Что такое маховик?
Итак, маховик – это большое вращающееся колесо, накопитель кинетической энергии. Это если по научному. Маховики применяются не только в автомобиле строении, но и в других видах промышленности. Самые ранние применения это ветряная мельница и гончарный круг.
Но вам же интересно применительно к автомобилю. Буду объяснять простым языком, для профессионалов эта информация будет не интересна. Маховик автомобиля находится на одной стороне колен.вала (коленчатого вала) двигателя, крепится он очень прочно, несколькими болтами. Представляет из себя, большой, дискообразный круг, с «венцом» сверху. «Венец маховика», это зубчатое колесо, которое одевается на маховик в разогретом состоянии, после того как венец маховика остынет, две детали становятся практически не разъемные. То есть маховик становится похож на одну большую шестерню.
Металл маховика очень прочный, но не ломкий, способен выдержать большие нагрузки. Предназначений у маховика два.
Первое. После того как вы сели в автомобиль и повернули ключ зажигания, стартер начинает своей малой шестерней раскручивать большую шестерню маховика. Маховик присоединен к колен.валу, который заставляет поршни двигаться. Поршни начинают сдавливать топливо, подается искра и автомобиль заводится. То есть маховик является очень важной частью при пуске двигателя. Без него приходилось бы крутить двигатель вручную как раньше, «кривым стартером», как называли его водители прошлого века, загнутый ключ который вставлялся в двигатель и выполнял функцию маховика. Но это еще не вся функция маховика.
Второе. Маховик, призван бороться с сторонней энергией двигателя, то есть он гасит колебания двигателя, которые пошли бы в кузов. Благодаря такой функции, наш с вами двигатель работает ровно, без детонации (колебания двигателя). Вообще то колебания двигателя есть, но они не такие мощные. А двигатели некоторых иномарок вообще не слышно. Можно понять, что он работает только по приборам, по тахометру, например. Это говорит о очень хорошей сбалансированности двигателя и маховик играет здесь не последнюю роль.
Вот в принципе и все о маховике. И последнее на СТО вас не обманывают, такой хруст и скрежет из под вашего капота, разносится именно из-за маховика. Стартер пытается зайти в зацепление с «венцом маховика», а там либо сломаны зубы, либо они вообще сточились. Стачиваются зубы маховика, из-за некачественной закалки или металла. Так что не бойтесь, вас мастера не обманывают. Надеюсь, я вам ответил, что такое маховик.©
Что такое маховик в автомобиле и для чего он нужен
Современные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) состоят из множества деталей и узлов, причем каждый из элементов играет отведенную для него роль. Имеется такая роль и у маховиков, которые являются хотя и достаточно простыми по своей конструкции, но важными по назначению компонентами силовых агрегатов.
Устанавливаются маховики на торцевых частях коленчатых валов, неподалеку от коренных задних подшипников. У многих владельцев транспортных средств, не очень хорошо разбирающихся в нюансах конструкции двигателей, нередко возникает вопрос: что такое маховик в автомобиле и зачем он вообще нужен? Попробуем ответить на этот вопрос.
Маховик: что это и для чего он нужен
Схематичное изображение маховика на коленчатом валу: 1 — коленчатый вал; 2 — маховик с зубчатым венцом; 3 — шатунная шейка; 4 — коренная шейка; 5 — противовес
Маховик — это похожее на диск устройство, которое крепится к задней части коленчатого вала.
Маховик имеет достаточно значительную массу и, соответственно, способен, согласно законам физики, накапливать и отдавать кинетическую энергию. Именно благодаря такому свойству эти узлы используются в современных двигателях внутреннего сгорания в качестве конструкций, позволяющих сглаживать неравномерность вращения коленчатого вала. В периоды рабочего хода поршня маховики накапливают энергию крутящего момента, а когда поршни находятся в так называемых «мертвых точках», выводят эти детали из них, отдавая энергию.
Необходимо отметить, что чем большим количеством цилиндров оснащен ДВС, тем более равномерным крутящим моментом он обладает. Следовательно, в таких двигателях внутреннего сгорания можно использовать маховики меньшего веса, чем в тех моторах, которые имеют небольшое количество цилиндров.
