Крутильные колебания коленчатого вала возникают при его вращении под влиянием приложенных к кривошипам периодически действующих сил. Если период действия этих сил совпадает с периодом свободных колебаний коленчатого вала или кратен ему, то возникает явление резонанса: амплитуда крутильных колебаний возрастает, и вал вследствие увеличения напряжения может разрушиться. Двигатели конструируют так, чтобы резонанс не наступал при частоте вращения, соответствующей эксплуатационным режимам работы, однако крутильные колебания существуют всегда. Гаситель крутильных колебаний, устанавливаемый в некоторых конструкциях сцеплений, служит для предохранения трансмиссии от крутильных колебаний, которые могут возникнуть в ней вследствие неравномерности вращения коленчатого вала двигателя, вызываемой его крутильными колебаниями.
Рис. Ведомый диск сцепления с гасителем крутильных колебаний
Виды гасителей крутильных колебаний
Существуют два типа гасителей крутильных колебаний:
- фрикционные
- гидравлические
Наиболее широкое распространение получили фрикционные гасители. К ведомому диску 1 с его фрикционными накладками 10 и балансировочной пластиной 11 сцепления присоединен заклепками 7 диск 9 гасителя, который установлен между двумя дисками 5, прикрепленными к фланцу ступицы 6 ведомого диска. В дисках гасителя и фланца ступицы имеются окна (например, их может быть восемь), в которых при сборке установлены пружины 2 гасителя вместе с опорными пластинами 3. К фланцу ступицы прикреплены также маслоотражательные кольца 4, благодаря чему исключается возможность выпадания пружин из дисков. Между дисками фланца ступицы и диском гасителя расположены фрикционные элементы 8 (в виде кольца или пластин). Диск гасителя, не связанный жестко со ступицей, при возникновении крутильных колебаний получает угловое перемещение относительно дисков фланца ступицы, которое сопровождается трением между указанными деталями и фрикционными элементами. Этим и достигается поглощение энергии крутильных колебаний и как следствие гашение колебаний ведущего вала коробки передач и связанных с ним деталей трансмиссии. Деформация пружин гасителя при взаимном перемещении дисков гасителя и фланца ступицы уменьшает резкость включения сцепления. Наличие гасителя крутильных колебаний способствует уменьшению шума и износа зубьев шестерен коробки передач.
Гаситель колебаний (демпфер)
Гаситель крутильных колебаний (а) и его нерабочее (б) и рабочее {в) положения:
1 и 9 — накладки диска; 2 — пластинчатая пружина; 3 — ведомый диск; 4 — фрикционные шайбы; 5 — ступица ведомого диска; 6 — регулировочная шайба; 7 — пружина; 8 —пластина гасителя.
Для предотвращения передачи угловых колебаний от двигателя на валы трансмиссии в конструкции сцепления предусмотрен гаситель крутильных колебаний (демпфер) . Пружины демпфера обеспечивают упругую связь ведомого диска сцепления с его ступицей.
При отсутствии передачи крутящего момента вырезы фланца ступицы и ведомого диска, в которых расположены демпферные цилиндрические пружины, совпадают. Передача крутящего момента от ведомого диска к его ступице осуществляется через демпферные пружины. При этом ведомый диск поворачивается на некоторый угол относительно фланца ступицы и между ними возникает трение. Таким образом, энергия крутильных колебаний превращается в тепловую. Предельное угловое смещение дисков ограничено размером вырезов во фланце ступицы.
Гаситель колебаний (демпфер) вводят в конструкцию сцепления для предохранения трансмиссии автомобиля от резонансных крутильных колебаний , возникающих при совпадении одной из частот собственных колебаний трансмиссии с частотой действия возмущающей силы, вызываемой пульсацией крутящего момента двигателя.
Упругий элемент гасителя служит для снижения жесткости трансмиссии. При этом уменьшаются частоты собственных колебаний трансмиссии и устраняется возможность появления высокочастотного резонанса. Поскольку минимальную жесткость упругого элемента гасителя приходится ограничивать из конструктивных соображений, трансмиссия автомобиля не может быть предохранена от резонанса на низких частотах. Поэтому помимо упругого элемента, в конструкцию гасителя приходится вводить поглотитель энергии низкочастотных резонансных колебаний обычно при помощи трения.
На рисунке показаны наиболее распространенные схемы гасителей. Упругим элементом служат пружины 3 , тангенциально расположенные и вставленные в окна, прорезанные в ведущих дисках 1 и 2 и во фланце ведомой ступицы 4 . На диске 1 закреплен ведомый диск сцепления; диски 1 и 2 соединены между собой заклепками 6 . Прокладки 5 (а), изготовленные из стали или фрикционного материала, по толщине и количеству подбирают так, чтобы обеспечить необходимый момент трения между ведущим и ведомым элементами гасителя для поглощения энергии колебаний при резонансе.
В сцеплениях грузовых автомобилей обычно вместо прокладок 5 устанавливают пружинные кольца 7 (б), которые при стягивании заклепками создают осевую силу, необходимую для получения определенного момента трения. В данном случае при сборке гасителя не требуется такая точная регулировка момента трения, как в первом варианте.
