Маховик — Википедия

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.

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, гиробусах.

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 в XIX веке 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 при равном аэродинамическом сопротивлении.

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 демпфера крутильных колебаний или муфтой АКПП, затем торовыми резиновыми и вискомуфтами).

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

Маховик фабричной стационарной паровой машины

E=12Iω2{\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=2πf{\displaystyle \omega =2\pi f}

получим

E=m(πf)2(r2+ro2){\displaystyle E=m(\pi f)^{2}(r^{2}+r_{o}^{2})}

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]

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 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[править | править код]

Предельное значение угловой скорости маховика ω{\displaystyle \omega } определяется прочностью материала маховика на разрыв. Нетрудно показать, что для маховика в форме вращающегося диска 12Iω2=V4Smax{\displaystyle {\frac {1}{2}}I\omega ^{2}={\frac {V}{4}}S_{max}}, где Smax{\displaystyle S_{max}} — предел прочности материала маховика на разрыв (сила разрыва на единицу площади), V{\displaystyle V} — объём диска. Для плавленого кварца Smax=3×109{\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].

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.

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

ru.wikipedia.org

Маховик — это… 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.

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]

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.)

dic.academic.ru

Что такое маховик двигателя, для чего он используется в автомобиле?

Маховик представляет собой деталь двигателя, которая служит для регулировки поступления энергии. Он накапливает энергию, когда ее поступает больше, нежели используется машиной, и отдает, когда ее потребление превышает поступление.

Маховик двигателя в автомобиле – что это

Для чего в машине нужен маховик:

• Запускает двигатель;

• Соединяет двигатель с трансмиссией;

• Передает крутящий момент от двигателя к коробке передач;

• Стабилизирует вращение коленвала двигателя.

По внешним признакам маховик представляет собой большой металлический диск с зубчатым венцом по краю. После поворота ключа зажигания стартер входит в зацеп с венцом маховика, поворачивая его, а тот, в свою очередь, вращает коленчатый вал, который приводит в движение сам автомобиль.

Виды маховиков, и где они используются

По своей конструкции маховики бывают трех видов: сплошные, двухмассовые и облегченные.

Сплошной или обычный

Сплошной маховик является самым простым в конструкции и состоит из чугунного диска, покрытого по краю стальным венцом. Его простота говорит о первоначальности использования в автомобилях. Преимущество данного вида маховика – в цене и количестве возможных поломок, что напрямую зависит от простоты конструкции.

Двухмассовый

Двухмассовый или демпферный маховик имеет более сложную конструкцию и используется в современных автомобилях. Он служит не только для борьбы с вибрацией, но и для гашения крутильных колебаний коленвала.

Облегченный

Облегченный маховик – диск с неоднородным распределением массы, что облегчает его на 1,5 кг. Масса маховика перераспределяется от центра к краям, что дает возможность уменьшить инерцию. Данный маховик используется на дорогих автомобилях с автоматической коробкой переключения передач. Его использование повышает отдачу двигателя примерно на 5%. Облегчение маховика компенсируется весом вращающихся деталей, которые прикреплены к нему.

Устройство и принцип работы маховиков

Устройство обычного маховика очень простое. Это диск диаметром приблизительно 30-40 см с зубчатым краем. С помощью зубьев он входит в зацепление с валом стартера и раскручивает коленвал двигателя при запуске автомобиля. Маховик находится между коленвалом двигателя и корзиной сцепления, к которой он прикреплен болтами.

Что такое маховик и как он работает, рассмотрим на принципе работы игрушечной юлы. Юлу раскручивают рукой, а маховик раскручивается коленчатым валом автомобиля. Раскрутив волчок, мы видим, что без дополнительного вмешательства он вращается еще длительное время – это и есть тот запас энергии. Но если у юлы она растрачивается впустую, то маховик отдает ее обратно и помогает раскручивать коленчатый вал.

Рассмотрим, что такое двухмассовый маховик и каково его назначение. Этот вид маховика состоит из двух дисков, которые соединены с помощью пружинно-демпферной системы. В основу его работы положен ступенчатый принцип. С помощью мягких пружин первой ступени осуществляется запуск и включение двигателя. Благодаря демпфированию крутильных колебаний обеспечивается движение автомобиля. Данный процесс осуществляется с помощью жёстких пружин второй ступени. Дополнительными функциями двухмассового маховика являются поглощение вибраций и шумов, плавное переключение передач, уменьшение износа синхронизаторов, уменьшение нагрузок на трансмиссию, экономия топлива.

