Деталь маховик – отличие от одномассового, принцип работы, как проверить, ремонтировать или реставрировать

Устройство маховика

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.

Что представляет собой маховик и зачем он нужен?

При рассмотрении конкретных функций маховика выделяются следующие характеристики:

• Уменьшение колебательных движений при вращении коленвала. В данном случае маховик можно рассматривать как одну из частей двигателя.
• Передача момента с двигателя на КПП. Помимо этого, он является первичным диском сцепления.
• Отвечает за передачу момента со стартера на коленвал.

Другими словами, маховик необходим для выполнения трех важных функций: запуска двигателя со стартера, передаче момента на КПП и обеспечение равномерной работы коленвала.

Сам принцип функционирования объяснить достаточно просто: представьте для наглядности обычный игрушечный волчок. Если волчок начинает раскручиваться от руки, то маховик — от вращательных движений коленвала. Волчок будет крутиться до тех пор, пока не закончится приложенная энергия. Ведущий диск способен передавать полученную энергию обратно, тем самым заставляя работать коленвал. В результате мы имеем замкнутую систему, при которой обеспечивается работа маховика.

Как устроен маховик?

Он представляет собой обычный диск диаметром 30-40 см. На торце располагаются зубья, благодаря которым достигается сцепление ведущего диска с валом стартера и последующее раскручивание коленвала при запуске двигателя. Маховик расположен на выходной части коленвала двигателя, а с другой стороны к нему фиксируется болтами корзина сцепления или гидротрансформатор. Отметим, что устройство маховика напрямую зависит от его принадлежности к определенной группе.

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.

Ввиду преимуществ демпферного маховика, он является предпочтительной и перспективной моделью в наше время. Именно поэтому мы предлагаем нашим читателям подробней ознакомиться с его устройством, ведь он всё чаще встречается на автомобилях.

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.

Демпферный маховик

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.

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.

Для этого следует придерживаться следующих рекомендаций эксплуатации:

• не перегружать автомобиль;
• не удерживать педаль сцепления в нажатом состоянии, например, при остановке на светофоре;
• нельзя бросать педаль сцепления при начале движения и переключении передач;
• не трогаться на повышенной передаче;
• не допускать длительной езды на низких оборотах, особенно на дизельных автомобилях. В этом режиме крутильные колебания коленвала очень высоки, идёт повышенный износ пружин демпферной системы.

Неисправности сцепления

По итогам можно сделать следующие выводы: ведущий диск является неотъемлемой частью системы управления автомобилем. В наше время наиболее перспективной считается двухмассовая система маховика, которая имеет весомые преимущества перед остальными видами. А при правильной эксплуатации автомобиля Вы не будете бояться поломок достаточно продолжительное время.

Маховик двигателя: его назначение и устройство

Маховик двигателя считается одним из важнейших элементов без которого невозможна полноценная работа силовой установки и транспортного средства в целом. Представляет собой маховик литой и хорошо сбалансированный чугунный диск с напрессованными стальными зубьями для зацепления со стартером мотора. Передает маховик крутящий момент от двигателя на коробку передач автомобиля. Если на авто механическая коробка передач, то на маховике крепится корзина сцепления, а при автоматике гидротрансформатор. Представляет собой маховик довольно массивную деталь. Его масса в основном зависит от мощности мотора и количества цилиндров в нем. Основное назначение маховика лежит в аккумулировании кинетической энергии от коленвала и в создании полезной инерции. Исходя из всего сказано можно обобщить, что основные функции маховика входит обеспечение плавной работы мотора, передача крутящего момента от двигателя на КПП и обеспечение работы сцепления, а также передачу крутящего момента от стартера на венец маховика для запуска мотора.

Какие бывают маховики?

Сегодня существует три вида таких устройств. Первый тип сплошной — считается наиболее простой и распространенной конструкцией. По виду представляет собой литой чугунный диск. Для АКПП гораздо легче обычного, потому как рассчитан на совместное использование с гидротрансформатором. Второй вид — это облегченный маховик. Устанавливают такой вариант преимущественно при тюнинге авто, трансмиссии или мотора. За счет своего небольшого веса такой маховик уменьшает инерцию и повышает производительность мотора на 5%. На педаль газа авто откликается быстрее и авто становится с ним более динамичным. при этом такой облегченный вариант можно делать только в комплексе с другими работами, направленными на улучшение характеристик трансмиссии и мотора. Третий вариат маховиков — это двухмассовые маховики. Они имеют более сложную конструкцию и устанавливаются в основном на современные автомобили. Применяется такое устройство и на АПКК и на МКПП без гидротрансформатора. Такие маховики  прекрасно подавляют вибрации, шум и защищают трансмиссию и синхронизаторы.

