня[3], и его современник Джеймс Пикард использовал маховик в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное[4].
В 20-30-х годах XX века советский изобретатель А. Г. Уфимцев впервые в мире[5] применил инерционный аккумулятор на первой в России ветроэлектростанции, построенной им в г. Курске.
Использование маховика в качестве аккумулятора энергии ограничивается тем, что при превышении допустимой окружной скорости происходит разрыв маховика приводящий к большим разрушениям. Это вынуждает создавать маховики с очень большим запасом прочности, что приводит к снижению их эффективности.
Следствием этого является малая (по сравнению с другими видами аккумуляторов) удельная энергоёмкость.
Предельное значение угловой скорости маховика ω{\displaystyle \omega } определяется прочностью материала маховика на разрыв. Нетрудно показать, что для маховика в форме вращающегося диска 12Iω2=V4Smax{\displaystyle {\frac {1}{2}}I\omega ^{2}={\frac {V}{4}}S_{max}} , где Smax{\displaystyle S_{max}} - предел прочности материала маховика на разрыв (сила разрыва на единицу площади), V{\displaystyle V} - объем диска. Для плавленого кварца Smax=3×109{\displaystyle S_{max}=3\times 10^{9}} Н/м2. Энергоемкость маховика из плавленого кварца объемом 0,1{\displaystyle 0,1} м3 и весом 200{\displaystyle 200} кг будет равна энергоемкости 13{\displaystyle 13} л бензина[6].
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.
ru-wiki.org
Среди множества деталей любого транспортного средства существуют такие, о которых редко слышали даже бывалые автомобилисты. Вот, к примеру, мало кто знает, что такое венец маховика, не говоря уже о его самостоятельной замене. В этом нет ничего удивительного, ведь большинство современных автомобилистов не привыкли «копаться» в своих машинах, как это делали наши отцы и деды. Так что же это такое – венец маховика, когда он подлежит замене и как ее осуществить? Об этом вы узнаете уже через несколько минут.
Маховик используется в автомобиле для проворачивания коленвала при работе двигателя. Как и все остальные детали, со временем он приходит в негодность, что чаще всего обусловлено естественным износом.
На разных машинах неисправный маховик проявляет себя по-разному, но все случаи объединяет скрип при запуске и остановке силового агрегата, а также вибрация при начале движения. Кроме того, практически любой водитель заметит, как при работе на небольших оборотах мотор начинает троить, а при повышении оборотов вибрации пропадают. Все эти признаки неисправного маховика очень быстро приводят к его поломке, вследствие чего двигатель перестает запускаться, и машина никуда не поедет.
Для решения проблемы неисправности маховика, признаки которой мы только что назвали, вам нужно пройти три последовательных этапа: снятие КПП, снятие корзины сцепления и демонтаж самого маховика.
Если вы хотите демонтировать коробку передач быстро и без лишних материальных затрат (в том числе и на покупку нового масла для его повторного залива), тогда нужно осуществить всего несколько действий: открутить продольные рычаги крепления (их еще называют «сабли») и снять стартер.
В большинстве случаев этого уже достаточно, чтобы отсоединить КПП от мотора, и все, что остается, – это демонтировать кулису, опоры передаточной коробки и контактные массы датчика заднего хода. Теперь поставьте снятую трансмиссию на пол, тем самым открывая себе беспрепятственный доступ к сцеплению и самому зубчатому венцу маховика.
Следующим этапом на пути успешной замены венца маховика является снятие корзины сцепления. Для этого вам не понадобятся никакие специальные съемники, достаточно будет лишь накидного ключа на 13 или 17 (в зависимости от вида транспортного средства и его модели). Ключ нужно подсунуть через пластиковую крышку и не спеша открутить все крепежные болты с разбивкой по 120 градусов.
Важно! При обратной установке корзины (новой или старой), ее необходимо установить четко на то же самое место, где она была до этого, иначе вибрация никуда не денется. Чтобы не ошибиться и все сделать правильно, место возле болтов следует пометить.
Чтобы определить признаки износа маховика (находится в конце коленвала) его необходимо сначала снять. Однако, прежде чем откручивать болты крепления, устройство нужно зафиксировать. В одних случаях с этой целью используют стандартный фиксатор, в других – самостоятельно изготавливают более удобный для себя инструмент. К примеру, можно взять направляющую от серверной стойки, дополненную насверленными отверстиями. Такое приспособление прикручивается к маховику крепежными болтами корзины, таким способом удерживаясь от проворачивания.
