Как работает маховик: Что делает маховик и с чем он связан?

Кто он и где находится маховик

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды

На сегодняшний день выделяются три вида маховиков:

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

Особенности устройства двухмассового маховика

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

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

Принцип работы

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

Ремонт маховика

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

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

Ремонт двухмассового маховика

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

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

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

Какие преимущества и недостатки?

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

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

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

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

Принцип работы двухмассового 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.

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

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

Зачем нужен и где находится маховик в современном автомобиле

Маховик в автомобилях с ДВС выполняет следующие функции:

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

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

Виды маховиков и особенности конструкции

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

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

Одномассовый маховик

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

Одномассовый маховик

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

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

Двухмассовый (демпферный) маховик

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

Двухмассовые маховики имеют ряд преимуществ:

Двухмассовый маховик

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

Но есть и недостатки:

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

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

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

Двухмассовый маховик с маятниковым гасителем колебаний

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

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

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

Неисправности и их признаки

Ввиду немалых нагрузок со временем маховик деформируется и разрушается.

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

Повреждение зубьев венца

Замена венца на одномассовом маховике

Чтобы своевременно выявить неисправности одномассового маховика, обращайте внимание на:

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

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

• поломаться, полностью разрушиться дуговые пружины;
• износиться подшипники, детали, подвергающиеся трению.

Поломка пружин в двухмассовом маховике

Признаки проблем с двухмассовым маховиком следующие:

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

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

Подбор и покупка деталей

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

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

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

Связанные термины

Маховик двигателя внутреннего сгорания: устройство, назначение, принцип действия

Маховик является важной деталью автомобильного двигателя, которая предназначена для выполнения таких сложных задач, как:

• Осуществления своевременного запуска двигателя автомобиля, путем передачи вращательных движений от стартера на коленчатый вал.
• Обеспечения крутящего момента от двигателя автомобиля к коробке передач (КПП).
• Снижение вибрационных шумов двигателя (уменьшение неравномерных движений вала).

Принцип действия маховика двигателя

Маховик закреплен с торцевой части коленвала, непосредственно у заднего подшипника коренного типа. Коренной подшипник не только удерживает маховик в одном положении, но и снижает его рабочие нагрузки.

Принцип действия самого маховика заключается в снижении вибрации при вращательном моменте коленчатого вала. При интенсивной работе двигателя на такте движения идет накопление энергии, которая передается коленвалу. В других рабочих тактах происходит обратный процесс – сброс энергии.

Маховик позволяет аккумулировать энергию, обеспечивая равномерное движение коленчатого вала от одного такта к другому.

Как устроен маховик и основные его виды

Как уже было сказано ранее, маховик – важная деталь автомобильного двигателя, относительно небольшой, но весьма увесистый диск, диаметр которого может составить 30-40 см. Торец маховика имеет зубчатые края, что позволяет ему соединяться со стартерным валом для передачи вращательной энергии коленвалу двигателя.

Виды маховиков

По типу конструкции маховики двигателя могут быть двухмассовыми, сплошными и облегченными. Наиболее распространенным и широко используемым является сплошной маховик. Мы рассмотрим каждый из этих видов.

Двухмассовый маховик (демпферный)

Это часто используемый вид маховика в современном автомобильном двигателе. Двухмассовый маховик – устройство, состоящее из двух дисков, соединенных специальным пружинно-демпферным устройством. Основными элементами двухмассового маховика являются: маховик, подшипник, пружина-дуга с наружными демпфером, нажимная пружина с внутренним демпфером и приводная пластина.

Подобное устройство выполняет ряд важных функций и задач:

• принимает на себя все избыточные вибрации коленвала;
• защищает трансмиссию от лишних вращательных движений и перегруза;
• уменьшает возможный износ синхронизирующих элементов;
• обеспечивает плавное переключение передач;
• позволяет экономить расход топлива в двигателе.

Однако чрезмерно интенсивна работа такого вида маховика в конечном итоге может привести к быстрому износу пружинно-демпферного механизма или выходу из строя отдельных его элементов, например, пружины.

Сплошной маховик

Такой вид маховика является более эффективным для использования в автомобильных двигателях современного образца. Сплошной маховик – тяжеловесный чугунный диск, диаметр которого составляет 35-40 см. На внешней поверхности маховика находится стальной венец с зубьями, который обеспечивает движение коленчатого вала при запуске стартера. Одна сторона маховика оснащена ступицей, при помощи которой маховик соединяется с фланцем коленвала, противоположная сторона работает как диск сцепления.

Облегченный маховик

Данный вид маховика часто используют для проведения тюнинга двигателя автомобиля. Облегченный маховик — диск, на который надевается предварительно разогретое зубчатое колесо, после остывания которого, маховик приобретает вид шестерни.

Облегченный маховик имеет небольшую массу, в среднем в полтора раза меньше, чем у обычного маховика. Облегченный маховик позволяет автомобильному двигателю достигать максимальных рабочих оборотов, увеличивать мощность на 5-7 %, улучшать разгонную динамику автомобиля.

Маховик облегченного типа изготавливается из износостойкого металла, который способен выдерживать чрезмерные нагрузки при работе двигателя, при этом работать быстро, бесшумно и эффективно.

Маховик двигателя видео:

Что такое маховик и зачем он нужен двигателю?

Маховик — это специальное дискообразное механическое приспособление, крепящееся болтами к заднему концу коленчатого вала и служащее главным образом для создания инерции вращения коленчатого вала и трансмиссии (см. абзац ниже). Вокруг внешнего периметра маховика, представляющего собой зубчатые шестерни, привод стартера входит в зацепление с данным зубчатым венцом маховика, поворачивая маховик, который вращает коленчатый вал, тем самым приводя в движение сам двигатель.

Зачем нужен маховик? Маховик довольно тяжелый по своей массе — это сделано для того, чтобы при вращении он не давал поршням двигателя остаться в мертвой точке, как бы подталкивая их своим вращением вкупе со своей массой — одним словом, маховик нужен для создания инерции.

Что такое маховик и зачем он нужен двигателю? Видео 

Как работает маховик? Объясняется простыми словами

Маховик — это машина, которая резервирует энергию вращения, сопротивляясь изменениям скорости вращения. Запасенная энергия пропорциональна квадрату скорости вращения. Вы можете изменить сохраненную мощность машины, применив крутящий момент для увеличения или уменьшения ее скорости вращения. Машина или транспортное средство теряет импульс каждый раз, когда замедляется или останавливается. Маховик восполняет потерянный импульс за счет зарезервированной мощности.В этом кратком руководстве мы обсудим , как работает маховик и что он делает.

Что такое маховик на автомобиле?

Маховик — это тяжелое колесо, которое требует большого усилия для вращения вокруг своей оси. Когда колесо движется с высокой скоростью, оно будет продолжать вращаться, если вы не остановите его, приложив много усилий. Когда он вращается, он сохраняет большое количество кинетической энергии, которую позже использует для включения транспортного средства или машины во время запуска двигателя или увеличения скорости.

Что такое маховик на автомобиле? Технически объяснение, маховик (если ручной) или гибкий диск (если автоматическая коробка передач) определяется как диск, который прикреплен болтами к коленчатому валу в задней части двигателя. Он служит многим целям:

• На автомобилях с механической коробкой передач образует одну из поверхностей трения для сцепления. К нему прикручен нажимной диск сцепления, и диск сцепления зажат между ними.
• На автомобилях с автоматической коробкой передач он на самом деле известен как гибкая пластина, а гидротрансформатор болтами трансмиссии.

На его внешнем крае находится зубчатое кольцо, которое стартер поворачивает для запуска двигателя. Из-за большого диска (относительно коленчатого вала) это позволяет стартеру иметь больше рычагов воздействия на двигатель.

Он также служит для выполнения определенных задач работы двигателя. Хотя более массивные маховики требуют больше энергии для вращения, при вращении они набирают больше оборотов и помогают двигателю работать более плавно и плавнее переключаться на более высоких оборотах.

Как работает маховик?

Как работает маховик для хранения энергии? Что ж, вы можете сравнить это с механизмом механической батареи.В то время как аккумулятор хранит энергию в химической форме, маховик сохраняет энергию в форме движения или, если быть точным, кинетической энергии.

Маховик может накапливать больше энергии, если он вращается с большей скоростью или имеет больший момент инерции, что означает более крупный размер. Однако он всегда работает лучше, когда вы вращаете его быстрее, а не увеличиваете его массу. Например, колесо будет производить вдвое больше энергии, чем то, которое весит половину его, при условии, что оба они вращаются с одинаковой скоростью.С другой стороны, вращение колеса зажигалки вдвое быстрее увеличит количество запасенной энергии в четыре раза.

Чем легче маховик, тем больше запасается энергии

ПОДРОБНЕЕ

По этой причине всегда лучше использовать более легкие, быстроходные колеса, чем агрегаты, имеющие большой вес. Кроме того, компактные маховики имеют практический смысл в гоночных автомобилях, потому что они должны быть как можно более легкими для движения на высоких скоростях.

Как работает маховик , когда вы постоянно увеличиваете скорость? Это невозможно, потому что есть момент, когда материал колеса не сможет справиться с силой и разбиться на фрагменты.

Каковы функции маховика?

Прежде чем углубляться в принцип работы маховиков для автомобилей , важно знать их функции. Он используется практически во всех типах автомобилей, включая гоночные автомобили, поезда и автобусы. Раньше они имели большой диаметр со спицами и громоздкий металлический обод. Однако современные устройства более компактны, так как сделаны из композитных материалов или углеродного волокна. Вам нужно сильно толкать колесо, чтобы оно пришло в движение.В основном он выполняет эти функции в большинстве автомобилей:

1. Запуск двигателя

Зубья шестерни врезаются в опору маховика по окружности, запускающую двигатель. В стартере двигателя небольшая шестерня (называемая шестерней Bendix) соединяется с маховиком, когда вы поворачиваете ключ. Комбинация шестерня / стартер Bendix вращает маховик, поворачивая коленчатый вал и начиная цикл сжатия, необходимый для запуска двигателя. После запуска двигателя шестерня Bendix снимается, позволяя маховику свободно вращаться.

2. Сглаживание оборотов двигателя

После запуска двигателя коленчатый вал преобразует движение поршней вверх и вниз во вращательное движение. Тем не менее, это движение прерывистое, поскольку мощность генерируется только дважды (для четырехцилиндрового двигателя) или четыре раза (для восьмицилиндрового) за один оборот двигателя. Масса маховика обеспечивает инерцию, чтобы коленчатый вал двигателя вращался между каждым из этих срабатываний поршня, поэтому скорость вращения коленчатого вала остается постоянной, а двигатель работает плавно.

3. Балансировка двигателя

Поскольку поршни смещены относительно центра коленчатого вала, двигатель, следовательно, вибрирует и раскачивается, поскольку каждый поршень срабатывает под разным углом. Большой вес маховика подавляет это движение из стороны в сторону, помогая стабилизировать и уравновесить двигатель на опорах и снизить вибрацию по всему автомобилю.

4. Снижение напряжения трансмиссии

За счет стабилизации движения двигателя и плавности его скорости маховик ограничивает износ других компонентов трансмиссии.Хотя валы двигателя и трансмиссии параллельны друг другу, крепления между осью и трансмиссией — нет; карданный вал использует универсальные шарниры, которые постоянно меняют угол поворота при повороте. Маховики помогают снизить износ таких шарниров.

5. Манипуляции с весом

Вес маховика — это одна из регулировок, которую производители двигателей используют для настройки характеристик своего двигателя для конкретных целей.

• Более тяжелые маховики позволяют двигателям работать при нагрузках, которые могут вызвать его увязку; таким образом, автомобили, постоянно буксирующие тяжелые прицепы, должны иметь больший маховик.
• Двигатели, работающие на высоких скоростях, такие как двигатели гоночных автомобилей, имеют более легкий маховик для лучшего ускорения на скорости; что может затруднить плавную работу двигателя на холостом ходу и затруднить ускорение после полной остановки. Из-за этого гонщикам нужно, чтобы их пит-бригады подталкивали их к запуску машин.

Топ-5 симптомов неисправности маховика

1. Обжигающий запах

Этот запах возникает при неправильном использовании сцепления из-за неисправного маховика или неопытного водителя.На облицовке муфты используются материалы, снижающие уровень шума, производимого муфтой во время работы. Облицовка муфты выделяет много тепла из-за трения из-за неправильного использования, что, по сути, приводит к глянцеванию поверхности от тепла. Следствием этого является сильный резкий едкий запах, который может стать довольно заметным.

2. Дребезжание сцепления

Вместо плавного включения сцепление «проскальзывает» по маховику. Сцепление многократно захватывает и отпускает, что ощущается как заикание или вибрация при отпускании сцепления.Это может происходить на любой передаче, но наиболее популярно при трогании с полной остановки. В то время как деформированный маховик иногда является причиной, вибрацию сцепления может быть трудно диагностировать, поскольку прижимной диск, диск сцепления или выжимной подшипник часто являются неисправностью, независимо от того, изношены ли детали, сломаны, деформированы или загрязнены маслом из-за двигателя или утечка трансмиссии.

3. Пробуксовка сцепления

Часто, когда вы пытаетесь переключить передачи во время движения, передачи могут проскальзывать.Обычно это происходит, когда вы можете сказать, что на колеса не передается мощность. Часто это прямой результат износа сцепления. Проскальзывающая муфта в конечном итоге приведет к износу и маховика. Вы можете начать слышать скрежет прижимного диска, и в конечном итоге другие детали маховика в узле сцепления перегреются, что приведет к их деформации или даже к трещинам.

4. Перемещение сцепления

Противоположно пробуксовке сцепления. Вместо выключения сцепления сцепление просто не выключается полностью.Вы столкнетесь с различными уровнями шлифования шестерен при переключении передач или даже с полной неудачей при включении первой передачи при трогании с места.

Торможение сцепления на самом деле не является неисправностью самого маховика. Это подшипник или втулка маховика или коленчатого вала в сборе.

5. Вибрация педали сцепления

Наряду с этим, каждый раз, когда вы нажимаете на сцепление, могут возникать вибрации от педали сцепления или пола вашего автомобиля. Эти колебания указывают на то, что опоры рессоры маховика вышли из строя.Как вы, возможно, знаете, пружинный механизм обычно снижает вибрации, создаваемые используемым сцеплением.

Почему маховики важны и какие бывают типы?

Подобно большому тяжелому диску, установленному между коленчатым валом и системой сцепления, маховик играет жизненно важную роль в передаче мощности любому двигателю.

Простое, но эффективное устройство, маховик в вашем автомобиле — жизненно важная часть трансмиссии, которая творит чудеса с передачей мощности от двигателя.Он напоминает большой тяжелый диск, который соединен с концом коленчатого вала и взаимодействует с диском сцепления для включения привода колес.

Физика, лежащая в основе маховика, означает, что ему нужен большой крутящий момент, чтобы заставить его вращаться, но, в свою очередь, ему также нужен большой крутящий момент, чтобы замедлить его, а это означает, что он очень эффективно сохраняет угловой момент. Это делает маховик простым устройством накопления энергии, и когда он устанавливается на хвостовой части коленчатого вала, он использует эту сохраненную энергию вращения для сглаживания передачи мощности от двигателя.

По мере того как поршни совершают возвратно-поступательное движение, они проявляют разные силы и крутящие моменты на каждой стадии цикла двигателя. Наибольший крутящий момент возникает во время рабочего хода, когда поршень мощно опускается вниз, быстро вращая коленчатый вал.

Без маховика, прикрепленного к концу коленчатого вала, вращение было бы неравномерным, с быстрым вращением на рабочем такте, за которым следовало бы 540 градусов относительно невысокой скорости вращения каждого поршня. Таким образом, маховик использует свою высокую инерцию вращения (свою устойчивость к изменениям скорости вращения) для выравнивания крутящего момента, так что коленчатый вал вращается более равномерно и плавно.

Фантастический практический эксперимент, демонстрирующий работу двигателя с маховиком

Поскольку вес маховика является ключевым фактором в его энергосбережении, огромная масса большого выступа на конце коленчатого вала оставляет возможности для некоторых изменений. Облегченные маховики стали неотъемлемой частью автоспорта и гусеничных дорожных автомобилей, мгновенно меняющих динамику двигателя. Облегчение происходит путем удаления излишков материала с существующего маховика (в более старых вариантах, сделанных из чугуна) и его балансировки, или путем покупки вторичного маховика (обычно сделанного из стали), разработанного специально для данного автомобиля.

Уменьшенная масса означает, что маховик намного легче вращается под действием мощности двигателя.Это делает его идеальным для ускорения на более низких передачах, когда частота вращения двигателя должна быстро меняться, и является популярной модификацией для автомобилей, жаждущих более динамичной трансмиссии.

Отсутствие инерции в облегченном маховике также означает, что частота вращения двигателя очень быстро падает при переключении на более высокую передачу (вместо зависания) и увеличивается при малейшем нажатии педали акселератора для плавного переключения на пониженную передачу за счет согласования оборотов.Хотя плавность оборотов двигателя может быть несколько нарушена в результате уменьшения массы, резкие характеристики оборотов делают это снижение веса общей темой в автомобилях, модифицированных для автоспорта.

Быстрая демонстрация характеристик стандартного и облегченного маховика.Видео через Heywood Jablome

Другой тип — двухмассовый маховик , который работает противоположно облегченному варианту, принося вторичный кусок материала в бой. Так в чем же смысл его добавления?

Когда двигатель совершает возвратно-поступательное движение, циклы создают большое количество нежелательной вибрации, которая может нарушить работу других компонентов на линии.Эти колебания различаются по частоте в зависимости от количества цилиндров под рукой и их ориентации.

Например, балансировка двигателя, задействованная в рядной шестерке, создает очень небольшие неблагоприятные вибрации, поскольку первичные и вторичные силы, создаваемые внутри двигателя, компенсируют друг друга. С другой стороны, одно- и двухцилиндровые двигатели создают большое количество вибраций из-за присущего им дисбаланса. Возникающие в результате вибрации распространяются от коленчатого вала к трансмиссии и могут нарушить переключение передач и общую работу коробки передач.

Двухмассовый маховик делает все возможное для борьбы с этими вибрациями, демпфируя их влияние за счет двух масс и комбинации пружин.Одна масса соединена с коленчатым валом, а другая — с трансмиссией.

Первичная масса образует большой диск, который вращается вместе с коленчатым валом, а вторичная масса представляет собой меньший диск, который находится внутри него. Пружины физически соединяют две массы, поэтому, когда первичная масса вращается, вторичная масса также находится под влиянием пружин. Пружины являются ключевым компонентом, поскольку они максимально уравновешивают любые неприятные вибрации, прежде чем они достигнут вторичной массы и трансмиссии.

Этот бесшумный, но обучающий ролик демонстрирует внутреннюю работу двухмассового маховика

Маховики должны были идти в ногу с тенденцией к уменьшению габаритов последних лет из-за отсутствия цилиндров, что приводит к нежелательным отклонениям частоты вращения коленчатого вала и большим уровням вибрации.Это способствовало развитию подобных двухмассовых маховиков со стандартными одномасовыми агрегатами, позволяющими по сравнению с ними иметь громкую и дребезжащую трансмиссию.

К сожалению, более сложная природа компонентов двухмассового маховика означает, что детали изнашиваются и их необходимо заменять, что увеличивает затраты на обслуживание того, что должно быть долговечным и простым компонентом.

У вашего автомобиля двухмассовый или облегченный маховик? Может быть, вы даже ежедневно водите машину с доработанным маховиком? Прокомментируйте ниже свой опыт работы с этим жизненно важным компонентом!