Как работает двухмассовый маховик и почему стоит выбрать его?

Принцип работы двухмассового маховика достаточно прост. От коленчатого вала передается крутящий момент первичному диску. Он отклоняет пружинную конструкцию внутри и достигнув определенного уровня сжатия, крутящий момент начинает передаваться на второй диск. Система гасит высокие колебания мотора и за счет значительно снижается нагрузка на КПП. среди наиболее очевидных плюсов двухмассового маховика моно выделить то, что он обеспечивает мягкую и плавную работу двигателя и коробки передач. Также он позволяет добиться низкого уровня шума и вибрации.

Подробнее о маховике силовой установки будет рассказано в этом интересном видеоматериале:

Опубликовано: 14 ноября 2019

Устройство маховика двигателя

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) является сложным механизмом с конструктивной точки зрения. Он объединяет в себе массу рабочих элементов, каждый из которых выполняет свои конкретные функции в заданном режиме.

Отдельного внимания заслуживает маховик, обеспечивающий стабильность в работе силового агрегата и равномерность его хода в работе.

В моторе маховик отвечает за ряд достаточно важных процессов и поэтому важна стабильность его работы.

Что собой представляет маховик в ДВС?

Маховик служит для аккумуляции энергии механического движения и последующей её передачи для нивелирования перепадов крутящегося момента.

Располагается механизм в торцевой части коленчатого вала. Практически рядом с ним можно заметить задний коренной подшипник. Это ориентир для быстрого визуального нахождения маховика.

Используемый подшипник отличается солидным запасом прочности и устойчивости к износу. Благодаря мощной конструкции он фиксирует маховик и уменьшает его рабочие нагрузки.

Все это оказывает положительное влияние на увеличение срок работы механизма. Устройство благодаря солидному запасу прочности и качеству используемого материала способно прослужить без замены длительный период времени.

Задачи маховика в двигателе внутреннего сгорания

Маховик применяется для реализации в ДВС нескольких процессов, каждый из которых вместе и по отдельности важен для стабильной работы мотора.

Можно выделить следующие задачи, которые решает маховик:

1. Передача вращательной силы от стартера к коленчатому валу при запуске мотора;
2. Передача крутящегося момента от силового агрегата к трансмиссии;
3. Снижение вибрации мотора во время его работы;
4. Минимизирует перепады вращения коленчатого вала.

Принцип работы маховика

Маховик мотора в процессе работы аккумулирует в себе кинетическую энергию и перенаправляет её на минимизацию перепадов крутящегося момента коленчатого вала.

Аккумуляция энергии происходит в процессе рабочего хода поршня мотора. Использование кинетической энергии осуществляется в иных тактах силового агрегата.Особенно при выводе поршней из мёртвых зон.

Количество цилиндров мотора оказывает прямое влияние на длительность рабочего хода поршня. Этим обусловлена стабильность и равномерность работы моторов с большим количеством цилиндров.

Кинетическая энергия механизма заметно упрощает запуск многоцилиндрового мотора. Машина плавно без дёрганий двигается с места. Для изготовления маховика преимущественное количество производителей используется качественный чугунный материал.

Устройство маховика двигателя

Несмотря на небольшие размеры, маховик весит прилично. Средний диаметр изделия составляет 40 сантиметров.

На его торце расположены зубцы, обеспечивающие надёжное сцепление с валом стартера. Именно через них передаётся вращательное движение коленчатому валу мотора.

