30Апр

Что такое маховик: Что такое маховик в автомобиле и для чего он нужен

Содержание

Маховик - это... Что такое Маховик?

Маховик Маховик со сферическими грузами, построенный по чертежам Леонардо да Винчи. Кадр из видео.

Маховик (Маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.

Также маховиком называют регулировочное колесо, похожее по форме.

Использование

Используется в машинах, имеющих неравномерное поступление или использование энергии, накапливая энергию, когда поступление энергии выше чем расход, и отдавая её, когда потребление превышает поступление энергии. Также используется в гибридном двигателе в качестве накопителя энергии и для рекуперативного торможения.

Часто функцию маховика выполняет массивный вращающийся элемент механизма. Такие как гончарный круг, массивные колеса водяной мельницы или массивные зубчатые колеса.

Помимо энергии, вращающийся маховик (как и любое вращающееся тело) обладает ещё и моментом импульса , с чем связано наблюдение гироскопического эффекта, заключающегося в прецессии оси вращения вокруг своего первоначального направления при появлении внешней силы, не совпадающей с направлением оси вращения.

Первым примером использования гироскопического эффекта можно считать изобретение игрушки «волчок» («йо-йо»).

Одним из первых применений гироскопического эффекта стал переход от стрельбы круглыми ядрами к продолговатым снарядам, вращение которых позволило сохранять их ориентацию в пространстве, а продолговатая форма -значительно увеличить их массу (болванка) или же разрывной заряд.

Маховиком является и ротор гироскопа, используемого в гирокомпасах и вообще в гироскопических устройствах ориентации в пространстве , в частности торпед (прибор Обри), ракет и космических аппаратов. Наиболее привычные примеры маховика- велосипедное колесо или вращающийся диск электро-проигрывателя виниловых пластинок.

Свойство маховика сохранять направление оси вращения используется в успокоителях качки корабля.

Физика

Кинетическая энергия вращения, накопленная во вращающемся теле (маховике), может быть рассчитана по формуле:

Маховик фабричной стационарной паровой машины

где:

Для простых форм маховика, известны конечные выражения момента инерции

Заменив в формуле для полого цилиндра, угловую скорость — на частоту вращения — по формуле

получим

История

Эффект маховика использовался с древнейших времен. Например в гончарном круге, ветряных мельницах. Вероятно, одним из древнейших примеров использования маховика стала археологическая находка из Междуречья (в районе города Ур) — гончарный станок с диском из обожжённой глины, около метра в поперечнике и весом не менее центнера. Подобные изобретения неоднократно появлялись и в Китае.[1]

E = m(\pi S)^2(r^2+r_o^2) Маховик со старой фабрики

Согласно американскому медиевисту Линну Уайту немецкий монах Теофил упоминает в своём трактате «О различных искусствах» несколько машин, в которых применяется маховик.[2]

Во время промышленной революции, Джеймс Уатт применил маховик в паровой машине для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня[3], и его современник Джеймс Пикард использовал маховик в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное[4].

Использование маховика в качестве аккумулятора энергии ограничивается тем, что при превышении допустимой окружной скорости происходит разрыв маховика приводящий к большим разрушениям. Это вынуждает создавать маховики с очень большим запасом прочности, что приводит к снижению их эффективности.

Следствием этого является малая (по сравнению с другими видами аккумуляторов) удельная энергоёмкость.

В мае 1964 года Гулия Нурбей Владимирович подал заявку на изобретение супермаховика — энергоёмкого и разрывобезопасного маховика.

См. также

Ссылки

Примечания

  1. Родионов В. Г. Оптимизация структуры генерирующих мощностей. Аккумуляторы – накопители энергии // Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего. — М.: ЭНАС, 2010. — С. 65. — 352 с. — ISBN 978-5-4248-0002-3
  2. Lynn White, Jr., “Theophilus Redivivus”, Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224-233 (233)
  3. Элла Цыганкова У истоков дизайна
  4. Encyclopedia of the Industrial Revolution, 1750-2007: Steam Engine (англ.)

Что такое маховик в автомобиле

Маховик – неотъемлемая часть современных бензиновых или дизельных двигателей внутреннего сгорания. Несмотря на свою простоту, эта деталь играет очень важную роль в работе мотора – его нормальное функционирование без нее невозможно. Поговорим более подробно, зачем она нужна, как устроена и какие у нее могут возникнуть неисправности.

Что такое маховик в автомобиле и зачем он нужен

Маховик, по сути, представляет собой инерционный аккумулятор. Он накапливает в себе кинетическую энергию, которую порождает двигатель машины, а затем передает крутящий момент другим деталям и узлам транспортного средства чтобы те, в свою очередь, передали ее на колеса. По-научному эта деталь так и называется: маховичный накопитель энергии.

Маховик необходим в силу того, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС) работают неравномерно. Невооруженным глазом это невозможно заметить, но между каждым тактом есть небольшой промежуток. Он составляет всего несколько миллисекунд. Если бы энергия передавалась от мотора к колесам напрямую, без участия маховика, подобные интервалы отразились бы на передвижении машины – она начала бы ехать с небольшими рывками. Маховик предотвращает возникновение подобной ситуации.

Еще одно назначение детали – стабилизация работы мотора. Во время воспламенения топливной смеси в цилиндрах могут происходить легкие рывки, неравномерно двигаться поршни. Если такое случилось хотя бы в одном из цилиндров, скажется и на остальных. Маховик за счет своего веса нейтрализует подобные отклонения. В результате вся цилиндровая группа работает более стабильно.

Следует отметить, что маховик применяют не только в автомобилях или других транспортных средств. Эта деталь необходима везде, где требуется стабилизация вращения. Так, ее издревле используют в самых различных механизмах (ярчайший пример – гончарный круг). Ей нашли применение даже на космических кораблях.

маховик автомобильный

Устройство маховика в автомобиле

Простейший маховик состоит из двух частей:

  • металлический диск;
  • венец.

Устройство маховика в автомобилеДиск представляет собой круглую пластину из прочного стального сплава. Венец – это кольцо с зубьями, которое надето на эту пластину. К диску с одной стороны подсоединен коленчатый вал, а с другой – корзина сцепления. Зубья венца соединены с шестерней, надетой на вал стартера.

Похожие статьи

Таким образом, деталь находится между силовым агрегатом и трансмиссией.

Принцип работы маховика

Принцип работы маховика так же прост, как и его устройство. Он накапливает в себе кинетическую энергию вращения, а затем передает ее на трансмиссию. Однако высвобождение этой энергии происходит равномерно. Таким образом, на входном валу коробки передач (который, в конечном счете, крутит именно маховик) вращение получается равномерным и стабильным, без рывков и остановок на доли секунды. В результате транспортное средство передвигается и его колеса крутятся с постоянной скоростью.

Виды автомобильных маховиков

Виды автомобильных маховиковНаибольшее распространение получили следующие виды маховиков:

  • сплошной;
  • облегченный;
  • двухмассовый.

Рассмотрим каждый из них более подробно.

Сплошной

СплошнойВторое название – одномассовый. Простейший вариант. Описание его конструкции и принципа действия приведены выше. Представляет собой сплошной металлический диск с надетым на него зубчатым венцом. Венец монтируют с использованием технологии напрессовки. Это обеспечивает очень прочную состыковку. Сам диск изготавливают из особого стального сплава, который способен выдержать очень большие нагрузки. Обычно сторона сплошного маховика, противоположная двигателю, выполняет роль ведущего диска сцепления, являясь одной из его составных частей.

Такой тип конструкции – наиболее распространенный. Это объясняется его несложным устройством, простотой изготовления и невысокой ценой.

маховик одномассовый

Облегчённый

Что такое маховик в автомобиле - назначение, устройство и принцип работыОчень напоминает сплошной. Чем же он отличается? Разница заключается в том, что масса перераспределена к краям. Обычно этого добиваются путем фрезерования участков диска, расположенных в близи центра. В некоторых случаях в них и вовсе вырезают отверстия. Иногда деталь перерабатывают по обратному принципу – ближе к центру оставляют больше массы, а края облегчают. Это несколько ухудшает разгон, зато гарантирует более стабильную работу двигателя и лучшую стабилизацию вращения во время передвижения.

Облегченные варианты очень редко ставят на автомобили на заводе. Чаще всего маховик облегчают самостоятельно в ходе тюнинга.

Облегченная деталь имеет лучшие инерционные показатели, а значит, и лучший разгонный потенциал.

Главный недостаток этого типа маховиков – меньшая надежность и менее продолжительный срок службы. Стали в нем меньше, а нагрузки остаются прежними. Результат – более быстрое появление дефектов.

Облегчённый маховик

Двухмассовый

Что такое маховик в автомобиле - назначение, устройство и принцип работыСледующая разновидность – двухмассовый. Имеет более сложное устройство. Конструкция включает в себя не один, а два диска. Между собой они соединены системой пружин, зубцов и подшипников (их называют демпферами).

Необходимость во втором диске возникает из-за того, что деталь, представляющая собой монолитный круг из стали, не может обеспечить абсолютно стабильное вращение. Во время работы в ней возникают так называемые крутильные колебания. Они генерируются не цилиндровой группой и коленвалом, а самим маховиком. Если включить в конструкцию второй диск, большая часть этих колебаний гасятся.