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.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

auto.today

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=12Iω2{\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=2πf{\displaystyle \omega =2\pi f}

получим

E=m(πf)2(r2+ro2){\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]

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 12Iω2=V4Smax{\displaystyle {\frac {1}{2}}I\omega ^{2}={\frac {V}{4}}S_{max}}, где Smax{\displaystyle S_{max}} — предел прочности материала маховика на разрыв (сила разрыва на единицу площади), V{\displaystyle V} — объём диска. Для плавленого кварца Smax=3×109{\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

wiki.sc

Маховик — Википедия (с комментариями)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

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

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:

<math>E = \frac{1}{2} I \omega^2</math>

где:

Для простых форм маховика известны конечные выражения момента инерции

• Для полого цилиндра <math>I = \frac{1}{2} m(r^2+r_o^2)</math>

  где <math>m</math>— масса полого цилиндра; <math>r</math>— его радиус; <math>r_o</math> — внутренний радиус цилиндра

• Для тонкостенного цилиндра <math>I = m r^2</math>
• Для сплошного цилиндра <math>I = \frac{1}{2} mr^2</math>

Заменив в формуле для полого цилиндра угловую скорость <math>\omega</math> на частоту вращения <math>f</math> по формуле

<math>\omega = 2 \pi f</math>

получим

<math>E = m(\pi f)^2(r^2+r_o^2)</math>

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]

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.

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

Напишите отзыв о статье «Маховик»

Ссылки

• Гулиа Н. В. [n-t.ru/ri/gl/ek.htm В поисках «энергетической капсулы»]. — М.: Детская литература, 1984. — 144 с. : ил. — ISBN ?; ББК 31 Г 94.
• [www.lib.ru/NEWPROZA/NIKONOW/gulia.txt Александр Никонов. «Жизнь и удивительные приключения Нурбея Гулиа — профессора механики»]
• [www.rustyiron.com/literature/Flywheel_Explosions.pdf Последствия разрушения маховиков на мануфактурах]

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. ↑ [n-t.ru/ri/cg/id04.htm Элла Цыганкова У истоков дизайна]
4. ↑ [www.ventumusa.com/IR/pages/Sample.htm Encyclopedia of the Industrial Revolution, 1750—2007: Steam Engine] (англ.)
5. ↑ Ветроэлектрическая станция — статья из Большой советской энциклопедии.