Еще одной важной функцией маховиков двигателей внутреннего сгорания является трансляция крутящего момента на коленчатый вал от стартера. На внешней окружности этого узла монтируется зубчатый стальной обод, который называют венцом. Он находится в зацеплении с валом, идущим от стартера и имеющим зубчатое колесо. Когда водитель включает зажигание, стартер проворачивает этот вал, а он, в свою очередь — маховик, который приводит в движение коленчатый вал. Именно благодаря этому и производится запуск двигателя.
Кроме того, маховики играют немаловажную роль в трансмиссии современных автомобилей, играя в них роль ведущих дисков сцепления. Таким образом, именно благодаря им вращательный момент коленчатого вала ДВС передается на коробку переключения передач, а уже от них транслируется на ведущие колеса.
Разновидности маховиков
Как выглядит маховик на собранном двигателе
В современных двигателях внутреннего сгорания используется три разновидности маховиков:
- Одномассовые (сплошные);
- Двухмассовые;
- Облегченные.
Каждая из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки.
Одномассовые маховики
Эта разновидность является наиболее распространенной. Одномассовый маховик двигателя внутреннего сгорания имеет сплошную конструкцию и представляет собой довольно массивный диск, имеющий диаметр от 300 до 400 миллиметров. Чаще всего для его изготовления используется высококачественный чугун.
На внешнюю сторону одномассового маховика, по всей окружности устанавливается венец — зубчатое кольцо, изготовленное из стали. Его монтаж производится по технологии напрессовки, и поэтому оно фиксируется очень прочно. Для того чтобы закрепить одномассовый маховик на коленчатом валу (а точнее — к установленному на нем специальному фланцу), с одной стороны этой детали выполняется ступица. При этом другая, противоположная плоскость одномассового маховика, играет роль ведущего диска сцепления.
Таким образом, одномасовый маховик достаточно прост по своей конструкции, недорог в производстве, чем и обусловлено его широкое применение в современных двигателях внутреннего сгорания. Есть у него и один достаточно серьезный минус, который состоит в том, что он недостаточно хорошо гасит крутильные колебания. Гораздо лучше с этой задачей справляются двухмассовые маховики. В конструкции двигателей внутреннего сгорания они активно применяются со средины 80-х годов прошлого века.
Читайте также: Признаки неисправности датчика положения коленвала.
Двухмассовые маховики
Пример внутреннего устройства двухмассового маховика
Конструктивно они состоят из двух дисков, которые соединены между собой специальной пружинно-демпферной системой. Она предназначена для того, чтобы избавить трансмиссию автомобиля от постоянно возникающих крутильных колебаний силового агрегата и сделать ее функционирование равномерным. Использование двухмассового маховика вместо одномассового дает возможность отказаться от использования в ведущем диске сцепления демпфирующего устройства, повысить, таким образом, его надежность и долговечность.
Кроме того, применение таких маховиков позволяет:
- Существенно снизить вибрации, передающиеся от двигателя к трансмиссии;
- Снизить уровень ее шума;
- Сделать более удобным переключение передач;
- Обеспечить защиту трансмиссии от перегрузок.
Согласно некоторым исследованиям, применение двухмассовых маховиков даже способствует снижению потребления двигателем топлива.
Необходимо, однако, признать, что эти узлы имеют и некоторые недостатки. Главным из них является то, что они не столь надежны, как одномассовые. Дело в том, что входящая в их конструкцию пружинно-демпферная система испытывает на себе немалые нагрузки и поэтому довольно быстро изнашивается. Во многом именно по этой причине двухмассовые маховики пока используются не очень широко.
Следует заметить, что сейчас ведутся активные разработки по улучшению конструкции этих узлов. Они связаны, прежде всего, с тем, что появляется все большее количество двигателей, работающих на низких оборотах, а также моторов, имеющих достаточно большую мощность при относительно скромном рабочем объеме. Такие ДВС требуют от маховиков высокой степени гашения колебаний, и конструкторы пытаются решить эту проблему. Уже сконструированы и успешно прошли испытания двухмассовые маховики, в которых используются центробежные маятники. Они создают колебания в противофазе основным и, таким образом, гасят их.