Сегодня по конструктивным особенностям выделяют следующие виды маховиков:

Демпферный маховик

Активно используется в современных моделях автомобилей. Представляет собой устройство из двух дисков объединённых между собой пружинно-демпферным механизмом

Выполняет ряд важных задач:

• нейтрализует избыточные колебания коленчатого вала;
• предотвращает перегрузку коробки передач;
• снижает износ синхронизирующих элементов мотора;
• плавность переключения передач;
• экономное расходование топлива

Сплошной маховик

Самый распространённый вид механизма, активно используемый в моторах нового поколения. Представляет собой массивный диск из чугуна. Отличается надёжность и долговечностью в эксплуатации

Облегчённый маховик

Отличается небольшой массой за счёт использования специальных материалов. Даёт возможность силовому агрегату достигать максимальных оборотов.

Способствует увеличению мощности мотора до 10 процентов. Износостоек, прочен и надёжен. Единственный существенный минус – высокая стоимость.

Заключение

Маховик в моторе выступает своеобразным стабилизационным элементом, обеспечивающим баланс в работе разнообразных механизмов. Принимая на себя избыточные колебания, он гасит их, тем самым увеличивая ресурс силового агрегата.

Спасибо за внимание, удачи вам на дорогах. Читайте, комментируйте и задавайте вопросы. Подписывайтесь на свежие и интересные статьи сайта.

Это интересно

Маховик: сплошной, двухмассовый, облегченный

Маховик – важный элемент, который является составной частью сразу нескольких систем ДВС:

• кривошипно-шатунный механизм;
• механизм сцепления;
• система запуска двигателя;

Маховик одновременно выполняет несколько функций.

1. В системе КШМ указанная деталь отвечает за компенсацию неравномерности вращения коленчатого вала.
2. В устройстве механизма сцепления маховик передает крутящий момент от двигателя к КПП, выступая ведущим диском сцепления.
3. Что касается системы запуска силового агрегата, через маховик осуществляется передача крутящего момента, который создается стартером, на коленвал ДВС. Маховик в этой системе является ведомой шестерней редуктора.

Работа двигателя внутреннего сгорания связана с постоянным изменением оборотов коленчатого вала. Коленвал динамично закручивается и раскручивается, подвергаясь крутильным колебаниям. Маховик является гасителем крутильных колебаний.

Маховик сглаживает колебания крутящего момента посредством того, что деталь с определенной периодичностью накапливает и далее отдает кинетическую энергию. Накопление указанной энергии осуществляется в то время, когда происходит рабочий хода поршня. Отдача энергии реализуется во время других тактов работы двигателя.

Маховик выводит поршни ДВС из верхней и нижней мертвой точки. От количества цилиндров в двигателе зависит длительность рабочего хода поршня. Чем больше цилиндров, тем дольше времени занимает рабочий ход. Крутящий момент в многоцилиндровых ДВС отличается большей равномерностью, благодаря чему массу маховика можно уменьшить.

Маховик устанавливается в задней части коленвала. Местом его установки становится область рядом с торцевым коренным подшипником. Данный подшипник является наиболее массивным в конструкции двигателя. Подшипнику нужно выдерживать вес самого маховика и дополнительные рабочие нагрузки.

Конструкция маховика может быть разной. На ДВС используются следующие виды маховиков:

• сплошной маховик;
• двухмассовый маховик;
• облегченный маховик;

Сплошной маховик изначально получил наибольшее распространение на большинстве гражданских авто. Деталь представляет собой тяжелый диск из чугуна, средний диаметр диска составляет около 40 см. Внешняя поверхность маховика имеет зубчатый венец из стали, прикрепленный к основе посредством пресса.

Указанный венец отвечает за проворачивание коленчатого вала в момент запуска ДВС при  помощи стартера. Маховик с одной стороны имеет ступицу, которая необходима для соединения  указанной детали со специальным фланцем на коленчатом валу. Другая сторона  элемента выполняет функцию ведущего диска в схеме устройства механизма сцепления.

Двухмассовый маховик, который еще называется демпферный маховик, устанавливается на автомобили с середины 80-х. Такой маховик состоит из двух дисков, которые соединены друг с другом при  помощи пружинно-демпферной системы. Решение позволяет реализовать эффективную защиту трансмиссии от крутильных колебаний. Дополнительной функцией становится обеспечение равномерной работы всех узлов ДВС. Двухмассовый маховик исключает необходимость установки отдельных демпфирующих элементов, которые нужно размещать на ведомом диске сцепления.