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Маховик со спицами

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

Чтобы заставить колесо (любое колесо) вращаться, требуется энергия. Если трение мало (хорошие подшипники), то он будет долго вращаться. Когда требуется энергия, ее снова можно взять из колеса. Итак, это простое механическое средство хранения энергии. Количество запасенной энергии зависит от веса и скорости вращения — чтобы более тяжелое колесо вращалось быстрее, требуется больше энергии.Другим фактором является радиус (размер), потому что чем дальше от оси находится часть колеса, тем больше энергии требуется для вращения. Эти три фактора могут быть представлены как M (масса), ω {\ displaystyle \ omega} (угловая скорость) и R (радиус). Объединение двух приведенных ниже уравнений дает ω {\ displaystyle \ omega} ² MR ² /4. Маховик — это не просто колесо, оно специально предназначено для хранения энергии. Так что он должен быть тяжелым и / или быстро вращаться. Например, у некоторых автобусов есть маховик, который используется для остановки и запуска.Когда автобус останавливается (например, на светофоре), маховик соединяется с колесами, поэтому энергия вращения передается ему, поэтому автобус замедляется, а маховик ускоряется. Затем, когда автобус снова должен начать движение, он снова подключается и энергия передается обратно. Конечно, вам не захочется таскать тяжелое колесо в автобусе, поэтому оно сделано из более легкого материала, способного выдержать чрезвычайно быстрое вращение.

Кинетическая энергия вращающегося маховика равна

E = 12Iω2 {\ displaystyle E = {\ frac {1} {2}} I \ omega ^ {2}}

Где момент инерции центра масс равен

I = 12MR2 {\ displaystyle I = {\ frac {1} {2}} MR ^ {2}}

где I {\ displaystyle I} — момент инерции массы относительно центра вращения, а ω {\ displaystyle \ omega} (омега) — угловая скорость в радианах.

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

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

Что такое маховик? (с рисунком)

Маховик — это простое вращающееся колесо, используемое для хранения энергии или стабилизации чего-либо. Энергия, которую он хранит, равна его моменту инерции — физическому термину, который в основном означает массу объекта, умноженную на квадрат расстояния от оси вращения, умноженный на квадрат его угловой скорости, деленный на 2. Помощь маховиков стабилизируют приводные валы, подверженные переменному давлению, например, поршневые двигатели или поршневые насосы. Стабилизирующий эффект достигается за счет того, что маховик сопротивляется изменению скорости вращения.

Маховики используются в качестве накопителей энергии для научных экспериментов с большой мощностью, которые могут вызвать недопустимый всплеск мощности при отключении электроэнергии от электросети.Такие батареи с маховиком могут работать в вакууме, чтобы предотвратить потерю энергии из-за трения воздуха, и будут периодически снова увеличивать скорость, чтобы компенсировать потерю скорости вращения из-за рассеивания энергии из-за тепла и вибрации. Хорошая конструкция маховика будет рассеивать как можно меньше тепла и вибрации, сохраняя энергию для целевого применения.

Маховик накапливает разное количество энергии в зависимости от его массы и скорости вращения.Например, велосипедное колесо имеет массу около 1 кг (2,2 фунта), диаметр около 70 см (28 дюймов) и скорость вращения около 150 об / мин (оборотов в минуту). В сумме это составляет 15 Дж (джоулей) накопленной энергии. Затем рассмотрим колесо поезда, движущегося со скоростью 60 км / ч (37 миль / ч), с массой 942 кг (2076 фунтов), диаметром 1 м (3,3 фута) и скоростью вращения 318 об / мин. У этого маховика будет энергия вращения около 64 кДж (килоджоулей), что примерно в 43000 раз больше, чем у колеса велосипеда.

Батареи с маховиком, предназначенные для аккумулирования энергии, имеют намного большую энергию, чем оба этих предыдущих примера, в основном из-за экстремальных скоростей вращения.Один из примеров, сделанный компанией по производству маховиков в Оттаве, имеет массу 100 кг (220 фунтов), диаметр 60 см (27 дюймов) и скорость вращения 20 000 об / мин. Эта маховиковая батарея может хранить около 10 МДж (мегаджоулей), чего достаточно, чтобы зажечь 100 100-ваттных лампочек в течение 1000 секунд. Этот аккумулятор с маховиком не намного больше холодильника. Маховик еще большего размера, используемый в качестве резервного источника электроэнергии, может выдерживать мощность 100 МДж. Эти типы маховиков могут использоваться в казино, больницах, центрах обработки данных или в промышленности для поддержания питания в случае сбоя или колебаний на входе.

Как маховики накапливают энергию?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 марта 2020 г.

Стоп … старт … стоп … старт — это не способ водить машину! Каждый раз, когда вы замедляете или останавливаете автомобиль или машину, вы впустую тратить накопленный заранее импульс, превращая его кинетическую энергию (энергия движения) в тепловую энергию в тормозах. Разве не было бы лучше, если бы вы могли как-то хранить эту энергию, когда вы остановился и вернуть его снова при следующем запуске? Это один работ, которые маховик может сделать за вас.Впервые использован в гончарные круги, которые тогда очень популярны в гигантских двигателях и машинах во время промышленной революции маховики теперь возвращение во всем, от автобусов и поездов до гоночных автомобилей и мощности растения. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Старый маховик парового двигателя в Think Tank, музее науки и промышленности в Бирмингеме, Англия. Маховик — это колесо со спицами сзади. Обратите внимание, что это в основном пустое пространство с длинными спицами и большим тяжелым ободом.

Зачем нужны маховики

Фото: Типичный маховик газоперекачивающего двигателя. Маховик — это большее из двух черных колес с тяжелым черным ободом в центре. Это один из многих увлекательных двигателей, которые вы можете увидеть в Think Tank, музее науки в Бирмингеме, Англия.

Двигатели самые счастливые и самые эффективные когда они вырабатывают мощность с постоянной относительно высокой скоростью. Единственная проблема в том, что транспортные средства и машины, которыми они управляют, должны работают на самых разных скоростях и иногда необходимо полностью остановиться.Муфты и шестерни частично решают эту проблему. (Клатч — это механический «выключатель», который может отключить двигатель от машины это вождение, в то время как шестерня — это пара заблокированных колеса с зубьями который изменяет скорость и крутящий момент (усилие поворота) машины, поэтому он может ехать быстрее или медленнее, даже если двигатель работает с одинаковой скоростью.) Но чего не могут сделать сцепления и шестерни, так это сэкономить энергию, которую вы тратите впустую. когда вы тормозите и отдаете позже. Это работа маховика!

Что такое маховик?

Маховик — это очень тяжелое колесо, которое требуется много силы, чтобы вращаться.Это может быть большой диаметр колесо со спицами и очень тяжелым металлическим ободом, или это может быть цилиндр меньшего диаметра, сделанный из чего-то вроде углеродного волокна композитный. В любом случае, это колесо, которое нужно толкать действительно сложно настроить его вращение. Так же, как маховику нужно много силы, чтобы запустить его, поэтому для его остановки требуется много силы. В виде в результате, когда он вращается на высокой скорости, он стремится к продолжать вращаться (мы говорим, что у него большой угловой момент), что означает, что он может хранить большое количество кинетической энергии.Вы можете думать об этом как об «механический аккумулятор», но он накапливает энергию в виде движения (другими словами, кинетическая энергия), а не энергия, запасенная в химическая форма внутри традиционной электрической батареи.

Маховики бывают всех форм и размеров. Законы физики (кратко объясненные в поле ниже — но вы можете пропустить их, если вам это не интересно или вы знаете про них уже) скажите что большого диаметра и тяжелых колес хранят больше энергии, чем колеса меньшего размера и легкости, а маховики которые вращаются быстрее, хранят гораздо больше энергии, чем те, которые вращаться медленнее.

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

Физика маховиков

Вещи, движущиеся по прямой линии, имеют импульс (своего рода «сила» движения) и кинетическая энергия (энергия движения) потому что у них есть масса (сколько «материала» они содержат) и скорость (насколько быстро они движутся).в таким же образом вращающиеся объекты обладают кинетической энергией, потому что они то, что называется моментом инерции (сколько «хлама» они сделаны из и как это распределено) и угловой скорости (как быстро они вращаются). Момент инерции эквивалентен массе вращающихся объектов, а угловая скорость аналогична обычной. скорость только ходит по кругу.

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

E = ½mv2

(где m — масса, а v — скорость), поэтому эквивалентный кинетический энергия вращающегося объекта дается этим:

E = ½Iω2

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

«Момент инерции» звучит ужасно абстрактно и сбивает с толку, но понять его гораздо проще, чем вы могли бы считать. На самом деле это означает, что с точки зрения кинетической энергии и количества движения эффективная масса вращающегося объекта зависит не только от того, сколько фактической массы он имеет, но и от того, где эта масса расположена по отношению к точка, она вращается. Чем дальше от центра находится масса, тем большее влияние он оказывает на импульс и кинетическую энергию объекта — и мы количественно оцениваем это, говоря, что масса имеет более высокий момент инерции.Так что большой диаметр, легкий, со спицами маховик с очень тяжелым стальным ободом может иметь более высокий момент инерции, чем у прочного маховика гораздо меньшего размера, потому что больше его масса дальше от точки вращения.

Законы о сохранении

Законы сохранения энергии и закон сохранения импульса применяется к вращающимся объектам так же, как они применяется к объектам, движущимся по прямой линии. Так что то, что крутится с определенное количество энергии и углового момента (вращение эквивалент обычного прямолинейного количества движения) сохраняет свое угловой момент, если только сила (например, трение или сопротивление воздуха) крадет это.Этот закон называется сохранением угловой импульс.

Когда фигурист протягивает руки, некоторые из их масса находится дальше от центра их тела (точки вращения) значит, у них более высокий момент инерции. Если они быстро крутятся с вытянутыми руками, но затем внезапно подносят руки к центр они мгновенно уменьшают свой момент инерции. Но закон сохранения углового момента говорит, что их полный угловой момент должны оставаться такими же, и это может случиться только в том случае, если они вверх.Вот почему вращающийся фигурист будет вращаться быстрее, когда он прижать руки к телу (и замедлить движение, когда они снова руки).

Artwork: Если вы медленно вращаетесь (стоя на вращающемся подносе без электропитания или сидите на офисном стуле) и быстро прижимаете руки к телу, вы будете вращаться намного быстрее. Ваш момент инерции уменьшается, поэтому ваша скорость должна увеличиваться, чтобы «сохранить» ваш угловой момент (оставьте его неизменным).

Какая лучшая конструкция для маховика?

Из этих основных законов физики следует, что маховик будет накапливать больше энергии, если он имеет более высокий момент инерция (большая масса или масса расположена дальше от ее центра) или если он вращается с большей скоростью.А поскольку кинетическая энергия вращающийся объект (E в приведенном выше уравнении) связан с квадратом его угловой скорости (ω2), вы Вы можете видеть, что скорость имеет гораздо большее влияние, чем момент инерции. Если вы возьмете маховик с ободом из тяжелого металла и замените его на обод, который вдвое тяжелее (удваивает его момент инерции), он накапливает вдвое больше энергии, когда вращается с той же скоростью. Но если вы берете оригинальный маховик и вращаете его в два раза быстрее (вдвое больше угловая скорость), вы в четыре раза увеличите запас энергии.Вот почему конструкторы маховиков обычно стараются использовать высокоскоростные колеса. а не массивные. (Компактные, быстроходные маховики тоже более практично в таких вещах, как гоночные автомобили, не в последнюю очередь потому, что большие маховики имеют тенденцию добавить слишком много веса.)

Сила на маховике увеличивается со скоростью, а энергия, которую колесо может накапливать, равна ограничено прочностью материала, из которого он изготовлен: вращать маховик слишком быстро, и вы в конечном итоге достигнете точки, где сила настолько велика, что разбивает колесо на фрагменты.Прочные и легкие материалы лучше всего подходят для маховиков, поскольку они могут быстрее всего вращаться без разваливается. Современные маховики обычно изготавливаются из таких материалов, как сплавы, композиты из углеродного волокна, керамика и кристаллические материалы, такие как монокристаллы кремния. Некоторые специально разработаны, чтобы безопасно разбиться на крошечные фрагменты, если они будут вращаться слишком быстро.

Произведения: Маховики имеют фиксированный диаметр и массу, а значит, фиксированный момент инерции — или есть? Эта гениальная система маховика 1959 года, разработанная Бертрамом Шмидтом, может складываться и раскладываться для увеличения или уменьшения запасаемой энергии.Как это работает? Приводной двигатель (зеленый, справа) приводит в движение груз (оранжевый, слева) через ось (желтый) и систему шкивов (серый). При изменении скорости оси центробежный регулятор (темно-синий) и электрическая цепь (вверху справа) включают или выключают небольшой электродвигатель (розовый), перемещая рычажный механизм (коричневый) влево или вправо, перемещая другой рычажный механизм ( синий), поэтому маховик (красный) складывается или раскладывается по мере необходимости. Из патента США 2 914 962: Система маховика Бертрама Шмидта, опубликованного 1 декабря 1959 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Как маховик может сохранять свою энергию?

Фото: Маховики со временем перестают вращаться из-за трения и сопротивления воздуха, но если мы установим их на подшипники с очень низким коэффициентом трения, они сохранят свою энергию в течение нескольких дней. В этом экспериментальном маховике используется сверхпроводящий подшипник без трения, который вращается внутри вакуумной камеры, чтобы сопротивление воздуха не замедляло его. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США / Аргоннской национальной лабораторией.

Законы физики (точнее, первый закон движения Ньютона) говорят нам, что движущийся объект будет продолжать двигаться, если на него не действует сила.Вы можете подумать, что маховик будет вращаться вечно. Единственная проблема заключается в том, что маховики вращаются на подшипниках, поэтому, даже когда они хорошо смазаны, сила трения замедляет их. Есть еще одна проблема: поскольку маховики вращаются в воздухе, сопротивление воздуха или сопротивление также замедляют их. Современные маховики решают эти проблемы, устанавливая их на подшипниках с низким коэффициентом трения. подшипники и герметизированы внутри металлических цилиндров, поэтому они не теряют столько энергия на трение и сопротивление воздуха, как это делали бы традиционные маховики.Самые сложные маховики плавают на сверхпроводящих магнитах (поэтому они почти полностью вращаются без трение) и герметизированы внутри вакуумных камер (поэтому нет потерь на сопротивление воздуха).

Что делает маховик?

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

Считайте что-то вроде старомодного пара тяговый двигатель — по сути, тяжелый старый трактор с приводом от паровой двигатель, который движется по дороге, а не по рельсам. Допустим, у нас есть тяговый двигатель с большим маховиком, который находится между двигателями производя мощность и колеса, которые принимают эту мощность и перемещение двигателя по дороге.Далее, допустим, маховик имеет муфты, поэтому его можно подключать или отключать от паровой двигатель, ведущие колеса или и то, и другое. Маховик может сделать три очень полезная работа для нас.

Во-первых, если паровой двигатель вырабатывает мощность с перерывами (возможно, потому, что у него только один цилиндр), маховик помогает сгладить мощность, которую получают колеса. Так что пока цилиндр двигателя может добавлять мощность на маховик каждые тридцать секунд (каждый раз, когда поршень выталкивается из цилиндра), колеса могли получать мощность от маховика на устойчивой, непрерывной скорость — и двигатель будет плавно катиться, а не дергаться в уходит и запускается (как если бы он приводился в действие непосредственно поршнем и цилиндр).

Во-вторых, маховик можно использовать для замедления автомобиль, как тормоз, но тормоз, поглощающий энергию автомобиля вместо того, чтобы тратить его как обычный тормоз. Предположим, вы ведете тяга двигателя по улице, и вы внезапно хотите остановиться. Вы может отключить паровой двигатель с помощью сцепления, так что транспортное средство начал бы замедляться. При этом будет передаваться энергия от автомобиля к маховику, который набирает скорость и сохраняет спиннинг. Затем вы можете отключить маховик, чтобы автомобиль полностью прекратить.В следующий раз, когда вы снова отправитесь в путь, вы должны использовать сцепление, чтобы повторно подсоедините маховик к ведущим колесам, чтобы маховик вернуть большую часть двигателя, поглощенного им при торможении.

В-третьих, маховик может использоваться для временного дополнительная мощность, когда двигатель не может производить достаточно. Предположим, вы хотите обогнать медленно движущуюся лошадь и телегу. Допустим, маховик вращается в течение некоторого времени, но в настоящее время не подключен ни к одному из двигатель или колеса. Когда вы снова подключаете его к колесам, он как второй двигатель, обеспечивающий дополнительную мощность.Это только работает однако временно, потому что энергия, которую вы подаете на колеса, должна потеряться от маховика, что приведет к его замедлению.

Краткая история маховиков

Древние маховики

Вы можете утверждать, что маховики — одно из старейших изобретений: самые ранние колеса были сделаны из тяжелого камня или цельного дерева и, поскольку они обладали высоким моментом инерции, работали как маховики, предназначались они для этого или нет. Гончарный круг (возможно, самая старая из существующих форм круга — даже старше, чем круги используется при транспортировке) полагается на то, что его поворотный стол будет прочным и тяжелым (или с тяжелым ободом), поэтому он имеет высокий момент инерции, который заставляет его вращаться самостоятельно пока вы лепите сверху глину руками.Водяные колеса, которые производят энергию из рек и ручьев, также имеют форму маховиков, с прочными, но легкими спицами и очень тяжелыми ободами, поэтому они продолжают вращаться с постоянной скоростью и питание мельниц на постоянной скорости. Такие водяные колеса стали популярными со времен Римской империи.

Фото: Гидравлические колеса используют простой принцип маховика для поддержания постоянной скорости вращения. Это модель подводного водяного колеса (приводимое в движение рекой, протекающей под ним).

Маховики промышленной революции

Самые известные маховики времен Промышленного Revolution и используются в таких вещах, как заводские паровые машины и тяговые двигатели. Присмотритесь практически к любой заводской машине из 18-го или 19-го века, и вы увидите огромный маховик где-то в механизм. Поскольку маховики часто бывают очень большими и вращаются с большой скоростью скорости, их тяжелые диски должны выдерживать экстремальные нагрузки. Они также должны быть выполнены с высокой точностью, так как даже если они немного разбалансированы, они будут слишком сильно раскачиваться и дестабилизировать все, что к ним прикреплено к.Широкая доступность чугуна и стали в Промышленная революция сделала возможным создание качественных, высоких прецизионные маховики, которые сыграли жизненно важную роль в обеспечении работы двигателей и машин плавно и качественно.

После работ таких пионеров электричества 19 века, как Томас Эдисон, электроэнергия вскоре стала широко доступны для управления заводскими машинами, которым больше не нужны маховики для сглаживания неустойчивости, угольные паровые машины. Между тем, автотранспорт, корабли, поезда и самолеты использовали двигатели внутреннего сгорания, работающие от бензин, дизельное топливо и керосин.Маховики обычно были большими и тяжелыми и не было места внутри чего-то вроде автомобильного двигателя или корабля, не говоря уже о самолете. В результате технология маховиков несколько упала на на обочине по мере развития 20-го века.

Современные маховики

С середины 20 века интерес к маховикам снова поднялась, в основном потому, что людей стало больше обеспокоены ценами на топливо и воздействием на окружающую среду используя их; имеет смысл экономить энергию — и маховики очень хороши в этом.Примерно с 1950-х годов европейские производители автобусов такие как M.A.N. и Mercedes-Benz экспериментировали с технология маховика в транспортных средствах, известных как гиробусы. Основная идея — установить тяжелый стальной маховик (диаметром около 60 см или пару футов, вращающийся со скоростью около 10000 об / мин). между задним двигателем автобуса и задней осью, поэтому он действует как мост между двигателем и колеса. Когда автобус тормозит, маховик работает как рекуперативный тормоз, поглощение кинетической энергии и замедление транспортного средства.Когда автобус снова заводится, маховик возвращается передает энергию трансмиссии, экономя большую часть энергии торможения, которая в противном случае были потрачены впустую. Современная железная дорога и в поездах метро также широко используются рекуперативные тормоза с маховиком, что может дать общую экономию энергии, возможно, на треть или более. Некоторые производители электромобилей предложили использовать сверхбыстрые вращающиеся маховики. в качестве накопителей энергии вместо батарей. Одним из больших преимуществ этого является то, что маховики потенциально может прослужить в течение всего срока службы автомобиля, в отличие от аккумуляторов, которые могут потребуется очень дорогая замена примерно через десять лет.

