Volant de doble massa (doble massa): principi, disseny, sèrie

Amb el terme argot per a una mosca de doble massa o de doble massa, hi ha un dispositiu anomenat volant de doble massa. Aquest dispositiu permet la transmissió del parell motor des de la transmissió fins a les rodes del vehicle. El volant de doble massa ha atret l'atenció del públic a causa de la seva vida útil sovint limitada. L’intercanvi no només és laboriós, sinó que també requereix costos financers, ja que la cartera conté de diversos centenars a mil euros. Entre els automobilistes, sovint se sent la pregunta de per a què s’utilitzen els cotxes de dues rodes, quan una vegada no hi havia problemes amb els cotxes.

Una mica de teoria i història

El motor de combustió interna alternatiu és una màquina relativament complexa, el funcionament de la qual s'interromp en fase. Per aquest motiu, al cigonyal està connectat un volant, la tasca del qual és acumular l'energia cinètica suficient per superar les resistències passives durant les curses de compressió (no treballant). D'aquesta manera s'aconsegueix, entre altres coses, la uniformitat requerida del motor. El motor funciona més equilibrat com més cilindres tingui el motor o el volant més gran (més pesat). Tanmateix, un volant més pesat redueix la capacitat de supervivència del motor i redueix la seva disposició per girar ràpidament. Aquest fenomen es pot observar, per exemple, amb un motor 1,4 TDi o 1,2 HTP. Amb un volant més potent, aquests motors de tres cilindres funcionen més lentament i també s'alenteixen. El desavantatge d'aquest comportament és, per exemple, els canvis de marxa més lents. La mida del volant també està influenciada per la composició dels cilindres (en línia, forquilla o boxer). Un motor de rodets oposats de rodets oposats és en principi molt més equilibrat que, per exemple, un motor de quatre cilindres en línia. Per tant, també té un volant més petit que un motor de quatre cilindres en línia comparable. La mida del volant també afecta el principi de combustió, per exemple, els motors dièsel moderns gairebé sempre necessiten un volant. En comparació amb els homòlegs de gasolina, els motors dièsel solen tenir una relació de compressió molt més alta, per sobre de la qual consumeixen molt més treball: l'energia cinètica d'un volant giratori.

L’energia cinètica Ek associada a un volant giratori es calcula mitjançant la fórmula següent:

Ec = 1/2·J ω2

(on J és el moment d'inèrcia del cos respecte a l'eix de rotació, ω és la velocitat angular de gir del cos).

Els eixos d'equilibri també ajuden a eliminar el funcionament desigual, però requereixen una certa quantitat de treball mecànic per impulsar-los. A més dels desnivells, la repetició periòdica dels quatre períodes també condueix a vibracions torsionals, que afecten negativament l’accionament i la transmissió. La massa inercial normal d’un motor de combustió interna consisteix en les masses inercials de les parts del mecanisme de manovella (eixos d’equilibri), volant i embragatge. Tot i això, això no és suficient per eliminar les vibracions no desitjades en el cas de motors dièsel potents i sobretot menys cilíndrics. En conseqüència, la transmissió i tot el sistema de transmissió s’han de protegir d’aquests efectes adversos, ja que es pot produir una ressonància excessiva a determinades velocitats, cosa que provoca un esforç excessiu al cigonyal i la transmissió, vibracions del cos desagradables i el brunzit de l’interior del vehicle. Això es pot veure clarament al diagrama següent, que mostra l’amplitud de les vibracions del motor i la transmissió amb volants convencionals i de doble massa. Les vibracions del cigonyal a la sortida del motor i les oscil·lacions a l’entrada de la transmissió tenen pràcticament les mateixes amplituds i freqüències. A determinades velocitats, aquestes fluctuacions se superposen, cosa que condueix als riscos i manifestacions indesitjables indicats.

És conegut que els motors dièsel són significativament més forts que els de gasolina, de manera que les seves peces són més pesades (mecanisme de biela, bielles, etc.). Dimensionar i equilibrar aquest motor és un problema realment complex, la solució del qual consisteix en una sèrie d'integrals i derivades. En resum, un motor de combustió interna està format per una sèrie de components, cadascun amb el seu propi pes i rigidesa, que conjuntament formen un sistema de molles de torsió. Aquest sistema de cossos materials, connectats per molles, tendeix a oscil·lar a diferents freqüències durant el funcionament (sota càrrega). La primera banda significativa de freqüències d'oscil·lació es troba en el rang de 2-10 Hz. Aquesta freqüència es pot considerar natural i pràcticament no és percebuda per una persona. La segona banda de freqüència es troba en el rang de 40-80 Hz, i percebem aquestes vibracions com a vibracions i el soroll com un rugit. La tasca dels dissenyadors és eliminar aquesta ressonància (40-80 Hz), que a la pràctica significa traslladar-se a un lloc on una persona és molt menys desagradable (uns 10-15 Hz).

