Volante bimassa (dupla massa) - princípio, design, série

Pela gíria para uma mosca de massa dupla ou dupla, existe um dispositivo chamado volante de massa dupla. Este dispositivo permite a transmissão de torque do motor para a transmissão e posteriormente para as rodas do veículo. O volante de massa dupla atraiu a atenção do público devido à sua vida útil frequentemente limitada. A troca não é apenas trabalhosa, mas também envolve custos financeiros, uma vez que a carteira contém entre várias centenas e milhares de euros. Entre os motoristas, você costuma ouvir a pergunta sobre para que são usados ​​os carros de duas rodas quando antes não havia problemas com carros.

Um pouco de teoria e história

O motor alternativo de combustão interna é uma máquina relativamente complexa, cuja operação é interrompida em fase. Por esse motivo, um volante é conectado ao virabrequim, cuja tarefa é acumular energia cinética suficiente para superar as resistências passivas durante os cursos de compressão (sem trabalho). Isso atinge, entre outras coisas, a uniformidade necessária do motor. O motor funciona de forma mais equilibrada quanto mais cilindros o motor tiver ou quanto maior (mais pesado) o volante do motor. No entanto, um volante mais pesado reduz a capacidade de sobrevivência do motor e reduz sua prontidão para girar rapidamente. Esse fenômeno pode ser observado, por exemplo, com um motor 1,4 TDi ou 1,2 HTP. Com um volante mais potente, esses motores de três cilindros funcionam mais devagar e também desaceleram. A desvantagem desse comportamento é, por exemplo, mudanças de marcha mais lentas. O tamanho do volante é adicionalmente influenciado pela composição dos cilindros (em linha, garfo ou boxer). Um motor de rolos opostos é, em princípio, muito mais equilibrado do que, por exemplo, um motor de quatro cilindros em linha. Portanto, ele também possui um volante menor do que um motor de quatro cilindros em linha comparável. O tamanho do volante também afeta o princípio da combustão, por exemplo, os motores a diesel modernos quase sempre precisam de um volante. Em comparação com os equivalentes a gasolina, os motores a diesel geralmente têm uma taxa de compressão muito maior, acima da qual consomem significativamente mais trabalho - a energia cinética de um volante em rotação.

A energia cinética Ek associada a um volante em rotação é calculada usando a seguinte fórmula:

Ec = 1/2·J ω2

(Onde J é o momento de inércia do corpo em relação ao eixo de rotação, ω é a velocidade angular de rotação do corpo).

Os eixos de equilíbrio também ajudam a eliminar a operação irregular, mas requerem uma certa quantidade de trabalho mecânico para impulsioná-los. Além dos desníveis, a repetição periódica dos quatro períodos também leva à vibração de torção, o que afeta adversamente o acionamento e a transmissão. A massa inercial normal de um motor de combustão interna consiste nas massas inerciais das peças do mecanismo de manivela (eixos de equilíbrio), volante e embreagem. No entanto, isso não é suficiente para eliminar vibrações indesejadas no caso de motores diesel potentes e especialmente menos cilíndricos. Conseqüentemente, a transmissão e todo o sistema de acionamento devem ser protegidos contra esses efeitos adversos, pois a ressonância excessiva pode ocorrer em certas velocidades, resultando em tensão excessiva no virabrequim e na transmissão, vibrações desagradáveis ​​da carroceria e zumbido no interior do veículo. Isso pode ser visto claramente no diagrama abaixo, que mostra a amplitude de vibração do motor e da transmissão com volantes convencionais e de massa dupla. As vibrações do virabrequim na saída do motor e as oscilações na entrada da transmissão têm praticamente as mesmas amplitudes e frequências. Em determinadas velocidades, essas flutuações se sobrepõem, o que leva às manifestações e riscos indesejáveis ​​indicados.

É do conhecimento geral que os motores a diesel são significativamente mais fortes do que os motores a gasolina, pelo que as suas peças são mais pesadas (mecanismo de manivela, bielas, etc.). Dimensionar e balancear tal motor é um problema realmente complexo, cuja solução consiste em uma série de integrais e derivadas. Resumidamente, um motor de combustão interna é formado por uma série de componentes, cada um com peso e rigidez próprios, que juntos formam um sistema de molas de torção. Tal sistema de corpos materiais, conectados por molas, tende a oscilar em diferentes frequências durante a operação (sob carga). A primeira banda significativa de frequências de oscilação está na faixa de 2-10 Hz. Essa frequência pode ser considerada natural e praticamente não é percebida por uma pessoa. A segunda banda de frequência está na faixa de 40-80 Hz e percebemos essas vibrações como vibrações e o ruído como um rugido. A tarefa dos designers é eliminar essa ressonância (40-80 Hz), o que na prática significa mudar para um local onde a pessoa seja muito menos desagradável (cerca de 10-15 Hz).

