Маховик переменного момента инерции
Владельцы патента RU 2705405:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Керченский государственный морской технологический университет" (RU)
Изобретение относится к машиностроению. Маховик переменного момента инерции содержит вал, на котором жестко закреплен диск и через подшипник Т-образный маховик. Диск и маховик цепляются друг за друга при достижении определенной скорости вращения. Для зацепки на диске имеются три стержня с массивным цилиндром на конце. Стержни под действием центробежных сил отбрасываются от центра к периферии, входят в углубления на маховике и жестко сцепляют маховик с диском, придавая тем самым высокий момент инерции системе в целом при достижении заданной скорости. Достигается лёгкий пуск при малом моменте инерции с дальнейшим увеличением при достижении заявленной скорости вращения маховика. 3 ил.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах различных машин, например, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и т.д. для поддержания частоты вращения вала в заданном диапазоне.
В настоящее время большинство приводов машин оснащаются маховиками с постоянным моментом инерции (Передерий В.П. Устройство автомобиля. - Изд-во Форум, 2011. 288 с.). Их недостатком является невозможность регулировки момента инерции маховика, вследствие чего для накопления энергии, необходимой в начале движения, требуется разгонять маховик с постоянным моментом инерции путем специальных методов пуска, что приводит к повышенному расходу энергии. В случае, если применение специальных методов пуска не выгодно или невозможно, время пуска увеличивается, что плохо сказывается на всей системе в целом.
Известен накопитель механической энергии (АС 1786322 Накопитель механической энергии / Н.В. Гулиа и А.Г. Серх), содержащий цилиндрический кожух, установленный с возможностью вращения на оси, и упругую ленту, размещенную между ними. В зависимости от частоты вращения накопителя лента разматывается или сматывается внутри кожуха, увеличивая или уменьшая момент инерции. Однако такой накопитель обладает малой удельной энергоемкостью и его использование возможно только в приводах малой механизации.
Известен маховик переменного момента инерции (патент РФ № 2516883 маховик переменного момента инерции / А.А. Война), взятый за прототип, содержащий вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня. На концах кронштейна закреплены соосно маховичные секторы, позволяющие накапливать кинетическую энергию, и зубчатые секторы, жестко соединенные с маховичными секторами. Зубчатые секторы находятся в зубчатом зацеплении с центральной шестерней. Накопитель потенциальной энергии выполнен в виде пружины, навитой вокруг вала в полости, образованной валом и центральной шестерней. Концы пружины соединены с центральной шестерней и трехлучевым кронштейном. Недостатком такой конструкции является большие радиальные размеры при высокой скорости вращения вала, что ограничивает область его применения.
Цель изобретения - уменьшение габаритов и сокращение трудозатрат на изготовление маховика при малом моменте инерции маховика в статике и увеличении махового момента в динамике.
Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в легком пуске при малом моменте инерции, а по мере разгона до заявленной скорости, момент инерции увеличивается до максимального значения.
Техническая задача решается предлагаемым маховиком переменного момента инерции, содержащим вал, на котором жестко закреплен диск и через подшипник Т-образный маховик, которые цепляются друг за друга при достижении определенной скорости вращения. Для зацепки на диске имеются три стержня с массивным цилиндром на конце, которые под действием центробежных сил отбрасываются от центра к периферии, входят в углубления на маховике и жестко сцепляют маховик с диском, придавая тем самым высокий момент инерции системе в целом при достижении заданной скорости.
На фиг. 1 изображен маховик переменного момента инерции сбоку в сложенном положении.
На фиг. 2 изображен маховик переменного момента инерции в сложенном положении.
На фиг. 3 изображен маховик переменного момента инерции в раскрытом положении.
Маховик переменного момента инерции содержит вал 1, на котором жестко закреплен диск 2 и через подшипник 3 Т-образный маховик 4, для фиксации которого применяют крышку 5. На диске 2 имеются три стержня 6 с массивным цилиндром 7 на конце, который под действием центробежных сил отбрасывается от центра к периферии и тем самым войдет в углубления 8, расположенные на маховике 4. Для того чтобы стержни 6, находящиеся в нижней части диска 2 под собственным весом не опустились их в исходное положение возвращает упругая пластина 9 (её функцию может выполнять и пружина кручения), которая будет изгибаться по мере того как центробежная сила будет увеличиваться и тем самым заставлять стержни 6 поворачиваться в сторону периферии. Для ограничения максимального отклонения предусмотрены ограничители 10.
Работает маховик следующим образом. В начальный момент времени, когда вал не вращается, стержни 6 прижаты под действием упругой пластины (пружины кручения) 9 по направлению к центру; маховик 4 свободен относительно диска 2. По мере разгона стержни 6 с массивным цилиндром 7 на конце стержни будут поворачиваться вокруг своих осей вращения под действием центробежной силы. В тот момент, когда стержни повернутся на угол, позволивший массивным цилиндрам переместиться до опора с пока неподвижным маховиком 4, происходит небольшой по силе удар цилиндров с маховиком, который заставит начать двигаться маховик 4 в ту же сторону, что и диск 2. После удара стержни, получив кинетическую энергию, немного отпросятся назад, но т.к. центробежная сила будет продолжать расти, а упругая пластина (пружины кручения) будет поглощать эту энергию удара, то они снова соприкоснуться с маховиком 2 и так несколько раз, разгоняя маховик до скорость близкой к скорости вала 1 с диском 2. Когда скорость диска 2 и маховика 4 станут примерно равными, стержень 6 повернётся на такой угол, что цилиндр зацепится за углубления в маховике 4 и они станут вращаться с одной скоростью, таким образом момент инерции у предложенного маховика возрастет при выходе на рабочий диапазон вращения системы. Углубления в маховике 8 имеют такую форму, что они цепляют стержни с цилиндром на конце и система работает единым целым до тех пор, пока центробежная сила велика (частота вращения не ниже заданного уровня). В случае остановки, стержни будут возвращаться в исходное состояние и зацепление между диском 2 и маховиком 4 пропадает. Удары цилиндров 7 не изменят пусковые свойства системы, в особенности время запуска. Постепенный разгон маховика позволит избежать валу больших динамических нагрузок, которые последовали, если бы маховик зацеплялся из состояния покоя.
Маховик переменного момента инерции, содержащий вал, на котором жестко закреплен диск и через подшипник Т-образный маховик, которые цепляются друг за друга при достижении определенной скорости вращения, отличающийся тем, что для зацепки на диске имеются три стержня с массивным цилиндром на конце, которые под действием центробежных сил отбрасываются от центра к периферии, входят в углубления на маховике и жестко сцепляют маховик с диском, придавая тем самым высокий момент инерции системе в целом при достижении заданной скорости.