Отрывок, характеризующий Маховик

В обезматочившем улье уже нет жизни, но на поверхностный взгляд он кажется таким же живым, как и другие.
Так же весело в жарких лучах полуденного солнца вьются пчелы вокруг обезматочившего улья, как и вокруг других живых ульев; так же издалека пахнет от него медом, так же влетают и вылетают из него пчелы. Но стоит приглядеться к нему, чтобы понять, что в улье этом уже нет жизни. Не так, как в живых ульях, летают пчелы, не тот запах, не тот звук поражают пчеловода. На стук пчеловода в стенку больного улья вместо прежнего, мгновенного, дружного ответа, шипенья десятков тысяч пчел, грозно поджимающих зад и быстрым боем крыльев производящих этот воздушный жизненный звук, – ему отвечают разрозненные жужжания, гулко раздающиеся в разных местах пустого улья. Из летка не пахнет, как прежде, спиртовым, душистым запахом меда и яда, не несет оттуда теплом полноты, а с запахом меда сливается запах пустоты и гнили. У летка нет больше готовящихся на погибель для защиты, поднявших кверху зады, трубящих тревогу стражей. Нет больше того ровного и тихого звука, трепетанья труда, подобного звуку кипенья, а слышится нескладный, разрозненный шум беспорядка. В улей и из улья робко и увертливо влетают и вылетают черные продолговатые, смазанные медом пчелы грабительницы; они не жалят, а ускользают от опасности. Прежде только с ношами влетали, а вылетали пустые пчелы, теперь вылетают с ношами. Пчеловод открывает нижнюю колодезню и вглядывается в нижнюю часть улья. Вместо прежде висевших до уза (нижнего дна) черных, усмиренных трудом плетей сочных пчел, держащих за ноги друг друга и с непрерывным шепотом труда тянущих вощину, – сонные, ссохшиеся пчелы в разные стороны бредут рассеянно по дну и стенкам улья. Вместо чисто залепленного клеем и сметенного веерами крыльев пола на дне лежат крошки вощин, испражнения пчел, полумертвые, чуть шевелящие ножками и совершенно мертвые, неприбранные пчелы.
Пчеловод открывает верхнюю колодезню и осматривает голову улья. Вместо сплошных рядов пчел, облепивших все промежутки сотов и греющих детву, он видит искусную, сложную работу сотов, но уже не в том виде девственности, в котором она бывала прежде. Все запущено и загажено. Грабительницы – черные пчелы – шныряют быстро и украдисто по работам; свои пчелы, ссохшиеся, короткие, вялые, как будто старые, медленно бродят, никому не мешая, ничего не желая и потеряв сознание жизни. Трутни, шершни, шмели, бабочки бестолково стучатся на лету о стенки улья. Кое где между вощинами с мертвыми детьми и медом изредка слышится с разных сторон сердитое брюзжание; где нибудь две пчелы, по старой привычке и памяти очищая гнездо улья, старательно, сверх сил, тащат прочь мертвую пчелу или шмеля, сами не зная, для чего они это делают. В другом углу другие две старые пчелы лениво дерутся, или чистятся, или кормят одна другую, сами не зная, враждебно или дружелюбно они это делают. В третьем месте толпа пчел, давя друг друга, нападает на какую нибудь жертву и бьет и душит ее. И ослабевшая или убитая пчела медленно, легко, как пух, спадает сверху в кучу трупов. Пчеловод разворачивает две средние вощины, чтобы видеть гнездо. Вместо прежних сплошных черных кругов спинка с спинкой сидящих тысяч пчел и блюдущих высшие тайны родного дела, он видит сотни унылых, полуживых и заснувших остовов пчел. Они почти все умерли, сами не зная этого, сидя на святыне, которую они блюли и которой уже нет больше. От них пахнет гнилью и смертью. Только некоторые из них шевелятся, поднимаются, вяло летят и садятся на руку врагу, не в силах умереть, жаля его, – остальные, мертвые, как рыбья чешуя, легко сыплются вниз. Пчеловод закрывает колодезню, отмечает мелом колодку и, выбрав время, выламывает и выжигает ее.
Так пуста была Москва, когда Наполеон, усталый, беспокойный и нахмуренный, ходил взад и вперед у Камерколлежского вала, ожидая того хотя внешнего, но необходимого, по его понятиям, соблюдения приличий, – депутации.
В разных углах Москвы только бессмысленно еще шевелились люди, соблюдая старые привычки и не понимая того, что они делали.
Когда Наполеону с должной осторожностью было объявлено, что Москва пуста, он сердито взглянул на доносившего об этом и, отвернувшись, продолжал ходить молча.
– Подать экипаж, – сказал он. Он сел в карету рядом с дежурным адъютантом и поехал в предместье.
– «Moscou deserte. Quel evenemeDt invraisemblable!» [«Москва пуста. Какое невероятное событие!»] – говорил он сам с собой.
Он не поехал в город, а остановился на постоялом дворе Дорогомиловского предместья.
Le coup de theatre avait rate. [Не удалась развязка театрального представления.]

Русские войска проходили через Москву с двух часов ночи и до двух часов дня и увлекали за собой последних уезжавших жителей и раненых.
Самая большая давка во время движения войск происходила на мостах Каменном, Москворецком и Яузском.
В то время как, раздвоившись вокруг Кремля, войска сперлись на Москворецком и Каменном мостах, огромное число солдат, пользуясь остановкой и теснотой, возвращались назад от мостов и украдчиво и молчаливо прошныривали мимо Василия Блаженного и под Боровицкие ворота назад в гору, к Красной площади, на которой по какому то чутью они чувствовали, что можно брать без труда чужое. Такая же толпа людей, как на дешевых товарах, наполняла Гостиный двор во всех его ходах и переходах. Но не было ласково приторных, заманивающих голосов гостинодворцев, не было разносчиков и пестрой женской толпы покупателей – одни были мундиры и шинели солдат без ружей, молчаливо с ношами выходивших и без ноши входивших в ряды. Купцы и сидельцы (их было мало), как потерянные, ходили между солдатами, отпирали и запирали свои лавки и сами с молодцами куда то выносили свои товары. На площади у Гостиного двора стояли барабанщики и били сбор. Но звук барабана заставлял солдат грабителей не, как прежде, сбегаться на зов, а, напротив, заставлял их отбегать дальше от барабана. Между солдатами, по лавкам и проходам, виднелись люди в серых кафтанах и с бритыми головами. Два офицера, один в шарфе по мундиру, на худой темно серой лошади, другой в шинели, пешком, стояли у угла Ильинки и о чем то говорили. Третий офицер подскакал к ним.
– Генерал приказал во что бы то ни стало сейчас выгнать всех. Что та, это ни на что не похоже! Половина людей разбежалась.

wiki-org.ru

двухмассовый, устройство и принцип работы

Внешне маховик двигателя представляет собой довольно простое устройство — обычный тяжелый диск. Но в то же время он играет очень важную роль в работе двигателя и всего автомобиля в целом. В статье разберем его основное назначение, разновидности маховиков и их устройство.