Также можно воспользоваться нижним левым резьбовым отверстием в креплении картера, куда вворачивают болт, тем самым предотвращая проворачивание венца маховика.
Обратите внимание! Перед демонтажем маховика следует помнить о необходимости пометок взаимного расположения коленчатого вала и интересующей нас детали.
Далее, следует упереть отвертку в венец маховика и открутить его крепежные болты. Придерживая деталь, выньте опорную шайбу и снимите сам маховик.
Установка нового элемента проводится в обратном порядке, с учетом расположения крепежных отверстий в двух противоположных положениях. Нужно учитывать тот факт, что балансировка маховика на заводе-изготовителе выполняется вместе с коленвалом, а значит, он требует строгой установки в первоначальное положение.
А знаете ли Вы? Одним из самых древних вариантов использования эффекта маховика является гончарный круг ветряных мельниц.
Выполняя ремонт маховика двигателя или его замену, вам, естественно, понадобится определенный инструментарий для выполнения демонтажа старой детали. К нему относят динамометрический ключ, отвертку, торцевой ключ на 17. А вообще лучше иметь при себе набор головок, гаечных ключей и отверток – мало ли что может понадобиться в процессе работы. Они также будут полезными и при демонтаже МКПП и снятии корзины сцепления. Некоторые автомобилисты обходятся зубилом, слесарным молотком и надежным основанием, на которое устанавливается снятый маховик.
Если вы не знаете, как поменять венец маховика в самостоятельном порядке, или же сомневаетесь в собственных силах, то вам следует понимать, что это относительно простая процедура, которая не отнимет много времени (например, процедура замены венца маховика, в большинстве случаев, не займет больше 15-20 минут).
Если при снятии венец маховика будет переворачиваться неразбитой частью зубьев, тогда нужно нанести на него взаимные метки, что поможет не ошибиться при обратной установке.
Старый венец сбивается с основания при помощи молотка и выколотки, в роли которой может выступить вороток (к примеру, на 3/8), причем в самом маховике имеются полукруглые пазы, способствующие выполнению задания.
Перед установкой нового венца, его нужно разогреть. Хороший способ – завернуть в газеты и поджечь, после чего новую деталь следует установить на маховик (внутренней фаской к нему) и легко обстучать до полной усадки в посадочное место.
Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.
Была ли эта статья полезна?Да Нет
auto.today
=Стремительное развитие автомобильной техники за последние несколько десятков лет выявило много недостатков в конструкции простейших элементов. Сегодня мы разберемся с таким заурядным узлом, как маховик. Да, именно узлом, поскольку речь пойдет не об обычном маховике, а о двухмассовом, довольно сложном и технологичном устройстве.
Содержание:
Мощности и скорости автомобилей растут пропорционально потребностям публики в комфорте. А наращивание мощностей двигателя связано с массой проблем, которые не всегда мирно уживаются с комфортом и другими требованиями к современной технике. Это и повышенный расход топлива, это может быть неравномерность работы двигателя, повышенная шумность и вибрации. Если для спортивного автомобиля все эти условности можно списать со счетов, то комфортабельная машина бизнес-класса должна полностью соответствовать требованиям к комфорту.
Вибрации всегда доставали конструкторов и от вибраций не уйти никуда. Успокоить вибрирующую деталь или вал можно только путем создания антинагрузки, противовеса. А это, естественно, увеличивает массу механизма. Для примера можно взглянуть на балансировку колес на шиномонтаже. Если не повесить на колесо в определенном месте груз определенного веса, вибрации избежать не удастся. Но мы нарастим подрессоренную массу, что вредно для состояния ходовой части. Почти та же история наблюдается с коленчатым валом автомобиля. Чтобы избежать излишних вибраций применяется специальный балансир, или маховик.
В середине 80-х годов применение пружин для гашения крутильных колебаний в корзине сцепления себя полностью исчерпало. Пружина уже не могла гарантировать полного отсутствия колебаний вследствие того, что масса поршней, шатунов, всех вращающихся и движущихся деталей двигателя в суммарном объеме превышала возможности демпфирования пружин. Рост крутящего момента на выходном фланце коленвала также требовал более эффективного противодействия вибрации.