Двухмассовый маховик гасит колебания, уменьшает шумы, снижает вибрацию ДВС, упрощает процесс переключения передач в КПП, снижает износ деталей трансмиссии, навесного оборудования т.д. Маховик этого типа защищает трансмиссию от избыточной нагрузки, делает работу всех механизмов и систем более плавной, позволяет экономить горючее.

Слабым местом двухмассового маховика является склонность к износу пружинно-демпферной системы. Наиболее сильно нагружена дуговая пружина, которая часто ломается. По этой причине демпферный маховик нельзя считать оптимальным решением для современных двигателей.

Стремление разработчиков к уменьшению объема и массы ДВС с одновременным сохранением высокой мощности, а также настройка современных моторов с упором на отдачу максимума крутящего момента уже в нижнем диапазоне оборотов привели к появлению двухмассового маховика с маятниковым гасителем крутильных колебаний.

Такой маховик качественно устраняет неравномерности вращения коленвала на низких оборотах. Для этого на маховике установлена дуговая пружина, а также дополнительный центробежный маятник. Маятник способен самостоятельно создавать колебания, которые в противофазе полностью устраняют колебания после дуговой пружины.

Центробежный маятник представляет собой грузы,  которые размещаются по окружности двухмассового маховика. Когда мотор работает на низких оборотах, грузы активно раскачиваются благодаря незначительному воздействию на маховик центробежной силы. Прирост оборотов означает уменьшение амплитуды колебания грузов маятника. Маховик начинает гасить колебания на высоких оборотах по «классической схеме» посредством дуговой пружины.

Облегченный маховик устанавливается на спортивные ДВС и часто применяется для тюнинга двигателя. Масса такого маховика перераспределяется ближе к краям диска. Это позволяет в среднем облегчить маховик на 1.5 кг и более, а также уменьшить инерционное движение. Облегченный маховика позволяет  ДВС получить прирост мощности на отметке 3-6%, быстрее раскручиваться и эффективнее выходить на пик максимальных оборотов.

Читайте также

Супермаховик — Википедия

Супермахови́к — один из типов маховика, предназначенный для накопления механической энергии. По сравнению с обычными маховиками, способен сохранять больше кинетической энергии.

За счёт конструктивных особенностей способен хранить до 500 Вт·ч (1,8 МДж) на килограмм массы^[1]. В частности, в 1964 году советский инженер Н. В. Гулиа заявил авторские права на одну из конструкций, которой и дал название «супермаховик».

Современный супермаховик представляет собой барабан, изготовленный из композитных материалов, например, намотанный из тонких витков стальной, пластичной ленты, стекловолокна или углеродных композитов. За счёт этого обеспечивается высокая прочность на разрыв и безопасность эксплуатации. При физическом разрушении супермаховик не разлетается на крупные части, как обычный маховик, а разрушается частично; при этом отделившиеся части тормозят барабан и предотвращают дальнейшее разрушение. Для уменьшения потерь на трение супермаховик помещается в вакуумированный кожух. Зачастую используется магнитный подвес.

Законченный вид супермаховик принимает тогда, когда он способен запасать и отдавать энергию. Для этого создаётся мотор-генератор, где статором является барабан, а ротором — ось, вокруг которой он вращается. Таким образом, при подключении в сеть он будет запасать энергию, а при подключении нагрузки — отдавать. КПД этого преобразования достигает 98 %^[2].

Маховики как буферные устройства начали использоваться ещё во времена неолита, например, в устройстве гончарного круга^[3]. В XX веке маховик претерпел ряд конструктивных изменений, позволявшим ему запасать энергию на значительное время. Так, например, в 1950-х годах вакуумированные маховики использовались в экспериментальном общественном транспорте, в частности испытывались гиробусы^[4].

Преимущества и недостатки супермаховика[править | править код]

Супермаховик сочетает в себе долговечность и умеренную цену, безопасен^[5] при разрушении, его КПД очень велик. Недостатком супермаховиков является гироскопический эффект, обусловленный большим моментом импульса вращающегося маховика и препятствующий изменению направления оси вращения маховика. Для исключения этого нежелательного эффекта при применении маховиков в качестве накопителей энергии на транспортных средствах можно применить подвеску маховика в кардановом подвесе, но это существенно усложняет конструкцию.