Назначение и функции

Обычный маховик представляет собой литой, хорошо отбалансированный чугунный диск, на котором напрессованы стальные зубья для зацепления со стартером двигателя, так называемый зубчатый венец. Маховик передает крутящий момент от двигателя на коробку передач. Соответственно, он располагается между двигателем и трансмиссией. В случае использования механической коробки передач на маховике крепится корзина сцепления, а в АКПП — гидротрансформатор.

Сплошной маховик

Сам по себе маховик — это довольно массивная деталь по весу и его масса будет зависеть от мощности двигателя и количества цилиндров. Объясняется это тем, что основное назначение маховика — аккумулировать кинетическую энергию от коленчатого вала и создавать необходимую инерцию. Дело в том, что у ДВС из четырех тактов только один совершает полезную работу — рабочий ход. Остальные три такта КШМ и поршневая группа должны совершить по инерции. Именно для этого и нужен маховик, закрепленный на конце коленвала.

Резюмируя описанное выше, назначение маховика и основные функции у него следующие:

• обеспечение плавной работы двигателя;
• передача от двигателя крутящего момента на КПП и обеспечение работы сцепления;
• передача крутящего момента от стартера на венец маховика для запуска двигателя.

Разновидности маховиков

На текущий момент можно выделить три разновидности маховиков:

Сплошной

Наиболее распространенная и простая конструкция. Представляет собой чугунный литой диск, устройство которого было описано выше. Маховик для АКПП гораздо легче обычного, поскольку рассчитан на использование совместно с гидротрансформатором.

Облегченный

При тюнинге автомобиля, трансмиссии и двигателя часто устанавливают облегченный маховик. Его небольшой вес уменьшает инерцию и повышает производительность двигателя на 4-5%. Автомобиль быстрее откликается на педаль газа, становится более динамичным. Однако, установку облегченного маховика нужно делать только в комплексе с другими работами по улучшению характеристик двигателя и трансмиссии.

Использование облегченных маховиков без доработки поршневой и КШМ приведет к нестабильной работе двигателя на холостых оборотах.

Двухмассовый

Двухмассовый или демпферный маховик более сложен по конструкции и устанавливается на современные модели автомобилей. Он может применяться на автомобилях с механической и автоматической трансмиссиях без гидротрансформатора. В случае с МКПП используется ведомый диск сцепления без демпфера крутильных колебаний.

Двухмассовые маховики получили широкое распространение благодаря улучшенным характеристикам подавления вибраций, шума, защите трансмиссии и синхронизаторов. Именно этот вид стоит рассмотреть более подробно.

Устройство и особенности двухмассового маховика

Двухмассовый маховик

В конструкции двухмассового варианта не один, а два диска. Один диск соединён с двигателем, а второй с трансмиссией. Оба они могут работать независимо друг от друга. На первичном диске также имеется венец маховика с зубцами для зацепления со стартером. Два подшипника (осевой и радиальный) обеспечивают соединение двух корпусов.

Внутри дисков находится усовершенствованная пружинно-демпферная система. Она состоит из мягких и жестких пружин. Мягкие пружины обеспечивают плавность работы на низких оборотах при запуске и остановке двигателя. Жесткие пружины гасят колебания на высоких оборотах. Внутри находится специальная смазка.

Принцип работы

Одними из первых двухмассовые маховики получили автомобили с автоматической КПП. Для роботизированной коробки характерна быстрая и частая смена передач. С этим он хорошо справляется. Затем в силу своих преимуществ их стали устанавливать на автомобили с механикой.

Принцип работы довольно прост. Крутящий момент от коленвала передается на первичный диск, который отклоняет пружинную конструкцию внутри. Достигнув определенно уровня сжатия, крутящий момент затем передается на второй диск. Такая система гасит высокие колебания от двигателя, позволяя значительно снизить нагрузку на КПП.

Преимущества и недостатки

Плюсы такой системы очевидны:

• мягкая и плавная работа двигателя и КПП;
• низкий уровень вибрации и шума.

Но есть и свои недостатки. Срок службы двухмассового маховика в среднем составляет около трех лет. Конструкция постоянно подвергается сильным перегрузкам. Внутренняя смазка также приходит в негодность. Стоимость замены довольно высока. Пожалуй, это главный его недостаток.