Фото: Современный маховик, разработанный НАСА для использования в космосе. Обратите внимание, как серебристый центр колеса в основном это пустое пространство и спицы, а масса колеса сосредоточена вокруг обода. Это дает колесо то, что известен как высокий момент инерции (более подробно объясняется ниже) и позволяет ему накапливать больше энергии. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

За последние несколько лет болиды Формулы 1 также использовали маховики, но больше для увеличения мощности, чем для экономии энергии.Технология называется KERS (Kinetic Energy Recovery System) и состоит из очень компактного, очень скоростного маховика. (вращается со скоростью 64000 об / мин), которая поглощает энергию, которая обычно теряется в виде тепла при торможении. Водитель может нажмите переключатель на рулевом колесе, чтобы маховик временно взаимодействует с трансмиссией автомобиля, обеспечивая кратковременный прирост скорости при для разгона нужна дополнительная мощность. С таким скоростным маховиком, соображения безопасности становятся чрезвычайно важными; маховик установлен внутри сверхпрочного контейнера из углеродного волокна, чтобы не повредить драйвер, если он взорвется.(В некоторых формах KERS используются электродвигатели, генераторы, и аккумуляторы для хранения энергии вместо маховиков, аналогично гибридным автомобилям.)

Так же, как маховики — в виде водяные колеса — играли важную роль в попытках человека использовать энергии, поэтому они возвращаются в современное производство электроэнергии. Один трудностей с силовыми установками (а тем более с формы возобновляемой энергии, такие как энергия ветра и солнца) заключается в том, что они не обязательно производить электричество постоянно или таким образом, чтобы точно соответствует росту и падению спроса в течение день.Связанная с этим проблема заключается в том, что производить электричество намного проще, чем стоит хранить его в больших количествах. Маховики предлагают решение это. Иногда, когда предложение электроэнергии превышает спрос (например, ночью или в выходные) электростанции могут кормить их избыток энергии в огромные маховики, которые будут хранить ее в течение периоды от минут до часов и время от времени отпускайте его снова пиковой потребности. На трех заводах в Нью-Йорке, Массачусетсе и Пенсильвании. Компания Beacon Power первой использовала маховики, чтобы обеспечить накопление энергии до 20 мегаватт для удовлетворения временных пиков потребность.Они также используются в компьютерных центрах обработки данных, чтобы обеспечивать аварийное, резервное питание на случай отключения электроэнергии.

Преимущества и недостатки маховиков

Маховики — это относительно простая технология с множество плюсов по сравнению с конкурентами, такими как аккумуляторные батареи: с точки зрения начальной стоимости и текущих обслуживание, они обходятся дешевле, служат примерно в 10 раз дольше (Есть еще много работающих маховиков, начиная с Industrial Revolution), экологически безопасны (не производят выбросов углекислого газа и не содержат опасных химикатов, вызывающих загрязнение), работают практически в любом климате и очень быстро набирают обороты. (в отличие, например, от батарей, для зарядки которых может потребоваться много часов).Они также чрезвычайно эффективен (может быть 80 процентов или более) и занимает меньше пространство, чем батареи или другие формы хранения энергии (например, накачанные водохранилища).

Фото: Маховики — отличная альтернатива батареям. Здесь маховик (справа) используется для хранения электроэнергии, производимой солнечной панелью. Электричество от панели приводит в действие электродвигатель / генератор, который раскручивает маховик до нужной скорости. Когда требуется электричество, маховик приводит в действие генератор и снова производит электричество.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL

Самый большой минус маховиков (конечно что касается транспортных средств) — это вес, который они добавляют. Полная Формула 1 KERS система маховика (включая необходимый контейнер, гидравлику и электронные системы управления) около 25 кг к весу автомобиля, что является значительной дополнительной нагрузкой. Другая проблема (особенно для гонщиков Формулы 1) в том, что большое тяжелое колесо вращение внутри движущегося автомобиля будет действовать как гироскоп, сопротивляться изменениям в своем направлении и потенциально влиять на управляемость автомобиля (хотя есть разные решения, включая установку маховиков на карданы, как корабельный компас).А дальнейшая трудность заключается в огромных напряжениях и деформациях, которые маховики опыт, когда они вращаются с чрезвычайно высокой скоростью, что может вызвать их разбить и взорвать на осколки. Это действует как ограничение на насколько быстро могут вращаться маховики и, следовательно, сколько энергии они можно хранить. В то время как традиционные колеса делались из стали и вращались на открытом воздухе современные чаще используют высокоэффективные композиты или керамика и быть запечатанными внутри контейнеров, что делает возможны более высокие скорости и энергия без ущерба для безопасности.

Маховик — wikiwand

Для более быстрой навигации этот iframe предварительно загружает страницу Wikiwand для Flywheel .

Подключено к:

Из Википедии, свободной энциклопедии

Спасибо за жалобу на это видео!

Принцип работы маховика! Есть ли смысл ставить облегченный?

Добро пожаловать!
Маховик – это одна из важных частей автомобиля, за которой необходимо вести бережный уход в плане езды, потому что если ездить небрежно (Трогаться с пробуксовкой, передачи включать не выжимая сцепления и т.д), то в таком случае моховик и само сцепление проживут не долгую жизнь и вследствие чего сильно износятся и потребуют замены.

А почему маховик со временем изнашивается? А как вообще работает данная деталь? И какой маховик лучше поставить на свой автомобиль, чтобы машина быстрее ехала? На самом деле у меня очень часто спрашивают эти три вопроса, поэтому сегодня мы с вами разберём их по подробней!

Из-за чего маховик изнашивается?

Если говорить о стандартных маховиках, то происходит это лишь из-за сильных нагрузок на него, а именно как уже упоминалось ранее, при резком трогании с места сопровождающимся пробуксовкой, а так же при неправильной установки маховика и при езде на высоких оборотах двигателя, то есть когда стрелка тахометра будет находится в красной зоне.

Какой принцип работы у маховика?

Маховик – это сам по себе диск, благодаря которому мощность от двигателя передаётся на сцепление, а затем на коробку и в конечном итоге на колёса, в связи с чем автомобиль едет. При работе данного агрегата, происходят маятниковые движения, а именно маховик не крутиться по всей своей оси, а лишь по принципу маятника работает на одном месте, для наглядности взгляните на рисунок ниже и вы всё поймете.

Примечание!
Более детально понять принцип работы данного агрегата, вы сможете в самом низу статьи, в рубрике под названием: «Дополнительный видео-ролик»!

Какой маховик лучше всего поставить на автомобиль?

На данный момент бытует очень множество слухов, то что поставив облегчённый маховик на автомобиль, машина якобы быстрее поедет. На самом то деле всё верно, но к сожалению не во всех случаях. Облегченную версию данного агрегата нужно устанавливать на автомобиль только в том случае, если холостой и рабочий ход двигателя предназначен лишь для средних оборотов «1700-∞».

Поэтому если облегчённый маховик поставить на полностью стандартный мотор, холостой ход у которого составляет «800 оборотов в мин», то уже именно в этом случае при заводке двигателя на холодную, автомобиль скорее всего будет работать неустойчиво и возможно даже будет глохнуть. Выход из этой ситуации является лишь один, поднимать холостой ход у автомобиля за счёт различных доработок двигателя, или же менять маховик на старый.

Примечание!
На облегчённом маховике, пытайте при езде никогда не доводить рабочий момент двигателя до слишком низких оборотов, потому что это со временем погубит ваш двигатель от перегрузок!

Как заменить маховик на ВАЗ?

Дополнительный видео-ролик:
Более детально о принципе работы маховика, а так же об его облегчённой версии, смотрите в интересном видео-ролике который приведён ниже:

Как выбрать маховик | Новости автомира

Маховик – достаточно сложное устройство, не относящееся к категории ремонтопригодных узлов автомобиля. Сегодня у него несколько задач, однако, самая главная заключается в смягчении рывков при работе двигателя. Как вы наверняка знаете, поршни не двигаются постоянно – в их движении есть крайние точки. Когда поршень достигает этих точек, двигатель начинает ощутимо трястись. Маховик нужен для того, что погасить эти колебания и сделать пребывание в автомобиле максимально комфортным. Давайте сравним: в автомобилях с классическим сцеплением резонансная частота колеблется между 1100 и 1500 об/мин. Если поставить двухмассовый маховик, это число уменьшится как минимум втрое. Таким образом, детали трансмиссии не будут подвергаться излишним нагрузкам от крутильных колебаний.

Конструктивные особенности

На рынке можно встретить несколько типов маховиков: обычные, облегченные и двухмассовые. Разберемся особенностями каждого типа.

Обычный маховик, также называемый сплошным, к нашему времени устарел. Это металлический диск, на окружности которого есть множество зубцов. Конструкция очень проста и может похвастать колоссальным сроком эксплуатации. Вот только работать с современными высокомощными двигателями эффективно сплошные маховики не могут. Как минимум, они сильно нагружают трансмиссию. Иногда покупаются и ставятся вместо штатных маховиков в качестве экономной альтернативы.

Облеченный маховик – одно из новшеств, пришедших из автомобильного спорта. Весит 1,5-4,0 килограмма. Стальной диск, из которого такой маховик изготавливается, испещрен множеством отверстий. Их концентрация самая высокая у наружного края. Такая конструкция по прочности почти не уступает сплошной, однако, позволяет достаточно эффективно работать с мощными двигателями. Правда, для установки нужно доработать смежные узлы. С таким маховиком машина четко реагируют на педаль газа, двигатель быстро набирает обороты (если сравнивать с обычным маховиком) и улучшается переключение на пониженную передачу. По словам автомобилистов, с облегченным маховиком требуется больше воздействий на педаль газа, особенно при езде по городу.

Двухмассовые маховики – решение очень сложное, но надежное и эффективное. Встречаются следующие:

• Обычный демпферный. В нем имеется два диска, один из которых в своей работе связан с коленвалом напрямую, а второй со сцеплением. Диски соединены через упорный подшипник скольжения, а также радиальный подшипник. Между дисками также можно видеть пружинно-демпферный механизм, который отвечает за гашение колебаний. Используемые пружины: жесткие для работы с большими нагрузками и относительно мягкие для работы со средними. Дуговые пружины довольно длинные – диск маховика может проворачиваться на 100 градусов;
• С маятниковым гасителем. Доработанный вариант демпферного маховика. Кроме пружин, внутри имеется центробежный маятник, который «помогает» гасить колебания (главным образом остаточные).

Также встречаются отдельные подтипы. К примеру, на легковой транспорт часто ставят маховики, которые работают адаптивно и увеличивают трение. Некоторые могут отбирать мощность. Последние – отличный выбор для автомобилей с двухдисковым сцеплением и вариатором.

Подробнее о функциях

Маховик устанавливается во все современные автомобили по ряду причин:

1. Он эффективно демпфирует (предотвращает) крутильные колебания, тем самым уменьшая нагрузку на трансмиссию;
2. Может взять на себя роль аккумулятора энергии, которая при достижении поршнями мертвых точек отдается конструкции автомобиля и предотвращает полную остановку двигателя;
3. Передает возникающие моменты вращения от коленчатого вала к сцеплению;
4. Помогает раскрутить коленвал. Работает это так: в момент пуска стартера последний сцепляется с маховиком и обеспечивает плавный и надежный запуск двигателя.

Как видите, рассуждать о маховике только как о гасителе колебаний некорректно. Каждая из его функций очень важна и ее сложно переоценить.

Неисправности двухмассовых маховиков

Поскольку на большинстве легковых автомобилей стоят двухмассовые маховики, мы будем рассматривать именно их. Впрочем, клиническая картина неисправностей у всех типов примерно одинаковая. Дефекты устройств напрямую связаны с трещинами, царапина и утечками смазки. Не стоит подробно рассматривать то, как маховик «умирает» от естественного старения металла. Ресурс хорошей детали достигает 300 и более тысяч километров. Проверить сохранность демпфера без снятия сложно, но относительно точную картинку можно получить и так. А именно:

• На холостых оборотах двигатель работает со скрежетом, который пропадает, как только водитель выжимает сцепление;
• На малых оборотах создается впечатление, что мотор «троит». Как только обороты достигают 1000 и больших значений, работа становится ровной;
• При большой нагрузке на двигатель хорошо чувствуется вибрация;
• Слышен скрип в момент запуска двигателя, а иногда и остановке.

Это основные моменты, которые нужно учитывать. Более полную картинку можно получить при разборке:

• Изношен диск. Как раз по причине сильного износа сцепление «бьется» на малых оборотах;
• Появился люфт коленвала;
• На лицо признаки перегрева. Если вы видите следы побежалости, грешить стоит на осевой подшипник;
• Блокируется первичный и вторичный маховик. Если для установки были использованы слишком длинные болты, они начнут блокировать диски. Вы сразу это поймете по отсутствию амортизации и шумоглушения.

Также советуем сделать то, о чем говорят эксперты компании Sachs. Сняв коробку передач, попробуйте провернуть подвижную часть устройства в одну, а затем в другую сторону. Первое: проворачивайте на одинаковый угол. Второе: работа не потребует значительных усилий. Посчитать угол можно по зубцам, а вот усилие лучше проверить динамометром. Если усилия и углы различны, маховик сильно изношен.

Что же сокращает эксплуатационный срок

Не забывайте о том, что деталь остро реагирует на неисправности смежной с ней узлов. Он прослужит сотни тысяч километров только при соблюдении следующих условий:

1. Нет серьезного разброса в компрессии. Допустимый предел устанавливается производителем. При слишком больших значениях компрессии возникает риск резонанса. Первым на себя примет нагрузку маховик, а уже затем демпфер-шкив коленчатого вала. Как раз поэтому вместе с поломкой маховика и возникают связанные с коленвалом проблемы;
2. Исправен комплект сцепления. Маховик долго не отходит, если включение сцепления сопровождают рывки;
3. Топливная аппаратура. Высоки требования к качеству работы форсунок. Эффект тот же, что и от разброса в компрессии;
4. В хорошем состоянии подушки двигателя. Заметьте: подушки тоже отвечают за сглаживание колебаний;
5. Исправна трансмиссия. Скорее, есть ли в ней мелкие дефекты. Те же люфты с зазорами могут спровоцировать удары в момент включения той или иной передачи. Как результат: маховик слишком «трясет» и он быстрее изнашивается;
6. Водитель понимает, что от него требуется. Лихая скоростная езда и привычка парковаться на уклоне без использования ручника могут «убить» маховик рекордно быстро. Главное правило: никогда не ставьте свой транспорт на уклоне только на передаче. В зимнюю пору паркуйтесь на ровной дороге и без опаски ставьте авто на передачу.

Отдельного упоминания стоят маховики на дизельных автомобилях. Дело в том, что многие водители ради экономии топлива предпочитают ездить на оборотах, близких к холостым. Вот только коленвал при такой езде дает высокие крутильные колебания. Маховик расходует свой ресурс в таком режиме работы очень быстро.

Серьезно поможет в эксплуатации также регулярное техобслуживание. По крайней мере, вы ощутимо сэкономите на ремонте смежных узлов, если вовремя будут выявлены неполадки маховика.

О перспективе ремонта

Как правило, ремонт двухмассовых маховиков заключается в проточке фрикционной поверхности. Правда, изделие после ремонта теряет в прочности. Замена пружин и подшипников в теории возможна, но ожидаемого результата не дает. Производитель не поставляет их отдельно от маховика. Можно поставить примерно похожие по характеристикам детали, однако, гарантий их долговечности не будет.

Замена маховика на новый обязательна при каждой второй замене сцепления. Это не всегда делают, к примеру, продавцы авто, или же проводя неправильный ремонт. Со стопроцентной вероятностью получается лишь профилактика некоторых «болезней». К примеру, регистрируется наличие утечек, царапин, измеряется величина осевого смещения, свободного хода. Заметьте: маховики не чистят струей воды под давлением, не используют для очистки сжатый воздух, аэрозоли или паростройную очистку – только сухую ткань.

Восстановление старой детали – чрезвычайно сложный процесс. Для этого требуются квалифицированные кадры и дорогостоящее зарубежное оборудование. Так что качественно сделать эту работу способен ничтожный процент мастерских. Даже после правильного восстановления дается гарантия в среднем на полгода. И вам все равно может не повезти и гарантированные полгода маховик не отъездит. Если уж он пришел в негодность, лучше купить новый.

 Чем руководствоваться при выборе

Лучшим вашим помощником в выборе маховика будут рекомендации от автопроизводителя. Дело в том, что даже близкие к оригиналу аналоги не всегда имеют те же свойства, что и оригинал. Как результат, в ускоренном режиме расходуется ресурс трансмиссии и коленвала.

Подбирайте новый маховик по VIN-коду. Так вы легко найдете оригинал и идентичные ему аналоги. Возможен также выбор по характеристикам автомобиля. В этом очень помогают онлайн-каталоги, в которых детали уже отсортированы по данным транспортных средств.

Не забывайте также о болтах. Они не всегда идут в комплекте с деталью, но докупить подходящие в любом случае придется. Стоят они не так дорого. Если взять любые попавшиеся, нет гарантии, что маховик будет затянут должным образом.

Экскурс по брендам

Полное соответствие требованиям гарантируют только OEM-запчасти. Поставив оригинал, вы гарантированно избавляетесь от возможного ремонта смежных узлов, износ которых ускоряется при установке неподходящего маховика.

В случае с аналогами перечислить лучших производителей очень просто: Valeo (Франция), Sachs, LUK (Германия). Значительная часть их продукции поставляется на заводы крупных автоконцернов. К примеру, покупая Sachs, вы получаете все тот же оригинал. Данный производитель поставляет все необходимые детали автомобильного сцепления. Мы составляли данный материал, резюмируя советы и рекомендации экспертов немецких компаний.

Продукция фирмы Valeo стоит отдельного упоминания. В первую очередь потому что она очень качественная и стоит каждой копейки. Есть и другой момент. Ею производится множество неплохих одномассовых аналогов маховиков от немецких фирм. Так что если вы ищете недорогие альтернативы, обратите внимание на французского производителя.

Как отличить хороший маховик от плохого

Покупая запчасть, обращайте внимание на следующее:

• Упаковка. Качественные упаковочные материалы могут позволить себе только серьезные производители;
• Полиграфия. Качество шрифтов, пропечатки должны быть на высоте. Если какое-то слово или код на упаковке видны плохо, перед вами почти наверняка подделка или просто изделие от сомнительного производителя;
• Соответствие кодов. Обязательно проверьте защитный код. Введите его на сайте производителя;
• Дата производства. Слишком старый маховик покупать не стоит. Смазочные материалы спустя 3 года начинают терять свои свойства;
• Люфт. Подделка или бракованная продукция имеет большой люфт, а вот оригинал – совсем небольшой, который можно прочувствовать только при значительном усилии;
• Качество работы с металлом. Никаких задиров, царапин, сколов и т.п.

Отметим только, что отличить действительно качественный маховик от посредственного, но пригодного к установке, на глаз сможет только специалист с большим опытом. Вышеизложенной информации вам будет достаточно для того, чтобы купить деталь, которая отъездит большую часть указанного производителем километража. Подделку даже с привлекательным ценником брать не стоит – в долгосрочной перспективе вам все равно придется заплатить больше.

Вывод

Проблемы с маховиком возникают не так часто. Однако, если они и возникли, нужно действовать быстро. Во-первых, удобство пользования автомобилем значительно упадет (вибрации, неприятные особенности работы двигателя на разных оборотах и т.д.). Во-вторых, если проблему запустить, она обернется поломкой смежных узлов. Заплатив один раз, вы сэкономите после. Советуем брать только новые маховики вышеуказанных производителей или, если финансы не ограничены, оригинал для вашего автомобиля. Стоят они немало, однако после установки не будут о себе напоминать долгое время. Ремонт маховиков практикуется, однако желаемый результат дает очень редко.