O carro contém vários mecanismos que eliminam vibrações e ruídos desagradáveis ​​​​(blocos silenciosos, polias, isolamento de ruído) e, no centro, está uma clássica embreagem de fricção de disco convencional. Além de transmitir o torque, sua função também é amortecer as vibrações de torção. Contém molas que, em caso de vibração indesejada, comprimem e absorvem a maior parte da sua energia. No caso da maioria dos motores a gasolina, a capacidade de absorção de uma embreagem é suficiente. Uma regra semelhante se aplicava aos motores a diesel até meados dos anos 90, quando o lendário 1,9 TDi com bomba rotativa Bosch VP era suficiente com uma embreagem convencional e um volante monomassa clássico.

Porém, com o passar do tempo, os motores a diesel passaram a fornecer cada vez mais potência devido ao volume cada vez menor (número de cilindros), sua cultura de operação veio à tona e, por último, mas não menos importante, a pressão no "volante da serra" também foi desenvolvido padrões ambientais cada vez mais rigorosos. Em geral, o amortecimento das vibrações de torção não podia mais ser fornecido pela tecnologia clássica e, portanto, a necessidade de um volante de duas massas tornou-se uma necessidade. A primeira empresa a apresentar o volante de massa dupla ZMS (Zweimassenschwungrad) foi a LuK. Sua produção em massa começou em 1985, e a BMW alemã foi a primeira montadora a mostrar interesse no novo dispositivo. O volante de massa dupla passou por uma série de melhorias desde então, com o trem de engrenagens planetárias ZF-Sachs atualmente considerado o mais avançado.

Volante bimassa – design e função

Um volante de massa dupla praticamente funciona como um volante convencional, que também desempenha a função de amortecimento de vibrações de torção e, portanto, elimina amplamente vibrações e ruídos indesejados. O volante de massa dupla difere do clássico porque sua parte principal - o volante - é conectado de forma flexível ao virabrequim. Portanto, na fase crítica (até o pico de compressão) permite alguma desaceleração do virabrequim e, novamente (durante a expansão) alguma aceleração. No entanto, a velocidade do próprio volante permanece constante, portanto a velocidade na saída da caixa de câmbio também permanece constante e sem vibração. O volante bimassa transfere sua energia cinética linearmente para o virabrequim, as forças de reação que atuam no próprio motor são mais suaves e os picos dessas forças são muito menores, então o motor também vibra e sacode menos o resto do motor. corpo. A divisão em inércia primária no lado do motor e inércia secundária no lado da caixa de engrenagens aumenta o momento de inércia das partes rotativas da caixa de engrenagens. Isso move a faixa ressonante para uma faixa de frequência (rpm) mais baixa do que a velocidade de marcha lenta e, portanto, está fora da faixa das velocidades de operação do motor. Desta forma, as vibrações de torção geradas pelo motor são separadas da transmissão, e o ruído da transmissão e o rugido da carroceria não ocorrem mais. Devido ao fato de as partes primária e secundária estarem conectadas por um amortecedor de vibração torcional, é possível usar um disco de embreagem sem suspensão torcional.

O volante bimassa também serve como um chamado amortecedor. Isso significa que ajuda a amortecer os golpes da embreagem durante as mudanças de marcha (quando a velocidade do motor precisa ser equilibrada com a velocidade da roda) e também ajuda a partidas mais suaves. No entanto, os elementos resilientes (molas) em um volante de massa dupla se cansam constantemente e permitem que o volante se mova mais e mais facilmente em relação ao virabrequim. O problema surge quando eles já estão cansados ​​\u2000b\uXNUMXb- são completamente puxados para fora. Além de esticar as molas, o desgaste do volante também significa empurrar para fora os orifícios dos pinos de travamento. Assim, o volante não apenas amortece as oscilações (oscilações), mas, ao contrário, as cria. As paradas nos limites extremos da rotação do volante começam a aparecer, na maioria das vezes como solavancos ao mudar de marcha, partida, apenas em todas as situações quando a embreagem é engatada ou desengatada, ou ao mudar de velocidade. O desgaste também aparecerá como partidas irregulares, vibração e ruído excessivos em torno de XNUMX rpm ou vibração excessiva em marcha lenta. Em geral, os volantes bimassa sofrem muito mais estresse em motores menos cilíndricos (por exemplo, três/quatro cilindros), onde a irregularidade é muito maior do que em motores de seis cilindros.

Estruturalmente, um volante de massa dupla consiste em um volante primário, um volante secundário, um amortecedor interno e um amortecedor externo.

Como afetar / prolongar a vida útil de um volante de massa dupla?

A vida útil do volante é influenciada por seu design, bem como pelas propriedades do motor em que está instalado. O mesmo volante do mesmo fabricante roda 300 km em alguns motores e em alguns leva apenas metade de uma porção. A intenção original era desenvolver volantes de massa dupla que sobrevivessem até a mesma idade (km) do carro inteiro. Infelizmente, na realidade, o volante muitas vezes precisa ser substituído muito antes, muitas vezes antes do disco de embreagem. Além do design do motor e do próprio volante de massa dupla, o condutor tem um impacto significativo em sua vida útil. Todas as situações que levam à transmissão de um golpe em uma direção ou outra reduzem sua vida útil.