Облегченные маховики
Такие маховики используются при тюнинге силовых агрегатов. Они характеризуются тем, что их масса перераспределена от центра к краям. Это позволяет уменьшить вес конструкций, а также момент инерции. Автомобили с установленными на них облегченными маховиками имеют улучшенную разгонную динамику.
Читайте также: Оппозитный двигатель — что это такое.
Венец маховика: назначение, конструкция, изготовление
В состав многих современных двигателей входит маховик – массивное колесо из металла с зубчатым ободом. За счет большой массы маховик накапливает кинетическую энергию вращательного движения, которую затем передает коленвалу двигателя. За передачу крутящего момента от стартера к коленчатому валу отвечает насаженный на маховик зубчатый венец – рассмотрим подробнее этот элемент.
Назначение зубчатого венца
Зубчатый венец, или обод – важнейший элемент маховика поршневых ДВС. Деталь представляет собой кольцо большого диаметра с зубьями, обеспечивающими зацепление диска с шестерней стартера. Именно благодаря зубчатому ободу маховик передает крутящий момент от системы пуска двигателя к КШМ. При помощи зубчатого венца маховик накапливает кинетическую энергию во время работы двигателя, а после выключения системы обод выступает дополнительной массой металлического диска.
Несмотря на простоту конструктивного исполнения, обод маховика играет значительную роль в работе системы ДВС, а потому изготовление зубчатого венца следует доверять только надежным и квалифицированным специалистам.
Особенности зубчатых венцов маховика
В промышленности широко применяются маховики двух типов – со съемным и несъемным зубчатым ободом. Наиболее востребованы маховики со съемным венцом – такая конструкция отличается большей простотой и надежностью, она ремонтопригодна и экономически выгодна. Именно для таких маховиков можно отдельно изготовить зубчатые венцы.
Конструкции всех венцов достаточно схожи и отличаются простотой: деталь представляет собой стальной обод с наружной зубчатой поверхностью, предназначенной для зацепления с зубьями шестерни. Благодаря такому исполнению венец напоминает зубчатую рейку, согнутую в кольцо. Съемный венец маховика в зависимости от условий эксплуатации изготавливается из различных марок стали, он жестко фиксируется на диске, в случае износа может быть отремонтирован или заменен на новый.
Монтаж зубчатого обода на маховик выполняется двумя способами:
- соединение посредством болтов – оптимально для мощных двигателей;
- напрессовка без вспомогательных крепежных элементов – подходит для небольших объемов двигателей, работающих на средней и малой мощности.
В зависимости от способа крепления внутренняя поверхность обода может быть гладкой (связь между венцом и маховиком обеспечивается силой трения) или предусматривать фланец с болтовыми отверстиями.
Когда требуется отремонтировать и заменить зубчатый венец
При интенсивной эксплуатации ДВС зубцы обода сильно изнашиваются, стачиваются и выкрашиваются – это не только ухудшает работу двигателя, но и провоцирует невозможность его запуска. Незначительный износ зубьев венца позволяет продолжить эксплуатацию детали – достаточно перевернуть обод, установив его целой стороной зубцов наружу. При повторном износе зубьев или при серьезном повреждении венца его следует заменить – для этого деталь изготавливается на заказ. Производство по индивидуальному заказу позволяет клиенту в короткий срок получить зубчатый венец маховика с идентичными характеристиками – новая деталь будет иметь аналогичный диаметр, число зубьев и модуль зацепления.
Как заменить венец маховика самостоятельно
Основному износу подвергается венец маховика, поэтому конструкторы предусмотрели возможность демонтажа для замены зубчатого обода. Демонтаж производится сбиванием венца, перед установкой обод нагревается до 200 градусов.
Конструкция и назначение маховика
Поскольку маховик является элементом редуктора зубчатой передачи, он представляет собой крупногабаритную ведомую шестерню. Поскольку маховик используется в нескольких системах автомобиля, в его конструкцию входят элементы:
- зубья венца маховика – необходимы для передачи вращения;
- внутренняя посадочная поверхность – деталь крепится на валу ДВС;
- боковая поверхность – за счет плотного прилегания к ней ведущего диска сцепления вращение с двигателя передается в коробку передач.