Симптомы неисправности

Маховик испытывает сильные перегрузки, поэтому, рано или поздно, он выходит из строя. Признаком его поломки может быть скрип и посторонние звуки при запуске и остановке мотора.

Ощущение сильной вибрации также может указывать на неисправность. Многие списывают это на «троение» двигателя. При переключении на более высокие передачи вибрации обычно исчезают. Щелчки при старте и разгоне также могут указывать на неполадки.

Но не стоит сразу торопиться с заменой маховика, ведь эти симптомы могут указывать и на другие проблемы. Например, с опорами двигателя, КПП, навесным оборудованием, выхлопной системой и другим.

Более точный диагноз может поставить непосредственный осмотр детали. Но чтобы до неё добраться, нужно будет демонтировать коробку передач, а это потребует специальных навыков и средств.

Ремонт двухмассового маховика

Неисправный двухмассовый маховик

Ввиду высокой стоимости оригинальной запчасти многие водители задумываются о возможности ремонта маховика. Стоит сказать сразу, что производители не подразумевают ремонт этой детали. Она неразборная и лучше ставить новую.

Но все же есть умельцы, которые берутся за работу. Все зависит от уровня поломки. Если вышли из строя пружины, то в сервисе их могут заменить. Они первыми подвержены износу. Но если разрушился корпус или один из подшипников, то лучше приобрести новый. В любом случае мало кто даст гарантию стабильной работы двигателя и трансмиссии после ремонта.

Замена на одномассовый

Теоретически заменить можно. Хороший мастер в сервисе сделает это без проблем. Но стоит ли? Никто не сможет спрогнозировать, сколько после этого продержится КПП и двигатель, поэтому со своей стороны мы не рекомендуем!

Если у вас мощный мотор и механическая КПП, то не избежать сильных вибраций и тряски при запуске и остановке. Ездить возможность будет, но с большим дискомфортом. Роботизированная коробка не выдержит тандема со сплошным маховиком и быстро выйдет из строя. А вместе с коробкой ремонт обойдется уже гораздо дороже.

techautoport.ru

Маховик что это такое

Маховик — это… 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.

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

• Для полого цилиндра где — масса полого цилиндра; — его радиус; — внутренний радиус цилиндра
• Для тонкостенного цилиндра
• Для сплошного цилиндра

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]

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

• Супермаховик
• Гироскоп
• Гиродин
• Йо-йо
• Моменты инерции некоторых тел

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.)

dic.academic.ru

Материал для маховика

Материал для маховика —это для примера. С таким же успехом можно было задать вопрос: из какого материала делать ракеты и теннисные ракетки, лодки и шесты для прыжков, топливные баки и корпуса автомобилей? И ответить: рациональнее всего из композитов.

Что такое маховик

Что такое маховик и для чего он нужен? В политехническом словаре за 1977 год сказано, что маховик — это колесо с массивным ободом, устанавливаемое на валу машины с неравномерной нагрузкой для выравнивания ее хода. Если иметь в виду только эту цель, то для изготовления маховиков целесообразно выбирать как можно более тяжелый материал, чтобы они справлялись со своей задачей при сравнительно небольших размерах.

Маховик — колесо с массивным ободом

С тех пор роль маховиков в технике существенно расширилась.  Во всяком  случае,  приведенное определение явно  неполное.

Сегодня повышенный интерес к маховикам связан не только и не столько с их традиционным использованием для выравнивания нагрузки на валах поршневых двигателей, компрессоров, насосов и других машин, сколько с проблемой рекуперации механической энергии, то есть использования энергии, погашаемой при торможении машин.

Суть проблемы состоит в следующем. Движущиеся поезда, автомобили, трамваи, троллейбусы, автобусы периодически (и довольно часто) нужно останавливать. Для этого, как известно, служат тормоза. Но при каждом торможении кинетическая энергия транспортного средства переходит в тепло, нагревая тормозные колодки, диски и безвозвратно рассеиваясь в окружающей среде. При современном энергетическом кризисе такое расточительство недопустимо. Как показывают подсчеты, примерно половина энергии, развиваемой двигателями, теряется при торможении.

Маховик — аккумулятор механической энергии

Вот маховики-то и могут помочь резко снижать эти потери. Маховик — аккумулятор механической энергии, то есть устройство, позволяющее накапливать механическую энергию, хранить ее и при необходимости опять выделять.