Двухмассовые устройства имеют целый ряд преимуществ перед сплошными. Вот основные:

  • более стабильная работа двигателя, как следствие – более ровная езда;
  • меньшее количество вибраций в области трансмиссии;
  • более надежная защита трансмиссии от перегрузки;
  • более мягкое переключение передач.

Однако устройство имеет один существенный недостаток, который обусловлен сложностью его конструкции. Им является меньшая по сравнению со сплошной деталью надежность. Система, соединяющая между собой диски, испытывает очень высокие нагрузки, в результате чего довольно быстро изнашивается. Итог – возникновение неисправностей.

Кроме того, двухмассовые конструкции дороже сплошных. Это тоже обусловлено сложностью их конструкции.

Двухмассовые детали можно установить и на автомобили, на которых изначально был сплошной маховик. Многие компании изготавливают эти узлы для различных марок машин (в качестве примера можно назвать фирму Валео).

Следует упомянуть, что существуют и другие типы маховиков (например, разработанный в 1960-х в СССР супермаховик). Но они так и не получили широкого распространения в автомобилестроении.

Двухмассовый

Возможные неисправности

Ниже представлены наиболее распространенные неисправности детали.

  • Износ венца. Со временем зубцы на венце могут истереться, благодаря чему при запуске мотора стартер будет на них пробуксовывать. Завести авто будет проблематично – это получится не с первого раза.
  • Нарушение центровки. Маховик должен быть установлен соосно кардану и диску сцепления. В противном случае при передвижении на транспортном средстве будет слышаться так называемое «биение».
  • Износ диска. Часть детали, которая выполняет функции диска сцепления, подвержена наиболее серьезным нагрузкам. В результате этого она может истираться, на ее поверхности могут появляться заусенцы, углубления. Результат всего этого – сокращение размеров площади соприкосновения дисков трансмиссии и, как следствие, плохое сцепление. Еще один признак поломки – шум при передвижении автомобиля.
  • Износ крепежа коленвала. Место, куда крепится коленчатый вал, со временем тоже изнашивается. В результате появляется люфт. Он приводит к появлению шума во время движения транспортного средства.

Что такое маховик в автомобиле - назначение, устройство и принцип работыВсе перечисленные поломки возникают у одномассовых или облегченных устройств. У двухмассовых также может возникнуть неисправность демпферов. Она чаще всего выражается в их износе. В результате этого часть конструкции, соединенная с коленвалом, передает не всю энергию на часть, которая является диском сцепления. Понять о том, что возникли проблемы, можно по следующим «симптомам»:

  • шум, стук;
  • появление так называемых плавающих оборотов;
  • самопроизвольные «подтрагивания», возникающие на холостом ходу;
  • повышение уровня вибрации при езде;
  • рывки при переключении скоростей.

Ремонт маховика

Ремонту поддаются далеко не все неисправности. Устранить можно:

  • износ венца;
  • нарушение центровки.

Первая неисправность устраняется путем установки нового венца с цельными зубьями. Вторая – посредством центровки маховика. Для этого разбирают трансмиссию.

Если речь идет об износе диска сцепления или места крепления коленвала, то они «лечению» не поддаются. Единственный вариант в этом случае – установка новой детали.

Что касается поломки демпферов, то они вполне поддаются ремонту. Он возможен и в домашних условиях, в гараже. Но стоит оговориться, что такой ремонт под силу только опытному автомобилисту. Поэтому лучше доверить его сотрудникам автосервиса.

Подведем итог

Маховик – деталь автомобиля, которая отвечает за передачу крутящего момента с коленвала на сцепление. Он предназначен для его стабилизации. Кроме того, деталь стабилизирует работу двигателя. Конструкция устройства очень проста – оно представляет собой стальной диск с зубчатым венцом. Существуют и более сложные двухмассовые варианты. О поломке детали может говорить трудный запуск двигателя, «биение», стук, плохое сцепление.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Pinterest

Маховик — Википедия. Что такое Маховик

Маховик со сферическими грузами, построенный по чертежам Леонардо да Винчи. Кадр из видео.

Маховик (маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии или для создания инерционного момента как это используется на космических аппаратах.

Использование

Используется в машинах, имеющих неравномерное поступление или использование энергии, накапливая энергию, когда поступление энергии выше чем расход, и отдавая её, когда потребление превышает поступление энергии. Также используется в гибридном двигателе в качестве накопителя энергии и для рекуперативного торможения.

Часто функцию маховика выполняет массивный вращающийся элемент механизма. Такие как гончарный круг, массивные колеса водяной мельницы или массивные зубчатые колеса.

Помимо энергии, вращающийся маховик (как и любое вращающееся тело) обладает ещё и моментом импульса, с чем связано наблюдение гироскопического эффекта, заключающегося в прецессии оси вращения вокруг своего первоначального направления при появлении внешней силы, не совпадающей с направлением оси вращения.

Первым примером использования гироскопического эффекта можно считать изобретение игрушки «волчок» («йо-йо»).

Одним из первых применений гироскопического эффекта стал переход от стрельбы круглыми ядрами к продолговатым снарядам, вращение которых позволило сохранять их ориентацию в пространстве, а продолговатая форма — значительно увеличить их массу (болванка) или же разрывной заряд.

Маховиком является и ротор гироскопа, используемого в гирокомпасах и вообще в гироскопических устройствах ориентации в пространстве, в частности торпед (прибор Обри), ракет и космических аппаратов. Наиболее привычные примеры маховика — велосипедное колесо или вращающийся диск электро-проигрывателя виниловых пластинок.

Свойство маховика сохранять направление оси вращения используется в успокоителях качки корабля.

В повседневной жизни маховик наиболее часто применяется на автомобилях: любой поршневой двигатель снабжён маховиком, часто совмещающим функции как часть сцепления и системы пуска (маховики снабжают зубчатым венцом для передачи момента от стартера). Кроме вывода кривошипного механизма из мёртвой точки, маховик в двигателе снижает неравномерность вращения до приемлемой, что увеличивает ресурс трансмиссии (оставшаяся часть неравномерности гасится пружинами диска сцепления или муфтой АКПП, затем торовыми резиновыми и вискомуфтами).

Физика

Кинетическая энергия вращения, накопленная во вращающемся теле (маховике), может быть рассчитана по формуле:

Маховик фабричной стационарной паровой машины
E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}

где:

Для простых форм маховика известны конечные выражения момента инерции

Заменив в формуле для полого цилиндра угловую скорость ω {\displaystyle \omega } на частоту вращения f {\displaystyle f} по формуле

ω = 2 π f {\displaystyle \omega =2\pi f}

получим

E = m ( π f ) 2 ( r 2 + r o 2 ) {\displaystyle E=m(\pi f)^{2}(r^{2}+r_{o}^{2})}

История

Эффект маховика использовался с древнейших времен. Например в гончарном круге, ветряных мельницах. Вероятно, одним из древнейших примеров использования маховика стала археологическая находка из Междуречья (в районе города Ур) — гончарный станок с диском из обожжённой глины, около метра в поперечнике и весом не менее центнера. Подобные изобретения неоднократно появлялись и в Китае.[1]

E=m(\pi f)^{2}(r^{2}+r_{o}^{2}) Маховик со старой фабрики

Согласно американскому медиевисту Линну Уайту немецкий монах Теофил упоминает в своём трактате «О различных искусствах» несколько машин, в которых применяется маховик.[2]

Во время промышленной революции, Джеймс Уатт применил маховик в паровой машине для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня[3], и его современник Джеймс Пикард использовал маховик в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное[4].

В 20-30-х годах XX века советский изобретатель А. Г. Уфимцев впервые в мире[5] применил инерционный аккумулятор на первой в России ветроэлектростанции, построенной им в г. Курске.

Использование маховика в качестве аккумулятора энергии ограничивается тем, что при превышении допустимой окружной скорости происходит разрыв маховика приводящий к большим разрушениям. Это вынуждает создавать маховики с очень большим запасом прочности, что приводит к снижению их эффективности.

Следствием этого является малая (по сравнению с другими видами аккумуляторов) удельная энергоёмкость.

Пример

Предельное значение угловой скорости маховика ω {\displaystyle \omega } определяется прочностью материала маховика на разрыв. Нетрудно показать, что для маховика в форме вращающегося диска 1 2 I ω 2 = V 4 S m a x {\displaystyle {\frac {1}{2}}I\omega ^{2}={\frac {V}{4}}S_{max}} , где S m a x {\displaystyle S_{max}}  — предел прочности материала маховика на разрыв (сила разрыва на единицу площади), V {\displaystyle V}  — объём диска. Для плавленого кварца S m a x = 3 × 10 9 {\displaystyle S_{max}=3\times 10^{9}} Н/м2. Энергоемкость маховика из плавленого кварца объёмом 0 , 1 {\displaystyle 0,1} м3 и весом 200 {\displaystyle 200} кг будет равна энергоемкости 13 {\displaystyle 13} л бензина[6].

Супермаховик

В мае 1964 года Н. В. Гулия подал заявку на изобретение супермаховика — энергоёмкого и разрывобезопасного маховика. В отличие от классического монолитного маховика, супермаховик намотан из тонкой ленты, проволоки или синтетических волокон, которые обладают значительно большей удельной прочностью, чем монолитная деталь (отливка или поковка), поэтому энергоемкость такого маховика значительно выше (по утверждению изобретателя, до 1,8 МДж/кг). Кроме того, в случае разрыва супермаховика не образуется крупных осколков: концы разорванной ленты или волокон начинают тормозиться о кожух, и маховик постепенно останавливается.

