Композитный маховик

 

Изобретение может быть использовано для создания кинетического момента или накопления кинетической энергии. Маховик состоит из обода, втулки, расположенного между ними набора секторов и соединенных между собой всех элементов маховика высокопрочной нитью, пропитанной связующим. Каждый сектор выполнен в виде тонкостенного сплошного замкнутого контура, полученного непрерывной рядной намоткой из высокопрочной нити. При этом боковые стороны соседних секторов образуют радиально расположенные спицы. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в инерционных аккумуляторах, приводах машин, содержащих маховик, энергоаккумулирующих системах и системах ориентации и стабилизации аппаратов.

Известны композитные маховики, предназначенные для создания накопителей кинетической энергии, имеющие обод, втулку и соединительный элемент [1,2].

Наиболее близкими по технической сущности к изобретению является маховик с намотанными из волокон вращающимся кольцом, металлической втулкой и соединительным элементом в виде набора секторов [3]. Сектора закреплены на внутренней поверхности обода и между собой путем склеивания. Втулка имеет торцовые стенки со сквозными отверстиями, в которые вставляются закрепляющие болты, прилегающие к внутренней стороне притупленной вершины секторов.

Недостатком известного маховика является то, что прочности клеевого слоя, которым связаны между собой все элементы конструкции, не достаточно. Соединение секторов с центральной втулкой продольными болтами вызывает в зоне контакта большие напряжения в материале сектора.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик маховика.

Это достигается тем, что в маховике, содержащем намотанное из волокон кольцо, металлическую втулку и соединительный элемент в виде набора секторов, последние соединены друг с другом, с ободом и с втулкой замоткой нитью, пропитанной связующим.

В ободковых маховиках, используемых для накопления большой кинетической энергии, возникают инерционные нагрузки (крутящие моменты), вызванные угловым ускорением при разгоне и торможении. При разгоне крутящий момент передается спицами ободу, а при торможении от обода спицам. В обоих случаях крутящий момент действует на соединение между ободом и секторами.

При значительных и многократно действующих крутящих моментах (режим накопления и отдачи энергии) возможно разрушение клеевого слоя. Во избежание этого в предлагаемой конструкции вводится замотка высокопрочной нитью, пропитанной связующим. Замена продольных болтов в соединении секторов с центральной втулкой на замотку нитью увеличивает зону контакта и снижает величину напряжений в соединении и также обеспечивает повышение прочности крепления.

На чертеже изображен композитный маховик, общий вид, и показана замотка нитью секторов в зоне контакта их боковых сторон 1, секторов с ободом 2 и секторов со втулкой 3.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Для экспериментальной отработки предложенной конструкции маховика были изготовлены и прошли испытания несколько макетных образцов.

Маховик с наружным диаметром обода 240 мм, металлической втулкой со сквозными пазами и соединительным элементом из шести секторов, все элементы которого были соединены между собой замоткой нитью СВМ, пропитанной связующим, подвергали кратковременному разгону до 20000 об/мин на разгонной установке. Разрушений элементов маховика и замотки не произошло.

Маховик с диаметром обода 200 мм был изготовлен для электродвигателя-маховика. Назначение электродвигателя - создание кинетического момента Н = 1 НМ с², номинальная скорость вращения маховика 20000 об/мин.

Этот маховик был испытан в вакуумной камере на скорости вращения 24000 об/мин в течение 20 ч с последующей наработкой при номинальной скорости в течение 50 ч.

Перед испытаниями маховик в составе ротора электродвигателя был отбалансирован до дисбаланса 1 Гсм. В процессе испытаний контролировалась стабильность балансировки по стабильности спектра виброускорений, снимаемых с нескольких датчиков, установленных в конструкции электродвигателя. Необратимых изменений в конструкции маховика не обнаружено, что указывает на его достаточную прочность.

Формула изобретения

КОМПОЗИТНЫЙ МАХОВИК, содержащий обод, охватывающий втулку, и размещенный между ними соединительный элемент в виде набора секторов, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик, секторы соединительного элемента соединены друг с другом, с ободом и втулкой нитью, обвивающей примыкающие одна к другой части упомянутых элементов.

РИСУНКИ

Рисунок 1