Ср. Дек 7th, 2022

По поводу установки облегченных маховиков существует столько мнений, сколько существует людей, их высказывающих.
Одни называют облегченный маховик лишней тратой денег и пустой безделушкой.
Другие рассказывают окружающим и себе о небывалой прыти их автомобиля, которая была достигнута после установки облегченного маховика.
В чем же причина такого полярного отношения к облегченному маховику, который просто обязателен на двигателе спортивных авто.
Эта статья и направлена на то, чтобы прояснить этот вопрос.

Установка облегченных маховиков – это эффективно!

Для того, чтобы понять есть ли польза от облегченного маховика, необходимо основательно вспомнить теоретическую механику.
Однако, можно сильно не «грузиться»,а задачу упростить и свести ее к вычислению приблизительной разницы между инерционными составляющими обычного и облегченного маховика.
Возьмем за исходные данные массу автомобиля 900 кг, рабочий диапазон двигателя от 3000 до 6000 об/мин (для стандартного двигателя) и разгон автомобиля до скорости 150 км/час.
Допустим мы облегчили вес маховика на 1,5 кг. Именно такое уменьшение веса маховика не скажется на его прочности. Здесь главное – удаление с максимального радиуса. Если же удалять массу металла с мест, которые находятся на маленьком расстоянии от центра вращения, то такое действие приведет к незначительному понижению момента инерции при снижении прочности маховика.
Именно по этой причине иногда эффект от облегчения маховика отсутствует, или не такой, как хотелось бы иметь.
Далее принимаем условие, что старт автомобиля начинается со скорости вращения 3000 об/мин и разгон до скорости 150 км/час, что равняется 41,7 м/сек осуществляется последовательно с первой по четвертую передачи.
Для стандартной коробки передач диапазоны равняются:
3000-6500 об/мин на первой скорости,
3500-6500 об/мин при переключении на вторую скорость,
4500-6500 об/мин при переключении на третью передачу (VA=131 км/час),
4500-5100 об/мин при переключении на четвертую передачу (VA=150 км/час)
Необходимо приблизительно посчитать разницу работ.
Инерционная составляющая, т.е. работа, совершенная по разгону автомобиля, может быть вычислена, как разница кинетических энергий по формуле:
А = Ek(v=150км/час)-Ek(v=0 км/час)
Кинетическая энергия вычисляется по формуле:
Ek = (M*V2)/2, где М=900 кг, V=41,7 м/сек (150 км/час),
Подставляем исходную массу и скорость в формулу, тогда величина кинетической энергии будет равна:
EK =(900*41,72)/2=781,3 кДж.
Рассчитаем энергию, затрачиваемую двигателем на раскрутку лишней (т.е. 1500 г, на которые был облегчен маховик) массы маховика. Эта энергия будет равна сумме работ на каждой передаче:
∑А=А1+А2+А3+А4
Работа на каждой передаче вычисляется по формуле:
А1 = Еk(при 6500 об/мин) — Еk(при 3000 об/мин)
А2 = Еk(при 6500 об/мин) — Еk(при 3500 об/мин)
А3=Еk(при 6500 об/мин)-Еk(при 4500 об/мин)
А4=Еk(при 6500 об/мин)-Еk(при 5100 об/мин)

Кинетическую энергию облегченного маховика, т.е. вращающегося тела, вычисляем по формуле:
EK =(JM*w2)/2, где:
JM – это момент инерции облегченного маховика.Будем подразумевать не весь маховик, а 1,5 кг, на которые его облегчили.
Тогда момент инерции облегченного маховика будет равен 0,294 кг (JM = 1,5 х 0,142)
Далее вычисляем w ( угловая скорость) по формуле:
w =p*n/30
Результаты вычисления w (при 6500 об/мин, 5100 об/мин, 4500 об/мин, 3500 об/мин, 3000 об/мин) =680,7, 533,8, 471, 366, 314 (с-1) соответственно
Примем, что съем металла происходит на радиусе примерно 140 мм для двигателей семейства 08-10, тогда кинетические энергии на разных передачах равны:
Еk(при 6500 об/мин)=6811 (Дж)
Еk(при 5100 об/мин)=4188 (Дж)
Еk(при 4500 об/мин)=3261 (Дж)
Еk(при 3500 об/мин)=1969 (Дж)
Еk(при 3000 об/мин)=1449 (Дж)
Суммарная работа равна
А=16377 (Дж) или 16,38 (кДж)
Таким образом, получаем существенную экономию в 2,1% от энергии, затрачиваемой на разгон .
Несмотря на то, что в данном расчете не учтена сила сопротивления воздуха и дороги, которые с ростом скорости начинают сильно сказываться, в итоге мы получили примерную оценку эффекта от облегчения маховика в цифрах, а не на словах.
Для более высокооборотных двигателей (примерно 9000 об/мин) влияние потери лишних граммов маховика принимает вид квадратичной зависимости.
Важно помнить следующее: любой тюнинг, связанный с силовым агрегатом, хорош только тогда, когда детали грамотно скомбинированы и качественно смонтированы.
И еще важно не забывать, что тюнинг (изменение) должен быть произведен без ущерба для безопасности автомобиля. Потому что необоснованное облегчение снижает его прочность и надежность.
Это вариант, который предлагает рынок — бездумное облегчение Тут уместно будет вспомнить о другом приеме спортивного и тюнингового автомобилестроения, а именно об облегчении коленвала.

Эффективность установки облегченного коленвала
В результате тюнинга, практически всегда, увеличивается скорость вращения деталей, бешеное кручение которых имеет тенденцию «разносить» двигатель.
Чтобы этого не произошло надо либо массы вращающихся деталей уменьшать, либо радиусы вращения уменьшать.
Заманчивая это идея = облегчить коленвал. Вот только надо четко представлять себе как и зачем надо это делать.
В этом понимании поможет воспоминание о физике.
Коленвал подвержен изгибающим нагрузкам, влияние которых на него значительно.
В составляющую изгибающих нагрузок силы инерции вносят свой вклад.
Силы инерции зависят от масс (шатунов, противовесов), от радиусов деталей коленвала (кривошипов) и от скорости вращения этих деталей.
Увеличение скорости вращения коленвала входит в нашу задачу тюнинга, значит надо уменьшать либо массы, либо радиусы.
Простое сопоставление коленвала с другими вращающимися частями (маховиком) наглядно демонстрирует его незначительный диаметр.
Дальнейшее уменьшение диаметра коленвала (меньший ход) приведет к потере объема, что нам не нужно.

от nellaavto