El cotxe conté diversos mecanismes que eliminen les vibracions i el soroll desagradables (blocs silenciosos, politges, aïllament acústic), i al nucli hi ha un clàssic embragatge de fricció de disc convencional. A més de transmetre el parell, la seva tasca és també amortir les vibracions de torsió. Conté molles que, en cas d'una vibració no desitjada, comprimeixen i absorbeixen la major part de la seva energia. En el cas de la majoria de motors de gasolina, la capacitat d'absorció d'un embragatge és suficient. Una regla semblant s'aplicava als motors dièsel fins a mitjans dels anys 90, quan el mític 1,9 TDi amb bomba rotativa Bosch VP era suficient amb un embragatge convencional i un clàssic volant monomassa.

No obstant això, amb el pas del temps, els motors dièsel van començar a proporcionar cada vegada més potència a causa de cada vegada menys volum (nombre de cilindres), la cultura del seu funcionament es va posar de manifest i, per últim, però no menys important, la pressió sobre el "volant de la serra" "també es van desenvolupar estàndards ambientals cada vegada més estrictes. En general, l’esmorteïment de les vibracions torsionals ja no podia ser proporcionat per la tecnologia clàssica i, per tant, la necessitat d’un volant de dues masses es va convertir en una necessitat. La primera companyia que va introduir el volant de doble massa ZMS (Zweimassenschwungrad) va ser LuK. La seva producció massiva va començar el 1985 i el BMW alemany va ser el primer fabricant d'automòbils a mostrar interès pel nou dispositiu. El volant de doble massa ha experimentat diverses millores des de llavors, ja que el tren d'engranatges planetaris ZF-Sachs es considera actualment el més avançat.

Volant de doble massa: disseny i funció

Un volant de doble massa pràcticament funciona com un volant convencional, que també fa la funció d'amortir les vibracions de torsió i, per tant, elimina en gran mesura les vibracions i el soroll no desitjats. El volant de doble massa es diferencia del clàssic perquè la seva part principal, el volant, està connectada de manera flexible al cigonyal. Per tant, en la fase crítica (fins al pic de compressió) permet una certa desacceleració del cigonyal, i de nou (durant l'expansió) una certa acceleració. Tanmateix, la velocitat del volant en si es manté constant, de manera que la velocitat a la sortida de la caixa de canvis també es manté constant i sense vibracions. El volant de doble massa transfereix la seva energia cinètica de manera lineal al cigonyal, les forces de reacció que actuen sobre el propi motor són més suaus i els pics d'aquestes forces són molt més baixos, de manera que el motor també vibra i sacseja menys la resta del motor. cos. La divisió en inèrcia primària al costat del motor i inèrcia secundària al costat de la caixa de canvis augmenta el moment d'inèrcia de les parts giratòries de la caixa de canvis. Això mou el rang de ressonància a un rang de freqüència inferior (rpm) que la velocitat de ralentí i, per tant, queda fora del rang de velocitats de funcionament del motor. D'aquesta manera, les vibracions de torsió generades pel motor queden separades de la transmissió, i el soroll de la transmissió i el rugit de la carrosseria ja no es produeixen. A causa del fet que les parts primàries i secundàries estan connectades per un amortidor de vibracions torsionals, és possible utilitzar un disc d'embragatge sense suspensió torsional.

El volant de doble massa també serveix com a denominat amortidor. Això significa que ajuda a amortir els cops de l'embragatge durant els canvis de marxa (quan la velocitat del motor s'ha d'equilibrar amb la velocitat de les rodes) i també ajuda a arrencar més suaument. Tanmateix, els elements elàstics (molles) d'un volant de doble massa es cansen constantment i permeten que el volant es mogui més ample i més fàcil en relació amb el cigonyal. El problema sorgeix quan ja estan cansats: es treuen completament. A més d'estirar les molles, el desgast del volant també significa treure els forats dels passadors de bloqueig. Així, el volant no només no amortitza les oscil·lacions (oscil·lacions), sinó que, al contrari, les crea. Comencen a aparèixer les parades als límits extrems de la rotació del volant, la majoria de vegades com a cops en canviar de marxa, arrencar, només en totes les situacions en què l'embragatge està enganxat o desenganxat, o quan es canvia de velocitat. El desgast també es mostrarà com a arrencada brusca, vibració i soroll excessius al voltant de 2000 rpm o vibració excessiva en ralentí. En general, els volants de doble massa experimenten una tensió molt més gran en motors menys cilíndrics (per exemple, tres/quatre cilindres) on el desnivell és molt més gran que en motors de sis cilindres.

Estructuralment, un volant de doble massa consisteix en un volant primari, un volant secundari, un amortidor intern i un amortidor extern.

Com afectar / allargar la vida d’un volant d'inèrcia de doble massa?

La vida útil del volant està influïda pel seu disseny i per les propietats del motor en què està instal·lat. El mateix volant d'inversió del mateix fabricant recorre 300 km en alguns motors, i en alguns només trigarà mitja part. La intenció original era desenvolupar volants de doble massa que sobrevisquessin a la mateixa edat (km) que tot el cotxe. Malauradament, en realitat, el volant d'inversió sovint ha de ser substituït molt abans, moltes vegades abans del disc d'embragatge. A més del disseny del motor i del propi volant de doble massa, el conductor té un impacte significatiu en la seva vida útil. Totes les situacions que condueixen a la transmissió d'un cop en una direcció o altra redueixen la seva vida útil.