Устройство транспортного средства » Страница 3

2. Принцип работы сцепления

Сцепление является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля. Оно предназначено для кратковременного отсоединения двигателя от трансмиссии и плавного их соединения при переключении передач, а также предохранения элементов трансмиссии от перегрузок и гашения колебаний. Сцепление автомобиля располагается между двигателем и коробкой передач.

В зависимости от конструкции различают следующие типы сцепления: фрикционное, гидравлическое, электромагнитное.

Фрикционное сцепление передает крутящий момент за счет сил трения. В гидравлическом сцеплении связь обеспечивается за счет потока жидкости. Электромагнитное сцепление управляется магнитным полем.

Самым распространенным типом сцепления является фрикционное сцепление. В зависимости от количества дисков различает следующие виды фрикционного сцепления: однодисковое, двухдисковое и многодисковое.

В зависимости от состояния поверхности трения сцепление может быть сухое и мокрое. В сухом сцеплении используется сухое трение между дисками. Мокрое сцепление предполагает работы дисков в жидкости.

На современных автомобилях устанавливается в основном сухое однодисковое сцепление. Конструкция однодискового сцепления включает маховик, нажимной и ведомый диски, диафрагменную пружину, подшипник выключения сцепления с муфтой и вилкой. Все конструктивные элементы сцепления размещаются в картере. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.

Маховик устанавливается на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска сцепления . На современных автомобилях применяется, как правило, двухмассовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая — с ведомым диском. Конструкция двухмассового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала.

Нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости освобождает его от давления. Нажимной диск соединен с корпусом (кожухом) с помощью тангенциальных пластинчатых пружин. Тангенциальные пружины, при выключении сцепления, выполняют роль возвратных пружин.

На нажимной диск воздействует диафрагменная пружина, обеспечивающая необходимое усилие сжатия для передачи крутящего момента. Диафрагменная пружина наружным диаметром опирается на края нажимного диска. Внутренний диаметр пружины представлен упругими металлическими лепестками, на концы которых воздействует подшипник выключения сцепления. Диафрагменная пружина закреплена в корпусе. Для закрепления используются распорные болты или опорные кольца.

Нажимной диск, диафрагменная пружина и корпус образуют единый конструктивный блок, который носит устоявшееся название корзина сцепления. Корзина сцепления имеет жесткое болтовое соединение с маховиком. По характеру работы различают два типа корзин сцепления — нажимного и вытяжного действия. В распространенной корзине сцепления нажимного действия лепестки диафрагменной пружины при выключении сцепления перемещаются к маховику. В вытяжной корзине сцепления наоборот — лепестки диафрагменной пружины перемещаются от маховика. Данный тип корзины сцепления характеризуется минимальной толщиной, поэтому применяется в стесненных условиях.

Ведомый диск располагается между маховиком и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с первичным валом коробки передач и может перемещаться по ним. Для обеспечения плавности включения сцепления в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины, выполняющие роль гасителя крутильных колебаний.

На ведомом диске с двух сторон установлены фрикционные накладки. Накладки изготавливаются из стеклянных волокон, медной и латунной проволоки, которые запрессованы в смесь из смолы и каучука. Такой состав может кратковременно выдерживать температуру до 400°С. Накладки ведомого диска могут иметь и более высокую тепловую характеристику. На спортивных автомобилях устанавливают т. н. керамическое сцепление, накладки ведомого диска которого состоят из керамики, кевлара и углеродного волокна. Еще более прочные металлокерамические накладки, выдерживающие температуру до 600°С.

Подшипник выключения сцепления (обиходное название — выжимной подшипник) является передаточным устройством между сцеплением и приводом. Он располагается на оси вращения сцепления и непосредственно воздействует на лепестки диафрагменной пружины. Подшипник располагается на муфте выключения. Перемещение муфты с подшипником обеспечивает вилка сцепления.

На грузовых и легковых автомобилях с мощным двигателем применяется двухдисковое сцепление. Оно осуществляет передачу большего крутящего момента при неизменном размере, а также обеспечивает больший ресурс конструкции. Это достигнуто за счет применения двух ведомых дисков, между которыми установлена проставка. В результате получены четыре поверхности трения.

Однодисковое сухое сцепление постоянно включено. Работу сцепления обеспечивает привод сцепления.

При нажатии на педаль сцепления привод сцепления перемещает вилку сцепления, которая воздействует на подшипник сцепления. Подшипник нажимает на лепестки диафрагменной пружины нажимного диска. Лепестки диафрагменной пружины прогибаются в сторону маховика, а наружный край пружина отходит от нажимного диска, освобождая его. При этом тангенциальные пружины отжимают нажимной диск. Передача крутящего момента от двигателя к коробке передач прекращается.

При отпускании педали сцепления диафрагменная пружина приводит нажимной диск в контакт с ведомым диском и через него в контакт с маховиком. Крутящий момент за счет сил трения передается от двигателя к коробке передач.

Недостатки двухмассовых маховиков

Запуск двигателя, при котором венцу маховика отводится роль ведомой шестерни в зубчатом зацеплении со стартером, а также передача крутящего момента от мотора к трансмиссии в качестве упорного диска сцепления — важные, но не главные функции маховика.

В конце концов электростартер и фрикционное сцепление появились позже автомобиля, а маховик существовал с момента изобретения двигателя внутреннего сгорания, и вот почему. Рабочий процесс в цилиндрах автомобильного двигателя состоит из чередования четырех тактов, из которых три являются подготовительными и лишь один, когда происходит расширение продуктов сгорания топлива, по-настоящему рабочий. Он собственно и называется рабочим ходом. Благодаря маховику после самого первого рабочего хода, состоявшегося в одном из цилиндров, коленчатый вал продолжает вращение, необходимое для совершения подготовительных тактов, без чего невозможно осуществление рабочих ходов в других цилиндрах двигателя.

Говоря проще, маховик аккумулирует часть механической энергии, выработанной при рабочем ходе. Затем она расходуется на преодоление сопротивления впуску горючей смеси (бензиновые двигатели с внешним смесеобразованием) или воздуха (дизели и бензиновые двигатели с прямым впрыском) и их последующее сжатие до высокого давления. Быть аккумулятором энергии и есть главное назначение маховика.

Однако из-за тех же периодически повторяющихся в цилиндрах процессов впуска, сжатия и сгорания, сначала затормаживающих, а затем разгоняющих коленвал, вращается он неравномерно. Неравномерное вращение коленвала порождает крутильные колебания, которые создают вибрации и дополнительные нагрузки на детали трансмиссии. При резонансе нагрузки от крутильных колебаний достигают особо опасных значений.

Во избежание неприятностей, вызываемых резонансными перегрузками, применяются гасители крутильных колебаний, которые вплоть до середины 1980-х годов встраивались только в ведомые диски сцепления.

В гасителе крутильные колебания демпфируются пружинами, расположенными по кругу в специальных отверстиях, предусмотренных в составной ступице ведомого диска сцепления. Но помимо демпфирования (вспомним, например, как работают пружины и амортизаторы в подвеске) колебания нужно также гасить. Эта задача возложена на фрикционную часть гасителя (не путать с фрикционными накладками на ведомом диске), которой сама ступица ведомого диска и является. Во фрикционной части энергия крутильных колебаний превращается в тепло и рассеивается в окружающее пространство. 

Увы, всему свое время, а времена, как известно, меняются. Бытует мнение, что причиной изменения конструкции гасителя стали более высокие требования, предъявляемые к комфорту водителя и пассажиров. Иными словами, пользователей перестал устраивать уровень вибраций, которые, сколько их ни гаси, имели место особенно в зоне резонансных частот, находящейся в диапазоне примерно 1100-1500 об/мин, а производители, получается, пошли пользователям навстречу.

Однако главное опять-таки было не в этом. Выросли мощности двигателей, изменилась амплитуда давлений в цилиндрах и сил, передающихся трансмиссии. Компенсировать это увеличением количества и изменением расположения демпферных пружин, отнеся их подальше от оси вращения коленвала, не позволяли размеры ступицы ведомого диска сцепления. Классический гаситель крутильных колебаний перестал справляться со своими обязанностями. Пришлось искать для него другое место.

Результатом поисков стало появление двухмассовых маховиков. Ведомый диск сцепления лишился гасителя, зато вместо примитивного чугунного «блина», каковым, по сути, являлся прежний маховик, возникла куда более сложная конструкция, состоящая из двух дисков и размещенной между ними демпферной системы, пружины которой располагались в канале, выполненном в первом из дисков. Этот диск, как и раньше, прикреплен к фланцу коленчатого вала, зато второй мог перемещаться вокруг оси коленвала.

Одновременно такое разделение масс позволило повлиять на резонансные частоты. Подбором массы второго диска и жесткости пружин можно добиться их уменьшения до 300-500 об/мин. На таких оборотах двигатель работает буквально нескольких мгновений, когда запускается или глушится. Но нижняя граница скоростей, с которыми вращается коленвал остальное время, находится выше. В результате уменьшаются вибрации и шум, агрегаты трансмиссии становятся практически не подверженными перегрузкам от крутильных колебаний. Это были плюсы добавления маховику еще одной функции к уже имеющимся, но вскоре обнаружились и минусы.

О том, что двухмассовая конструкция не выдержала проверку на надежность и долговечность, свидетельствуют бюллетени, рассылаемые производителями на сервисные станции.

Основными причинами проблем производители называют большой пробег и неправильную эксплуатацию автомобиля, однако очевидно, что и сама конструкция двухмассового маховика не лишена изъянов. Ведомые диски сцепления с традиционной конструкцией гасителя до замены выдерживают в среднем 150-200 тыс. км. При этом замены они требуют, как правило, из-за естественного износа фрикционных накладок, а не из-за проблем с гасителем.

Двухмассовые же маховики не вызывают претензий лишь до 80-100 тыс. км, после чего риск их выхода из строя существенно увеличивается. 

Скорее всего, повинна в этом инерционность второго диска маховика, которая и делает демпферную начинку уязвимой к нагрузкам, вызываемым огрехами вождения, — недостаточно плавному включению сцепления, преждевременному переключению на высшие передачи, невключению низшей передачи при быстром разгоне, агрессивной езде с резкими сменами режимов работы двигателя и трансмиссии.

Опять-таки из-за силы инерции пружины гасителя прижимались к стенкам каналов и при работе не только изнашивались и ломались сами, но даже протирали маховики, невзирая на то, что ходили пружины в смазке.

Часто смазка просто вытекает из маховика, после чего нарушается его балансировка, а стало быть, появляются вибрации.

Остроты вопросу надежности и долговечности добавляет цена его решения. Минимальная стоимость двухмассовых маховиков в запчастях составляет 550-600 у.е. и далее по возрастающей в зависимости от модели автомобиля. При ремонте попутно желательно поменять ведомый диск сцепления и выжимной подшипник, несмотря на то что они могли бы еще послужить. 

Но если их не заменить сейчас, это придется сделать примерно через 50-70 тыс. км, для чего снова надо отсоединять коробку передач от двигателя, а такая работа сама по себе не может быть простой и дешевой. Без этой же работы не обойдешься и при ремонте обычного сцепления, но ведомый диск для большинства распространенных моделей машин обойдется в 30-100 у.е., выжимной подшипник, если не рассматривать варианты с встроенным в него гидроприводом, еще дешевле. Корзина же способна выдержать несколько замен ведомого диска, а одномассовый маховик, если ничего не случится с его зубчатым венцом, готов и вовсе пережить автомобиль.

Такая ситуация сделала актуальным вопрос: можно ли вместо двухмассового маховика поставить одномассовый? Ответ на него встречается в тех же бюллетенях производителей, однако, к сожалению, подобные рекомендации не распространяются на все автомобили без исключения. Опять-таки многое зависит от пробега, ведь для немалого числа автовладельцев 80-100 тыс. км означают 5 и даже больше лет беспроблемной эксплуатации двухмассовой конструкции, но при таком сроке эксплуатации затраты на замену кажутся терпимыми, а замена двухмассового маховика на одномассовый перестает выглядеть неоспоримо нужной с точки зрения экономии денежных средств. 

Сергей БОЯРСКИХ
Фото автора и из открытых источников
ABW.BY

Благодарим за консультации и помощь в организации фотосъемки СТО «Трансматик-Сервис»

Как маховики накапливают энергию?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 4 апреля 2021 г.

Стоп … старт … стоп … старт — это не способ привод! Каждый раз, когда вы замедляете или останавливаете автомобиль или машину, вы впустую тратить накопленный заранее импульс, превращая его кинетическую энергию (энергия движения) в тепловую энергию в тормозах. Разве не было бы лучше, если бы вы могли как-то хранить эту энергию, когда вы остановился и вернуть его снова при следующем запуске? Это один работ, которые маховик может сделать за вас.Впервые использован в гончарные круги, которые тогда пользовались огромной популярностью в гигантских двигателях и машинах во время промышленной революции маховики теперь возвращение во всем, от автобусов и поездов до гоночных автомобилей и мощности растения. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Старый маховик парового двигателя в Think Tank, музее науки и промышленности в Бирмингеме, Англия. Маховик — это колесо со спицами сзади. Обратите внимание, что это в основном пустое пространство с длинными спицами и большим тяжелым ободом.

Зачем нужны маховики

Фото: Типичный маховик газоперекачивающего двигателя. Маховик — это большее из двух черных колес с тяжелым черным ободом в центре. Это один из многих увлекательных двигателей, которые вы можете увидеть в Think Tank, научном музее в Бирмингеме, Англия.

Двигатели самые счастливые и самые эффективные когда они производят мощность с постоянной относительно высокой скоростью. Единственная проблема в том, что транспортные средства и машины, которыми они управляют, должны работают на самых разных скоростях и иногда необходимо полностью остановиться.Отчасти эту проблему решают муфты и шестерни. (Клатч — это механический «выключатель», который может отключить двигатель от машины это вождение, в то время как шестерня — это пара заблокированных колеса с зубьями который изменяет скорость и крутящий момент (усилие поворота) машины, поэтому он может ехать быстрее или медленнее, даже если двигатель работает с одинаковой скоростью.) Но чего не могут сделать сцепления и шестерни, так это сэкономить энергию, которую вы тратите когда вы тормозите и отдаете его позже. Это работа маховика!

Что такое маховик?

Маховик — это очень тяжелое колесо, которое требуется много силы, чтобы вращаться.Это может быть большой диаметр колесо со спицами и очень тяжелым металлическим ободом, или это может быть цилиндр меньшего диаметра из чего-то вроде углеродного волокна композитный. В любом случае, это колесо, которое нужно толкать действительно сложно настроить его вращение. Так же, как маховику нужно много силы, чтобы запустить его, поэтому для его остановки требуется много силы. В виде в результате, когда он вращается на высокой скорости, он имеет тенденцию продолжайте вращаться (мы говорим, что у него большой угловой момент), что означает, что он может хранить большое количество кинетической энергии.Вы можете думать об этом как о чем-то вроде «механический аккумулятор», но он накапливает энергию в виде движения (другими словами, кинетическая энергия), а не энергия, запасенная в химическая форма внутри традиционной электрической батареи.

Маховики бывают всех форм и размеров. Законы физики (кратко объясненные в поле ниже — но вы можете пропустить их, если вам это не интересно или вы знаете про них уже) скажите что большого диаметра и тяжелых колес хранят больше энергии, чем колеса меньшего размера и лёгкости, а маховики которые вращаются быстрее, хранят гораздо больше энергии, чем те, которые вращаться медленнее.

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

Физика маховиков

Вещи, движущиеся по прямой линии, имеют импульс (своего рода «сила» движения) и кинетическая энергия (энергия движения) потому что у них есть масса (сколько «материала» они содержат) и скорость (насколько быстро они движутся).в таким же образом вращающиеся объекты обладают кинетической энергией, потому что у них есть то, что называется моментом инерции (сколько «хлама» они сделаны из и как они распределяются) и угловой скорости (как они быстро вращаются). Момент инерции эквивалентен массе вращающихся объектов, а угловая скорость аналогична обычной. скорость только ходит по кругу.

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

E = ½mv2

(где m — масса, а v — скорость), поэтому эквивалент кинетической энергия вращающегося объекта дается этим:

E = ½Iω2

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

«Момент инерции» звучит ужасно абстрактно и сбивает с толку, но понять его намного проще, чем вы могли бы подумать. считать. На самом деле это означает, что с точки зрения кинетической энергии и количества движения эффективная масса вращающегося объекта зависит не только от того, сколько у него фактической массы, но и от того, где эта масса расположена по отношению к точка вращается вокруг. Чем дальше от центра находится масса, тем большее влияние он оказывает на импульс и кинетическую энергию объекта — и мы количественно оцениваем это, говоря, что масса имеет более высокий момент инерции.Так что большой диаметр, легкий, со спицами маховик с очень тяжелым стальным ободом может иметь более высокий момент инерции, чем у прочного маховика гораздо меньшего размера, потому что больше его масса дальше от точки вращения.

Законы о сохранении

Законы сохранения энергии и закон сохранения импульса применяется к вращающимся объектам так же, как они применяется к объектам, движущимся по прямой линии. Так что то, что крутится с определенное количество энергии и углового момента (вращение эквивалент обычного, прямолинейного, линейного количества движения) сохраняет свое угловой момент, если не сила (например, трение или сопротивление воздуха) крадет это.Этот закон называется сохранением угловой импульс.

Когда фигурист протягивает руки, некоторые из их масса дальше от центра их тела (точки вращения) значит, у них более высокий момент инерции. Если они быстро крутятся с вытянутыми руками, но затем внезапно подносят руки к центр, они мгновенно уменьшают свой момент инерции. Но закон сохранения углового момента говорит, что их полный угловой момент должны оставаться такими же, и это может случиться только в том случае, если они увеличат скорость вверх.Вот почему вращающийся фигурист будет вращаться быстрее, когда он прижать руки к телу (и замедлить движение, когда они снова руки).

Artwork: Если вы медленно вращаетесь (стоите на вращающемся подносе без электропитания или сидите на офисном стуле) и быстро прижимаете руки к телу, вы будете вращаться намного быстрее. Ваш момент инерции уменьшается, поэтому ваша скорость должна увеличиваться, чтобы «сохранить» ваш угловой момент (оставьте его неизменным).

Какая лучшая конструкция для маховика?

Из этих основных законов физики следует, что маховик будет накапливать больше энергии, если он имеет более высокий момент инерция (больше массы или массы, расположенной дальше от ее центра), или если он вращается с большей скоростью.А поскольку кинетическая энергия вращающийся объект (E в приведенном выше уравнении) связан с квадратом его угловой скорости (ω2), вы Вы можете видеть, что скорость имеет гораздо большее влияние, чем момент инерции. Если вы возьмете маховик с ободом из тяжелого металла и замените его на обод, который вдвое тяжелее (вдвое больше его момента инерции), он будет накапливает вдвое больше энергии, когда вращается с той же скоростью. Но если вы берете оригинальный маховик и вращаете его в два раза быстрее (вдвое больше угловая скорость), вы в четыре раза увеличите запас энергии.Вот почему конструкторы маховиков обычно стараются использовать высокоскоростные колеса. а не массивные. (Компактные, высокоскоростные маховики тоже более практично в таких вещах, как гоночные автомобили, не в последнюю очередь потому, что большие маховики имеют тенденцию добавить слишком много веса.)