С одной стороны интенсивный износ двигателя требует использования деталей из углеродистых и легированных сталей. С другой – наружный диаметр на венце превышает 25 см, что резко повышает себестоимость детали. Для увеличения ремонтопригодности и снижения цены маховика используется сборочная единица:
- чугунный диск, обладающий большой массой;
- закрепленный на его наружную часть с натягом зубчатый обод из легированной или углеродистой стали.
Подобная конструкция позволяет сделать ремонт двигателя намного дешевле. Например, маховик для ВАЗ 2108 стоит в среднем 2 000 рублей, а венец обходится в 300 рублей. Кроме того, при равномерной односторонней выработке зубьев от зацепления с бендиксом зубчатый обод можно просто перевернуть, не покупая новый расходник.
Основными нюансами эксплуатации маховика являются:
- передача используется кратковременно в момент старта ДВС;
- после чего, деталь передает вращение с коленвала на КПП;
- вытаскивает за счет инерционности поршня их мертвых точек;
- сглаживает неравномерные угловые скорости коленвала, предотвращая износ двигателя.
При заводском изготовлении сборного маховика соблюдаются технологии, используется высокотехнологичное оборудование. После выработки рабочих поверхностей зубчатый венец маховика обычно заменяют в гараже, поэтому заявленный производителем ресурс обеспечить очень сложно.
Симптомы и причины неисправности
Из-за сложного доступа к маховику визуальный контроль этой шестерни редуктора зубчатой передачи затруднен, поэтому вспоминают про него владельцы авто при следующих симптомах:
- проблемы с запуском двигателя;
- рывки, скрежет и сторонние звуки в момент зацепления бендикса с маховиком.
Причинами, по которым происходит износ зубьев, являются:
- дефекты изготовления маховика – перегрев зубчатого обода при посадке приводит к отпуску стали, снижению прочности, увеличению пластичности конструкционного материала;
- непараллельность осей – передаточное число редуктора очень высокое, любое отклонение оси вала стартера от оси коленчатого вала приведет к выработке эвольвенты зуба с одной стороны;
- нарушение профиля зуба – со временем элементы передачи изнашиваются, в момент зацепления/расцепления шестеренок профиль срезается полностью;
- отсутствие смазки – в силу конструкционных особенностей передачи смазку нанести на бендикс и венец маховика невозможно физически.
В любом из указанных случаев рекомендуется замена венца маховика. В некоторых случаях бедикс может сточить лишь часть зуба с внешней стороны, поэтому достаточно поменять стороны венца.
Внимание: Маховик в сборе является не симметричной деталью, перевернуть его не получится из-за смещения одного посадочного отверстия болтового соединения, поэтому придется снимать венец, переворачивать его пригодной для дальнейшей эксплуатации редуктора стороной.
Замена венца
Поскольку зубчатый обод насаживается на диск маховика с натягом, его невозможно снять/надеть без нагрева. Основными проблемами самостоятельного ремонта в данном случае становятся:
- у владельца авто отсутствует специальное оборудование – используются горелки, паяльные лампы и, даже нагрев в духовке газовой плиты;
- температуру венца сложно определить – нагрев производится «на глаз»;
- технологические требования – зубчатый обод следует разогревать до 200 градусов, однако без специальных приборов температуру выдержать очень сложно.
Для повышения прочности стали зубчатый обод закаливают на заводе. Закаленные детали не рекомендуется нагревать, так как в этом случае венец автоматически подвергается другой термической обработке – отпуску. Получившиеся при закалке эксплуатационные характеристики – твердость, износостойкость конструкционного материала при этом изменяются в прямо противоположные свойства металла – вязкость и пластичность.
Другими словами, если перегреть обод, после надевания на диск и остывания на воздухе зубья станут мягче, сточатся гораздо быстрее. Существует три типа отпуска:
- высокий – нагрев до 450 – 600 градусов для получения структуры стали сорбит;
- средний – нагрев до 300 – 450 градусов для получения структуры стали троостит;
- низкий – нагрев до 150 – 300 градусов для получения структуры мартенсит.
Самостоятельная замена венца маховика должна производиться при нагреве обода в пределах 200 градусов, поскольку низкий отпуск не опасен для детали, практически не снижает твердость и прочность стали, заодно ликвидирует внутренние напряжения.