Вибрации сами по себе не слишком приятны, но кроме того, они разрушают подшипники, валы и шестерни КПП, расшатывают крепления, уменьшают ресурс узлов и агрегатов. Поэтому и спроектировали двухмассовый маховик, который при помощи торсионно-пружинной рычажной системы смог поглотить колебания практически целиком. В целом, применение двухмассовых маховиков дало трансмиссии и машине в целом ряд преимуществ:
Узел расположен между мотором и сцеплением, а принцип действия двухмассового маховика основан не на наращивании массы противовеса, а на демпфировании посредством пружинно-торсионного механизма. Двухмассовые маховики могут быть в нескольких исполнениях, но как правило, они состоят из двух корпусов. На первом, основном корпусе, расположен стартерный зубчатый венчик, при помощи которого стартер запускает двигатель. 2-й корпус состоит из стандартных деталей сцепления. Основная хитрость и принцип работы заключается в способности смещаться этих двух элементов друг относительно друга. Они соединены посредством радиальных и упорных подшипников, которые обеспечивают свободное вращение корпусов.
Демпферно-пружинный пакет, который расположен между двумя корпусами, работает, как гаситель колебаний, а чтобы их работа была четкой и равномерной, внутреннее пространство двухмассового маховика заполняет консистентная смазка. В конструкции пружинно-демпферного пакета присутствуют полимерные сепараторы, они препятствуют закусыванию и заклиниванию пружин.
Пружинно-демпферный пакет работает по двухступенчатому принципу. Это значит, что вся вибрационная нагрузка поглощается в два этапа и поглощается фактически на 100%. первая, самая мягкая ступень, улавливает и гасит колебания, которые возникают при пуске, на малых оборотах и при выключении мотора. Вторая ступень более жесткая и она рассчитана на работу на высоких оборотах, она противостоит крутильным колебаниям в штатном режиме.
Признаки неисправности узла явные и выражаются в повышенной вибрации двигателя на определенных оборотах. Перед тем, как проверить двухмассовый маховик на наличие неисправностей, необходимо произвести полный демонтаж коробки передач и поместить маховик на специальный стенд, где будут измерены кривые нагрузок, которые и будут характеризовать состояние устройства. На обычных СТО такое оборудование большая редкость, поэтому в основном, восстановление маховика не проводится. Проводят или его замену на обычный маховик с учетом параметров двигателя, или же подбор нового. Перед тем, как разобрать маховик, нужно учитывать некоторые строгие ограничения. Во-первых, ни в коем случае не допускается любая механическая обработка деталей маховика. Во-вторых, весь крепеж, который был снят во время демонтажа, должен быть заменен новым.
Только при таких условиях восстановленный двухмассовый маховик будет служить долго и надежно, а его ресурс оценивают в 350-400 тысяч км при правильной эксплуатации.
Читайте также Коробка передач DSG — что это такое, Как пользоваться автоматической коробкой передач
avtoshef.com
Маховик двигателя условно можно одновременно причислить к нескольким системам двигателя, так как он в той или иной степени выполняет функции каждой из этих систем:
Маховик расположен возле заднего коренного подшипника и крепится к торцу коленвала. Этот подшипник считается самым мощным в двигателе, на него приходится большая нагрузка, поскольку вынужден выдерживать вес маховика, а также все нагрузки, которые связаны с его работой.
Самым популярным типом маховика стал так называемый маховик сплошной конструкции. Он представляет собой массивный чугунный диск 30-40 сантиметров, в диаметре с напрессованным на внешнюю поверхность стальным зубчатым венцом. При запуске двигателя стартер вращает коленвал при помощи зубцов венца маховика, находясь с ним в тесном контакте.
Пульсация крутящего момента сглаживается посредством кратковременного накопления маховиком кинетической энергии с последующей его отдачей. Запас энергии происходит во время рабочего хода поршня, после чего она расходуется в других тактах двигателя, к примеру для того чтобы вывести поршни из мертвых точек.
www.autoposobie.ru
определяется прочностью материала маховика на разрыв. Нетрудно показать, что для маховика в форме вращающегося диска 12Iω2=V4Smax{\displaystyle {\frac {1}{2}}I\omega ^{2}={\frac {V}{4}}S_{max}}
, где Smax{\displaystyle S_{max}}
- предел прочности материала маховика на разрыв (сила разрыва на единицу площади), V{\displaystyle V}
- объем диска. Для плавленого кварца Smax=3×109{\displaystyle S_{max}=3\times 10^{9}}
Н/м2. Энергоемкость маховика из плавленого кварца объемом 0,1{\displaystyle 0,1}
м3 и весом 200{\displaystyle 200}
кг будет равна энергоемкости 13{\displaystyle 13}
л бензина[6]. 