См. также

Примечания

  1. Родионов В. Г. Оптимизация структуры генерирующих мощностей. Аккумуляторы – накопители энергии // Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего. — М.: ЭНАС, 2010. — С. 65. — 352 с. — ISBN 978-5-4248-0002-3.
  2. ↑ Lynn White, Jr., «Theophilus Redivivus», Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224—233 (233)
  3. Элла Цыганкова У истоков дизайна
  4. ↑ Encyclopedia of the Industrial Revolution, 1750—2007: Steam Engine Архивная копия от 6 октября 2008 на Wayback Machine (англ.)
  5. Ветроэлектрическая станция — статья из Большой советской энциклопедии. 
  6. Орир Дж Физика. Том 1. — М., Мир, 1981. — c. 167

Ссылки

Маховик — что это, как устроен, где находится — Словарь автомеханика

Автомобильный маховик

Маховик — это часть кривошипно-шатунного механизма, системы сцепления и системы запуска двигателя, в виде диска большой массы с зубчатым венцом. Некоторые модификации маховиков имеют свои аббревиатуры – о них читайте в разделе “виды маховиков”.

Зачем нужен и где находится маховик в современном автомобиле

Маховик в автомобилях с ДВС выполняет следующие функции:

  • придает равномерность вращению коленчатого вала. Его большая масса накапливает кинетическую энергию на протяжении такта рабочего хода. Остальные три такта отведены для отдачи аккумулированной энергии коленвалу. Таким образом выравнивают и поддерживают стабильной угловую скорость коленвала. При большем количестве цилиндров достигается повышение продолжительности рабочего хода поршня, равномерность крутящего момента и возможность снижения массы самого маховика;
  • передает крутящий момент от силового агрегата к механизму сцепления — и потом, к коробке передач и ведущим колесам;
  • передает крутящий момент от стартера на коленвал двигателя при запуске двигателя;
  • выводит поршни из ВМТ, НМТ при помощи возникающих сил инерции;
  • гасит (демпфирует) крутильные колебания, вибрации.

Маховик крепят к торцу коленвала. По отношению к двигателю маховик находится снаружи, между мотором и коробкой передач.


Виды маховиков и особенности конструкции

Есть два основных его вида — одномассовый и двухмассовый. Их главное отличие в том, из скольких компонентов состоит сам маховик. Одномассовый — это цельнолитая деталь (одна масса), которая выполняет свои функции. А в двухмассовом массы две - это два диска в корпусе, которые приходят в зацепление друг с другом с использованием сложной демпфирующей системы между ними.

Устройство маховика

Устройство двухмассового маховика: 1 — ступица; 2 — радиальный подшипник; 3 — первичный диск; 4 — дуговая пружина; 5 — фланец; 6 — зубчатый венец; 7 — вторичный диск; 8 — вентиляционное отверстие; 9 — уплотнительная мембрана; 10 — кольцевая камера, заполненная смазкой.

Одномассовый маховик

Он устроен проще всего, поэтому надежен и наиболее распространен. В центре диска из чугуна или стали, диаметр которого составляет 300-400 мм, находится посадочное место для установки на хвостовик коленвала. Оно представляет собой расширение (ступицу). В центре — большое отверстие, а 4-12 отверстий под болты помещены на окружности для фиксации.

Одномассовый маховик

Одномассовый маховик

Противоположной стороне отводится роль ведущего диска сцепления. Наружную поверхность оснастили местом под установку сцепления и кольцевой контактной площадкой — под ведомый диск сцепления. По окружности внешней стороны напрессовали зубчатый венец из стали.

Простота конструкции, относительная дешевизна производства обусловили массовое распространение такого вида маховиков Существенный недочет конструкции — она не способна в достаточной степени погасить крутильные колебания, возникающие в современных более мощных, но при этом менее объемных моторах. Поэтому на таких автомобилях зачастую устанавливают двухмассовые маховики.

Двухмассовый (демпферный) маховик

Между двумя дисками конструкции (ведущим и ведомым), которые соединены подшипником, расположена особая пружинно-демпферная система. Ее применение позволило отказаться от использования в ведомом диске сцепления демпфирующего устройства. Ведущий диск двухмассового маховика непосредственно соединен с фланцем коленвала. Крутящий момент передается на ведомый диск, но благодаря пружинно-демпферной системе внутри это происходит с задержкой и с гашением вибраций и крутильных колебаний.

Двухмассовые маховики имеют ряд преимуществ:

Двухмассовый маховик

Двухмассовый маховик

  • лучше справляются с колебаниями, вибрациями, толчками;
  • способствуют тому, чтобы удобнее переключались передачи;
  • уменьшают износ синхронизаторов;
  • защищают трансмиссию;
  • помогают сэкономить топливо.

Но есть и недостатки:

  • они дороже в производстве, обслуживании и при замене;
  • более требовательны к условиям эксплуатации — не любят сильных вибраций, езды на низких оборотах, перегрева.

Двухмассовые маховики имеют ряд названий, которые по сути являются аббревиатурами: DMF (Dual-Mass Flywheel на английском) или ZMS (ZweiMassenSchwungrad на немецком).

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Маховик двухмассовый с маятниковым гасителем колебаний

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Эта новая разновидность двухмассового маховика. Пружинно-демпферная система получила дополнение – центробежный маятник в виде грузов по окружности махового колеса. Низкие обороты двигателя вызывают раскачивание грузов ввиду незначительной центробежной силы. Вызванные колебания находятся в противофазе с теми, что частично сгладили пружины, что позволяет окончательно их погасить. При возросших оборотах амплитуда центробежного маятника уменьшается, как и значение в демпфировании.

Главное достоинство конструкции — помощь в устранении неравномерности вращения коленвала на низких оборотах. Его распространение связано с доминирующими в автомобилестроении тенденциями:

  • сделать мотор меньшим по объему и легче, сохранив мощность;
  • расширить диапазон крутящего момента, используя низкие обороты.

Неисправности и их признаки

Ввиду немалых нагрузок со временем маховик деформируется и разрушается.

В одномассовом маховике проблемным местом может быть зубчатый венец, который может разрушаться со временем. Его демонтируют механическим способом. При установке нового – приходится прибегать к нагреву и заменять болты. Также возможно появление трещин и поломок диска. Решается только заменой детали целиком.

Повреждение венца на одномассовом маховике

Повреждение зубьев венца

Замена венца на маховике

Замена венца на одномассовом маховике

Чтобы своевременно выявить неисправности одномассового маховика, обращайте внимание на:

  • возросший уровень вибраций, шумов;
  • ухудшение работы сцепления;
  • проблемы при запуске двигателя.

Что касается двухмассового маховика, то его более сложная конструкция подразумевает возникновение неисправностей, которые устранить труднее. В нем могут:

  • поломаться, полностью разрушиться дуговые пружины;
  • износиться подшипники, детали, подвергающиеся трению.
Повреждение венца на одномассовом маховике

Поломка пружин в двухмассовом маховике

Признаки проблем с двухмассовым маховиком следующие:

  1. Ощущение вибрации при пуске двигателя, возможно с толчками, которые чувствуются даже в рычаге КПП.
  2. Мягкий стук при работе двигателя на холостых оборотах.
  3. Вибрация во время разгона.
  4. Толчки при переключениях передач.
  5. Вибрация, возникающая даже после глушения двигателя.

В теории двухмассовый маховик можно перебрать, но на практике его только меняют.


Подбор и покупка деталей

Маховики подбирают по VIN-коду или модели/марке автомобиля или коду двигателя. Выбирая между оригинальными деталями и аналогами от ведущих мировых производителей, учитывайте тот факт, что такие производители как LUK и Sachs изобрели конструкцию двухмассового маховика и чаще всего с завода в машинах стоят именно их детали. Поэтому при разнице в стоимости между оригиналом и продукцией LUK/Sachs выбирайте то, что будет дешевле - в коробке будет одно и то же.

Одномассовый маховик меняется только на деталь такой же конструкции. Для тюнинга автомобилей применяют облегченные маховики, но его нельзя просто установить — нужно менять или компоненты двигателя, или хотя бы настройки его работы.

Двухмассовый маховик следует менять на аналогичную деталь. Но некоторыми производителями предлагается замена двухмассовых маховиков на более надежную конструкцию одномассового маховика с определенными доработками. Такие conversion kits (комплекты для переоборудования) предлагает компания Valeo - еще один крупнейший мировой производитель автозапчастей и двухмассовых маховиков. Такая замена до сих пор остается спорным вопросом - такие производители как LUK и Sachs утверждают, что так делать нельзя - никакой одномассовый маховик не справится с задачами двухмассового (в первую очередь вибрациями и крутильными колебаниями), поэтому вы снижаете ресурс коробки передач и других смежных деталей. Valeo, который и предлагает подобную замену, утверждает, что его инженеры все продумали и такая замена допускается только для определенных моделей двигателей (VAG 1,9, 1,8 турбо, Passat B5, Caddy, Audi A3, Audi TT, Golf5, Golf6, Skoda Octavia в первом кузове, практически все модели группы VAG с 2000-х по 2009 год с двигателями 1,8).