Сила на маховике увеличивается с увеличением скорости, а энергия, которую может накапливать колесо, равна ограничено прочностью материала, из которого он сделан: вращать маховик слишком быстро, и вы в конечном итоге достигнете точки, где сила настолько велика, что разбивает колесо на осколки.Прочные и легкие материалы оказываются лучшими для маховиков, поскольку они могут быстрее всего вращаться без разваливается. Современные маховики обычно изготавливаются из таких материалов, как сплавы, композиты из углеродного волокна, керамика и кристаллические материалы, такие как монокристаллы кремния. Некоторые из них специально разработаны, чтобы безопасно разбиться на крошечные фрагменты, если они будут вращаться слишком быстро.

Произведения: Маховики имеют фиксированный диаметр и массу, а значит, фиксированный момент инерции — или есть? Эта гениальная система маховика 1959 года, разработанная Бертрамом Шмидтом, может складываться и раскладываться для увеличения или уменьшения запасаемой энергии.Как это работает? Приводной двигатель (зеленый, справа) приводит в движение груз (оранжевый, слева) через ось (желтый) и систему шкивов (серый). При изменении скорости оси центробежный регулятор (темно-синий) и электрическая цепь (вверху справа) включают или выключают небольшой электродвигатель (розовый), перемещая рычажный механизм (коричневый) влево или вправо, перемещая другой рычажный механизм ( синий), поэтому маховик (красный) складывается или раскладывается по мере необходимости. Из патента США 2 914 962: Система маховика Бертрама Шмидта, опубликованного 1 декабря 1959 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Как маховик может сохранять свою энергию?

Фото: Маховики в конечном итоге перестают вращаться из-за трения и сопротивления воздуха, но если мы установим их на подшипники с очень низким коэффициентом трения, они сохранят свою энергию в течение нескольких дней. В этом экспериментальном маховике используется сверхпроводящий подшипник без трения, который вращается внутри вакуумной камеры, чтобы сопротивление воздуха не замедляло его. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США / Аргоннской национальной лабораторией.

Законы физики (точнее, первый закон движения Ньютона) говорят нам, что движущийся объект будет продолжать двигаться, если на него не действует сила.Вы могли подумать, что маховик будет вращаться вечно. Единственная проблема заключается в том, что маховики вращаются на подшипниках, поэтому, даже когда они хорошо смазаны, сила трения замедляет их. Есть еще одна проблема: поскольку маховики вращаются в воздухе, сопротивление воздуха или сопротивление также замедляют их. Современные маховики решают эти проблемы, устанавливая их на подшипниках с низким коэффициентом трения. подшипники и герметизированы внутри металлических цилиндров, поэтому они не теряют столько энергии на трение и сопротивление воздуха, как это делали бы традиционные маховики.Самые сложные маховики плавают на сверхпроводящих магнитах (поэтому они почти полностью вращаются без трением) и герметизированы внутри вакуумных камер (поэтому нет потерь на сопротивление воздуха).

Что делает маховик?

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

Считайте что-то вроде старомодного пара тяговый двигатель — по сути, тяжелый старый трактор с приводом от паровой двигатель, который движется по дороге, а не по рельсам. Допустим, у нас есть тяговый двигатель с большим маховиком, который находится между двигателями производит мощность и колеса, которые принимают эту мощность и перемещение двигателя по дороге. Далее, допустим, маховик имеет муфты, поэтому его можно подключать или отключать от паровой двигатель, ведущие колеса или и то, и другое.Маховик может сделать три очень полезная работа для нас.

Во-первых, если паровой двигатель вырабатывает мощность с перерывами (возможно, потому, что у него только один цилиндр), маховик помогает сгладить мощность, получаемую колесами. Так что пока цилиндр двигателя может добавлять мощность на маховик каждые тридцать секунд (каждый раз, когда поршень выталкивается из цилиндра), колеса могли получать мощность от маховика на устойчивой, непрерывной скорость — и двигатель будет плавно катиться, а не дергаться в уходит и запускается (как если бы он приводился в действие непосредственно от поршня и цилиндр).

Во-вторых, маховик может использоваться для замедления автомобиль, как тормоз, но тормоз, поглощающий энергию автомобиля вместо того, чтобы тратить его как обычный тормоз. Предположим, вы ведете тяга двигателя по улице, и вы внезапно хотите остановиться. Ты может отключить паровой двигатель с помощью сцепления, так что транспортное средство начал бы замедляться. При этом энергия будет передаваться от транспортного средства к маховику, который будет набирать скорость и удерживать спиннинг. Затем вы можете отключить маховик, чтобы автомобиль полностью прекратить.В следующий раз, когда вы снова отправитесь в путь, вы воспользуетесь сцеплением, чтобы повторно подсоедините маховик к ведущим колесам, чтобы маховик отдайте двигателю большую часть поглощенной им во время торможения.

В-третьих, маховик может использоваться для временного дополнительная мощность, когда двигатель не может производить достаточно. Предположим, вы хотите догнать медленно движущуюся лошадь и телегу. Допустим, маховик вращается в течение некоторого времени, но в настоящее время не подключен ни к одному из них двигатель или колеса. Когда вы снова подключаете его к колесам, он как второй двигатель, обеспечивающий дополнительную мощность.Это только работает однако временно, потому что энергия, которую вы подаете на колеса, должна потеряться от маховика, что приведет к его замедлению.

Краткая история маховиков

Древние маховики

Вы можете утверждать, что маховики — одно из старейших изобретений: самые ранние колеса были сделаны из тяжелого камня или цельного дерева и, поскольку они обладали высоким моментом инерции, работали как маховики независимо от того, предназначались они для этого или нет. Гончарный круг (возможно, самая старая из существующих форм круга — даже старше, чем круги используется при транспортировке) полагается на то, что его поворотный стол будет прочным и тяжелым (или с тяжелым ободом), поэтому он имеет высокий момент инерции, который заставляет его вращаться сам по себе пока вы лепите сверху глину руками.Водяные колеса, которые производят энергию из рек и ручьев, также имеют форму маховиков, с прочными, но легкими спицами и очень тяжелыми ободами, поэтому они продолжают вращаться с постоянной скоростью и питание мельниц на постоянной скорости. Такие водяные колеса стали популярными со времен Римской империи.

Фото: Гидравлические колеса используют простой принцип маховика для поддержания постоянной скорости вращения. Это модель подводного водяного колеса (приводимого в движение рекой, протекающей под ним).

Маховики промышленной революции

Самые известные маховики времен Промышленного Revolution и используются в таких вещах, как заводские паровые машины и тяговые двигатели. Присмотритесь практически к любой заводской машине из 18-го или 19-го века, и вы увидите огромный маховик где-то в механизм. Поскольку маховики часто бывают очень большими и вращаются с большой скоростью скорости, их тяжелые диски должны выдерживать экстремальные нагрузки. Они также должны быть выполнены с высокой точностью, так как даже если они немного разбалансированы, они будут слишком сильно раскачиваться и дестабилизировать все, что к ним прикреплено к.Широкая доступность чугуна и стали в Промышленная революция сделала возможным создание качественных, высоких прецизионные маховики, которые сыграли жизненно важную роль в обеспечении работы двигателей и машин плавно и качественно.

После работ таких пионеров электричества XIX века, как Томас Эдисон, электроэнергия вскоре стала широко доступны для управления заводскими машинами, которым больше не нужны маховики для сглаживания неустойчивости, угольные паровые машины. Между тем, дорожные транспортные средства, корабли, поезда и самолеты использовали двигатели внутреннего сгорания с приводом от бензин, дизельное топливо и керосин.Маховики обычно были большими и тяжелыми и не было места внутри чего-то вроде автомобильного двигателя или корабля, не говоря уже о самолете. В результате технология маховика несколько упала на на обочине по мере развития 20-го века.

Современные маховики

С середины 20 века интерес к маховикам снова поднялся, в основном потому, что людей стало больше обеспокоены ценами на топливо и воздействием на окружающую среду используя их; имеет смысл экономить энергию — и маховики очень хороши в этом.Примерно с 1950-х годов европейские производители автобусов такие как M.A.N. и Mercedes-Benz экспериментировали с технология маховика в транспортных средствах, известных как гиробусы. Основная идея — установить тяжелый стальной маховик (диаметром около 60 см или пару футов, вращающийся со скоростью около 10 000 об / мин). между задним двигателем автобуса и задней осью, поэтому он действует как мост между двигателем и колеса. Когда автобус тормозит, маховик работает как рекуперативный тормоз, поглощение кинетической энергии и замедление транспортного средства.Когда автобус снова заводится, маховик возвращается передает энергию трансмиссии, экономя большую часть энергии торможения, которая в противном случае были потрачены впустую. Современная железная дорога и в поездах метро также широко используются рекуперативные тормоза с маховиком, что может дать общую экономию энергии примерно на треть или больше. Некоторые производители электромобилей предложили использовать сверхбыстрые вращающиеся маховики. в качестве накопителей энергии вместо батарей. Одним из больших преимуществ этого является то, что маховики потенциально может прослужить в течение всего срока службы автомобиля, в отличие от аккумуляторов, которые могут потребуется очень дорогая замена примерно через десять лет.

Фото: Современный маховик, разработанный НАСА для использования в космосе. Обратите внимание, как серебристый центр колеса в основном это пустое пространство и спицы, а масса колеса сосредоточена вокруг обода. Это дает колесо то, что известен как высокий момент инерции (более подробно поясняется ниже) и позволяет ему накапливать больше энергии. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

За последние несколько лет болиды Формулы-1 также использовали маховики, но больше для увеличения мощности, чем для экономии энергии.Технология получила название KERS (Kinetic Energy Система восстановления) и состоит из очень компактного маховика с очень высокой скоростью вращения. (вращается со скоростью 64000 об / мин), которая поглощает энергию, которая обычно теряется в виде тепла при торможении. Водитель может нажмите переключатель на рулевом колесе, чтобы маховик временно взаимодействует с трансмиссией автомобиля, обеспечивая кратковременный прирост скорости при для разгона требуется дополнительная мощность. С таким скоростным маховиком, соображения безопасности становятся чрезвычайно важными; маховик установлен внутри сверхпрочного контейнера из углеродного волокна, чтобы он не повредил драйвер, если он взорвется.(В некоторых формах KERS используются электродвигатели, генераторы, и аккумуляторы для хранения энергии вместо маховиков, аналогично гибридным автомобилям.)

Фото: ультрасовременный маховик G6, разработанный НАСА, может накапливать и выделять кинетическую энергию в течение трехчасовой период. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Так же, как маховики — в виде водяные колеса — играли важную роль в попытках человека использовать энергии, поэтому они возвращаются в современное производство электроэнергии.Один трудностей с силовыми установками (а тем более с формы возобновляемой энергии, такие как энергия ветра и солнца) заключается в том, что они не обязательно производить электричество постоянно или таким образом, чтобы точно соответствует росту и падению спроса в течение день. Связанная с этим проблема заключается в том, что производить электричество намного проще, чем его производить. стоит хранить его в больших количествах. Маховики предлагают решение это. Иногда, когда предложения электроэнергии больше, чем спроса (например, ночью или в выходные) электростанции могут кормить их избыток энергии в огромные маховики, которые будут хранить ее в течение периоды от минут до часов и время от времени отпускайте его снова пиковой потребности.На трех заводах в Нью-Йорке, Массачусетсе и Пенсильвании. Компания Beacon Power первой использовала маховики, чтобы обеспечить накопление энергии до 20 мегаватт, чтобы справиться с временными пиками энергопотребления. требовать. Они также используются в таких местах, как компьютерные центры обработки данных, чтобы обеспечивать аварийное, резервное питание на случай отключения электроэнергии.

Преимущества и недостатки маховиков

Маховики — это относительно простая технология с множество плюсов по сравнению с конкурентами, такими как аккумуляторные батареи: с точки зрения начальной стоимости и текущих обслуживание, они обходятся дешевле, служат примерно в 10 раз дольше (Есть еще много работающих маховиков, начиная с Industrial Revolution), экологически безопасны (не производят выбросов углекислого газа и не содержат опасных химикатов, вызывающих загрязнение), работают практически в любом климате и очень быстро набирают обороты. (в отличие, например, от батарей, для зарядки которых может потребоваться много часов).Они также чрезвычайно эффективен (может быть, 80 процентов или более) и занимает меньше пространство, чем батареи или другие формы хранения энергии (например, накачанные водохранилища).

Фото: Маховики — отличная альтернатива батареям. Здесь маховик (справа) используется для хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечной панелью. Электричество от панели приводит в действие электродвигатель / генератор, который раскручивает маховик до нужной скорости. Когда требуется электричество, маховик приводит в действие генератор и снова производит электричество.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL

Самый большой минус маховиков (конечно что касается транспортных средств) — это вес, который они добавляют. Полная Формула 1 KERS система маховика (включая необходимый контейнер, гидравлику и электронные системы управления) около 25 кг к массе автомобиля, что является значительной дополнительной нагрузкой. Другая проблема (особенно для гонщиков Формулы 1) в том, что большое тяжелое колесо вращение внутри движущегося автомобиля будет действовать как гироскоп, сопротивляться изменениям в своем направлении и потенциально влиять на управляемость автомобиля (хотя есть разные решения, включая установку маховиков на подвесах, например, на корабельном компасе).А дальнейшая трудность заключается в огромных напряжениях и деформациях, которые маховики опыт, когда они вращаются с чрезвычайно высокой скоростью, что может вызвать их разрушить и взорвать на осколки. Это действует как ограничение на насколько быстро могут вращаться маховики и, следовательно, сколько энергии они можно хранить. В то время как традиционные колеса делались из стали и вращались на открытом воздухе современные чаще используют высокоэффективные композиты или керамика и быть запечатанными внутри контейнеров, что делает возможны более высокие скорости и энергия без ущерба для безопасности.

Как маховики накапливают энергию?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 4 апреля 2021 г.

Стоп … старт … стоп … старт — это не способ привод! Каждый раз, когда вы замедляете или останавливаете автомобиль или машину, вы впустую тратить накопленный заранее импульс, превращая его кинетическую энергию (энергия движения) в тепловую энергию в тормозах. Разве не было бы лучше, если бы вы могли как-то хранить эту энергию, когда вы остановился и вернуть его снова при следующем запуске? Это один работ, которые маховик может сделать за вас.Впервые использован в гончарные круги, которые тогда пользовались огромной популярностью в гигантских двигателях и машинах во время промышленной революции маховики теперь возвращение во всем, от автобусов и поездов до гоночных автомобилей и мощности растения. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Старый маховик парового двигателя в Think Tank, музее науки и промышленности в Бирмингеме, Англия. Маховик — это колесо со спицами сзади. Обратите внимание, что это в основном пустое пространство с длинными спицами и большим тяжелым ободом.

Зачем нужны маховики

Фото: Типичный маховик газоперекачивающего двигателя. Маховик — это большее из двух черных колес с тяжелым черным ободом в центре. Это один из многих увлекательных двигателей, которые вы можете увидеть в Think Tank, научном музее в Бирмингеме, Англия.

Двигатели самые счастливые и самые эффективные когда они производят мощность с постоянной относительно высокой скоростью. Единственная проблема в том, что транспортные средства и машины, которыми они управляют, должны работают на самых разных скоростях и иногда необходимо полностью остановиться.Отчасти эту проблему решают муфты и шестерни. (Клатч — это механический «выключатель», который может отключить двигатель от машины это вождение, в то время как шестерня — это пара заблокированных колеса с зубьями который изменяет скорость и крутящий момент (усилие поворота) машины, поэтому он может ехать быстрее или медленнее, даже если двигатель работает с одинаковой скоростью.) Но чего не могут сделать сцепления и шестерни, так это сэкономить энергию, которую вы тратите когда вы тормозите и отдаете его позже. Это работа маховика!

Что такое маховик?

Маховик — это очень тяжелое колесо, которое требуется много силы, чтобы вращаться.Это может быть большой диаметр колесо со спицами и очень тяжелым металлическим ободом, или это может быть цилиндр меньшего диаметра из чего-то вроде углеродного волокна композитный. В любом случае, это колесо, которое нужно толкать действительно сложно настроить его вращение. Так же, как маховику нужно много силы, чтобы запустить его, поэтому для его остановки требуется много силы. В виде в результате, когда он вращается на высокой скорости, он имеет тенденцию продолжайте вращаться (мы говорим, что у него большой угловой момент), что означает, что он может хранить большое количество кинетической энергии.Вы можете думать об этом как о чем-то вроде «механический аккумулятор», но он накапливает энергию в виде движения (другими словами, кинетическая энергия), а не энергия, запасенная в химическая форма внутри традиционной электрической батареи.

Маховики бывают всех форм и размеров. Законы физики (кратко объясненные в поле ниже — но вы можете пропустить их, если вам это не интересно или вы знаете про них уже) скажите что большого диаметра и тяжелых колес хранят больше энергии, чем колеса меньшего размера и лёгкости, а маховики которые вращаются быстрее, хранят гораздо больше энергии, чем те, которые вращаться медленнее.

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

Физика маховиков

Вещи, движущиеся по прямой линии, имеют импульс (своего рода «сила» движения) и кинетическая энергия (энергия движения) потому что у них есть масса (сколько «материала» они содержат) и скорость (насколько быстро они движутся).в таким же образом вращающиеся объекты обладают кинетической энергией, потому что у них есть то, что называется моментом инерции (сколько «хлама» они сделаны из и как они распределяются) и угловой скорости (как они быстро вращаются). Момент инерции эквивалентен массе вращающихся объектов, а угловая скорость аналогична обычной. скорость только ходит по кругу.

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

E = ½mv2

(где m — масса, а v — скорость), поэтому эквивалент кинетической энергия вращающегося объекта дается этим:

E = ½Iω2

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

«Момент инерции» звучит ужасно абстрактно и сбивает с толку, но понять его намного проще, чем вы могли бы подумать. считать. На самом деле это означает, что с точки зрения кинетической энергии и количества движения эффективная масса вращающегося объекта зависит не только от того, сколько у него фактической массы, но и от того, где эта масса расположена по отношению к точка вращается вокруг. Чем дальше от центра находится масса, тем большее влияние он оказывает на импульс и кинетическую энергию объекта — и мы количественно оцениваем это, говоря, что масса имеет более высокий момент инерции.Так что большой диаметр, легкий, со спицами маховик с очень тяжелым стальным ободом может иметь более высокий момент инерции, чем у прочного маховика гораздо меньшего размера, потому что больше его масса дальше от точки вращения.

Законы о сохранении

Законы сохранения энергии и закон сохранения импульса применяется к вращающимся объектам так же, как они применяется к объектам, движущимся по прямой линии. Так что то, что крутится с определенное количество энергии и углового момента (вращение эквивалент обычного, прямолинейного, линейного количества движения) сохраняет свое угловой момент, если не сила (например, трение или сопротивление воздуха) крадет это.Этот закон называется сохранением угловой импульс.

Когда фигурист протягивает руки, некоторые из их масса дальше от центра их тела (точки вращения) значит, у них более высокий момент инерции. Если они быстро крутятся с вытянутыми руками, но затем внезапно подносят руки к центр, они мгновенно уменьшают свой момент инерции. Но закон сохранения углового момента говорит, что их полный угловой момент должны оставаться такими же, и это может случиться только в том случае, если они увеличат скорость вверх.Вот почему вращающийся фигурист будет вращаться быстрее, когда он прижать руки к телу (и замедлить движение, когда они снова руки).

Artwork: Если вы медленно вращаетесь (стоите на вращающемся подносе без электропитания или сидите на офисном стуле) и быстро прижимаете руки к телу, вы будете вращаться намного быстрее. Ваш момент инерции уменьшается, поэтому ваша скорость должна увеличиваться, чтобы «сохранить» ваш угловой момент (оставьте его неизменным).

Какая лучшая конструкция для маховика?