Конструкционные схемы гасителей в трансмиссии автомобиля.
Для более эффективного гашения колебаний иногда гасители конструируют с переменной жесткостью : сначала жесткость меньше, а затем она увеличивается. Такое изменение начальной жесткости достигается тем, что сначала в работу вступает лишь часть пружин 3 , а затем уже все остальные. Для этого длину окон во фланце ступицы и в ведомых дисках, в которые вставлены пружины 3 , делают меньше, чем у остальных окон. Предельный момент М max , скручивающий гаситель до упоров и ограничивающий его минимальную жесткость, выбирают обычно равным моменту, определяемому сцепным весом автомобиля при коэффициенте сцепления 0,8 , то есть:
Приспособления, обеспечивающие чистоту выключения сцепления.
Предохранение трансмиссии автомобиля от инерционных нагрузок обеспечивается правильным выбором коэффициента запаса сцепления. Дальнейшего снижения инерционных нагрузок, передаваемых от двигателя на трансмиссию, можно добиться, ограничивая резкость включения сцепления или введением гидродинамической муфты. Гаситель (демпфер) при небольшом числе оборотов коленчатого вала двигателя снижает инерционный момент, передаваемый от двигателя на трансмиссию, на 10-15%. При числе оборотов свыше 2500 в минуту инерционный момент уменьшается при наличии гасителя лишь на 5-6%.
Полное отключение двигателя от трансмиссии достигается наличием зазора между дисками сцепления в выключенном состоянии. В однодисковых сцеплениях при отсутствии рычажков выключения, принудительно отводящих нажимной диск, для этой цели применяют слабую пружину 2, оттягивающую нажимной диск 1 от ведомого при выключенном сцеплении (а). В двухдисковых сцеплениях средний ведущий диск 4 в момент выключения сцепления отталкивается от маховика слабой витой или пластинчатой пружиной 3 (б) и упирается в болт 5, ввернуты в корпус 6 сцепления.
Крутильные колебания или вибрации возникают в процессе из-за его неравномерной по разные стороны формы и маховика. В этой статье мы поговорим о том, откуда они возникают, чем опасны, и расскажем об устройстве, снижающим воздействие этих вибраций – гаситель крутильных колебаний.
Любой маховик двигателя имеет определенную массу, которая не в полной мере сочетается с коленчатым валом мотора. При вращении коленвала, маховик, обладая большой массой, начнет колебаться, что приводит к появлению определенных вибраций не только на нем, но и на валу. Частота и амплитуда колебаний будет напрямую зависеть от массы маховика, а также его радиуса. Чем больше расстояние от края до центра и больше масса маховика, тем выше эта частота колебаний.
При уменьшении воздействия, которое прилагается от поршней и шатунов, уменьшаются и вибрации. Логично предположить, что если не прилагать большую нагрузку на коленвал, от этих вибраций можно избавиться, однако мы не в состоянии постоянно снижать нагрузку на вал, так как автомобиль все время находится в движении. Данный вид колебаний, получаемых при воздействии на маховик внешних сил, называется вынужденным.
Опасным явлением, в которое могут перерасти колебания – это резонанс. В процессе вращения маховика, он находится в механической связи с первичным валом коробки передач. Вал КПП также имеет небольшую величину вибраций, которая взаимно передается на маховик коленвала. Если эти колебания совпадают, это приводит к резонансу – пропорциональному повышению колебаний обоих механических элементов и, как следствие, к разрушению обоих валов.
Гаситель крутильных колебаний
Как вы поняли, совпадение частот этих вибраций совершенно не допустимо, именно поэтому в трансмиссии автомобиля предусмотрено специальное устройство – демпфер. Он устанавливается на диске сцепления автомобиля и имеет специальную конструкцию. Задача демпфера заключается в создании самой упругой связи диска сцепления с его небольшой ступицей на коленчатом валу.
Демпфер представляет собой пружины цилиндрической формы, которые по кругу устанавливаются на всей внутренней окружности диска сцепления. Пружины гасителя обеспечивают защиту трансмиссии автомобиля от совпадения частот колебаний маховика и сцепления на больших оборотах вращения коленвала. Однако, такое устройство не способно обеспечить надежную защиту при низких частотах колебаний. Специально для этого служить другое устройство, которое называется поглотитель низкочастотных колебаний.
В грузовых же автомобилях на сцеплении вместо демпферных пружин применяются круглые, сжимаемые при скручивании элемента. Главное отличие от демпфера – это отсутствие необходимо проводить широкую регулировку элемента. Такая пружина в процессе вращения сжимается и с помощью повышения трения передает вращающий момент на первичный вал КПП.
Видео - Теория ДВС: Коленвал часть 2, "Гаситель крутильных колебаний"
Вот так происходит снижение крутильных колебаний в двигателе и трансмиссии автомобиля при эксплуатации. Как видим, здесь нет ничего сложного или непонятного. Желаем вам удачи на дорогах!