Связанные термины

Маховик и все,что нужно о нем знать.

Все автолюбители знают, что сцепление является одной из ключевых систем любого автомобиля. Основной задачей сцепления является передача крутящего момента на коробку передач. В системе сцепления одной из самых важных деталей является маховик, располагающийся между трансмиссией и двигателем. Какое устройство маховика, какие существуют разновидности данной системы и для чего необходим ведущий диск? Мы с Вами разберём все вопросы в этой статье.

Содержание статьи

Кто он и где находится маховик

Сам по себе классический маховик довольно прост – это массивный металлический диск, имеющий диаметр порядка 30-40 сантиметров. Изготавливают его, как правило, из чугуна.

По внешней окружности этого круга располагается стальной обод с зубцами, именуемый венцом маховика. Зубчатая передача в данном узле отыгрывают очень важную роль, но об этом мы поговорим немного позже.

Где находится маховик? Найти маховик под капотом автомобиля с первого взгляда не получится. Расположена эта деталь в глубине двигателя и закрыта от посторонних глаз кожухами.

Если точнее, то место этого металлического диска на одном из концов коленчатого вала, который, как вы уже знаете, раскручивается при помощи поршней двигателя.

Крепится маховик к коленвалу очень прочно, так как ему приходится выдерживать сильнейшие нагрузки и быть посредником между мотором и коробкой передач.

О том, как выглядит маховик и где его место в автомобиле мы уже поговорили, теперь необходимо выяснить самое главное — так ли он нужен. Несмотря на внешнюю простоту и отсутствие сложных форм, без этой детали машина не начнёт движение, да и вообще не заведётся. Маховик выполняет следующие функции:

  • гашение паразитных колебаний коленвала;
  • передачу крутящего момента двигателя на трансмиссию;
  • обеспечение связи стартера с коленвалом.

Рассмотрим детальнее вышеперечисленные пункты. Одна из ключевых ролей маховика заключается в гарантировании плавной работы двигателя и гашении разного рода механических колебаний и вибраций.

Именно для этого диск изготавливают из тяжёлого чугуна – главное здесь его масса, благодаря которой обеспечивается накапливание энергии и поддержание вращательного момента коленвала при помощи инерции.

Следующая роль не менее важная – маховик выступает как посредник между двигателем и коробкой передач, а также, по сути, является частью механизма сцепления. Вся мощность мотора и крутящий момент, коими так любят хвастаться автолюбители, проходят через этот скромный, но тяжёлый диск и устремляются далее, через трансмиссию к колёсам.

И, наконец, последняя функция маховика. Немного ранее, описывая строение этой детали, мы упомянули о зубцах, располагаемых по внешней окружности диска, так называемом венце.

При помощи них в момент, когда вы поворачиваете ключ в замке зажигания, происходит зацеп шестерни стартера с вышеупомянутыми зубьями, благодаря чему создаётся первичное вращение коленвала и запускается процесс сгорания топлива в цилиндрах. Другими словами – двигатель начинает работу.

Виды

На сегодняшний день выделяются три вида маховиков:

  1. Сплошной. Представляет собой простой чугунный диск с зубьями на торце. Такие модели распространены как на отечественных автомобилях, так и на иномарках, особенно эконом-класса.
  2. Облегченный. Как правило, облегченная версия ведущего диска устанавливается или на авто с автоматической КПП, или на тюнингованные модели. Главная особенность такого диска — уменьшенная масса, вследствие которой достигается уменьшение инерции и увеличение КПД двигателя до 5%. Облегченный маховик является конструктивно упрощенной разновидностью сплошного типа. Основным его назначением является выполнение роли шестерни, которая вращается при запуске стартера.
  3. Двухмассовый или демпферный. В настоящее время приобрел широкую распространенность вследствие своих преимуществ — гашения вибрации, устранения крутильных колебаний коленвала, повышения износостойкости синхронизаторов, защиты трансмиссии от перегрузок и понижения шума. Конструктивно усложненная модель маховика по сравнению с предыдущими видами.

Особенности устройства двухмассового маховика

Конструктивные особенности детали заключаются в наличии двух корпусов, один из которых устанавливается на коленвал с последующим соединением с коленвалом, а второй соприкасается рабочей поверхностью с диском сцепления. Соединение между корпусами обеспечивается за счет двух подшипников (осевого и радиального), которые могут свободно скользить вне зависимости от работы друг друга. Также в середине детали установлена демпфирующая система, состоящая из пружин. Все механизмы обработаны специальной консистентной смазкой, она обеспечивает надежную работу пружин и сепараторов между ними

.В двухмассовом маховике располагается два пакета пружин. Мягкий пружинный пакет обеспечивает мягкость запуска и остановки, а с помощью жесткого пакета обеспечивается демпфирование колебаний в рабочих диапазонах оборотов двигателя.

Принцип работы

Принцип действия эффективный и простой одновременно. Из-за повышения инерционного момента масс на входном валу КПП резонансное количество оборотов становится меньше, чем диапазон оборотов ДВС. Благодаря этому обеспечивается гашение колебательных движений, генерируемых силовым агрегатом. Гашение колебаний достигается за счет демпферно-пружинной системы, которая не допускает соударений частей КПП. В результате достигается уменьшение нагрузки на рабочие элементы.

Ремонт маховика

Ремонт венца маховика Во время вращения шестерня бендикса зацепляется с зубьями венца маховика. Поэтому вся нагрузка во время работы накрадывается на шестерни. Со временем они стираются. В результате происходит поломка автомобиля, которая проявляется такими симптомами: автомобиль плохо заводится, стартер щелкает, но не крутится. Такие симптомы не постоянны. Автомобиль то заводится, то снова стартер щелкает или трещит. Это свидетельствует о плохом зацеплении шестерней бендикса и маховика. Если стерты зубья маховика в определенном месте, то стартер крутится и не запускает двигатель до тех пор, пока маховик не прокрутит дефектное место.

Через некоторое время шестерни попадают в зацеп, и двигатель запускается. Необходимо осмотреть венец маховика и шестерню бендикса, и в случае износа произвести замену. Ремонт можно сделать своими руками. Для этого необходимо достать маховик из автомобиля и с помощью молотка и зубила выбить венец. Если новый венец не надевается, его необходимо нагреть с помощью горелки или, даже лучше, электроплитки и, постукивая молотком, равномерно надеть на диск. Обратите внимание! Венец необходимо разогревать по всей поверхности и не очень сильно. Если разогреть докрасна, то это будет способствовать быстрому износу зубьев в местах разогрева. Иногда, если зубья не очень износились, венец с маховика снимают и одевают другой стороной. Для этого необходимо пометить несколькими метками диск и венец, чтобы, перевернув его, поставить на то же место. Это максимально сохранит балансировку маховика.

Ремонт двухмассового маховика

Симптомов поломки демпферного маховика может быть много, в зависимости от того, что повреждено. Если при запуске или остановке двигателя вы слышите посторонние звуки, это может быть поломкой демпферного маховика. Особенно это заметно на небольших оборотах двигателя, а при увеличении оборотов посторонние вибрации и звуки пропадают. Разбалансировка маховика сопровождается громким гудением, которое увеличивается с увеличением оборотов двигателя.

Если во время разгона автомобиля чувствуются вибрации, то это говорит об износе демпфера маховика. Аналогичные симптомы могут быть и при других поломках. Как же проверить демпферный маховик? Для этого необходимо провести несложный тест. На высокой передаче замедлиться до 1300-1500 оборотов в минуту, а затем педаль газа нажать максимально возможно в крайнее положение. Если вы не услышали странных звуков и вибраций, то ваш маховик работает, скорее всего, нормально. Данный тест очень перегружает маховик, поэтому не проводите его часто.

Но если вы уверены в поломке демпферного маховика, то приготовьтесь к большим расходам. Правда, некоторые сервисы предлагают разборку и восстановление двухмассового маховика. Но тут необходимо хорошо подумать. Заводы-производители не предусматривают ремонт демпферного маховика, поэтому не поставляют в продажу необходимые детали. Чтобы демпферный маховик служил долго, рекомендуется: • Не перегружать автомобиль; • Не бросать педаль сцепления; • Не начинать движение с повышенной передачи; • Не пробуксовывать; • Не водить автомобиль агрессивно.

Какие преимущества и недостатки?

На практике водителю важны не столько технические показатели и конструктивные особенности механизма, сколько удобство и комфорт вождения. Установка в автомобиль двухмассового маховика дает на практике следующие преимущества:

  • Переключение передач становится более удобным и мягким.
  • Инерционный момент при переключении уменьшается.
  • Увеличивается ресурс ДВС и КПП.
  • В картере сцепления достигается экономия пространства, что является важным преимуществом для компактных транспортных средств.

Несмотря на многочисленные преимущества, у него имеются и недостатки. Во-первых, стоимость достаточно высокая. Во-вторых, срок эксплуатации значительно ниже, чем у дисков сцепления других разновидностей. Такой недостаток обусловлен конструкцией и внутренней смазкой, которая в течение эксплуатации разрушается. Это единственные существенные недостатки, которые имеются у двухмассовых маховиков.

Несмотря на то, что ресурс эксплуатации детали не является неограниченным, при правильной езде ресурс оценивается в 350-400 тысяч километров.