Из этих основных законов физики следует, что маховик будет накапливать больше энергии, если он имеет более высокий момент инерция (больше массы или массы, расположенной дальше от ее центра), или если он вращается с большей скоростью.А поскольку кинетическая энергия вращающийся объект (E в приведенном выше уравнении) связан с квадратом его угловой скорости (ω2), вы Вы можете видеть, что скорость имеет гораздо большее влияние, чем момент инерции. Если вы возьмете маховик с ободом из тяжелого металла и замените его на обод, который вдвое тяжелее (вдвое больше его момента инерции), он будет накапливает вдвое больше энергии, когда вращается с той же скоростью. Но если вы берете оригинальный маховик и вращаете его в два раза быстрее (вдвое больше угловая скорость), вы в четыре раза увеличите запас энергии.Вот почему конструкторы маховиков обычно стараются использовать высокоскоростные колеса. а не массивные. (Компактные, высокоскоростные маховики тоже более практично в таких вещах, как гоночные автомобили, не в последнюю очередь потому, что большие маховики имеют тенденцию добавить слишком много веса.)

Сила на маховике увеличивается с увеличением скорости, а энергия, которую может накапливать колесо, равна ограничено прочностью материала, из которого он сделан: вращать маховик слишком быстро, и вы в конечном итоге достигнете точки, где сила настолько велика, что разбивает колесо на осколки.Прочные и легкие материалы оказываются лучшими для маховиков, поскольку они могут быстрее всего вращаться без разваливается. Современные маховики обычно изготавливаются из таких материалов, как сплавы, композиты из углеродного волокна, керамика и кристаллические материалы, такие как монокристаллы кремния. Некоторые из них специально разработаны, чтобы безопасно разбиться на крошечные фрагменты, если они будут вращаться слишком быстро.

Произведения: Маховики имеют фиксированный диаметр и массу, а значит, фиксированный момент инерции — или есть? Эта гениальная система маховика 1959 года, разработанная Бертрамом Шмидтом, может складываться и раскладываться для увеличения или уменьшения запасаемой энергии.Как это работает? Приводной двигатель (зеленый, справа) приводит в движение груз (оранжевый, слева) через ось (желтый) и систему шкивов (серый). При изменении скорости оси центробежный регулятор (темно-синий) и электрическая цепь (вверху справа) включают или выключают небольшой электродвигатель (розовый), перемещая рычажный механизм (коричневый) влево или вправо, перемещая другой рычажный механизм ( синий), поэтому маховик (красный) складывается или раскладывается по мере необходимости. Из патента США 2 914 962: Система маховика Бертрама Шмидта, опубликованного 1 декабря 1959 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Как маховик может сохранять свою энергию?

Фото: Маховики в конечном итоге перестают вращаться из-за трения и сопротивления воздуха, но если мы установим их на подшипники с очень низким коэффициентом трения, они сохранят свою энергию в течение нескольких дней. В этом экспериментальном маховике используется сверхпроводящий подшипник без трения, который вращается внутри вакуумной камеры, чтобы сопротивление воздуха не замедляло его. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США / Аргоннской национальной лабораторией.

Законы физики (точнее, первый закон движения Ньютона) говорят нам, что движущийся объект будет продолжать двигаться, если на него не действует сила.Вы могли подумать, что маховик будет вращаться вечно. Единственная проблема заключается в том, что маховики вращаются на подшипниках, поэтому, даже когда они хорошо смазаны, сила трения замедляет их. Есть еще одна проблема: поскольку маховики вращаются в воздухе, сопротивление воздуха или сопротивление также замедляют их. Современные маховики решают эти проблемы, устанавливая их на подшипниках с низким коэффициентом трения. подшипники и герметизированы внутри металлических цилиндров, поэтому они не теряют столько энергии на трение и сопротивление воздуха, как это делали бы традиционные маховики.Самые сложные маховики плавают на сверхпроводящих магнитах (поэтому они почти полностью вращаются без трением) и герметизированы внутри вакуумных камер (поэтому нет потерь на сопротивление воздуха).

Что делает маховик?

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

Считайте что-то вроде старомодного пара тяговый двигатель — по сути, тяжелый старый трактор с приводом от паровой двигатель, который движется по дороге, а не по рельсам. Допустим, у нас есть тяговый двигатель с большим маховиком, который находится между двигателями производит мощность и колеса, которые принимают эту мощность и перемещение двигателя по дороге. Далее, допустим, маховик имеет муфты, поэтому его можно подключать или отключать от паровой двигатель, ведущие колеса или и то, и другое.Маховик может сделать три очень полезная работа для нас.

Во-первых, если паровой двигатель вырабатывает мощность с перерывами (возможно, потому, что у него только один цилиндр), маховик помогает сгладить мощность, получаемую колесами. Так что пока цилиндр двигателя может добавлять мощность на маховик каждые тридцать секунд (каждый раз, когда поршень выталкивается из цилиндра), колеса могли получать мощность от маховика на устойчивой, непрерывной скорость — и двигатель будет плавно катиться, а не дергаться в уходит и запускается (как если бы он приводился в действие непосредственно от поршня и цилиндр).

Во-вторых, маховик может использоваться для замедления автомобиль, как тормоз, но тормоз, поглощающий энергию автомобиля вместо того, чтобы тратить его как обычный тормоз. Предположим, вы ведете тяга двигателя по улице, и вы внезапно хотите остановиться. Ты может отключить паровой двигатель с помощью сцепления, так что транспортное средство начал бы замедляться. При этом энергия будет передаваться от транспортного средства к маховику, который будет набирать скорость и удерживать спиннинг. Затем вы можете отключить маховик, чтобы автомобиль полностью прекратить.В следующий раз, когда вы снова отправитесь в путь, вы воспользуетесь сцеплением, чтобы повторно подсоедините маховик к ведущим колесам, чтобы маховик отдайте двигателю большую часть поглощенной им во время торможения.

В-третьих, маховик может использоваться для временного дополнительная мощность, когда двигатель не может производить достаточно. Предположим, вы хотите догнать медленно движущуюся лошадь и телегу. Допустим, маховик вращается в течение некоторого времени, но в настоящее время не подключен ни к одному из них двигатель или колеса. Когда вы снова подключаете его к колесам, он как второй двигатель, обеспечивающий дополнительную мощность.Это только работает однако временно, потому что энергия, которую вы подаете на колеса, должна потеряться от маховика, что приведет к его замедлению.

Краткая история маховиков

Древние маховики

Вы можете утверждать, что маховики — одно из старейших изобретений: самые ранние колеса были сделаны из тяжелого камня или цельного дерева и, поскольку они обладали высоким моментом инерции, работали как маховики независимо от того, предназначались они для этого или нет. Гончарный круг (возможно, самая старая из существующих форм круга — даже старше, чем круги используется при транспортировке) полагается на то, что его поворотный стол будет прочным и тяжелым (или с тяжелым ободом), поэтому он имеет высокий момент инерции, который заставляет его вращаться сам по себе пока вы лепите сверху глину руками.Водяные колеса, которые производят энергию из рек и ручьев, также имеют форму маховиков, с прочными, но легкими спицами и очень тяжелыми ободами, поэтому они продолжают вращаться с постоянной скоростью и питание мельниц на постоянной скорости. Такие водяные колеса стали популярными со времен Римской империи.

Фото: Гидравлические колеса используют простой принцип маховика для поддержания постоянной скорости вращения. Это модель подводного водяного колеса (приводимого в движение рекой, протекающей под ним).

Маховики промышленной революции

Самые известные маховики времен Промышленного Revolution и используются в таких вещах, как заводские паровые машины и тяговые двигатели. Присмотритесь практически к любой заводской машине из 18-го или 19-го века, и вы увидите огромный маховик где-то в механизм. Поскольку маховики часто бывают очень большими и вращаются с большой скоростью скорости, их тяжелые диски должны выдерживать экстремальные нагрузки. Они также должны быть выполнены с высокой точностью, так как даже если они немного разбалансированы, они будут слишком сильно раскачиваться и дестабилизировать все, что к ним прикреплено к.Широкая доступность чугуна и стали в Промышленная революция сделала возможным создание качественных, высоких прецизионные маховики, которые сыграли жизненно важную роль в обеспечении работы двигателей и машин плавно и качественно.

После работ таких пионеров электричества XIX века, как Томас Эдисон, электроэнергия вскоре стала широко доступны для управления заводскими машинами, которым больше не нужны маховики для сглаживания неустойчивости, угольные паровые машины. Между тем, дорожные транспортные средства, корабли, поезда и самолеты использовали двигатели внутреннего сгорания с приводом от бензин, дизельное топливо и керосин.Маховики обычно были большими и тяжелыми и не было места внутри чего-то вроде автомобильного двигателя или корабля, не говоря уже о самолете. В результате технология маховика несколько упала на на обочине по мере развития 20-го века.

Современные маховики

С середины 20 века интерес к маховикам снова поднялся, в основном потому, что людей стало больше обеспокоены ценами на топливо и воздействием на окружающую среду используя их; имеет смысл экономить энергию — и маховики очень хороши в этом.Примерно с 1950-х годов европейские производители автобусов такие как M.A.N. и Mercedes-Benz экспериментировали с технология маховика в транспортных средствах, известных как гиробусы. Основная идея — установить тяжелый стальной маховик (диаметром около 60 см или пару футов, вращающийся со скоростью около 10 000 об / мин). между задним двигателем автобуса и задней осью, поэтому он действует как мост между двигателем и колеса. Когда автобус тормозит, маховик работает как рекуперативный тормоз, поглощение кинетической энергии и замедление транспортного средства.Когда автобус снова заводится, маховик возвращается передает энергию трансмиссии, экономя большую часть энергии торможения, которая в противном случае были потрачены впустую. Современная железная дорога и в поездах метро также широко используются рекуперативные тормоза с маховиком, что может дать общую экономию энергии примерно на треть или больше. Некоторые производители электромобилей предложили использовать сверхбыстрые вращающиеся маховики. в качестве накопителей энергии вместо батарей. Одним из больших преимуществ этого является то, что маховики потенциально может прослужить в течение всего срока службы автомобиля, в отличие от аккумуляторов, которые могут потребуется очень дорогая замена примерно через десять лет.

Фото: Современный маховик, разработанный НАСА для использования в космосе. Обратите внимание, как серебристый центр колеса в основном это пустое пространство и спицы, а масса колеса сосредоточена вокруг обода. Это дает колесо то, что известен как высокий момент инерции (более подробно поясняется ниже) и позволяет ему накапливать больше энергии. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

За последние несколько лет болиды Формулы-1 также использовали маховики, но больше для увеличения мощности, чем для экономии энергии.Технология получила название KERS (Kinetic Energy Система восстановления) и состоит из очень компактного маховика с очень высокой скоростью вращения. (вращается со скоростью 64000 об / мин), которая поглощает энергию, которая обычно теряется в виде тепла при торможении. Водитель может нажмите переключатель на рулевом колесе, чтобы маховик временно взаимодействует с трансмиссией автомобиля, обеспечивая кратковременный прирост скорости при для разгона требуется дополнительная мощность. С таким скоростным маховиком, соображения безопасности становятся чрезвычайно важными; маховик установлен внутри сверхпрочного контейнера из углеродного волокна, чтобы он не повредил драйвер, если он взорвется.(В некоторых формах KERS используются электродвигатели, генераторы, и аккумуляторы для хранения энергии вместо маховиков, аналогично гибридным автомобилям.)

Фото: ультрасовременный маховик G6, разработанный НАСА, может накапливать и выделять кинетическую энергию в течение трехчасовой период. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Так же, как маховики — в виде водяные колеса — играли важную роль в попытках человека использовать энергии, поэтому они возвращаются в современное производство электроэнергии.Один трудностей с силовыми установками (а тем более с формы возобновляемой энергии, такие как энергия ветра и солнца) заключается в том, что они не обязательно производить электричество постоянно или таким образом, чтобы точно соответствует росту и падению спроса в течение день. Связанная с этим проблема заключается в том, что производить электричество намного проще, чем его производить. стоит хранить его в больших количествах. Маховики предлагают решение это. Иногда, когда предложения электроэнергии больше, чем спроса (например, ночью или в выходные) электростанции могут кормить их избыток энергии в огромные маховики, которые будут хранить ее в течение периоды от минут до часов и время от времени отпускайте его снова пиковой потребности.На трех заводах в Нью-Йорке, Массачусетсе и Пенсильвании. Компания Beacon Power первой использовала маховики, чтобы обеспечить накопление энергии до 20 мегаватт, чтобы справиться с временными пиками энергопотребления. требовать. Они также используются в таких местах, как компьютерные центры обработки данных, чтобы обеспечивать аварийное, резервное питание на случай отключения электроэнергии.

Преимущества и недостатки маховиков

Маховики — это относительно простая технология с множество плюсов по сравнению с конкурентами, такими как аккумуляторные батареи: с точки зрения начальной стоимости и текущих обслуживание, они обходятся дешевле, служат примерно в 10 раз дольше (Есть еще много работающих маховиков, начиная с Industrial Revolution), экологически безопасны (не производят выбросов углекислого газа и не содержат опасных химикатов, вызывающих загрязнение), работают практически в любом климате и очень быстро набирают обороты. (в отличие, например, от батарей, для зарядки которых может потребоваться много часов).Они также чрезвычайно эффективен (может быть, 80 процентов или более) и занимает меньше пространство, чем батареи или другие формы хранения энергии (например, накачанные водохранилища).

Фото: Маховики — отличная альтернатива батареям. Здесь маховик (справа) используется для хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечной панелью. Электричество от панели приводит в действие электродвигатель / генератор, который раскручивает маховик до нужной скорости. Когда требуется электричество, маховик приводит в действие генератор и снова производит электричество.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL

Самый большой минус маховиков (конечно что касается транспортных средств) — это вес, который они добавляют. Полная Формула 1 KERS система маховика (включая необходимый контейнер, гидравлику и электронные системы управления) около 25 кг к массе автомобиля, что является значительной дополнительной нагрузкой. Другая проблема (особенно для гонщиков Формулы 1) в том, что большое тяжелое колесо вращение внутри движущегося автомобиля будет действовать как гироскоп, сопротивляться изменениям в своем направлении и потенциально влиять на управляемость автомобиля (хотя есть разные решения, включая установку маховиков на подвесах, например, на корабельном компасе).А дальнейшая трудность заключается в огромных напряжениях и деформациях, которые маховики опыт, когда они вращаются с чрезвычайно высокой скоростью, что может вызвать их разрушить и взорвать на осколки. Это действует как ограничение на насколько быстро могут вращаться маховики и, следовательно, сколько энергии они можно хранить. В то время как традиционные колеса делались из стали и вращались на открытом воздухе современные чаще используют высокоэффективные композиты или керамика и быть запечатанными внутри контейнеров, что делает возможны более высокие скорости и энергия без ущерба для безопасности.

Как маховики накапливают энергию?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 4 апреля 2021 г.

Стоп … старт … стоп … старт — это не способ привод! Каждый раз, когда вы замедляете или останавливаете автомобиль или машину, вы впустую тратить накопленный заранее импульс, превращая его кинетическую энергию (энергия движения) в тепловую энергию в тормозах. Разве не было бы лучше, если бы вы могли как-то хранить эту энергию, когда вы остановился и вернуть его снова при следующем запуске? Это один работ, которые маховик может сделать за вас.Впервые использован в гончарные круги, которые тогда пользовались огромной популярностью в гигантских двигателях и машинах во время промышленной революции маховики теперь возвращение во всем, от автобусов и поездов до гоночных автомобилей и мощности растения. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

Фото: Старый маховик парового двигателя в Think Tank, музее науки и промышленности в Бирмингеме, Англия. Маховик — это колесо со спицами сзади. Обратите внимание, что это в основном пустое пространство с длинными спицами и большим тяжелым ободом.

Зачем нужны маховики

Фото: Типичный маховик газоперекачивающего двигателя. Маховик — это большее из двух черных колес с тяжелым черным ободом в центре. Это один из многих увлекательных двигателей, которые вы можете увидеть в Think Tank, научном музее в Бирмингеме, Англия.

Двигатели самые счастливые и самые эффективные когда они производят мощность с постоянной относительно высокой скоростью. Единственная проблема в том, что транспортные средства и машины, которыми они управляют, должны работают на самых разных скоростях и иногда необходимо полностью остановиться.Отчасти эту проблему решают муфты и шестерни. (Клатч — это механический «выключатель», который может отключить двигатель от машины это вождение, в то время как шестерня — это пара заблокированных колеса с зубьями который изменяет скорость и крутящий момент (усилие поворота) машины, поэтому он может ехать быстрее или медленнее, даже если двигатель работает с одинаковой скоростью.) Но чего не могут сделать сцепления и шестерни, так это сэкономить энергию, которую вы тратите когда вы тормозите и отдаете его позже. Это работа маховика!

Что такое маховик?

Маховик — это очень тяжелое колесо, которое требуется много силы, чтобы вращаться.Это может быть большой диаметр колесо со спицами и очень тяжелым металлическим ободом, или это может быть цилиндр меньшего диаметра из чего-то вроде углеродного волокна композитный. В любом случае, это колесо, которое нужно толкать действительно сложно настроить его вращение. Так же, как маховику нужно много силы, чтобы запустить его, поэтому для его остановки требуется много силы. В виде в результате, когда он вращается на высокой скорости, он имеет тенденцию продолжайте вращаться (мы говорим, что у него большой угловой момент), что означает, что он может хранить большое количество кинетической энергии.Вы можете думать об этом как о чем-то вроде «механический аккумулятор», но он накапливает энергию в виде движения (другими словами, кинетическая энергия), а не энергия, запасенная в химическая форма внутри традиционной электрической батареи.

Маховики бывают всех форм и размеров. Законы физики (кратко объясненные в поле ниже — но вы можете пропустить их, если вам это не интересно или вы знаете про них уже) скажите что большого диаметра и тяжелых колес хранят больше энергии, чем колеса меньшего размера и лёгкости, а маховики которые вращаются быстрее, хранят гораздо больше энергии, чем те, которые вращаться медленнее.

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

Физика маховиков

Вещи, движущиеся по прямой линии, имеют импульс (своего рода «сила» движения) и кинетическая энергия (энергия движения) потому что у них есть масса (сколько «материала» они содержат) и скорость (насколько быстро они движутся).в таким же образом вращающиеся объекты обладают кинетической энергией, потому что у них есть то, что называется моментом инерции (сколько «хлама» они сделаны из и как они распределяются) и угловой скорости (как они быстро вращаются). Момент инерции эквивалентен массе вращающихся объектов, а угловая скорость аналогична обычной. скорость только ходит по кругу.

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

E = ½mv2

(где m — масса, а v — скорость), поэтому эквивалент кинетической энергия вращающегося объекта дается этим:

E = ½Iω2

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

«Момент инерции» звучит ужасно абстрактно и сбивает с толку, но понять его намного проще, чем вы могли бы подумать. считать. На самом деле это означает, что с точки зрения кинетической энергии и количества движения эффективная масса вращающегося объекта зависит не только от того, сколько у него фактической массы, но и от того, где эта масса расположена по отношению к точка вращается вокруг. Чем дальше от центра находится масса, тем большее влияние он оказывает на импульс и кинетическую энергию объекта — и мы количественно оцениваем это, говоря, что масса имеет более высокий момент инерции.Так что большой диаметр, легкий, со спицами маховик с очень тяжелым стальным ободом может иметь более высокий момент инерции, чем у прочного маховика гораздо меньшего размера, потому что больше его масса дальше от точки вращения.

Законы о сохранении

Законы сохранения энергии и закон сохранения импульса применяется к вращающимся объектам так же, как они применяется к объектам, движущимся по прямой линии. Так что то, что крутится с определенное количество энергии и углового момента (вращение эквивалент обычного, прямолинейного, линейного количества движения) сохраняет свое угловой момент, если не сила (например, трение или сопротивление воздуха) крадет это.Этот закон называется сохранением угловой импульс.

Когда фигурист протягивает руки, некоторые из их масса дальше от центра их тела (точки вращения) значит, у них более высокий момент инерции. Если они быстро крутятся с вытянутыми руками, но затем внезапно подносят руки к центр, они мгновенно уменьшают свой момент инерции. Но закон сохранения углового момента говорит, что их полный угловой момент должны оставаться такими же, и это может случиться только в том случае, если они увеличат скорость вверх.Вот почему вращающийся фигурист будет вращаться быстрее, когда он прижать руки к телу (и замедлить движение, когда они снова руки).

