Обод маховика
Изобретение относится к машиностроению и может использоваться для аккумулирования и повторной отдачи энергии. Цель изобретения - повышение надежности обода маховика. Обод 1 выполнен намоткой из арматуры 2, скрепленной матрицей 3, с различным отношением плотности обода к модулю упругости, при этом обьемное содержание арматуры непрерывно меняется по толщине обода 1. Тем самым обеспечивается совместность перемещений слоев при работе. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК ((9) (s>)s F 16 F 15/30
Г С
Б Д (Г С
УДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ОМСТВО СССР
ПАТЕНТ СССР) т//ф у (21) 47 (22 1 (46 07 (71) П (72) А бо в (56) А № f1
15/ (54) нию, исп энер из л стал
НОГО чем напр
ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
07359/28
9.06.89 .02,93, Бюл. N 5 ермский политехнический институт .М.Болотов, Г.Л.Колмогоров и В.В.Ловторское свидетельство СССР
447, кл, F 16 F 15/30, 1986.
Патент США ¹ 44228855225511, кл. F 16 Р
О, 1984.
БОД МАХОВИКА зобретение относится к машиностроеэнергетике, транспорту и может быть льзовано для накопления и выдачи ии. звестен обод супермаховика, навитый нты постоянного сечения (например, ная), чередующаяся с лентой переменсечения (например. свинцовая), приолщина последней увеличивается по влению к центру, едостатком известного устройства явнизкая надежность из-за необходиприменения склейки или натяга для ции витков друг с другом, а также изавномерности намотки ленты перего сечения, когда намотка ведется еменно двумя типами лент, что может ти к несимметричной концентрации тносительно диаметральной плоскоермаховика и вызвать дисбаланс при щении, иболее близким по технической сущпредлагаемому является обод махоляетс мост фикс за не менн попе приве масс сти су
его вр
Н ности (57) Изобретение относится к машиностроению и может использоваться для аккумулирования и повторной отдачи энергии, Цель изобретения — повышение надежности обода маховика, Обод I выполнен намоткой из арматуры 2, скрепленной матрицей 3, с различным отношением плотности обода к модулю упругости, при этом объемное содержание арматуры непрерывно меняется по толщине обода 1. Тем самым обеспечивается совместность перемещений слоев при работе. 1 ил. вика, содержащий сплошное кольцо из композиционного материала (волокна, полимерного связующего, мелкодисперсного балласта), у которого плотность снижается в радиальном направлении от внутреннего радиуса к наружному эа счет включения в а связующий полимерный материал мелкодисперсного балласта, т.е, добавок материала с высокой плотностью (свинец или 6д железо в виде порошка), Доля волокна в материале обода возрастает от внутреннего радиуса к наружному, таким образом обеспечивая увеличение окружного модуля упругости композиционного материала.
Следовательно, в известном устройстве плотность композита уменьшается из-за пе- д ! ременного содержания мелкодисперсного балласта, а окружной модуль увеличивается путем изменения доли волокна к периферии. Недостатком известного обода валяется низкая надежность из-за необходимости применения трех видов материала (аолокна, связующего, балласта). а также из-за ослаб1793127 ления прочности обода вследствие наличия мелкодисперсного балласта (концентратора напряжений), Балласт ведет к созданию в ободе дополнительных напряжений, снижающих допускаемую скорость вращения, Цель изобретения — повышение надежности обода маховика за счет обеспечения совместности радиальных перемещений слоев обода при работе маховика, Указанная цель достигается тем, что в ободе маховика из металлической арматуры (проволоки или ленты) в виде слоев непрерывной окружности намотки, скрепленных металлической матрицей, у которой отношение плотностй к модула упругости отлично от арматуры, объемное содержание арматуры непрерывно изменяется по радиусу обода так, чтобы отношение плотности; получаемого композиционного материала к его окружному модулю упругости уменьша-, лось пропорционально увеличению куба ра-, диуса. Различная податливость (отношение плотности к модулю упругости) материалов, арматуры и матрицы, а также непрерывное изменение объемного содержания арматуры позволяет получить обод, у которого податливость получаемого композиционного материала уменьшается к периферии обода пропорционально кубу радиуса.
Обод маховика. можно представить состоящим из набора тонких колец (слоев), скрепленных между собой. Радиальное перемещение U тонкого кольца определяется по формуле негро> г /Е, где р- плотность кольца;
Š— модуль упругости кольца; в- угловая скорость вращения;
r — радиус кольца. (См, Справочник машиностроителя. Т.З
/ Под ред. С,В,Серенсена. — M,: 1963, с.224). Окружной модуль упругости композиционного материала Ек равен
Ек=Е Чг+(1-Vi)Em, /2/ где Š— модуль упругостй арматуры ;
Em — мЬдуль упругости матрицы;
Чг — объемйое содержание арматуры " (Композиционные материалы: Справочник / Под ред, Д,М.Карпиноса. — Киев: Наукова думка", 1985, с.47)
Аналогично плотность композициойнбго материала р к равна р к= p fVf+ p Гп(1 -Vf), /3/ где p f и р п — плотность арматуры и матрицы соответственно.
Тогда радиальное перемещение любого кольца равно
Чг=pK,(с> r lЕк, l4/ где р к и Ек зависят от объемного содержания арматуры кольца и изменяются по радиусу обода.