Что такое маховик двигателя? Виды маховиков в ДВС

Части современных двигателей внутреннего сгорания состоят из множества различных деталей, каждая из которых играет свою роль. Одной из таких деталей является маховик. Он имеет довольно простую конструкцию, но несет важную функцию.

Маховики устанавливают на торцевые части коленчатых валов рядом с задними коренными подшипниками.

Многие автовладельцы не имеют представления о том, что такое маховик. В статье мы постараемся осведомить вас о том, что он собой представляет и каковы его функции в механизме.

По виду маховик напоминает диск. Он прикрепляется к задней части коленчатого вала.
Маховик
Маховик имеет довольно внушительный вес, благодаря которому, согласно законам физики, он накапливает и отдает кинетическую энергию. Это свойство позволяет узлам использоваться современными двигателям внутреннего сгорания в качестве конструкций, которые сглаживают неравномерность вращения коленчатого вала. Когда поршень работает, маховики скапливают энергию крутящего момента, а когда поршни «спят», выводят эти детали из них, отдавая при этом энергию.

Важным является тот факт, что, чем больше цилиндров имеет двигатель внутреннего сгорания, тем более его крутящий момент равномерен. По этой причине в подобных ДВС можно применять маховики небольшого веса.

Важнейшей функцией маховика считается трансляция крутящего момента на коленчатый вал от стартера. Она производится следующим образом: на внешнюю окружность узла прикрепляется зубчатый стальной ободок. Он расположен в месте зацепления с валом, который проходит от стартера. При включении водителем зажигания, стартер начинает проворачивать этот вал, а тот, в свою очередь, крутит маховик, приводящий в движение коленчатый вал. Таким образом осуществляется запуск двигателя.

Помимо всего этого, маховик играет важную роль в действии трансмиссии машины. Он выполняет в ней роль ведущих дисков сцепления. Вращательный момент коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания передается коробке переключения передач, а от них идет трансляция к ведущим колесам.

Виды маховиков в ДВС

Маховики современных ДВС имеют следующее подразделение:

  • Одномассовые (сплошные). Считаются самым распространенным видом. Одномассовый маховик ДВС представляет собой сплошную конструкцию и диск внушительного размера диаметром от 300 до 400 миллиметров. Изготавливают одномассовые маховики чаще всего из высококачественного чугуна. По всей окружности сплошного маховика проводят венец – стальное зубчатое кольцо. Монтаж производится по технологии напрессовки, благодаря чему кольцо крепится прочно. Для закрепления одномассового маховика на коленчатый вал нужно с одной стороны детали выполнить ступицу. Противоположная же плоскость сплошного маховика выполняет роль ведущего диска сцепления. Выходит, что конструкция одномассового маховика не представляет собой особой сложности. Также, данный маховик имеет сравнительно невысокую стоимость, поэтому он широко применяется в современных ДВС. Минус сплошного маховика заключается в том, что он плохо гасит крутильные колебания. Есть разновидности маховиков, которые справляются с этой задачей лучше;
  • Двухмассовые маховики. Двухмассовый маховик – это конструкция из двух дисков, соединенная между собой пружинно – демпферной системой. Функция этой системы состоит в том, чтобы избавлять трансмиссию машины от непрерывно возникающих крутильных колебаний силового агрегата, уравновешивать ее работу. Применяя двухмассовый маховик вместо одномассового, можно не использовать в ведущем диске сцепления демпфирующее устройство, что повысит надежность и долговечность системы. Также двухмассовые маховики позволяют делать следующее:
  1. Снижать вибрации, которые передаются от двигателя к трансмиссии;
  2. Снижать уровень шума;
  3. Делать коробку передач более «удобной» в использовании;
  4. Защищать трансмиссию от перегруза.

Маховик ДВС
Некоторые исследования показывают, что двухмассовые маховики способны снизить потребление двигателем топлива. К недостаткам можно отнести не столь высокую надёжность, какую имеют, к примеру, одномассовые маховики. Это связано с нагрузкой, которая «ложится» на пружинно – демпферную систему. По этой же причине двухмассовые маховики не так часто эксплуатируются автовладельцами. Однако сейчас активно разрабатывают новые усовершенствованные конструкции этих узлов, ведь появляются новые модели двигателей, которые функционируют на низких оборотах, а также моторы довольно большой мощности при скромном рабочем объеме. Такие двигатели внутреннего сгорания «ждут» от маховиков высокого уровня гашения колебаний, над чем конструкторы и работают;

  • Облегченные маховики. Применяются при тюнинге силовых агрегатов. В таких маховиках масса распределяется от центра к краям, что уменьшает общий вес конструкции и момент инерции. Машины, оснащенные облегченными маховиками, обладают улучшенной разгонной динамикой.

Видео принцип работы маховика в двигателе

На информационном сайте для автолюбителей «FORAM» вы сможете найти много полезной информации, касающейся ремонта и обслуживания автомобилей.

маховик — Викисловарь

Морфологические и синтаксические свойства[править]

падеж ед. ч. мн. ч.
Им. махови́к маховики́
Р. маховика́ маховико́в
Д. маховику́ маховика́м
В. махови́к маховики́
Тв. маховико́м маховика́ми
Пр. маховике́ маховика́х

ма-хо-ви́к

Существительное, неодушевлённое, мужской род, 2-е склонение (тип склонения 3b по классификации А. А. Зализняка).

Корень: -мах-; суффиксы: -ов-ик [Тихонов, 1996].

Произношение[править]

Семантические свойства[править]

Значение[править]
  1. техн. массивное вращающееся колесо на валу двигателя или другой машины, выравнивающее её ход либо использующееся в качестве накопителя кинетической энергии ◆ Ротор асинхронного генератора представляет собой обычный маховик, поэтому он лучше защищен от попадания влаги и грязи. ◆ Маховик соединен с валом электрогенератора, который заряжает аккумулятор.
  2. техн. гладкое колесо, предназначенное для вращения рукой ◆ Открывание и закрывание вентилей разрешается производить, вращая маховик руками; ни в коем случае не допускается применять удлинительные рукоятки, рычаги, ломы и т.п. , 19 авг 1999 // «Типовая инструкция по безопасному ведению работ для персонала котельных РД 10-319-99 (1999)»
  3. перен., в сочетании с дополнением какой-либо медленный, постепенно набирающий обороты процесс ◆ Маховик «холодной войны» безостановочно продолжал раскручиваться. ◆ Людям, попавшим в маховик истории, от этого не легче. ◆ Безграмотные и безответственные действия власти только поддерживают пламя войны и раскручивают маховик ненависти .
Синонимы[править]
  1. част. гироскоп, волчок
  2. част. штурвал, вентиль
Антонимы[править]
Гиперонимы[править]
Гипонимы[править]

Родственные слова[править]

Список всех слов с корнем «мах-/маш-» [править]
  • существительные: замах, замашечка, замашка, мах, махальщик, махальщица, махание, маханье, маховик, маховичок, махолёт, отмахивание, отмахиванье, отмашечка, отмашка, размах, размахивание, размахиванье
  • прилагательные: маховой, маховый, машущий, неразмашистый, размашистый
  • глаголы: взмахивать, взмахнуть, вымахать, вымахивать, замахать, замахаться, замахивать, замахиваться, замахнуть, замахнуться, махать, махаться, махнуться, намахивать, намахиваться, намахнуть, намахнуться, перемахивать, перемахиваться, перемахнуть, перемахнуться, подмахивать, подмахнуть, помахать, помахаться, помахивать, промахивать, промахиваться, промахнуть, промахнуться, размахивать, размахиваться, размахнуться, умахиваться, умахнуть
  • наречия: одним взмахом, вмах, махом, неразмашисто, размашисто

Этимология[править]

Происходит от прил. маховой и гл. махать, далее из ??

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

Анаграммы[править]

Библиография[править]

Interrobang.svg Для улучшения этой статьи желательно:
  • Добавить гиперонимы в секцию «Семантические свойства»
  • Добавить хотя бы один перевод для каждого значения в секцию «Перевод»
Простая английская Википедия, свободная энциклопедия

Разговорный маховик

Маховик - это тяжелый диск или колесо, прикрепленное к вращающемуся валу. Маховики используются для хранения кинетической энергии. Импульс маховика не позволяет ему легко изменять скорость вращения. Благодаря этому маховики помогают вращать вал с одинаковой скоростью. Это помогает, когда крутящий момент, приложенный к валу, часто изменяется. Неравномерный крутящий момент может изменить скорость вращения.Поскольку маховик противостоит изменениям скорости, он уменьшает влияние неравномерного крутящего момента. Двигатели, использующие поршни для обеспечения мощности, обычно имеют неравномерный крутящий момент и используют маховики для решения этой проблемы.

