Крутильная вибрация в системах привода

Рис. ZF Services

Это явление проявляется в шумной работе узлов агрегата трансмиссии и способствует ускоренному износу. Этому противодействуют современные многоступенчатые демпферы крутильных колебаний.

В данной статье представлен анализ возникновения крутильных колебаний в транспортном средстве и принципы эффективных систем демпфирования.

Система трансмиссии автомобиля состоит из: двигателя, сцепления и коробки передач и, в зависимости от исполнения, с полуосью с шарнирами или валом и ведущей осью, а также с ведомыми колесами. Из-за удобства перемещения и веса суммы элементов, эта система должна гибко настраиваться в зависимости от крутящих моментов в ней.

Рис. 1. Упрощенная модель системы передачи, состоящей из четырех вибрирующих масс

Уже в 1930-х годах было обнаружено, что крутильные колебания и сопровождающие их шумы в системе трансмиссии могут быть значительно снижены за счет уменьшения крутильной жесткости соединения двигатель-коробка передач. В последующие десятилетия это привело к разработке демпфера крутильных колебаний, размещенного в дисках сцепления.

Причины крутильных колебаний

Силовые установки современных транспортных средств включают в себя изменения:

• крутящий момент в зависимости от неравномерности угловых ускорений зажигания в отдельных цилиндрах или от давления в системе впрыска двигателя;
• нагрузка на систему из-за динамического ускорения автомобиля;
• равномерность передачи крутящего момента сцеплением.

Эти вибрации проявляются шумом, исходящим от коробки передач (удары и стук зубьев шестерни) и вибрациями, создаваемыми элементами кузова (в результате его продольных колебаний). Шум также зависит от зазора между зубчатыми колесами, подшипниками коленчатого вала и компонентами трансмиссии, а также от вязкости трансмиссионного масла.

Рис. 2. Основная задача, выполняемая демпфером крутильных колебаний в диске сцепления, состоит в том, чтобы перенести собственную частоту вращения двигателя с резонансной частоты коробки передач и уменьшить амплитуду этих колебаний.

Ограничение интенсивности крутильных колебаний возможно при условии, что определены причины их возникновения и определена собственная частота всей системы передачи привода.

Вибрации и сопровождающие их шумы достигают своего эпицентра, когда они проходят через диапазон резонансных колебаний. Самым важным элементом, на котором установлена ​​пластина сцепления, является так называемый демпфер крутильных колебаний.

Рис. 3. Пример вибрационной фильтрации в дисках сцепления с демпфером крутильных колебаний

Резонанс собственных колебаний (так называемая третья гармоника) при включенной передаче происходит чаще всего в диапазоне 40-70 Гц в зависимости от типа транспортного средства. Это означает, что это частоты, возникающие при скоростях вращения, связанных с полезной скоростью транспортного средства. Конструкторы стараются свести к минимуму возникновение шумов и уменьшить эти вибрации, чтобы они появлялись за пределами диапазона вращения двигателя. Использование демпфера крутильных колебаний для холостого хода в дисках сцепления позволило снизить возникновение этих резонансных частот до диапазона 7-15 Гц, что значительно ниже частот, возникающих на холостом ходу.

Если использование глушителя в диске сцепления невозможно, демпфирование передается на маховик с помощью двухмассовой конструкции.

Рис. 4 и 5. В последнем поколении дисков сцепления чаще всего используется трехступенчатая система гашения крутильных колебаний, содержащая такие элементы, как: приводной диск, контрдиск и спиральные пружины с различными уровнями ослабления (расположены в окнах подшипников в корпусе диска сцепления).

В дисках сцепления также используются демпфирующие элементы, такие как фрикционные кольца и конические, перьевые или дисковые пружины, которые прижимают их друг к другу.

Пружины дисков сцепления обеспечивают угловое вращение ступицы до 18 ° для меньших диаметров дисков сцепления. Изменения жесткости пружин и их размеров позволяют добиться дифференцированных демпфирующих характеристик. Многоступенчатое демпфирование учитывает прогрессивные характеристики демпфирования. Кроме того, в системе часто используются отдельные виброгасители (так называемые «начальные») холостого хода.

Демпферы крутильных колебаний могут быть сконструированы разными способами.

Рис. 6. Современная конструкция диска сцепления с трехступенчатым демпфером крутильных колебаний

Как правило, шесть, семь или восемь винтовых пружин с различными характеристиками находятся в дисках сцепления, подходящих для коммерческого транспорта. Они допускают различные углы поворота до 18 °, в зависимости от исполнения.

Так называемый. Начальный зазор происходит на пружинах глушителя, в их опорных седлах или в комплекте пружин демпфера вибрирующих пружин холостого хода. Часто этот дизайн приписывают неправильному дизайну, но это как раз наоборот. Наличие зазоров в системе не является недостатком, а их использование не вызывает шума при движении. Удерживающий диск для пружин амортизатора предварительной вибрации соединен со ступицей, а не с опорным диском. Благодаря такому решению части системы могут двигаться под углом друг к другу.

Рис. 7. Конструкции современных многоступенчатых гасителей крутильных колебаний в дисках сцепления часто требуют начального люфта

ZF Group уделяет большое внимание исследованиям возникновения крутильных колебаний и разработке эффективных систем демпфирования. Это обеспечивает, с одной стороны, комфорт путешествия для водителя и пассажиров, а с другой - более эффективное использование объема работ современного двигателя.

Комментарии