Если массивный маховик заставить вращаться с большой скоростью, он может за счет своей инерции развить мощность, достаточную для того, чтобы привести в движение автобус или поезд. Это его свойство и навело на мысль: вместо того, чтобы тратить кинетическую энергию машины на нагрев тормозов, ее нужно расходовать на раскручивание маховика, установленного на машине.

Маховик — аккумулятор механической энергии

При торможении маховик накапливает энергию, а когда возникнет необходимость снова тронуться с места, эта энергия будет передаваться с помощью специальных механизмов на ведущие колеса. Иными словами, разгон будет осуществлять энергия, накопленная при торможении. Это позволит на 30— 50 % сэкономить горючее, значительно уменьшить количество токсичных выхлопных газов, повысить проходимость.

В наше время все это настолько важно, что имеет прямой смысл заняться разработкой транспортных средств, снабженных маховиками, которые играют роль дополнительных источников энергии. И во всем мире такими разработками усиленно занимаются.

Основное требование, предъявляемое к маховику, вытекает из его назначения: он должен накапливать при вращении как можно больше энергии. Если маховик представить в виде тонкого кольца, величина этой энергии Е оценивается формулой:

Е=0,5 mV2,                                       (1)

где m— масса кольца, V — линейная скорость его вращения.

Из этой формулы следует, что для увеличения энергоемкости маховик следует делать как можно тяжелее и вращать с максимально возможной скоростью.

Какой применить материал для маховика

Возникает вопрос, какой применить материал для маховика?

Нужно взять материал с максимально высокой плотностью γ, чему соответствует вольфрам, плотность которого 19 300 кг/м3.

Большую плотность имеют только осмий (γ=22 500 кг/м3), иридий (γ=22 400 кг/м3) и платина (γ=21 450 кг/м3), но это очень дорогие металлы.

Рассмотрим вариант применения вольфрама.

До какой скорости можно раскручивать маховик? Ясно, что не до бесконечно большой. Предельная скорость вращения ограничена прочностью материала. Известно, что при достижении определенной скорости вращения маховик может разорваться. Поскольку эти скорости составляют десятки и сотни метров в секунду, от такого разрушения ничего хорошего ждать не приходится. В лучшем случае дело кончится поломкой вала и ходовой части машины. Но при разрыве маховика разлетающиеся с огромной скоростью обломки могут разрушить близлежащие постройки и, что самое страшное, привести к человеческим жертвам. Так что допускать разрушения ни в коем случае нельзя.

Какие силы разрывают маховик

Знаете ли вы, какие силы разрывают маховик? Часто можно  услышать  ответ:   силы  инерции  или  центробежные силы. Ничего подобного. Таких сил просто-напросто не существует. Вернее, они существуют на бумаге или в нашем воображении — так легче и удобнее проводить расчеты, но в маховике их нет. А есть силы связи между отдельными частями маховика (силы упругости), которые в результате стремления частей двигаться по инерции (то есть равномерно и прямолинейно) при вращательном движении приводят к деформации маховика. Возникающие при деформации силы обеспечивают всем частям вращающегося тела ускорения, необходимые для движения по окружности.

Если для обеспечения вращения нужны силы, превышающие прочность связи отдельных частей тела, оно разрушается. Таким образом, непосредственной причиной разрушения маховика является не его вращение и не действие воображаемых центробежных сил, а его деформация.

Для тонкостенного кольца, которым мы моделируем маховик, величину напряжений σ, возникающих в нем, можно оценить соотношением:

 σ=γv2,                                                 (2)

где γ — плотность материала, v — линейная скорость вращения маховика.

Из этого уравнения можно рассчитать предельную допустимую скорость vпред, которая приводит к разрушению. Оно произойдет, когда величина напряжения σ достигнет предела прочности σв материала, из которого маховик изготовлен. При этом скорость v будет равна предельной скорости vпред которая рассчитывается из выражения

vпред  = √σв / γ= √σуд                         (3)

Отношение прочности σв к плотности γ называется удельной прочностью σуд  материала. Следовательно, предельно допустимая скорость вращения маховика равна корню из его удельной прочности.

Формула (1) определяет величину всей энергии, запасаемой маховиком. А удельная энергия, запасаемая единицей массы маховика (например, одним килограммом), составляет:

е=Е/m=0,5v2.                                      (4)

Предельную величину удельной энергии епред, которую в состоянии накопить каждый килограмм массы маховика, можно рассчитать из уравнения (4), где вместо v следует поставить значение vпред из формулы (3), то есть:

епред=0,5σв/γ=0,5σуд                           (5)

Таким образом, максимальная удельная энергия, которую можно «накачать» в маховик, однозначно определяется удельной прочностью материала, из которого он изготовлен. При одинаковой прочности двух материалов большую удельную прочность имеет более легкий из них. Значит, чтобы сделать маховик максимально энергоемким, его нужно делать не из тяжелого, а из легкого, но прочного материала.

