Рассмотрим подробно наиболее простой способ регулирования неравномерности вращения — установку дополнительной маховой массы или маховика.
Все звенья механизма обладают инертностью. Как известно из физики, это свойство состоит в том, что чем инертнее материальное тело, тем медленнее происходят изменения его скорости, вызываемые действием приложенных сил. Поэтому, чтобы получить вращение главного вала машины с циклической неравномерностью, не превышающей требуемой величины, инертность этого вала со всеми жестко связанными с ним деталями надо сделать достаточно большой.
Из уравнения движения машинного агрегата в интегральной форме, очевидно, что, увеличивая инерционность можно уменьшить колебания угловой скорости.
,
где , а. Воздействовать на момент инерции второй группы звеньев сложно, поэтому на практике такое решение не применяется. Поставленная задача решается за счет увеличения момента инерции первой группы звеньев. Для этого на главном валу машины надо закрепить добавочную массу, выполненную в виде колеса с развитым ободом и называемую маховиком. Подбирая его момент инерции, можно обеспечить вращение главного вала машины с заданным коэффициентом неравномерности.
Маховик в машине играет роль аккумулятора кинетической энергии. При разгоне часть положительной работы внешних сил расходуется на увеличение кинетической энергии маховика и скорость, до которой разгоняется система, становится меньше, при торможении маховик отдает запасенную энергию обратно в систему и величина снижения скорости машины уменьшается.
Отсюда можно сделать вывод: чем больше дополнительная маховая масса, тем меньше изменение угловой скорости за цикл и ниже коэффициент неравномерности вращения.
Итак, основное назначение маховика состоит в ограничении колебаний угловой скорости в пределах, устанавливаемых величиной коэффициента неравномерности. Определение момента инерции маховика по заданным условиям движения (т. е. по заданной величине ) производится в процессе проектирования машины и составляет одну из задач ее динамического синтеза.
Определение приведенного момента инерции первой группы звеньев
Кинетическую энергию исследуемого механизма, также как и момент инерции можно разделить на две части
,
где , а.
Так как угловая скорость колеблется внутри цикла между значениямии, то, следовательно, колеблется и кинетическая энергия, проходя через максимальноеи минимальноезначения. Подчеркнем, что момент инерции первой группы звеньев имеет постоянную величину, не зависящую от положения механизма.
Определим наибольший перепад кинетической энергии первой группы звеньев: подставив значения иполучим
,
С учетом соответствующих значений кинетической энергии:
,
раскроем разность квадратов и умножим и разделим на :
Учитывая, что , а, окончательно получим:
пли, решая относительно искомой величины , получим формулу для расчета приведенного момента инерции первой группы, который обеспечивает заданный коэффициент неравномерности вращения:
Определение момента инерции дополнительной маховой массы (маховика)
Обозначим за момент инерции первой группы звеньев механизма без учета маховика (исходя из рассматриваемого примера – насоса в эту группу звеньев вошли двигатель, редуктор и сам коленчатый вал) – т.е. это момент инерции который непосредственно заложен в конструкции самого машинного агрегата.
Используя приведенную методику, находим , обеспечивающий заданный коэффициент неравномерности вращения.
Далее сравнивая эти инерционные характеристики, решают вопрос о необходимости введения маховика и его размерах.
Если , то маховик необходим и— момент инерции дополнительной маховой массы.
Если , то инерционности конструкции достаточно для обеспечения заданной неравномерности вращения и маховик не требуется.
Маховик
Маховик (Маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.
Также маховиком называют регулировочное колесо, похожее по форме.
Содержание
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:
Для полого цилиндра
\omega = 2 \pi S» width=»» height=»» />
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] .
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.
Маховик
Маховик (Маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.
Также маховиком называют регулировочное колесо, похожее по форме.
Содержание
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:
Для простых форм маховика, известны конечные выражения момента инерции
Для полого цилиндра
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] .
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
↑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
↑ Lynn White, Jr., “Theophilus Redivivus”, Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224-233 (233)
↑Элла Цыганкова У истоков дизайна
↑Encyclopedia of the Industrial Revolution, 1750-2007: Steam Engine (англ.)
Детали машин и механизмов
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое «Маховик» в других словарях:
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, 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
Маховик
Маховик (Маховое колесо) — массивное вращающееся колесо, использующееся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.
Также маховиком называют регулировочное колесо, похожее по форме.
Содержание
Использование [ править | править код ]
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.
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.
Свойство маховика сохранять направление оси вращения используется в успокоителях качки корабля.
Физика [ править | править код ]
Кинетическая энергия вращения, накопленная во вращающемся теле (маховике), может быть рассчитана по формуле: E = 1 2 I ω 2 E = \frac<1> <2>I \omega^2
Для простых форм маховика, известны конечные выражения момента инерции
Для полого цилиндра I = 1 2 m ( r 2 + r o 2 ) I = \frac<1><2>m(r^2+r_o^2) где m
m — масса полого цилиндра; r
r — его радиус; r o
Заменив в формуле для полого цилиндра, угловую скорость — ω
\omega на частоту вращения — S
S по формуле ω = 2 π S
\omega = 2 \pi S получим E = m ( π S ) 2 ( r 2 + r o 2 ) E = m(\pi S)^2(r^2+r_o^2)
История [ править | править код ]
Эффект маховика использовался с древнейших времен. Например в гончарном круге, ветряных мельницах.
Согласно американскому медиевисту Линну Уайту немецкий монах Теофил упоминает в своём трактате «О различных искусствах» несколько машин, в которых применяется маховик. [1]
Во время промышленной революции, Джеймс Уатт применил маховик в паровой машине для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня [2] , и его современник Джеймс Пикард использовал маховик в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное [3] .
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.
,
, а
. Воздействовать на момент инерции второй группы звеньев сложно, поэтому на практике такое решение не применяется. Поставленная задача решается за счет увеличения момента инерции первой группы звеньев. Для этого на главном валу машины надо закрепить добавочную массу, выполненную в виде колеса с развитым ободом и называемую маховиком. Подбирая его момент инерции, можно обеспечить вращение главного вала машины с заданным коэффициентом неравномерности.
) производится в процессе проектирования машины и составляет одну из задач ее динамического синтеза.
,
, а
.
колеблется внутри цикла между значениями
и
, то, следовательно, колеблется и кинетическая энергия
, проходя через максимальное
и минимальное
значения. Подчеркнем, что момент инерции первой группы звеньев имеет постоянную величину, не зависящую от положения механизма.
и
получим
,
,
:
, а
, окончательно получим:
, получим формулу для расчета приведенного момента инерции первой группы, который обеспечивает заданный коэффициент неравномерности вращения:
момент инерции первой группы звеньев механизма без учета маховика (исходя из рассматриваемого примера – насоса в эту группу звеньев вошли двигатель, редуктор и сам коленчатый вал) – т.е. это момент инерции который непосредственно заложен в конструкции самого машинного агрегата.
, обеспечивающий заданный коэффициент неравномерности вращения.
, то маховик необходим и
— момент инерции дополнительной маховой массы.
, то инерционности конструкции достаточно для обеспечения заданной неравномерности вращения и маховик не требуется.