Вводя обозначения
10 а Em — /5/рг Ef
Vf r + 1 — Ч rg
А(г)—
"! Vf r+ —,г имеем
U(r)= - йРг . /6/
Переменная податливость обода
A(r) pf/Ef позволяет повысить- надежность в работе обода маховика за счет обеспечения сбвместности радиальных перемещений слоев обода.
Если податливость материала арматуры и матрицы равны т.е. K>=Kg, то в этом случае величина A(r) постоянна и равна единице.
Тогда податливость композиционного материала не зависит от объемного содержания арматуры, постоянная по толщине обода и равна р /Ef=p m/Em, Следовательно, применять материалы с одинаковой податливостью арматуры и матрицы нельзя, так как в этом случае слои (по формуле /4/) стремятся иметь разные перемещения, возникают значительные растягивающие радиальные напряжения, что приводит к расслоению
40 обода
Сравнительный анализ с прототипом показывает, что заявленный обод маховика отличается тем, что отсутствует мелкодисперсный балласт и объемное содержание
45 арматуры непрерывно изменяется по радиусу обода (одновременное изменение плотности и окружности модуля упругости композиционного материала) так, чтобы отношение плотности получаемого композиционного материала к его окружному модулю упругости уменьшалось пропорционально увеличению куба радиуса, при этом отнбШение плотности к модулю упругости для материала арматуры отлично от этого отношения для матрицы. В этом заключается новизна. Использование указанных признаков приводит к появлению нового свойства — обеспечению .совместности радиальных перемещений слоев обода и, сле1793127 дов т хов к рит л
"су е ельно. к повышению надежности маа. аким образом, можно сделать предваьный вывод о соответствии критерию ственные отличия". а чертеже представлен обод махови— 7800 = 3 714 10
Eg 2 1 10"" едлагаемый обод маховика 1 содерталлическую арматуру 2, скреплени,=-Я .=u,=r,. еталлической матрицей 3, обьемное 10 ание арматуры непрерывно изменярадиусу обода 1, При этом материаатуры и матрицы имеют различную
ЧгРн+1— и вость. од маховика работает следующим 15 м. г Чгr,+1 — Ч r и вращении под действием центро- . / (т) "(" / (")) г сил слои обода 1 стремятся к расию, поскольку радиальные
Проводя преобразования и используя щения слоев пропорциональны к б 2 гз
У У (V р в r /E»). Однако различное ое содержание арматуры 2 в матриеспечивает изменение податливости
Чц rT)—
)з 1 итар /Е» пропорционально кубу раА н г (1 — кг) — (1 — к1) то обеспечиваетсовместностьради- 25 Верхним предельным зн бщ нии слоев обода и емного содержания арматуры является!г=1, ие радиальных напряжении практи- ни к м — О, Н о нуля.. ижним г=, апример, использование матрицы с большей податливостью, чем у разгона и торможения обо а маход ахо- арматуры, соответствует следующему слуожно использовать известные уст- 30 чаю, На наружно а наружном радиусе !г=1 — арматура маховичной техники, например, (проволочный бандаж), На вн т енней иощи податливой и гой и ос у ругой прослоики верхности 1г=Π— однородный материал с
СР М 582429), канатной по вески. одвески податливостью, равной податливости мат.В. Инерция. M. Наука, t982, с,110, ипи с использованием линейного 35 Последний вит к оследний виток арматуры может заля-генератора и магнитных опор крепляться, наприме мер, с помощью сварки
t или пайки. Другими изве тными способами ер1,0бодсна жным а и
О РУ Р д Усом закрепления последнего витка могут быть, нутренним радиусом rg=0,5 м намо- закрепление под внутреннюю поверхность тальной проволоки. В качестве мат- 40. предыдущего витка. Отметим, что проблемы именен свинец, Обьемноеизменение закрепления последнего витка не возникает
ro содержания армату ы V ) по ар туры „) по ра- в случае, когда объемное содержание армаеспечивающейнерасслоение обода туры на наружной поверхности равно нулю. Š— 2 1.10 матуры: Ег=2,1.10 Па р, f =7800 45 Использование предлагаемого изоб еаза п= 30 тения повышать надежность обода маховиго изо река из-за отсутствия расслоения обода при еряем условие неравенства подат- вращении, позволяетизготовлять ободы маатрицы и армат ы
Р УР ховикав с большей плотностью энергии за
50 счет повышения допускаемой скорости вращения обода.
Используя соотношение /6/, имеем з р V r+ к (Vg(R)+(1 — Чг(В))<г — 7 063. 0 ,01о
Фо
Обо ной нам станием обода, о повышен мула изобретения маховика, образованный окружкой арматуры и матрицы с возраоличества последней к периферии л и ч а ю шийся тем, что, с целью я надежности, соотношение кока, Р жит ме ную м соде ж ется по лыа м пода л б обра о
Р бежн tx слое пере е ради са объе н цеЗо комп з диуса ч альн х сниже чески
Д я вика ройст а при по (А,с. С (Гулиа рис. 2 ) двигат (Там ж
При
Йн=1 и тан из рицы и обьемн диусу„о при вр ность а кг/м; кг,/мз.
Про ливости
Для любого текущего радиуса rT должно выполняться условие личества, арматуры и матрицы выбрано из
55 условия уменьшения отношения плотности обода к его окружному модулю упругости пропорционально увеличению куба радиуса обода маховика, 1793127
Составитель В,Малахов
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор H. Бучок
Редактор И.Кулакова
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 489 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