Artwork: Если вы медленно вращаетесь (стоите на вращающемся подносе без электропитания или сидите на офисном стуле) и быстро прижимаете руки к телу, вы будете вращаться намного быстрее. Ваш момент инерции уменьшается, поэтому ваша скорость должна увеличиваться, чтобы «сохранить» ваш угловой момент (оставьте его неизменным).

Какая лучшая конструкция для маховика?

Из этих основных законов физики следует, что маховик будет накапливать больше энергии, если он имеет более высокий момент инерция (больше массы или массы, расположенной дальше от ее центра), или если он вращается с большей скоростью.А поскольку кинетическая энергия вращающийся объект (E в приведенном выше уравнении) связан с квадратом его угловой скорости (ω2), вы Вы можете видеть, что скорость имеет гораздо большее влияние, чем момент инерции. Если вы возьмете маховик с ободом из тяжелого металла и замените его на обод, который вдвое тяжелее (вдвое больше его момента инерции), он будет накапливает вдвое больше энергии, когда вращается с той же скоростью. Но если вы берете оригинальный маховик и вращаете его в два раза быстрее (вдвое больше угловая скорость), вы в четыре раза увеличите запас энергии.Вот почему конструкторы маховиков обычно стараются использовать высокоскоростные колеса. а не массивные. (Компактные, высокоскоростные маховики тоже более практично в таких вещах, как гоночные автомобили, не в последнюю очередь потому, что большие маховики имеют тенденцию добавить слишком много веса.)

Сила на маховике увеличивается с увеличением скорости, а энергия, которую может накапливать колесо, равна ограничено прочностью материала, из которого он сделан: вращать маховик слишком быстро, и вы в конечном итоге достигнете точки, где сила настолько велика, что разбивает колесо на осколки.Прочные и легкие материалы оказываются лучшими для маховиков, поскольку они могут быстрее всего вращаться без разваливается. Современные маховики обычно изготавливаются из таких материалов, как сплавы, композиты из углеродного волокна, керамика и кристаллические материалы, такие как монокристаллы кремния. Некоторые из них специально разработаны, чтобы безопасно разбиться на крошечные фрагменты, если они будут вращаться слишком быстро.

Произведения: Маховики имеют фиксированный диаметр и массу, а значит, фиксированный момент инерции — или есть? Эта гениальная система маховика 1959 года, разработанная Бертрамом Шмидтом, может складываться и раскладываться для увеличения или уменьшения запасаемой энергии.Как это работает? Приводной двигатель (зеленый, справа) приводит в движение груз (оранжевый, слева) через ось (желтый) и систему шкивов (серый). При изменении скорости оси центробежный регулятор (темно-синий) и электрическая цепь (вверху справа) включают или выключают небольшой электродвигатель (розовый), перемещая рычажный механизм (коричневый) влево или вправо, перемещая другой рычажный механизм ( синий), поэтому маховик (красный) складывается или раскладывается по мере необходимости. Из патента США 2 914 962: Система маховика Бертрама Шмидта, опубликованного 1 декабря 1959 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Как маховик может сохранять свою энергию?

Фото: Маховики в конечном итоге перестают вращаться из-за трения и сопротивления воздуха, но если мы установим их на подшипники с очень низким коэффициентом трения, они сохранят свою энергию в течение нескольких дней. В этом экспериментальном маховике используется сверхпроводящий подшипник без трения, который вращается внутри вакуумной камеры, чтобы сопротивление воздуха не замедляло его. Фото любезно предоставлено Министерством энергетики США / Аргоннской национальной лабораторией.

Законы физики (точнее, первый закон движения Ньютона) говорят нам, что движущийся объект будет продолжать двигаться, если на него не действует сила.Вы могли подумать, что маховик будет вращаться вечно. Единственная проблема заключается в том, что маховики вращаются на подшипниках, поэтому, даже когда они хорошо смазаны, сила трения замедляет их. Есть еще одна проблема: поскольку маховики вращаются в воздухе, сопротивление воздуха или сопротивление также замедляют их. Современные маховики решают эти проблемы, устанавливая их на подшипниках с низким коэффициентом трения. подшипники и герметизированы внутри металлических цилиндров, поэтому они не теряют столько энергии на трение и сопротивление воздуха, как это делали бы традиционные маховики.Самые сложные маховики плавают на сверхпроводящих магнитах (поэтому они почти полностью вращаются без трением) и герметизированы внутри вакуумных камер (поэтому нет потерь на сопротивление воздуха).

Что делает маховик?

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

Считайте что-то вроде старомодного пара тяговый двигатель — по сути, тяжелый старый трактор с приводом от паровой двигатель, который движется по дороге, а не по рельсам. Допустим, у нас есть тяговый двигатель с большим маховиком, который находится между двигателями производит мощность и колеса, которые принимают эту мощность и перемещение двигателя по дороге. Далее, допустим, маховик имеет муфты, поэтому его можно подключать или отключать от паровой двигатель, ведущие колеса или и то, и другое.Маховик может сделать три очень полезная работа для нас.

Во-первых, если паровой двигатель вырабатывает мощность с перерывами (возможно, потому, что у него только один цилиндр), маховик помогает сгладить мощность, получаемую колесами. Так что пока цилиндр двигателя может добавлять мощность на маховик каждые тридцать секунд (каждый раз, когда поршень выталкивается из цилиндра), колеса могли получать мощность от маховика на устойчивой, непрерывной скорость — и двигатель будет плавно катиться, а не дергаться в уходит и запускается (как если бы он приводился в действие непосредственно от поршня и цилиндр).

Во-вторых, маховик может использоваться для замедления автомобиль, как тормоз, но тормоз, поглощающий энергию автомобиля вместо того, чтобы тратить его как обычный тормоз. Предположим, вы ведете тяга двигателя по улице, и вы внезапно хотите остановиться. Ты может отключить паровой двигатель с помощью сцепления, так что транспортное средство начал бы замедляться. При этом энергия будет передаваться от транспортного средства к маховику, который будет набирать скорость и удерживать спиннинг. Затем вы можете отключить маховик, чтобы автомобиль полностью прекратить.В следующий раз, когда вы снова отправитесь в путь, вы воспользуетесь сцеплением, чтобы повторно подсоедините маховик к ведущим колесам, чтобы маховик отдайте двигателю большую часть поглощенной им во время торможения.

В-третьих, маховик может использоваться для временного дополнительная мощность, когда двигатель не может производить достаточно. Предположим, вы хотите догнать медленно движущуюся лошадь и телегу. Допустим, маховик вращается в течение некоторого времени, но в настоящее время не подключен ни к одному из них двигатель или колеса. Когда вы снова подключаете его к колесам, он как второй двигатель, обеспечивающий дополнительную мощность.Это только работает однако временно, потому что энергия, которую вы подаете на колеса, должна потеряться от маховика, что приведет к его замедлению.

Краткая история маховиков

Древние маховики

Вы можете утверждать, что маховики — одно из старейших изобретений: самые ранние колеса были сделаны из тяжелого камня или цельного дерева и, поскольку они обладали высоким моментом инерции, работали как маховики независимо от того, предназначались они для этого или нет. Гончарный круг (возможно, самая старая из существующих форм круга — даже старше, чем круги используется при транспортировке) полагается на то, что его поворотный стол будет прочным и тяжелым (или с тяжелым ободом), поэтому он имеет высокий момент инерции, который заставляет его вращаться сам по себе пока вы лепите сверху глину руками.Водяные колеса, которые производят энергию из рек и ручьев, также имеют форму маховиков, с прочными, но легкими спицами и очень тяжелыми ободами, поэтому они продолжают вращаться с постоянной скоростью и питание мельниц на постоянной скорости. Такие водяные колеса стали популярными со времен Римской империи.

Фото: Гидравлические колеса используют простой принцип маховика для поддержания постоянной скорости вращения. Это модель подводного водяного колеса (приводимого в движение рекой, протекающей под ним).

Маховики промышленной революции

Самые известные маховики времен Промышленного Revolution и используются в таких вещах, как заводские паровые машины и тяговые двигатели. Присмотритесь практически к любой заводской машине из 18-го или 19-го века, и вы увидите огромный маховик где-то в механизм. Поскольку маховики часто бывают очень большими и вращаются с большой скоростью скорости, их тяжелые диски должны выдерживать экстремальные нагрузки. Они также должны быть выполнены с высокой точностью, так как даже если они немного разбалансированы, они будут слишком сильно раскачиваться и дестабилизировать все, что к ним прикреплено к.Широкая доступность чугуна и стали в Промышленная революция сделала возможным создание качественных, высоких прецизионные маховики, которые сыграли жизненно важную роль в обеспечении работы двигателей и машин плавно и качественно.

После работ таких пионеров электричества XIX века, как Томас Эдисон, электроэнергия вскоре стала широко доступны для управления заводскими машинами, которым больше не нужны маховики для сглаживания неустойчивости, угольные паровые машины. Между тем, дорожные транспортные средства, корабли, поезда и самолеты использовали двигатели внутреннего сгорания с приводом от бензин, дизельное топливо и керосин.Маховики обычно были большими и тяжелыми и не было места внутри чего-то вроде автомобильного двигателя или корабля, не говоря уже о самолете. В результате технология маховика несколько упала на на обочине по мере развития 20-го века.

Современные маховики

С середины 20 века интерес к маховикам снова поднялся, в основном потому, что людей стало больше обеспокоены ценами на топливо и воздействием на окружающую среду используя их; имеет смысл экономить энергию — и маховики очень хороши в этом.Примерно с 1950-х годов европейские производители автобусов такие как M.A.N. и Mercedes-Benz экспериментировали с технология маховика в транспортных средствах, известных как гиробусы. Основная идея — установить тяжелый стальной маховик (диаметром около 60 см или пару футов, вращающийся со скоростью около 10 000 об / мин). между задним двигателем автобуса и задней осью, поэтому он действует как мост между двигателем и колеса. Когда автобус тормозит, маховик работает как рекуперативный тормоз, поглощение кинетической энергии и замедление транспортного средства.Когда автобус снова заводится, маховик возвращается передает энергию трансмиссии, экономя большую часть энергии торможения, которая в противном случае были потрачены впустую. Современная железная дорога и в поездах метро также широко используются рекуперативные тормоза с маховиком, что может дать общую экономию энергии примерно на треть или больше. Некоторые производители электромобилей предложили использовать сверхбыстрые вращающиеся маховики. в качестве накопителей энергии вместо батарей. Одним из больших преимуществ этого является то, что маховики потенциально может прослужить в течение всего срока службы автомобиля, в отличие от аккумуляторов, которые могут потребуется очень дорогая замена примерно через десять лет.

Фото: Современный маховик, разработанный НАСА для использования в космосе. Обратите внимание, как серебристый центр колеса в основном это пустое пространство и спицы, а масса колеса сосредоточена вокруг обода. Это дает колесо то, что известен как высокий момент инерции (более подробно поясняется ниже) и позволяет ему накапливать больше энергии. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

За последние несколько лет болиды Формулы-1 также использовали маховики, но больше для увеличения мощности, чем для экономии энергии.Технология получила название KERS (Kinetic Energy Система восстановления) и состоит из очень компактного маховика с очень высокой скоростью вращения. (вращается со скоростью 64000 об / мин), которая поглощает энергию, которая обычно теряется в виде тепла при торможении. Водитель может нажмите переключатель на рулевом колесе, чтобы маховик временно взаимодействует с трансмиссией автомобиля, обеспечивая кратковременный прирост скорости при для разгона требуется дополнительная мощность. С таким скоростным маховиком, соображения безопасности становятся чрезвычайно важными; маховик установлен внутри сверхпрочного контейнера из углеродного волокна, чтобы он не повредил драйвер, если он взорвется.(В некоторых формах KERS используются электродвигатели, генераторы, и аккумуляторы для хранения энергии вместо маховиков, аналогично гибридным автомобилям.)

Фото: ультрасовременный маховик G6, разработанный НАСА, может накапливать и выделять кинетическую энергию в течение трехчасовой период. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Так же, как маховики — в виде водяные колеса — играли важную роль в попытках человека использовать энергии, поэтому они возвращаются в современное производство электроэнергии.Один трудностей с силовыми установками (а тем более с формы возобновляемой энергии, такие как энергия ветра и солнца) заключается в том, что они не обязательно производить электричество постоянно или таким образом, чтобы точно соответствует росту и падению спроса в течение день. Связанная с этим проблема заключается в том, что производить электричество намного проще, чем его производить. стоит хранить его в больших количествах. Маховики предлагают решение это. Иногда, когда предложения электроэнергии больше, чем спроса (например, ночью или в выходные) электростанции могут кормить их избыток энергии в огромные маховики, которые будут хранить ее в течение периоды от минут до часов и время от времени отпускайте его снова пиковой потребности.На трех заводах в Нью-Йорке, Массачусетсе и Пенсильвании. Компания Beacon Power первой использовала маховики, чтобы обеспечить накопление энергии до 20 мегаватт, чтобы справиться с временными пиками энергопотребления. требовать. Они также используются в таких местах, как компьютерные центры обработки данных, чтобы обеспечивать аварийное, резервное питание на случай отключения электроэнергии.

Преимущества и недостатки маховиков

Маховики — это относительно простая технология с множество плюсов по сравнению с конкурентами, такими как аккумуляторные батареи: с точки зрения начальной стоимости и текущих обслуживание, они обходятся дешевле, служат примерно в 10 раз дольше (Есть еще много работающих маховиков, начиная с Industrial Revolution), экологически безопасны (не производят выбросов углекислого газа и не содержат опасных химикатов, вызывающих загрязнение), работают практически в любом климате и очень быстро набирают обороты. (в отличие, например, от батарей, для зарядки которых может потребоваться много часов).Они также чрезвычайно эффективен (может быть, 80 процентов или более) и занимает меньше пространство, чем батареи или другие формы хранения энергии (например, накачанные водохранилища).

Фото: Маховики — отличная альтернатива батареям. Здесь маховик (справа) используется для хранения электроэнергии, вырабатываемой солнечной панелью. Электричество от панели приводит в действие электродвигатель / генератор, который раскручивает маховик до нужной скорости. Когда требуется электричество, маховик приводит в действие генератор и снова производит электричество.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL

Самый большой минус маховиков (конечно что касается транспортных средств) — это вес, который они добавляют. Полная Формула 1 KERS система маховика (включая необходимый контейнер, гидравлику и электронные системы управления) около 25 кг к массе автомобиля, что является значительной дополнительной нагрузкой. Другая проблема (особенно для гонщиков Формулы 1) в том, что большое тяжелое колесо вращение внутри движущегося автомобиля будет действовать как гироскоп, сопротивляться изменениям в своем направлении и потенциально влиять на управляемость автомобиля (хотя есть разные решения, включая установку маховиков на подвесах, например, на корабельном компасе).А дальнейшая трудность заключается в огромных напряжениях и деформациях, которые маховики опыт, когда они вращаются с чрезвычайно высокой скоростью, что может вызвать их разрушить и взорвать на осколки. Это действует как ограничение на насколько быстро могут вращаться маховики и, следовательно, сколько энергии они можно хранить. В то время как традиционные колеса делались из стали и вращались на открытом воздухе современные чаще используют высокоэффективные композиты или керамика и быть запечатанными внутри контейнеров, что делает возможны более высокие скорости и энергия без ущерба для безопасности.

Как работает маховик автомобильного двигателя

Двигатель разработан с маховиком или гибкая пластина, в зависимости от которой будет определяться типом трансмиссии, т. е. автоматические трансмиссии используют Flexplate, в то время как в стандартной трансмиссии используется маховик. Оба по существу то же самое, только маховик будет иметь узел сцепления к нему, в то время как к гибкой пластине будет прикручен преобразователь крутящего момента.Оба прикреплены к коленчатому валу двигателя и помогают сбалансировать двигатель для плавная работа, а также оба оснащены зубчатым венцом для работы стартера. Двойная масса маховики имеют дополнительный слой, который находится между поверхностью диска сцепления. и корпус маховика, который может немного двигаться, что способствует более плавному При переключении передач входной вал трансмиссии вставляется в этот слой.

Что не так?

У маховика обычно есть только две проблемы: первая — коронная шестерня в который стартер использует для вращения двигателя, может изнашиваться, препятствуя его работе. операция.Вторая проблема связана со сцеплением, которое может привести к сбою маховика. становятся желобчатыми или термоустойчивыми, что затрудняет переключение трансмиссии или позволяет сцеплению проскальзывать. В любом случае маховик должны быть заменены или повторно покрыты, когда возникают такие ситуации.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

Сколько стоит?

Каждый раз при замене маховика трансмиссию необходимо удаленный. Стоимость будет варьироваться в зависимости от варианта трансмиссии, но обычно сборы будут варьироваться от 800 долларов.От 00 до 1200 долларов США (США) плюс стоимость маховика, который может работать в большинстве случаев от 140 до 230 долларов США.

Маховик

• Помогает сбалансировать двигатель
• С зубчатым венцом для стартера
• Удерживает узел сцепления
• Болты крепления коленвала двигателя

Как это работает?

Маховик прикручен болтами и вращается непосредственно вместе с коленчатым валом, действующим как сплошная муфта, соединяющая выходную мощность двигателя. двигатель и переведите его на первичный вал трансмиссии.Маховик также действует как агент, помогающий запустить двигатель через пусковой двигатель. Маховик «синхронизирован» с коленчатым валом и может быть только скрепили в одну сторону. Это достигается за счет смещения разболтовки, помогая сохраняйте баланс двигателя при работе. Когда замена крепления маховика болты должны быть затянуты в соответствии со спецификациями производителя, чтобы сохранить целостность маховика.

Посмотрим!

1. Вот крепежный фланец маховика на разрезном блоке.в центр коленчатого вала — это направляющий подшипник, используемый для поддержки первичного вала. трансмиссии.
   
2. Вот что такое сцепление так выглядит при установке на маховик
   
3. Двухмассовый маховик сделал переключение передач более комфортным.
   

Вопросы?

Наш сертифицированный механик готов ответить на ваш вопрос бесплатно.

СПОНСИРУЕМЫЕ ССЫЛКИ

Статья опубликована 29.11.2020

Как работает маховик? — Его функция и принцип работы

Маховик — это не что иное, как тяжелое механическое устройство, прикрепленное к валу для хранения избыточной энергии вращения.Он действует как вращающийся резервуар, в котором накапливается энергия; когда он доступен в изобилии, и выпускать, когда он больше всего нужен, так же, как аккумулятор. Он имеет значительный вес по отношению к коленчатому валу в сборе; и, таким образом, помогает поддерживать скорость вращения с сопротивлением крутящему моменту. Обычно они устанавливаются в системах с переменной нагрузкой и переменным крутящим моментом; как в двигателе внутреннего сгорания.

Из-за большого веса маховик имеет очень большую инерцию, что приводит к его смещению; остаются на той же скорости независимо от противостоящих сил.Энергия, накопленная в этих маховиках, пропорциональна квадрату их скорости вращения. К маховику прилагается крутящий момент для накопления энергии вращения и при необходимости; энергия высвобождается из маховика в виде крутящего момента, приложенного к механической нагрузке. Таким образом, он увеличивает свою скорость вращения, накапливая энергию, и ослабляет, высвобождая ее.

Вы можете понять его применение в повседневной жизни на простом примере. Вспомните свою детскую игрушку, в которую вы играли, теряя пол для бега.Такие маленькие автомобили — простые примеры маховика в действии; Механическая энергия накапливается в их маховике при трении о пол, которую они затем высвобождают после освобождения. Некоторые другие примеры маховиков в повседневной жизни — автомобильные двигатели, швейная машина и ручная соковыжималка из сахарного тростника.