Демонтаж
Никаких дополнительных способов фиксации кроме посадки с натягом венец на маховик не имеет, поэтому снимается достаточно легко, даже без нагрева:
- деталь укладывается на подставки, чтобы зубчатый обод свисал;
- молотком по окружности венца наносятся равномерные удары.
Если зубчатый обод однозначно выбраковывается под замену, можно стучать прямо по зубьям. При повороте венца на 180 градусов для дальнейшей эксплуатации удары наносятся через прокладку – второй молоток, зубило, кусок арматуры.
Выбор зубчатого венца
Прежде, чем заменить венец маховика новой расходной деталью, необходимо подобрать полноценную замену:
- центробежные силы стремятся разорвать диск во время эксплуатации;
- происходит искажение плоской поверхности, к которой прижимается сцепление;
- трение накладок о маховик вызывает нагрев, еще больше увеличивает коробление плоскости.
После посадки с натягом зубчатый обод стягивает диск маховика, избавляя от вышеуказанных дефектов. Кроме увеличения эксплуатационного ресурса маховика, повышается срок службы сцепления авто.
Для удобства надевания обода на диск внутренний диаметр оснащен с одной стороны фаской. Продукция ведущих производителей имеет дополнительную фаску на наружном диаметре венца, то есть на самих зубьях. При включении стартера в этом случае не происходит жесткого упирания шестерни бендикса в зубья маховика.
Все указанные конструкционные особенности присутствуют в венцах производителя Tanaki. Количество зубьев должно совпадать изначально. В ДВС некоторых производителей маховик используется в качестве элемента датчика положения коленвала ДПКВ. В этом случае два зуба на венце пропущены, перед демонтажом необходимо создать отметку взаимного расположения участка с пропущенным зубом относительно диска.
Установка
Смонтировать венец автомобильного маховика без нагрева можно только при повороте. Однако даже в этом случае остается риск прокручивания обода относительно диска в процессе эксплуатации, поэтому после монтажа эту деталь прихватывают сваркой в 4 точках.
Способы нагрева венца
Основными методами нагрев при установке венца на маховик являются:
- духовой шкаф или конфорки газовой, электрической плиты – перегреть деталь очень сложно, на конфорках ее придется периодически проворачивать;
- паяльная лампа или газовая горелка – необходимо контролировать перегрев визуально, не допуская изменения цвета зубчатого обода.
В любом из указанных вариантов диск маховика должен находиться в непосредственной близости от места нагрева обода, чтобы как можно быстрее установить его пассатижами, клещами или руками в специальных термостойких перчатках на посадочную поверхность.
Внимание: Венцы с пропущенным зубом для ДПКВ монтируются по меткам. В остальных случаях достаточно просто уложить обод, не предпринимая больше никаких действий.
После остывания деталь сожмется самостоятельно, в случае необходимости применяются прихватки в нескольких точках.
Переворот старого обода
Чтобы перевернуть эксплуатируемый венец маховика, необходимо сбить его с посадочного места, перевернуть диск, надеть нагретый обод на свое место. Если на заводе или во время последующей замены этот элемент надевают фаской внутрь, то при повороте фаска автоматически остается снаружи.
Основные ошибки самостоятельной замены
Несмотря на предельно простую технологию, автолюбители часто допускают при замене венца следующие ошибки:
- перед тем, как снять зубчатый обод, следует произвести ревизию боковой плоскости маховика под сцепление, и отверстий для крепежных болтов;
- установка с перегревом отдельных участков венца приведет к быстрому износу зубьев именно на этих местах, так как происходит отпуск стали;
- наружный диаметр зубьев должен иметь фаску для плавного зацепления с бендиксом стартера без ударов.
Для того, чтобы уменьшить износ двигателя и увеличить приемистость машины на высоких оборотах, маховик часто облегчают. Из-за наличия дополнительных отверстий на наружном диаметре диска в зоне, примыкающей к зубчатому ободу, венец часто приваривается к диску.
В этом случае заменить изношенный элемент гораздо труднее, а перевернуть его вряд ли получится.
Таким образом, венец можно заменить собственными силами при значительной выработке профиля зуба на отдельных участках. Снять обод можно на холодную, а при установке потребуется нагрев до 200 градусов максимум.