A fim de prolongar a vida útil do Volante Bimassa, não é recomendado conduzir com frequência a subviragem do motor (especialmente abaixo de 1500 rpm), pisar forte na embreagem (de preferência sem mudar ao trocar de marcha) e não reduzir a marcha do motor (ou seja, frear o motor). apenas a uma velocidade razoável). Muitas vezes acontece que a uma velocidade de 80 km / h você liga não a segunda marcha, mas a terceira ou quarta e gradualmente muda para uma marcha mais baixa). Alguns fabricantes recomendam (neste caso VW) que se o carro for estacionado com um carro parado em uma inclinação suave, primeiro o freio de mão deve ser acionado e depois uma marcha (ré ou XNUMXª marcha) deve ser engatada. Caso contrário, o veículo se moverá ligeiramente e o volante bimassa entrará em um chamado engate permanente, causando tensão (alongamento das molas). Portanto, recomenda-se não usar velocidade de subida e, se for o caso, somente após frear o carro com freio de mão, para não causar um leve movimento e subsequente carga de longo prazo - fechando o sistema de transmissão, ou seja, um volante de massa dupla . Um aumento na temperatura do disco de embreagem também está diretamente relacionado à redução da vida útil do volante bimassa. A embreagem superaquece, especialmente ao rebocar um trailer pesado ou outro veículo, dirigir fora de estrada, etc. A embreagem destravará sozinha mesmo se o motor estiver quebrado. Deve-se notar que o calor radiante do disco da embreagem leva ao superaquecimento de vários componentes do volante (especialmente se for um vazamento de lubrificante), o que afeta ainda mais negativamente a vida útil.

Reparação - substituição do volante bimassa e substituição por um volante convencional

Não existe conserto de volante excessivamente gasto. O reparo envolve a substituição do volante juntamente com o conjunto da embreagem (lamelas, mola de compressão, rolamentos). Todo o reparo é bastante trabalhoso (cerca de 8 a 10 horas), quando é necessário desmontar a caixa de câmbio e, às vezes, até o motor. Claro, não devemos esquecer as finanças, onde os volantes mais baratos são vendidos por cerca de 400 euros, os mais caros - mais de 2000 euros. Por que trocar um disco de embreagem que ainda está em bom estado? Mas simplesmente porque ao fazer a manutenção de um disco de embreagem, é apenas uma questão de tempo até que ele desapareça, e esse processo demorado, várias vezes mais caro que o disco de embreagem, terá que ser repetido. Na hora de trocar um volante, é bom verificar se existe uma versão mais sofisticada e que aguente mais quilômetros - suportada e homologada pelo fabricante do veículo, claro.

Muitas vezes você pode encontrar informações sobre como substituir um volante de duas massas por um clássico, no qual lamelas com amortecedor de torção são usadas. Conforme já mencionado em artigos anteriores, um volante de massa dupla, além de suas funções convenientes, também desempenha a função de um amortecedor de vibração de torção, o que afeta negativamente o estado das partes móveis do motor (virabrequim) ou caixa de câmbio. Até certo ponto, o amortecimento de vibração também pode ser eliminado pela própria placa suspensa, mas não pode fornecer o mesmo desempenho que o muito mais poderoso e complexo volante de massa dupla. Além disso, se fosse tão simples, teria sido praticado por fabricantes de automóveis e seus proprietários financeiros, que estão constantemente trabalhando para cortar custos. Portanto, geralmente não é recomendado substituir o volante de massa dupla por um volante de massa única.

Não subestime a substituição de um volante gasto

Não é altamente recomendável adiar a substituição de um volante excessivamente gasto. Além das manifestações acima, existe o risco de afrouxamento (separação) de qualquer parte do volante. Além de destruir o próprio volante, o motor ou a transmissão também podem ser fatalmente danificados. O desgaste excessivo do volante também afeta a operação correta do sensor de rotação do motor. À medida que os elementos da mola se desgastam gradualmente, as duas peças do volante se desviam mais e mais até ficarem fora das tolerâncias definidas na unidade de controle. Às vezes isso leva a uma mensagem de erro, e às vezes, ao contrário, a unidade de controle tenta se adaptar e controlar o motor com base em dados incorretos. Isso leva a um desempenho insatisfatório e, no pior dos casos, a problemas de inicialização. Este problema é especialmente comum com motores mais antigos, onde o sensor do virabrequim detecta movimento no lado de saída do volante de massa dupla. Os fabricantes eliminaram esse problema alterando a montagem do sensor, portanto, em motores mais novos, ele detecta a velocidade do virabrequim na entrada do volante.