Маховик

 

Использование: в машиностроении для инерционного аккумулирования энергии. Сущность изобретения: маховик содержит корпус, установленнyю. в нем ступицу, выполненную из двух сопрягаемых в диаметральной плоскости полумуфт, ленту, навитую на полумуфты, один конец которой закреплен на одной полумуфте, а другой конец ленты - на другой полумуфте, фиксатор одностороннего действия, расположенный на полумуфтах. Ширина лент выбрана меньше или равной ширине полумуфт. Кроме того, поверхность ленты может быть покрыта антифрикционным материалом, а фиксатор одностороннего действия выполнен в виде храпового механизма. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к приводам машин, включающим инерционные аккумуляторы энергии, и может быть использовано в транспортных и энергетических системах.

Известны маховики (1), содержащие легкий центр и навитую на них тонкую ленту, имеющие преимущество над сплошными в том, что они не взрываются в аварийных ситуациях, а самотормозятся и рассыпаются в песок, броней для них служит тонкостенный кожух.

Недостатком этих маховиков служит малая плотность запасаемой энергии.

Известен маховик (2), витки которого, в том числе и верхний, приклеены друг к другу.

Недостаток маховика состоит в том, что плотность запасаемой в нем энергии определяется характеристиками клея и относительно невелика.

Известен маховик (3), витки которого приклеены друг к другу, а последний, смазанный клеем, подсовывается под другие витки ленты.

При этом плотность запасаемой в маховике энергии сравнительно выше, но не обеспечивается ее величина, определяемая прочностными характеристиками материала ленты.

Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому результату является техническое решение (4) (прототип).

Это маховик, содержащий ступицу, состоящую из сопрягаемых в диаметральной плоскости двух секций (полумуфт) и навитый на нее обод из непрерывного высокопрочного материала, концы которого закреплены на соответствующих секциях ступицы, а обод навит из ленты, поперечные сечения которой на участке перехода с одной секции на другую выполнены переменными по длине.

Плотность запасаемой в этом маховике энергии значительно выше и определяется прочностными характеристиками материала верхнего витка ленты.

К недостаткам этого маховика относятся: 1) невысокая степень использования прочностных свойств материала ленты, из которой навит маховик (максимальные напряжения воспринимаются наиболее ослабленным изменением поперечного сечения верхним витком ее); 2) недостаточно высокая угловая скорость вращения, при которой появляются зазоры между верхними витками, обода, как результат вытяжки длинной непрерывной ленты, что ведет к опасности разрыва верхнего витка и потере устойчивости обода маховика; 3) невозможность устранения зазоров между витками ленты на ходу (при работе маховика); 4) сложность изготовления маховика и выполнения предварительно напряженного состояния ленты для увеличения плотности запасаемой энергии.

Цель изобретения состоит в повышении плотности аккумулируемой во вращающемся маховике энергии.

Поставленная цель достигается обеспечением возможности относительного одностороннего вращения путем снабжения полумуфт фиксаторами одностороннего действия. Плотность энергии, запасаемая в маховике определяется в этом случае прочностными характеристиками значительно большего числа верхних витков ленты, а зазоры между витками ленты при увеличении угловой скорости вращения устраняются автоматически путем проворота ведущей полумуфты ступицы относительно ведомой и максимальные напряжения постепенно перераспределяются на все большее число внешних витков.

Такое исполнение позволяет обеспечить дальнейшее повышение плотности аккумулируемой в маховике энергии путем выполнения поверхностей ленты из антифрикционного материала (например, фторопласта) или с помощью соответствующей смазки. Трение между витками ленты в этом случае значительно уменьшается и растягивающие напряжения в различных витках перераспределяются и выравниваются. В идеале при нулевом трении напряжения растяжения во всех частях ленты равны одной и той же величине, соответствующей допускаемому напряжению.

При этом плотность запасаемой в маховике энергии будет максимальной.

На фиг.1 дан маховик, общий вид, где 1 кожух, в котором закреплен маховик, 2 и 3 полумуфты, установленные на ведомом 4 и ведущем 5 валах, 6 - непрерывная лента и 7 фиксатор одностороннего действия. Буквами М1 и М2 обозначены соответственно подводимый к маховику при раскрутке от машины - двигателя и снимаемый с него рабочей машиной моменты. Профильные зубья фиксатора 7 обеспечивают одностороннее относительное вращение полумуфт 2 и 3. На фиг.2 сечение А-А, поперечный разрез маховика, на фиг.3 сечение Б-Б, схема закрепления концов ленты на полумуфтах, на фиг.4 схема намотки маховика при его изготовлении. Полумуфты 2 и 3 вращаются в разные стороны до полной намотки на них всей ленты 6.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию "Новизна". Сопоставительный анализ не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники не позволили выявить в них признаки, сходные с отличительными признаками предлагаемого маховика, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень". Типовое исполнение конструктивных элементов, простота изготовления деталей и сборки маховика и его функциональное назначение говорят о промышленной применимости предлагаемого технического решения.

Работа маховика состоит в кратковременной раскрутке его от машины - двигателя и длительной передаче крутящего момента рабочей машине. Длительность цикла работы зависит от плотности запасаемой в маховике энергии.

При вращении маховика концы ленты 6 закрепленные на поверхности полумуфт 2 и 3, практически не влияют на прочность почти всех витков ленты, намотанной на ступицу.

При раскрутке маховика зазоры, появляющиеся из-за вытяжки ленты, автоматически выбираются под действием крутящего момента, передаваемого рабочей машине от машины двигателя. Максимальные напряжения растяжения, появляющиеся в верхних витках ленты под действием центробежных сил, постепенно перераспределяются (особенно интенсивно при снижении межвиткового трения) на другие витки ленты.

При замедлении вращения напряжения в маховике плавно убывают до определенной величины; в ленте растягивающие, а в ступице сжимающих напряжений. Маховик останавливается в предварительно напряженном состоянии, готовый к запасу следующего импульса энергии большой плотности.

Применение изобретения снизит материало- и трудоемкость маховика, улучшит технику безопасности при изготовлении и эксплуатации его, повысит культуру производства.

Упрощается при этом способ изготовления маховика: расправленную ленту закрепляют на полумуфтах и вращают последние в противоположные стороны до создания определенного натяга в ленте. При необходимости подтяжку ленты проводят на ходу, притормаживая ведомую полумуфту.

Роль ленты могут выполнять трос, канат и другие гибкие нити.

Формула изобретения

1. Маховик, содержащий ступицу, выполненную из двух сопрягаемых в диаметральной плоскости полумуфт, ленту, навитую на полумуфты, один конец которой закреплен на одной полумуфте, а другой конец ленты на другой полумуфте, отличающийся тем, что он снабжен фиксатором одностороннего действия, расположенным на полумуфтах, а ширина ленты выбрана меньше или равной ширине полумуфты.

2. Маховик по п. 1, отличающийся тем, что поверхность ленты покрыта антифрикционным материалом.

3. Маховик по пп.1 и 2, отличающийся тем, что фиксатор одностороннего действия выполнен в виде храпового механизма.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4