Итак, супермаховики, то есть маховики, способные запасать очень большое количество энергии, нужно делать из сверхпрочных и легких материалов. Из каких именно?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте сопоставим значения удельной прочности некоторых традиционных машиностроительных материалов (сталей, алюминиевых, титановых, вольфрамовых сплавов) и некоторых композитов. Эти значения приведены в таблице.

Материал	Предел прочности  при растяжении, МПа	Плотность, кг/м3	Удельная прочность, МПа/(кг/м2)
Легированная сталь	1500	7800	0,190
Алюминиевые сплавы	600	2700	0,220
Титановые сплавы	1500	4500	0,300
Вольфрамовые сплавы	1500	19300	0,078
Композиты:
Бороалюминий	1400	2700	0,520
Углеалюминий	1000	2300	0,430
Углепластики	1400	1550	0,900
Органопластики	1500	1380	1,090

Приведенные данные говорят: лучше всего для изготовления супермаховиков подходят композиты, в частности органопластики.  Они  обладают наибольшей удельной прочностью из всех известных конструкционных материалов.

А вольфрам, который мы хотели использовать, оказался самым неподходящим материалом, поскольку у него самая низкая удельная прочность. Каждый килограмм маховика из огранопластика способен накопить в 14 раз больше энергии, чем из вольфрама. Это связано с тем, что большая прочность и малая плотность органопластика позволяют раскручивать изготовленные из него маховики до огромных скоростей, тогда как вольфрамовые маховики сами себя разрывают при сравнительно низких скоростях вращения.

Но не во всех случаях удается реализовать возможности, заложенные в органопластиковых маховиках. Не будем забывать, что, хотя удельная энергия не зависит от массы маховика, абсолютная величина накапливаемой энергии пропорциональна его массе, поэтому маховик должен быть достаточно тяжелым, а при небольших размерах нужную массу из органопластика набрать трудно. Но если особых ограничений на размеры маховика нет и можно обеспечить максимально допустимые (из соображений прочности) скорости вращения, органопластики находятся вне конкуренции.

Из таблицы видно, что по удельной энергоемкости к органопластикам приближаются углепластики. Хотя они имеют несколько меньшую удельную прочность, их модуль Юнга, (подробнее: Армированные композиты) намного выше, а это означает, что маховики из углепластиков испытывают меньше деформации. Обстоятельство немаловажное. Дело в том, что маховики из органопластиков склонны к расслоению, и одна из главных причин этого — их низкая жесткость.

Супермаховики не только помогают экономить энергию, теряемую при торможении, они могут сами выполнять роль двигателя машины.

Подсчитано, что супермаховик из органопластика массой 127 кг и энергоемкостью 30 квт • ч, раскрученный в течение 5 минут мощным внешним двигателем, может обеспечить движение легкового автомобиля со скоростью 96 км/ч на расстояние 320 км. Электромобилю с аналогичными техническими характеристиками нужна батарея аккумуляторов массой 1 т. Как видим, 1 кг маховика может запасать намного больше энергии, чем современный электрический аккумулятор такой же массы.

Органопластики

Органопластики — это композиты, состоящие из полимерной матрицы и органических волокон. Если раньше органические волокна (капроновые, нейлоновые и др.) не могли конкурировать по прочности с лучшими образцами стеклянных, металлических и керамических волокон, то сегодня картина резко изменилась. Сверхпрочные и очень легкие органические волокна — наиболее перспективные армирующие элементы для полимерных матриц.

Большую популярность приобрели волокна, которые называются у нас СВМ, а за рубежом — Кевлар. Они имеют прочность при растяжении 3000—4000 МПа, легко подвергаются переработке, с ними удобно работать, и их выпуск постоянно растет. Однако в тяжелонагруженных конструкциях применение органопластиков вследствие их низкого модуля Юнга приводит  к  большим  деформациям,  что  сказывается  на  работоспособности   конструкций.   Чтобы   этого   не   происходило, к органическим волокнам добавляют более жесткие углеродные   и   получают   так   называемые   гибридные   композиты, содержащие  два  и   более   видов   волокон.   Если  у  волокон марки Кевлар-49 модуль упругости 140 000 МПа, то у углеродных    волокон — 200 000—700 000    МПа    при    прочности 1000—3500 МПа.