Per allargar la vida útil del volant de doble massa, no es recomana conduir amb freqüència el subviratge del motor (especialment per sota de 1500 rpm), prémer l'embragatge amb força (preferiblement sense canviar quan es canvia de marxa) i no baixar el motor (és a dir, el fre). el motor). només a una velocitat raonable). Sovint passa que a una velocitat de 80 km/h no engegueu la segona, sinó la tercera o la quarta i canvieu gradualment a una velocitat inferior). Alguns fabricants recomanen (en aquest cas VW) que si el cotxe s'aparca amb un cotxe parat en una vora suau, primer s'ha d'aplicar el fre de mà i després s'ha d'enganxar una marxa (marrrera o XNUMXa marxa). En cas contrari, el vehicle es mourà lleugerament i el volant de doble massa entrarà en l'anomenat acoblament permanent, provocant tensió (estirament de les molles). Per tant, es recomana no utilitzar la velocitat de pujada i, si és així, només després de frenar el cotxe amb un fre de mà, per no provocar un lleuger moviment i la posterior càrrega a llarg termini, tancant el sistema de transmissió, és a dir, un volant de doble massa. . Un augment de la temperatura del disc d'embragatge també està directament relacionat amb una reducció de la vida útil del volant d'inèrcia de doble massa. L'embragatge es sobreescalfa, especialment quan es remolca un remolc pesat o un altre vehicle, es condueix fora de la carretera, etc. L'embragatge es desbloquejarà tot i que el motor estigui trencat. Cal tenir en compte que la calor radiant del disc d'embragatge provoca un sobreescalfament de diversos components del volant (especialment si es tracta d'una fuita de lubricant), que afecta encara més negativament la vida útil.

Reparació: substitució del volant de doble massa i substitució per un volant convencional

No existeix la reparació d'un volant excessivament desgastat. La reparació consisteix a substituir el volant juntament amb el conjunt de l'embragatge (lamel·les, molla de compressió, coixinets). Tota la reparació és força laboriosa (unes 8-10 hores), quan cal desmuntar la caixa de canvis i, de vegades, fins i tot el motor. Per descomptat, no ens hem d'oblidar de les finances, on els volants més barats es venen per uns 400 euros, els més cars -més de 2000 euros-. Per què canviar un disc d'embragatge que encara està en bon estat? Però simplement perquè quan es fa el manteniment d'un disc d'embragatge, només és qüestió de temps que desaparegui, i aquest procés que consumeix molt de temps, que és diverses vegades més car que el disc d'embragatge, s'haurà de repetir. Quan substituïu un volant d'inèrcia, és una bona idea veure si hi ha una versió més sofisticada que pugui gestionar més quilòmetres, amb el suport i l'aprovació del fabricant del vehicle, és clar.

Molt sovint es pot trobar informació sobre la substitució d’un volant de dues masses per un de clàssic, en què s’utilitzen làmines amb amortidor de torsió. Com ja s’ha esmentat en articles anteriors, un volant de doble massa, a més de les seves funcions convenients, també realitza la funció d’un amortidor de vibracions torsional, que afecta negativament l’estat de les parts mòbils del motor (cigonyal) o de la caixa de canvis. En certa mesura, l’amortiment de les vibracions també es pot eliminar mitjançant la pròpia placa de ressort, però no pot proporcionar el mateix rendiment que el volant de doble massa molt més potent i complex. A més, si fos tan senzill, els fabricants d’automòbils i els seus propietaris financers ho haurien practicat durant molt de temps, que treballen constantment per reduir els costos. Per tant, generalment no es recomana substituir el volant de doble massa per un volant de massa única.

No menystingueu la substitució d’un volant d'inerció gastat

No es recomana posposar la substitució d’un volant excessivament desgastat. A més de les manifestacions anteriors, hi ha un risc d’afluixament (separació) de qualsevol part del volant. A més de destruir el propi volant, el motor o la transmissió també es poden danyar fatalment. El desgast excessiu del volant també afecta el correcte funcionament del sensor de velocitat del motor. A mesura que els elements de molla es desgasten, les dues parts del volant es desvien cada vegada més fins que queden fora de les toleràncies establertes a la unitat de control. De vegades, això provoca un missatge d'error i, al contrari, la unitat de control intenta adaptar i controlar el motor basant-se en dades incorrectes. Això comporta un mal rendiment i, en el pitjor dels casos, problemes d’arrencada. Aquest problema és especialment comú amb motors més antics on un sensor de cigonyal detecta el moviment a la part de sortida del volant de doble massa. Els fabricants han eliminat aquest problema canviant el muntatge del sensor, de manera que en motors més nous determina la velocitat del cigonyal a l’entrada del volant.