Требуется энергия, чтобы заставить колесо (любое колесо) вращаться. Если есть небольшое трение (хорошие подшипники), то оно продолжит вращаться долгое время. Когда требуется энергия, ее можно снова извлечь из колеса. Так что это простое механическое средство хранения энергии. Количество накопленной энергии зависит от веса и скорости вращения - для ускорения вращения более тяжелого колеса требуется больше энергии.Другим фактором является радиус (размер), поскольку чем дальше от оси находится часть колеса, тем больше энергии требуется для вращения. Эти три фактора могут быть представлены М (массой), ω {\ displaystyle \ omega} (угловая скорость) и R (радиус). Объединение двух приведенных ниже уравнений дает ω {\ displaystyle \ omega} 2 MR 2 /4. Маховое колесо - это не просто колесо, а специально разработанное для хранения энергии.Так что он должен быть тяжелым и / или быстро вращаться. Например, у некоторых автобусов есть маховое колесо, которое используется для остановки и запуска. Когда автобус останавливается (например, на светофоре), маховое колесо соединяется с колесами, поэтому энергия вращения передается на него, поэтому автобус замедляется, пока маховое колесо ускоряется. Затем, когда автобус снова начинает движение, он снова подключается, и энергия передается обратно. Конечно, вам не захочется тащить в автобусе тяжелое колесо, поэтому оно изготовлено из более легкого материала, способного выдерживать очень быстрое вращение.{2}}

где я {\ displaystyle I} момент инерции массы относительно центра вращения и ω {\ displaystyle \ omega} (омега) - угловая скорость в радианах.

Маховик использовался с древних времен, наиболее распространенным традиционным примером является гончарный круг. Во время промышленной революции Джеймс Уотт внес свой вклад в разработку маховика в паровом двигателе, а его современник Джеймс Пикард использовал маховик.

В мире венчурного капитала термин «маховик» используется для обозначения периодического, приносящего прибыль центра бизнеса.

,

Как маховики накапливают энергию?

Крис Вудфорд. Последнее обновление: 10 марта 2020 г.

Стоп ... Старт ... Стоп ... Старт - это никак водить машину! Каждый раз, когда вы замедляете или останавливаете транспортное средство или машину, вы тратить импульс, который он накопил заранее, превращая его кинетическую энергию (энергия движения) в тепловую энергию в тормозах. Не было бы лучше, если бы вы могли как-то хранить эту энергию, когда вы остановился и вернуть его снова при следующем запуске? Это один из работ, которые маховик может сделать для вас.Впервые используется в колеса гончаров, тогда чрезвычайно популярные в гигантских двигателях и машинах во время промышленной революции маховики сейчас делают возвращение во всем, от автобусов и поездов до гоночных автомобилей и мощности растения. Давайте внимательнее посмотрим, как они работают!

Фото: старый маховик на паровом двигателе в Think Tank, музее науки и промышленности в Бирмингеме, Англия. Маховик - это колесо со спицами сзади. Обратите внимание, что это в основном пустое пространство с длинными спицами и большим тяжелым ободом.

Зачем нам маховики

Фото: типичный маховик на газоперекачивающем двигателе. Маховик является более крупным из двух черных колес с тяжелым черным ободом в центре. Это один из многих увлекательных движков, которые вы можете увидеть в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.

Двигатели самые счастливые и самые эффективные когда они вырабатывают энергию с постоянной, относительно высокой скоростью. Единственная проблема в том, что машины и машины, на которых они ездят, должны работать на всех видах разных скоростей и иногда нужно вообще остановиться.Муфты и шестерни частично решают эту проблему. (Сцепление механический «выключатель», который может отключить двигатель от машины это вождение, в то время как передача является парой сцепленных колеса с зубами который изменяет скорость и крутящий момент (силу поворота) машины, поэтому он может двигаться быстрее или медленнее, даже если двигатель работает с той же скоростью.) Но то, что не могут сделать сцепления и механизмы, - это экономия энергии, которую вы тратите когда вы тормозите и отдаете его снова позже. Это работа для маховика!

Что такое маховик?

Маховик - это очень тяжелое колесо, которое требуется много сил, чтобы вращаться.Это может быть большой диаметр колесо со спицами и очень тяжелым металлическим ободом, или это может быть цилиндр меньшего диаметра, изготовленный из углеродного волокна композит. В любом случае, это колесо, которое вы должны нажать очень трудно установить его вращение. Так же, как маховику нужно много заставить его начать, так что ему нужно много силы, чтобы остановить его. Так как В результате, когда он вращается на высокой скорости, он стремится продолжайте вращаться (мы говорим, что у него много угловых моментов), Это означает, что он может хранить много кинетической энергии.Вы можете думать об этом как о «механическая батарея», но она накапливает энергию в форме движения (кинетическая энергия, другими словами), а не энергия, запасенная в химическая форма внутри традиционной электрической батареи.

Маховики

бывают всех форм и размеров. Законы физики (кратко объяснены в поле ниже - но вы можете пропустить их, если вы не заинтересованы или вы знаете, про них уже) расскажи что большой диаметр и тяжелые диски хранить больше энергии, чем меньшие и легкие колеса, в то время как маховики которые вращаются быстрее, хранят гораздо больше энергии, чем те, которые вращаться медленнее.

Современные маховики немного отличаются от тех, которые были популярны во время промышленной революции. Вместо широкого и тяжелого стальные колеса с еще более тяжелыми стальными ободами, маховики 21-го века, как правило, более компактные и изготовленные из углеродного волокна или композитных материалов, иногда со стальными ободами, которые работают, возможно, на четверть тяжелее.

Физика маховиков

Вещи, движущиеся по прямой линии, имеют импульс (некая «сила» движения) и кинетическая энергия (энергия движения) потому что у них есть масса (сколько «вещей» они содержат) и скорость (как быстро они движутся).в Точно так же вращающиеся объекты имеют кинетическую энергию, потому что они имеют что называется моментом инерции (сколько "вещей" они из и как он распределяется) и угловая скорость (как быстро они вращаются). Момент инерции является эквивалентом массы для вращающихся объектов, тогда как угловая скорость подобна обычной скорость только вращается по кругу.

Так же, как кинетическая энергия объекта, движущегося по прямой линии, определяется этим уравнением:

E = ½mv2

(где m - масса, а v - скорость), то есть эквивалент, кинетический энергия вращающегося объекта дается этим:

E = ½Iω2

(где I - момент инерции, а ω - угловая скорость).

«Момент инерции» звучит ужасно абстрактно и запутанно, но понять его гораздо проще, чем вы могли бы считать. На самом деле это означает, что с точки зрения кинетической энергии и импульса эффективная масса вращающегося объекта зависит не только от того, сколько фактической массы он имеет, но и от того, где эта масса расположена относительно Точка это вращается вокруг. Чем дальше от центра масса, тем большее влияние оно оказывает на импульс и кинетическую энергию объекта - и мы количественно определяем это, говоря, что масса имеет более высокий момент инерции.Так что большой диаметр, легкий, со спицами маховик с очень тяжелым стальным ободом может иметь более высокую момент инерции, чем гораздо меньший, твердый маховик, потому что больше его масса дальше от точки вращения.

Законы о сохранении

Законы сохранения энергии и сохранение импульса распространяется на вращающиеся объекты так же, как они применять к объектам, ускоряющимся по прямым линиям. Так что то, что вращается с определенное количество энергии и угловой момент (вращение эквивалент обычного, прямолинейного, линейного импульса) сохраняет свои угловой момент, за исключением силы (например, трения или сопротивления воздуха) украл это.Этот закон называется сохранением угловых импульс.

Когда фигурист протягивает руки, некоторые из их масса дальше от центра их тела (точка вращения) поэтому они имеют более высокий момент инерции. Если они вращаются быстро с вытянутыми руками, но затем вдруг принести свои руки к центр, они мгновенно уменьшают момент инерции. Но сохранение момента импульса говорит их полный момент импульса должны остаться прежними - и единственный способ, который может произойти, это если они вверх.Вот почему вращающийся фигурист будет вращаться быстрее, когда они поднести руки к телу (и замедлить, когда они руки снова)

Artwork: Если вы медленно вращаетесь (стоя на проигрывателе без питания или сидите на офисном стуле), и вы быстро подносите руки к телу, вы будете вращаться намного быстрее. Ваш момент инерции уменьшается, поэтому ваша скорость должна увеличиться, чтобы «сохранить» ваш угловой момент (оставьте его таким же).

Каков лучший дизайн для маховика?

Из этих основных законов физики следует, что маховик будет хранить больше энергии, если он имеет более высокий момент инерция (больше массы или массы, расположенной дальше от ее центра) или если он вращается с большей скоростью.И так как кинетическая энергия вращающийся объект (E в приведенном выше уравнении) связан с квадратом его угловой скорости (ω2), ты Можно увидеть, что скорость имеет гораздо больший эффект, чем момент инерции. Если вы возьмете маховик с ободком из тяжелого металла и замените его Обод, который в два раза тяжелее (удвоит момент инерции), запасать вдвое больше энергии, когда он вращается с одинаковой скоростью. Но если Вы берете оригинальный маховик и вращаете его вдвое быстрее угловая скорость), вы будете в четыре раза больше, сколько энергии он хранит.Вот почему дизайнеры маховиков обычно стараются использовать скоростные колеса а не массивные. (Компактные, высокоскоростные маховики также очень более практичным в гоночных автомобилях, не в последнюю очередь потому, что большие маховики имеют тенденцию добавьте слишком много веса.)