Дополнительным недостатком супермаховика является отсутствие отработанной простой трансмиссии, позволяющей использовать его на транспорте. В настоящий момент проводятся эксперименты по передаче энергии вращения супермаховика на колёса транспортного средства посредством супервариатора. Перспективным также является использование вакуумного супермаховика на магнитной подвеске в качестве источника электроэнергии для шаговых электродвигателей.

Еще одним недостатком супермаховика является его высокая пожароопасность. Если произойдёт разрушение супермаховика, то возникнет сила трения между разрушающимся маховиком и его корпусом. Так как супермаховик запас огромное количество кинетической энергии, при торможении эта энергия будет переходить в тепло. Количество выделившегося тепла в относительно короткий промежуток времени может быть настолько значительным, что может привести к воспламенению механизма или транспортного средства.

Н. В. Гулиа в первую очередь собирался применить супермаховик как накопитель энергии для автомобилей и даже построил несколько образцов такого транспорта.

Однако последние успешные достижения относятся к другим областям. Компания Beacon Power, основанная в США в 1997 году, сделала существенный шаг, разработав серию больших стационарных супермаховиков для применения в промышленных энергосетях. Супермаховики производства Beacon Power способны запасать энергию в 6 и 25 кВт⋅ч в зависимости от модели и мощность в 2 и 200 кВт соответственно.

Американская компания рассчитывает продавать их местным компаниям, а также сама оказывать услугу «регулирования частоты». Строительство регулирующей электростанции на супермаховиках мощностью 20 МВт началось в конце 2009 года^[6]. Поскольку энергосистема США существует в условиях наличия множества местных поставщиков энергии и открытого энергетического рынка, необходимость регулирования мощности создает немало проблем, которые компания надеется решить: запасание «лишней» энергии, когда потребление снижается; восполнение недостатков во время пиков потребления; регулирование частоты тока.

Под научным руководством Н. В. Гулиа российская компания Kinetic Power^[7] создала собственную версию стационарных накопителей кинетической энергии на базе супермаховика. Один такой накопитель способен запасать энергию до 100 кВт⋅ч и обеспечивать мощность до 300 кВт. В условиях российского рынка кластер из нескольких таких накопителей способен обеспечивать выравнивание суточной неоднородности электрической нагрузки целого региона, заменяя собой дорогостоящие и громоздкие гидроаккумулирующие электростанции.

Несмотря на то, что автомобили, питающиеся от маховиков, не получили широкого распространения, транспорт остаётся одной из наиболее привлекательных отраслей применения супермаховиков. В частности, речь идёт о железнодорожном транспорте. При торможении как пассажирского, так и грузового состава впустую тратится огромное количество энергии. Супермаховик, подключённый к одной электрической сети с составом, способен улавливать и запасать энергию торможения, а позже выдавать её в сеть для разгона состава. Спасённая таким образом энергия позволит снизить потребление на 30 %.^{[источник не указан 393 дня]}

Помимо этого, супермаховики могут быть использованы для обеспечения бесперебойного питания^[8] объектов высших уровней ответственности. Свойства супермаховика обеспечивают отклик устройства на уровне сотых долей секунды, позволяя ни на секунду не прерывать подачу электроэнергии.

1. ↑ Гулиа Н. В. Супермаховики — из суперкарбона! // Изобретатель — рационализатор : журнал. — 2005. — № 12 (672). Архивировано 5 марта 2016 года.
2. ↑ Леонид Попов. Вращающаяся армия бережёт 60 герц стабильного электричества (неопр.). Membrana.ru (30 августа 2006). Дата обращения 20 июня 2014.
3. ↑ Lynn White, Jr., «Theophilus Redivivus», Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224—233 (233).
4. ↑ Alternative Energy Storage Methods including supercapacitors, flywheel batteries, compressed air storage, springs, pumped storage, nuclear batteries and superconducting magnet…
5. ↑ Гулиа Н. В. Накопители энергии. — М.: Наука, 1980. — 150 с.
6. ↑ Beacon Breaks Ground on 20-MW Flywheel Storage Plant.
7. ↑ Kinetic Power (неопр.) (недоступная ссылка). www.kinetic-power.com. Дата обращения 28 февраля 2016. Архивировано 18 января 2016 года.
8. ↑ Kinetic Power (неопр.) (недоступная ссылка). www.kinetic-power.com. Дата обращения 28 февраля 2016. Архивировано 5 марта 2016 года.

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.)