Волокна кевлар как вид органопластики

В  качестве  арматуры можно использовать не только  отдельные волокна и нити, но и ткани, сетки, пряжу из органических и углеродных волокон.

Низкая плотность органо- и углепластиков (в пять раз ниже, чем у стали и почти вдвое, чем у алюминия) наряду с высокой прочностью делает их очень привлекательными для конструкторов, занимающихся разработкой не только маховиков, но и космических кораблей, самолетов, подводных лодок, спортивного инвентаря и многих других изделий.

Полимерные композиты уже широко применяются в технике. А внедрение в промышленность композитов на металлической основе отстает от полимерных.

Причина этого ясна. Методы получения новых композитов с  полимерными  матрицами  (угле-,  органо-,   боропластиков) принципиально не отличаются от методов получения давно известных стеклопластиков, которые разработаны еще полвека назад. Замена стеклянных волокон более совершенными проходит сравнительно безболезненно, на том же оборудовании, теми же специалистами. А опыта промышленного производства металлических композитов пока очень мало. Это совсем новые материалы, они требуют нетрадиционных для металлургии и металлообработки технологий, создания специального оборудования, они просто непривычны для металлургов. А непривычное всегда кажется ненадежным.

Еще один вопрос, который хотелось бы обсудить: в каких случаях следует применять металлические, а в каких — полимерные  композиты?  Здесь  все  определяют условия работы материала. В супермаховиках, например, целесообразнее использовать полимерные композиты, поскольку у них удельная прочность  выше,   а нагрев  при работе  невелик.  И вообще, при температурах, близких к комнатной, полимерные композиты  обычно   предпочтительнее  по  механическим  свойствам. Но у полимеров есть серьезный недостаток — они не выдерживают   высоких   температур.   Самые   термостойкие   из них разрушаются при температурах выше 600—700 К. Поэтому для конструкций, работающих в условиях интенсивного нагрева, нужны металлические композиты.

Выбор матричного материала могут диктовать и такие показатели, как электросопротивление, теплопроводность, стойкость   к   радиации,    способность   накапливать   статическое электричество и др. В одних случаях по этим показателям подходят полимеры, в других — металлы. Поэтому полимерные и металлические композиты не только конкурируют, но и дополняют друг друга. И чем больше различных композитов создадут ученые, тем шире станут возможности техники,  тем совершеннее  будут изготовленные из них изделия.

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка…

libtime.ru

маховик — это… Что такое маховик?

• Маховик — со сферическими грузами, построенный по чертежам …   Википедия

• МАХОВИК — МАХОВИК, массивное твердое колесо с тяжелым ободом. Приводит во вращение от ведущего вала машины для сглаживания резких колебаний числа оборотов этого вала при перемене скорости за счет накопленной кинетической энергии. Инерция большого колеса в… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• МАХОВИК — (Fly wheel) деталь, связанная с вращающимся валом двигателя или др. неравномерно нагруженных машин; имеет вид шкива с массивным ободом и обладает большой инертностью. При вращении М. накапливает кинетическую энергию за счет неполного потребления… …   Морской словарь

• маховик — кулак, здоровяк, маховичок, силач, рука, колесо Словарь русских синонимов. маховик сущ., кол во синонимов: 7 • здоровяк (42) • …   Словарь синонимов

• маховик — МАХОВИК, а, м. 1. Сильный человек. 2. Рука, кулак (обычно большой). маховик с три головы …   Словарь русского арго

• МАХОВИК — (маховое колесо) колесо с массивным ободом, устанавливаемое на валу двигателя (машины). Используется в качестве инерционного аккумулятора механической энергии, для уменьшения неравномерности вращения валов компрессоров, насосов и т. п …   Большой Энциклопедический словарь

• МАХОВИК — МАХОВИК, маховика, муж. (тех.). Маховое колесо. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

• МАХОВИК — МАХОВИК, а, муж. То же, что маховое колесо. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

• МАХОВИК — колесо с тяжелым ободом, насаживаемое на вал машины для уменьшения неравномерности вращения вала. Обладая необходимой живой силой, способной поглощать периодические избытки работы двигателя над полезным сопротивлением и затем отдавать их обратно… …   Технический железнодорожный словарь

• маховик — – массивная деталь двигателя, повышающая равномерность его вращения за счет своей инерции. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

• маховик — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва] Тематики электротехника, основные понятия EN flywheel …   Справочник технического переводчика

mechanism_machine.academic.ru

 

«Питер — АТ»
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

piter-at.ru