Усилие на маховике увеличивается со скоростью, и энергия, которую может накапливать колесо, равна ограничено прочностью материала, из которого он изготовлен: вращать маховик слишком быстро, и вы в конечном итоге достигнете точки, в которой сила будет настолько велика, что колесо будет разбито на куски.Прочные, легкие материалы лучше всего подходят для маховиков, поскольку они могут вращаться быстрее без разваливается. Современные маховики обычно изготавливаются из таких материалов, как сплавы, углеродно-волокнистые композиты, керамика и кристаллические материалы, такие как монокристаллы кремния. Некоторые специально разработаны для того, чтобы безопасно разбиться на мелкие фрагменты, если они вращаются слишком быстро.

Произведения искусства: маховики имеют фиксированный диаметр и массу и, следовательно, фиксированный момент инерции - или они? Эта изобретательная система маховика 1959 года, разработанная Бертрамом Шмидтом, может складываться и складываться, увеличивая или уменьшая запас энергии.Как это работает? Приводной двигатель (зеленый, справа) подает нагрузку (оранжевый, слева) через ось (желтый) и систему шкивов (серый). По мере изменения скорости оси центробежный регулятор (темно-синий) и электрическая цепь (вверху справа) включают или выключают небольшой электродвигатель (розовый), перемещая рычаг (коричневый) влево или вправо, перемещая другое соединение ( синий), поэтому маховик (красный) складывается или снимается при необходимости. Из патента США 2 914 962: система маховика Бертрама Шмидта, опубликована 1 декабря 1959 г., любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

Как маховик может сохранить свою энергию?

Фото: маховики в конечном итоге перестают вращаться из-за трения и сопротивления воздуха, но если мы установим их на подшипники с очень низким коэффициентом трения, они будут сохранять свою энергию в течение нескольких дней. Этот экспериментальный маховик использует сверхпроводящий подшипник без трения и вращается внутри вакуумной камеры, чтобы предотвратить замедление сопротивления воздуха. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США / Аргоннской национальной лабораторией.

Законы физики (первый закон движения Ньютона, если быть точным) говорят нам, что движущийся объект будет стремиться продолжать двигаться, если на него не действует сила.Так что вы можете подумать, что маховик будет вращаться вечно. Единственная проблема заключается в том, что маховики вращаются на подшипниках, поэтому, даже когда они хорошо смазаны, сила трения замедляет их. Есть и другая проблема: поскольку маховики вращаются в воздухе, сопротивление воздуха или сопротивление также замедляют их. Современные маховики позволяют обойти эти проблемы, устанавливая их на малое трение. подшипники и герметичные внутри металлические цилиндры, чтобы они не теряли так много энергия на трение и сопротивление воздуха, как это сделали бы традиционные маховики.Самые совершенные маховики плавать на сверхпроводящих магнитах (поэтому они вращаются почти полностью без трения) и герметизированы внутри вакуумных камер (чтобы не было потерь на сопротивление воздуха).

Что делает маховик?

Фото: типичный современный маховик даже не похож на колесо! Он состоит из вращающегося цилиндра из углеродного волокна, установленного внутри очень прочного контейнера, который предназначен для остановки любых высокоскоростных осколков в случае поломки ротора. К таким маховикам прикреплен электродвигатель и / или генератор, который накапливает энергию в колесе и возвращает ее позже, когда это необходимо.Фото любезно предоставлено NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Рассмотрим что-то вроде старомодного пара тяговый двигатель - по сути, тяжелый старый трактор, приводимый в действие паровой двигатель, который работает на дороге, а не на рельсах. Допустим, у нас есть тяговый двигатель с большим маховиком, который сидит между двигателем производя мощность и колеса, которые принимают эту мощность и двигая двигатель вниз по дороге. Далее предположим маховик имеет сцепления, так что он может быть подключен или отключен от паровой двигатель, ведущие колеса или оба.Маховик может сделать три очень полезная работа для нас.

Во-первых, если паровой двигатель периодически генерирует мощность (возможно, потому что у него только один цилиндр), маховик помогает сгладить мощность, которую получают колеса. Так что пока цилиндр двигателя может добавлять мощность к маховику каждые тридцать секунд (каждый раз, когда поршень выталкивается из цилиндра), Колеса могут брать мощность от маховика на постоянной, постоянной скорость - и двигатель будет вращаться плавно, а не дергаться в подходит и запускается (как если бы он был приведен в действие непосредственно от поршня и цилиндр).

Во-вторых, маховик можно использовать для замедления автомобиль, как тормоз - но тормоз, который поглощает энергию автомобиля вместо того, чтобы тратить его, как обычный тормоз. Предположим, вы ведете тяговый двигатель вниз по улице, и вы вдруг захотите остановиться. Вы может отключить паровой двигатель с помощью сцепления, чтобы автомобиль начал бы замедляться. При этом энергия будет передаваться от транспортного средства до маховика, который будет набирать скорость и удерживать спиннинг. Затем вы можете отсоединить маховик, чтобы сделать автомобиль остановись полностью.В следующий раз, когда вы отправитесь снова, вы бы использовали сцепление для подсоедините маховик к ведущим колесам, чтобы маховик вернуть большую часть двигателя, который он поглотил во время торможения.

В-третьих, маховик может быть использован для обеспечения временного дополнительная мощность, когда двигатель не может произвести достаточно. Предположим, вы хотите обогнать медленного коня и телегу. Допустим, маховик имеет вращался в течение некоторого времени, но в настоящее время не связан ни с двигатель или колеса. Когда вы подключите его к колесам, это как второй двигатель, который обеспечивает дополнительную мощность.Работает только временно, потому что энергия, которую вы подаете на колеса, должна быть потерянным от маховика, заставляя это замедляться.

Краткая история маховиков

Древние маховики

Можно утверждать, что маховики являются одним из старейших изобретений: самые ранние колеса были сделаны из тяжелого камня или цельного дерева и, поскольку имели высокий момент инерции, работали как маховики, независимо от того, были они предназначены или нет. Гончарный круг (возможно, самая старая из существующих колес - даже старше колес используется при транспортировке), поскольку его поворотный стол твердый и тяжелый (или имеет тяжелый обод), поэтому имеет высокий момент инерции, который заставляет его вращаться сам по себе пока вы лепите глину сверху руками.Водяные колеса, которые сделать власть из рек и ручьев, также разработаны как маховики, с сильными, но легкими спицами и очень тяжелыми ободами, поэтому они продолжают вращаться с постоянной скоростью и питание мельниц с постоянной скоростью. Водяные колеса, как это стало популярным с римских времен.

Фото: водяные колеса используют простой принцип маховика, чтобы вращаться с постоянной скоростью. Это модель перекус водяного колеса (один питается от реки течет внизу).

Маховики промышленной революции

Самые известные даты маховиков от промышленного Революции и используются в таких вещах, как заводские паровые двигатели и тяговые двигатели. Присмотритесь практически к любой заводской машине из 18-го или 19-го века, и вы увидите огромный маховик где-то в механизм. Поскольку маховики часто бывают очень большими и вращаются на большой скорости, их тяжелые диски должны выдерживать экстремальные нагрузки. Они тоже должны быть сделаны с точностью, так как, если они даже немного разбалансированы, они будут слишком сильно колебаться и дестабилизировать то, что они прикреплены к.Распространенность железа и стали во время Промышленная революция позволила создать хорошо, высоко прецизионные маховики, которые сыграли важную роль в обеспечении работоспособности двигателей и машин гладко и качественно.

После работы таких первооткрывателей электричества 19-го века, как Томас Эдисон, электричество скоро широко доступны для привода заводских машин, которым больше не нужны маховики для сглаживания паровые двигатели на угле. Между тем, дорожные машины, корабли, поезда и самолеты использовали двигатели внутреннего сгорания, приводимые в действие бензин, дизель и керосин.Маховики были в основном большие и тяжелые и не было места внутри чего-то вроде автомобильного двигателя или корабля, не говоря уже о самолете. В результате технология маховика несколько упала на обочине 20-го века.

Современные маховики

С середины 20 века интерес к маховикам снова поднялся, в основном потому, что люди стали более обеспокоены ценами на топливо и воздействием на окружающую среду используя их; имеет смысл экономить энергию - и маховики очень хороши в этом.Примерно с 1950-х годов европейские производители автобусов такие как М.А.Н. и Mercedes-Benz экспериментировали с технология маховика в транспортных средствах, известных как гиробусы. Основная идея заключается в установке тяжелого стального маховика (около 60 см или пара футов в диаметре, вращающегося со скоростью около 10000 об / мин) между задним двигателем автобуса и задней осью, поэтому он действует как мост между двигателем и колеса. Всякий раз, когда автобус тормозит, маховик работает как рекуперативный тормоз, поглощение кинетической энергии и замедление автомобиля.Когда автобус запускается снова, маховик возвращается его энергия для передачи, экономя большую часть энергии торможения, которая в противном случае были потрачены впустую. Современная железная дорога и В поездах метро также широко используются регенеративные, маховичные тормоза, что может дать общую экономию энергии, возможно, на треть или более. Некоторые производители электромобилей предложили использовать сверхбыстрые маховики в качестве накопителей энергии вместо батарей. Одним из больших преимуществ этого было бы то, что маховики потенциально может длиться в течение всей жизни автомобиля, в отличие от аккумуляторов, которые могут нужна очень дорогая замена после десятилетия или около того.