Что такое маховик и его типы

Маховик существует с самого начала промышленной революции. Тогда это было чисто механическое, с колесом, прикрепленным к оси; это не сильно изменится, правда? В наши дни маховик представляет собой более сложную конструкцию, расположенную на одной стороне вала; для передачи энергии к двигателю / источнику и от него.Они больше не ограничиваются простыми машинами и двигателями, но используются во многих других приложениях. Например, в электросети для регулирования частоты, в рельсах для рекуперации транзитной энергии и добычи полезных ископаемых; для хранения ненужной энергии, снижая общий расход топлива.

Его работу можно резюмировать и понять с помощью следующего уравнения физики: крутящий момент на оси вращения = I.α . Когда тело свободно вращается на фиксированной оси; тогда требуется крутящий момент «t», чтобы изменить его движение с угловым ускорением «a».Тогда требуемый крутящий момент пропорционален его угловому ускорению; и дается произведением его момента инерции и углового ускорения. Подробнее о принципе его работы мы поговорим позже в этом посте.

По массе это может быть одно- или двухмассовый маховик. Более дешевое монолитное строительство; умеренно гасит вибрацию двигателя и может выдерживать большую теплоемкость. Они изготовлены из литой стали и не имеют ничего общего между собой и узлом сцепления.Одномассовая конструкция маховиков многоцелевого назначения; такие как накопление энергии, гашение вибрации и рекуперация энергии.

С другой стороны, конструкция с двойной массой сделана специально для гашения вибрации и шума. У них есть пружина между двумя маховиками в качестве демпфера. Оба маховика могут двигаться независимо друг от друга в пределах фиксированного предела. Эти конструкции дороги и подвержены повреждениям при высоких температурах или грубом использовании.

Почему маховики используются в I.Двигатель C

Я считаю, что все мы понимаем основы работы двигателя I.C. Для тех, кто этого не делает; Двигатель внутреннего сгорания (I.C) — это тип теплового двигателя, в котором топливо сжигается в замкнутом пространстве, называемом камерой сгорания. Обычно это роторные или поршневые двигатели с поршневым узлом. Внезапное расширение дымовых газов после сгорания перемещает поршень вниз; которые, в свою очередь, вращают коленчатый вал и, наконец, вал автомобиля / выходной вал.

В четырехтактном двигателе сгорание происходило только один раз за каждые четыре цикла; при этом каждые два цикла в двухтактном двигателе.Таким образом, мощность доступна только на один цикл; это не означает, что двигатель должен работать в течение одного цикла в двух- и четырехтактном двигателе. В этом случае маховик пригодится, поскольку он постоянно обеспечивает питание коленчатого вала; удерживая двигатель в движении. Маховик соединен непосредственно с концом коленчатого вала; поддержание постоянной мощности и ориентации двигателя.

Таким образом, маховики помогают обеспечить стабильную подачу мощности в одноцилиндровом двигателе. Но многоцилиндровые двигатели могут быть рассчитаны на стабильную подачу мощности; И все же у нас в двигателе есть маховики.Но почему? В многоцилиндровом двигателе они используются для контроля вибрации двигателя; уравновесить коленчатый вал; Обеспечьте правильное направление вращения и при необходимости проверните двигатель. Многоцилиндровые двигатели имеют равномерный выходной крутящий момент, поэтому для них требуются легкие маховики меньшего размера; которые складываются в ускорение двигателя.

Принцип работы

Крутящий момент четырехтактного двигателя для разного положения кривошипа положителен только для рабочего хода. Как мы обсуждали ранее; Двигатель I.C. вырабатывает мощность только во время рабочего такта.На диаграмме крутящего момента мы можем видеть это; во время всасывания возникает отрицательный вращающий момент из-за давления в баллоне менее 1 атмосферы.

Аналогичным образом энергия отбирается от коленчатого вала и маховика для работы с газами; что приводит к гораздо более высокому отрицательному поворотному моменту. Затем во время рабочего такта мы видим всплеск положительного крутящего момента; из-за увеличивающегося давления дымовых газов. В то время как во время такта выпуска дымовые газы выпускаются за счет воздействия на газ; приводящий к отрицательному поворотному моменту.

Из приведенного графика крутящего момента; можно ясно видеть, что создаваемый крутящий момент / крутящий момент намного больше, чем средний крутящий момент. Таким образом, во время рабочего хода создается дополнительный крутящий момент; которые необходимо сохранить, а затем высвободить с помощью маховиков. Энергия, запасаемая маховиком с очень тонким ободом и массой «m», может быть выражена как: —

E = 1/2 X I ω ²

Где «E» — средняя кинетическая энергия маховика. «I» — это его момент инерции, а «ω» — его угловая скорость.Теперь, поскольку во время такта всасывания, сжатия и выпуска; энергия снимается с маховика; и добавляется во время рабочего такта. Чистый крутящий момент двигателя для каждой ступени в 4-тактном двигателе. (См. Дополнительный крутящий момент, создаваемый во время рабочего хода коричневого цвета).

Таким образом, кинетическая энергия маховика для колеблющейся угловой скорости будет: —

E = Максимальная кинетическая энергия — Минимальная кинетическая энергия = Работа, выполняемая крутящим моментом на маховике (Подтверждение на Brilliant.com) *

Или,

E = 1/2 x I x (ω ₁ + ω ₂ ) (ω ₁ — ω ₂ )

Сейчас поскольку (ω ₁ + ω ₂ ) / 2 = ω

Следовательно,

Теперь, поскольку, ω = 2πN / 60

Следовательно,

Где K — радиус вращения маховика.

Теперь энергия, запасенная в маховике, может быть выражена как: —

Где; Cs — это коэффициент вязкости маховика, т.е. (N1-N2) / N

Как мы можем использовать маховики для определения направления движения?

Маховик может быть немного удобен для определения направления вращения двигателя. Вы можете просто сказать, в какую сторону вращается двигатель; взглянув на маховики двигателя. Причина в том, что у маховика нет собственного направления вращения; а лучше следуйте направлению двигателя, на котором он установлен.Если смотреть со стороны маховика; если он вращается по часовой стрелке, то двигатель правого типа. Точно так же, если маховик в двигателе вращается против часовой стрелки, это левый тип.

В многоцилиндровых тяжелых двигателях, используемых в промышленности и на кораблях; эти маховики также можно использовать для определения положения поршня в цилиндре. По маркировке цилиндра на маховике вы можете узнать, в каком цилиндре находится поршень с T.D.C. Затем это можно использовать для определения порядка включения двигателя. Если двигатель остановлен на длительное время и его необходимо продуть; эти маховики очень кстати.Для продувки двигателя необходимо вращать маховик вручную или с помощью двигателя с открытым индикаторным краном.

Хотя двигатель может вращаться как по часовой стрелке, так и против нее; но обычно большинство двигателей вращается против часовой стрелки. Но это не установленное правило, это просто вопрос выбора дизайнера, который предпочитает одно другому. Таким образом, вы всегда должны знать правильное направление вращения двигателя; либо через руководство к двигателю, либо визуально осмотрев его маховик.

Общие сомнения в отношении маховиков и их ответы

Ответ: Возможно, вы читали во многих руководствах или в Интернете, что этот маховик изготовлен из чугуна или серого чугуна. Могут возникнуть сомнения, все ли маховики из чугуна или хотя бы большинство из них. На самом деле маховик может быть изготовлен из другого материала; в зависимости от приложения. Очень маленькие маховики в игрушках делают в основном из свинца.Средние или маленькие маховики могут быть из чугуна, алюминия или стали. Но большие маховики изготавливаются из чугуна или высокопрочной стали в зависимости от требований конструкции.

Ответ: Не все маховики имеют зубья, но большинство маховиков на автомобилях, мотоциклах, тяжелых генераторах и кораблях имеют зубья; но почему? Поскольку вы знаете, что маховики помогают поддерживать постоянную выходную мощность; но как мы получим этот результат, если не запустим двигатель.Если у вас был или есть мотоцикл, вы должны знать, как нам нужно пнуть или самостоятельно запустить двигатель. На самом деле он вращает маховик через маленькую шестерню, прикрепленную к зубьям маховика. В большом дизельном двигателе, например на корабле, где используется сжатый воздух, проверните или запустите двигатель; эти зубья маховика используются для топливного насоса высокого давления и сервомасляного насоса.

Ответ: Как маховик, так и регулятор используются для регулирования частоты вращения двигателя; но по-другому.С одной стороны, маховик регулирует скорость двигателя на разных тактах; чтобы средняя скорость оставалась постоянной. Но регулятор используется для регулирования средней скорости двигателя при переменной нагрузке. Это достигается за счет регулировки впрыска топлива для удовлетворения повышенного спроса на мощность. при резком увеличении нагрузки; двигатель начинает тормозить. Теперь, чтобы поддерживать постоянную частоту вращения двигателя; регулятор увеличивает количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр, чтобы создать больший крутящий момент и, таким образом, увеличить его скорость. Так что, хотя и маховик, и губернатор, кажется, выполняют одинаковую работу, но на самом деле они разные.

Также читайте:

Не можете найти то, что ищете?

Почему бы не запросить собственную тему!

Примечание: * (Внешняя ссылка на brilliant.com предназначена только для того, чтобы помочь вам понять концепции; и мы не несем ответственности за контент на этом сайте. Пожалуйста, прочтите наш Заявление об отказе от ответственности и политику конфиденциальности для получения подробной информации).

Маховик: определение, функции, принцип работы, проблемы

Маховик — один из важнейших компонентов автомобильного двигателя.Это механическое устройство, специально разработанное для хранения энергии вращения (кинетической энергии). Он пропорционален квадрату его скорости вращения и массы.

Что такое маховик?

Маховик, как увесистое колесо, требует достаточного усилия для вращения вокруг своей оси. Он сопротивляется изменениям скорости вращения за счет своего момента инерции. Изменяя запасенную энергию на маховике, необходимо увеличивать или уменьшать его скорость вращения. То есть он продолжает вращаться, пока не будет приложена большая сила.

Большое количество кинетической энергии сохраняется при вращении маховика. Эта энергия позже используется для питания транспортного средства при запуске двигателя или превышении скорости.

Сегодня мы рассмотрим определение, конструкцию, функции, принцип работы и симптомы неисправного автомобильного маховика.

Из-за требований к прочности маховика, как правило, он изготавливается из стали, которая вращается на обычных подшипниках.Маховики с высокой плотностью энергии изготовлены из композитных материалов из углеродного волокна и оснащены магнитными подшипниками. Такой маховик вращается со скоростью до 60 000 об / мин (1 кГц).

Маховики можно найти практически во всех типах автомобилей, поскольку они служат для самых разных целей, и мы обсудим их здесь. Ниже приведены функции маховика в автомобильном двигателе:

Балансировка двигателя: , потому что поршни смещены от центра коленчатого вала, и возникают колебания.Это также связано с тем, что каждый поршень стреляет под разным углом.

Функция маховика в этой ситуации заключается в подавлении поперечного движения. Это достигается за счет большого веса маховика. Маховики уменьшают вибрацию двигателя в целом, так как двигатель стабилизируется и балансируется на опорах.

Запуск двигателя: маховик играет еще одну роль при запуске двигателя. Зубья шестерни на маховике прикреплены к стартеру. Этот стартер управляется автомобильным ключом, поэтому при запуске автомобиля стартер поворачивает маховик.

Как только двигатель начинает вращаться, эффект сгорания продолжает вращать двигатель. Шестерня Bendix в запущенном двигателе снимается, чтобы маховик мог свободно вращаться.

Снижение напряжения трансмиссии: — еще одна функция маховика, достигаемая за счет стабилизации движения двигателя. Он также сглаживает частоту вращения двигателя и снижает износ компонентов трансмиссии.

Маховик также ограничивает износ между валом трансмиссии и приводным валом.Эти два соединены универсальным шарниром.

Уменьшение частоты вращения коленчатого вала двигателя: Коленчатый вал преобразует движение поршня во вращательное движение, которое является резким при генерации мощности. частота вращения коленчатого вала постоянна, и двигатель работает плавно. Это связано с тем, что масса маховика создает инерцию, которая заставляет коленчатый вал двигателя вращаться между каждым срабатыванием поршня.

Манипуляции с весом: вес маховика определяет производительность двигателя.Вес рассчитан на основе характеристик автомобилей.

Более тяжелые маховики позволяют двигателю работать при нагрузках, которые могут вызвать его увязку. Большой грузовик или прицеп хорош с более тяжелыми маховиками, в то время как спортивные автомобили и некоторые коммерческие автомобили хорошо используют более легкие маховики.

Читайте: Компоненты автомобильного двигателя

Принцип работы маховика довольно прост и интересен, поскольку он накапливает энергию для использования транспортного средства.Так же, как механический аккумулятор хранит энергию в химической форме, маховики экономят энергию в виде кинетической энергии.

Больше энергии производится, если маховик вращается с большей скоростью. это более высокий момент инерции означает более крупный. Лучше крутить быстрее, чем наращивать массу. Это связано с тем, что более легкие маховики производят вдвое больше энергии, чем маховики, которые весят больше или вдвое. То есть чем легче маховик, тем больше энергии сохраняется.

Рекомендуется использовать более легкие, высокоскоростные колеса, чем колеса с большим весом.Но для более тяжелого транспортного средства, такого как прицепы, грузовики, фургоны и т. Д., Подойдет более тяжелый. Это потому, что они несут дополнительную нагрузку и не важны для работы на более высоких скоростях.

Итак, знание того, как работает маховик, показывает, что чем выше скорость, тем выше запасенная энергия. Однако, если скорость продолжит увеличиваться, материал колеса может не выдержать силы. Это может привести к разрыву отношений.

Видео ниже объясняет, как работает маховик:

Ниже приведены симптомы, возникающие при неисправности маховика:

Пробуксовка сцепления: проблема с маховиком возникает при переключении передач во время движения.Шестерня может проскальзывать. Это происходит, когда на колеса не передается мощность, что приводит к износу сцепления.

Проскальзывающая муфта со временем изнашивает и маховик. Прижимной диск может внезапно возникать шлифовальный шум, а другие части маховика в узле сцепления могут перегреться. Это приведет к короблению и даже трещине.

Затягивание сцепления: эта дилемма маховика аналогична проблеме пробуксовки сцепления. В этом случае сцепление не выключается полностью.Это вызовет различный уровень шлифования зубчатых колес при смене зубчатого колеса.

Фактически, это может привести к полному отказу автомобиля от включения первой передачи при трогании с места. Эта проблема связана не непосредственно с маховиком, а с подшипником или втулкой маховика или коленчатого вала в сборе.

Горящий запах л: При неправильной работе сцепления появляется запах гари. Это вызвано неисправным маховиком или неопытностью водителя.

Облицовка муфты изготовлена ​​из материалов, снижающих уровень шума, производимого муфтой во время работы.

Эта облицовка при неправильной эксплуатации выделяет много тепла из-за трения. Таким образом, возникает довольно ощутимый едкий запах.

Прочтите: Работа и эффективность карданного вала

Педаль сцепления вибрирует : вы заметили вибрацию, исходящую от педали сцепления или пола автомобиля при неисправности маховика. Это происходит из-за того, что пружинные опоры маховика вышли из строя.

Это сделано для того, чтобы вы знали, что пружинный механизм обычно снижает вибрации, создаваемые используемым сцеплением.

Дребезжание сцепления: Эта проблема возникает при затрудненном включении сцепления. Он проскакивает вместе с маховиком, когда сцепление захватывает и отпускает маховик несколько раз. При отпускании ощущается заикание или вибрация.

Дребезжание сцепления часто случается на любой передаче, обычно при трогании с места. Иногда причиной может быть деформированный маховик.

Эту проблему сложно диагностировать, поскольку неисправен диск сцепления, нажимной диск или выжимной подшипник.Эти детали могут быть изношены, сломаны, деформированы или даже загрязнены маслом. Он проявляет те же симптомы, что и стук сцепления.

На этом статья «Принцип работы маховика». Я надеюсь, что знания получены, если да, любезно прокомментируйте и поделитесь этой статьей с другими студентами технических специальностей. Спасибо!

Накопитель энергии с маховиком — TheGreenAge

Маховики как механические батареи

Маховик накопителя энергии (FES) — это относительно новая концепция, которая используется для преодоления ограничений прерывистого энергоснабжения, такого как солнечные фотоэлектрические установки или ветряные турбины, которые не производят электроэнергию круглосуточно и без выходных.

Система накопления энергии с маховиком может быть описана как механическая батарея, поскольку она не создает электричество, а просто преобразует и сохраняет энергию в виде кинетической энергии до тех пор, пока она не понадобится. За секунды вращающийся маховик может вырабатывать электричество, что делает его идеальным решением для регулирования подачи в электросети.

Он основан на действительно старой концепции и очень похож на старомодный гончарный круг, где гончар двигает ногами, чтобы заставить колесо вращаться.Когда гончар работает, он забирает энергию из системы, чтобы колесо продолжало вращаться; ему нужно продолжать двигать ногами.

Так как именно это работает?

Маховик — это тяжелый вращающийся диск, установленный на валу, который ускоряется при подаче на него электрической энергии. Когда требуется энергия, маховик замедляется, и кинетическая энергия преобразуется обратно в электрическую, где она может быть передана туда, где она требуется.

Энергия маховика зависит от скорости его вращения, умноженной на момент инерции.

Момент инерции указывает, что эффективная масса вращающегося объекта не зависит от того, сколько фактической массы содержит вращающийся объект. Вместо этого это зависит от того, где находится масса по отношению к центральной точке, вокруг которой она вращается.

Например, при вращении с одинаковой скоростью сплошной маховик будет накапливать меньше энергии, чем маховик той же массы, имеющий спицы и имеющий свой вес, расположенный вокруг обода колеса.

Большой момент инерции — это хорошо, но скорость вращения лучше!

Скорость вращения маховика больше влияет на запасенную в нем энергию по сравнению с моментом инерции.Если у вас есть маховик с ободом весом 1 кг и вы замените его маховиком с ободом 2 кг, он может накапливать вдвое больше энергии. Если вы возьмете оригинальный маховик и удвоите скорость, с которой он вращается, вы в четыре раза увеличите потенциальную энергию, которую он может хранить.

Новинка маховика

Исторически маховики представляли собой огромные стальные конструкции, большая часть веса которых приходилась на обод колеса. Однако за последние 30 лет научные инновации привели к тому, что маховики могут хранить больше энергии при меньшем весе и объеме, увеличивая их потенциал для хранения энергии.Более новые маховики изготовлены из очень прочных композитных материалов и работают на основе почти не подверженных трению магнитных подшипников, размещенных в вакуумном корпусе. Это позволяет маховикам вращаться с невероятной скоростью, помогая максимизировать энергию, которую они могут хранить. Фактически, ученым НАСА удалось заставить маховики вращаться со скоростью более 60 000 оборотов в минуту, что почти в 2,5 раза превышает скорость звука. Количество кинетической энергии, которое может храниться на этой скорости, делает их идеальными для замены химических батарей в будущем.

Существует также потенциал использования магнитной левитации как способа продления срока службы маховиковых систем накопления энергии. Поскольку в системе, находящейся на магнитной левитации, нет трения, она не будет изнашиваться, поэтому считается, что эти системы могут прослужить пятнадцать или более лет, в отличие от химической батареи, которая может прослужить только пять лет.

Маховик накопителя энергии в действии

В июне 2011 года Beacon Power Corporation завершила строительство первого маховикового накопителя энергии в Стефентауне, штат Нью-Йорк, стоимостью 60 миллионов долларов.На заводе используется 200 маховиков, вращающихся с максимальной скоростью 16000 об / мин, для хранения избыточной энергии и помощи в регулировании подачи в местную сеть.

7 ^{-го числа} марта 2012 года Rockland Capital приобрела активы Beacon Power Corporation и предоставила финансирование для строительства второй установки регулирования маховика мощностью 20 МВт в Пенсильвании.