Фото: современный маховик, разработанный НАСА для использования в космосе. Обратите внимание, как серебристый центр колеса В основном это пустое пространство и спицы, в то время как масса колеса сосредоточена вокруг обода. Это дает колесу то, что известен как высокий момент инерции (объясненный более подробно ниже) и позволяет ему хранить больше энергии. Фото любезно предоставлено НАСА Исследовательский центр Гленна (NASA-GRC).

В последние несколько лет, гоночные автомобили формулы 1 имеют также использовал маховики, хотя больше, чтобы обеспечить повышение мощности, чем экономить энергию.Технология называется KERS (Kinetic Energy Система восстановления) и состоит из очень компактного, очень высокоскоростного маховика (вращается со скоростью 64 000 об / мин), которая поглощает энергию, которая обычно теряется в виде тепла при торможении. Водитель может щелкнуть выключателем на руле, чтобы маховик временно сцепляется с трансмиссией автомобиля, давая краткий прирост скорости, когда дополнительная мощность необходима для ускорения. С таким высокоскоростным маховиком, соображения безопасности становятся чрезвычайно важными; маховик установлен внутри супер прочного контейнера из углеродного волокна, чтобы предотвратить его повреждение водитель, если он взрывается.(Некоторые формы KERS используют электродвигатели, генераторы, и батареи для хранения энергии вместо маховиков, аналогично гибридным автомобилям.)

Так же, как маховики - в форме водяные колеса - сыграли важную роль в усилиях человека по использованию энергии, поэтому они возвращаются в современном производстве электроэнергии. Один трудностей с электростанциями (и тем более с формы возобновляемой энергии, такие как ветер и солнечная энергия), что они не обязательно производить электричество постоянно или таким образом, чтобы точно соответствует росту и падению спроса в течение день.С этим связана проблема, заключающаяся в том, что производить электричество гораздо легче, чем это хранить его в больших количествах. Маховики предлагают решение для этот. В периоды, когда предложение электроэнергии превышает спрос (например, ночью или на выходных) электростанции могут кормить их избыток энергии в огромные маховики, которые будут хранить его для периоды от минут до часов и время от времени пика нужна. На трех заводах в Нью-Йорке, Массачусетсе и Пенсильвании, Beacon Power впервые применила маховики для обеспечения до 20 мегаватт накопителя энергии для удовлетворения временных пиков в спрос.Они также используются в таких местах, как компьютерные центры обработки данных для обеспечить аварийное, резервное питание на случай отключений.

Преимущества и недостатки маховиков

Маховики - это относительно простая технология с много плюсов по сравнению с конкурентами, такими как аккумуляторы: с точки зрения первоначальной стоимости и текущих обслуживание, они работают дешевле, длятся примерно в 10 раз дольше (есть еще много работающих маховиков в эксплуатации, начиная с Промышленная революция), безопасны для окружающей среды (не выделяют углекислого газа и не содержат опасных химических веществ, вызывающих загрязнение), работают практически в любом климате и очень быстро набирают скорость (в отличие от батарей, например, для зарядки которых может потребоваться много часов).Они также чрезвычайно эффективен (возможно, 80 процентов или более) и занимает меньше пространство, чем батареи или другие виды хранения энергии (например, накачкой водохранилища).

Фото: маховики делают отличные альтернативы аккумуляторам. Здесь маховик (справа) используется для хранения электроэнергии, произведенной солнечной панелью. Электричество от панели приводит в движение электродвигатель / генератор, который вращает маховик до скорости. Когда необходимо электричество, маховик приводит в движение генератор и снова вырабатывает электричество.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL

Самый большой недостаток маховиков (конечно же что касается транспортных средств) это вес, который они добавляют. Полная Формула 1 KERS система маховика (включая контейнер, гидравлику и электронные системы управления, в которых она нуждается) около 25 кг веса автомобиля, что является значительной дополнительной нагрузкой. Другая проблема (особенно для гонщиков Формулы 1) это то, что большое, тяжелое колесо вращение внутри движущейся машины будет вести себя как гироскоп, противостоять изменениям в его направлении и потенциально влияет на управление транспортным средством (хотя существуют различные решения, включая крепление маховиков на карданных подвесах, например, на корабельном компасе). Еще одна сложность заключается в огромных напряжениях и напряжениях, которые маховики опыт, когда они вращаются на очень высоких скоростях, что может привести к их разбить и взорвать на куски. Это действует как ограничение на как быстро вращаются маховики и, следовательно, сколько энергии они можно хранить. В то время как традиционные колеса были сделаны из стали и закручены вокруг под открытым небом, современные чаще используют высокопроизводительные композиты или керамика и запечатаны внутри контейнеров, делая возможны более высокие скорости и энергии без ущерба для безопасности.

,

Что такое маховик? (с изображением)

Маховик - это простое вращающееся колесо, используемое для накопления энергии или стабилизации чего-либо. Энергия, которую он хранит, равна его моменту инерции - физический термин, который в основном означает массу объекта, умноженную на квадрат его расстояния от оси вращения, - умноженную на квадрат его угловой скорости, деленный на 2. Маховики помогают стабилизировать приводные валы в зависимости от переменных давлений, таких как поршневые двигатели или поршневые насосы.Стабилизирующий эффект обусловлен сопротивлением изменениям скорости вращения маховика.

Flywheels help stabilize engine drive shafts subject to alternating pressures, such as piston engines or piston pumps. Маховики помогают стабилизировать ведущие валы двигателя, подверженные переменному давлению, например, поршневые двигатели или поршневые насосы. Маховики

используются в качестве накопителей энергии для научных экспериментов с высокой мощностью, которые могут привести к недопустимому скачку мощности при отключении питания от электрической сети.Такие батареи маховика могут работать в вакууме, чтобы предотвратить потерю энергии из-за трения воздуха, и будут периодически снова ускоряться, чтобы компенсировать потерю скорости вращения из-за рассеивания энергии от тепла и вибрации. Хорошие конструкции маховика будут рассеивать как можно меньше тепла и вибрации, сохраняя энергию для целевого применения.

Маховик хранит различные количества энергии в зависимости от его массы и скорости вращения.Например, велосипедное колесо имеет массу около 1 кг (2,2 фунта), диаметр около 70 см (28 дюймов) и скорость вращения около 150 об / мин (оборотов в минуту). Это составляет до 15 Дж (джоулей). Далее рассмотрим колесо в поезде, движущемся со скоростью 60 км / ч (37 миль в час), с массой 942 кг (2076 фунтов), диаметром 1 м (3,3 фута) и скоростью вращения 318 об / мин. Этот маховик имел бы энергию вращения около 64 кДж (килоджоулей), что примерно в 43 000 раз больше, чем у велосипедного колеса.

Аккумуляторы маховика

, предназначенные для накопления энергии, имеют энергию, значительно превышающую оба предыдущих примера, в основном из-за экстремальных скоростей вращения.Один пример, сделанный компанией по производству маховиков в Оттаве, имеет массу 100 кг (220 фунтов), диаметр 60 см (27 дюймов) и скорость вращения 20000 об / мин. Эта батарея маховика может хранить около 10 МДж (мегаджоулей), что достаточно для освещения 100 лампочек мощностью 100 Вт в течение 1000 секунд. Эта конструкция батареи маховика не намного больше, чем холодильник. Еще больший маховик, используемый в качестве резервного источника электроэнергии, может удерживать мощность 100 МДж. Эти типы маховиков могут использоваться казино, больницами, центрами обработки данных или в промышленности для поддержания питания в случае сбоя или колебаний входных данных.

,

Кто является сотрудником в Маховик?

Сотрудник в Flywheel - это тот, кто имеет доступ к сайту со своим именем пользователя и паролем. Это отличная функция для предоставления доступа фрилансерам или другим подрядчикам, работающим над сайтом, и устраняет необходимость обмена паролями с другими людьми. Вы просто добавляете их в качестве соавтора, и они входят в Flywheel со своим именем пользователя и могут видеть любые сайты, с которыми они сотрудничают.

Примечание
Это также механизм, с помощью которого Маховик позволяет передавать право собственности.Когда вы передаете биллинг клиенту, вы остаетесь активным на сайте как соавтор. У вас все еще есть полный доступ, даже если ваш клиент оплачивает счет. Для получения дополнительной информации о переводе счетов см. Справочную статью: Как переслать платеж моему клиенту?

Сотрудники имеют полный доступ к сайту в Flywheel и через SFTP и могут делать все, что может сделать владелец, кроме управления выставлением счетов. В частности, соавторы на сайте могут:

Просмотреть сайт в Flywheel Соавторы видят сайт на своей панели управления Flywheel и могут добавлять / удалять других соавторов, добавлять домены, изменять настройки и все, что может сделать владелец (кроме управления биллингом)
Доступ к сайту через SFTP Соавторы могут войти на SFTP-сервер Flywheel, используя свое имя пользователя и пароль, и увидеть все сайты, к которым они присоединились,
Управление базой данных Как часть доступа к сайту в Flywheel, соавторы могут управлять базой данных через Flywheel Database Manager

Соавторы не могут управлять выставлением счетов за сайт и не могут удалять или отменять сайт.

Добавление и удаление соавторов

Соавторы могут быть легко добавлены и удалены при просмотре сайта в Маховике. Для этого просто нажмите кнопку «+» рядом с «Соавторами» или кнопку «Добавить соавторов» под списком соавторов:

Откроется диалоговое окно, в котором вы можете добавлять и удалять соавторов: