Число спиц п

4

6

8

FlOO

0,643

0,957

1,274

F2(a)

0,00608

0. шах — 2) (552)

Принято считать, что изгибающий момент М воспринимается третью общего числа всех спиц. Тогда дополнительное напряжение в сечении спицы у втулки может быть вычислено по уравнению

< = кг1см2’ (55з>

lcn‘ WСП

где ien — число спиц маховика;

Wcn — момент сопротивления сечения спицы в см

Величина напряжения изгиба не должна превосходить 300 кг[см[48].

Суммарное напряжение в сечении спицы у втулки определяется по формуле

trt tn і т t о

а = а кг]см£.

Приводим поверочный расчет на прочность маховика машины локо­мобиля марки П-25, представленного на фиг. 197. Размеры сечения обода даны на фиг. 198. Основные размеры маховика следующие:

1) наружный диаметр обода маховика DM = 800 мм;

2) ширина обода маховика b = 180 мм;

3) число спиц (эллиптического сечения) icn = 4;

4) удельный вес материала маховика (серый чугун) у= 0,00725 кг/см3;

5) вес маховика GM = 280 кг;

6) максимальная величина тангенциальной силы Гтах = 1309 кг;

7) наибольшее число оборотов вала машины при холостом ходе (см. § 22 настоящего раздела) яшах = 316 об/мин.

Остальные размеры маховика и его обода приведены на фиг. 197 и 198.

Произведем предварительные подсчеты для определения необходимых для расчета величин:

1) используя чертеж фиг. 198, определим величину площади попе­речного сечения обода как сумму элементарных площадок по выраже­нию

fo6= «Sifi = 156,36 см2;

П) осевой момент инерции средней площади сечения спицы под­считываем по формуле

откуда а = 45° или а = = 0,7854 радиана, sin а = 0,70711 и по дан­

ным табл. 42 F} (а) = 0,643 и F2 (а) = 0,00608;

15) ускорение свободного падения равно

£•=981 см і сек3.

Определив все необходимые для расчета величины, переходим не­посредственно к поверочному расчету на прочность и определяем сле­дующие моменты, силы и напряжения:

1) статически неопределимую силу X по формуле (539):

2 т fnc «2 ______ 1______________ _

К

fo5j^F2(*) + Fi (О 1

156,36 ^ -0,00608 + 0,643 +

4) наибольшее напряжение во внешних растянутых волокнах сече­ния обода О! по формуле (547)

_Моб No6 373 1470

U7″, + fo6 _ 287,7 + 156,36

5) изгибающий момент в сечении обода ОН при ® == а = 45° по формуле (544)

М’ , = Моб — sin2 4

°° Sin а 2

373 _ ІІЮ o707l’U7 = 373 — 1100 = — 727
знак минус указывает, что растягиваться будут внутренние волокна;

6) продольную силу, растягивающую обод в сечении ОН, при <о — а = 45° по формуле (545)

if об * X cos <р 0,00725-156,36 -11682 150 0,7071

2 sin а 981

= 1576 — 75 -= 1501 кг;

7) наибольшее напряжение во внутренних растянутых волокнах сечения ОН при ср = а == 45° по формуле (548)

, Кб, Кб 727 . 1501 „ _ . . с, „ о, 2

3 — — — +— — ТгГо’о» 4“ ТТТГ’оТГ — 3,7 wf» 9,6 — 13,3 KZ см,

w — /об 198,8 15Ь, ЗЬ ’

8) напряжение растяжения в сечении спицы у обода по формуле (549)

11) напряжение изгиба в сечении спицы у втулки от дейст бающего момента максимального окружного усилия, передаваем нем, по формуле (553)

12) суммарное напряжение в сечении спицы у втулки а» = о» + а»’ = 10.1 + 3,8 = 13,9 кгсм

Все полученные напряжения, как показывает поверочный расчет, ничтожно малы, следовательно, маховик локомобиля П-25 обладает громадным запасом прочности.

Почему маховики не прижились в автомобилях? / Хабр

Идея родилась при подготовке к гонкам Формулы-1, однако с переменным успехом выступила лишь на гонке «24 часа Ле-Мана».

В 2010 году во время 10-часовой гонки Petit Le Mans, проводящейся в городе Брэзелтон, шт. Джорджия, США, экспериментальный гоночный автомобиль компании Porsche 911 GT3 R Hybrid находился в первой 20-ке среди 45 автомобилей. В это время репортёры телевизионной сети Speed брали интервью у Марго Т. Оге, которая тогда была директором отдела транспорта и качества воздуха при агентстве по охране окружающей среды США.

Репортёры при каждой возможности обращали внимание зрителей на новый автомобиль Porsche. Гибридные автомобили для дорог общего пользования становились всё более привычными, и Оге постоянно подчёркивала «большую значимость» этого автомобиля, вкупе с энергетической независимостью и низкими углеродными выбросами. Именно таких целей и добивалось агентство.


В 2009 году командам F1 первые разрешили использовать гибридные системы. Команда Williams решила разработать гибрид с маховиком вместо химических аккумуляторов. Но эта система так и не вышла на трассу.

Однако, как и его ближайший гибридный родственник с гонок «Формула-1», эту модель 911 GT3 R не планировалось выпускать на улицы. Этот гибрид использовал маховик. Вместо совместного применения бензинового двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя с аккумуляторами, гоночная машина совместила нижнеклапанный шестицилиндровый ДВС с электромеханической системой хранения энергии на маховике.

Как выглядел маховик Williams Hybrid Power

Инженеры Porsche начали изучать применение гибридных систем в гонках в 2007 году. Примерно в то же время руководство F1 разрешило интеграцию гибридных технологий. С сезона 2009 года F1 позволила командам использовать умеренные гибридные системы рекуперации кинетической энергии (kinetic energy recovery system, KERS).

Williams открыла дочернюю компанию Williams Hybrid Power для разработки и полировки гибрида с маховиком. В 2010 году она организовала партнёрство с Porsche Motorsport для создания 911 GT3 R Hybrid

Большинство команд F1 разрабатывало системы рекуперации на основе аккумуляторов, однако команда Williams создала электромеханический маховик. В итоге из-за технических ограничений гонок команде Williams так и не довелось выставить эту машину на трассу. Интересно, что компания Chrysler также пыталась сделать гибридный автомобиль с ДВС/маховиком для Ле-Мана за 15 лет до этого, но и их разработка не дошла до гонок.

Audi успешно использовала гибридную систему с маховиком для машины R18 e-tron Quattro. Эта машина выигрывала Ле-Ман три раза подряд.

Однако Porsche в итоге купила лицензию на технологию Williams Hybrid Power, и вознамерилась адаптировать её для гонок на выносливость в модели 911 GT3 R Hybrid. Компания Audi также занялась внедрением маховика в свой всепобеждающий дизель-электрический прототип R18 e-tron Quattro. В прототипе использовался доработанный маховик производства британской компании GKN, делающей запчасти для автомобилей и самолётов. Она купила эту технологию у Williams ещё в 2014 году. Полученный гибрид с маховиком выиграл десятки гонок, включая и «24 часа Ле-Мана» в 2012, 2013 и 2014 годах.

Схема гибридной системы Audi R18 e-tron Quattro

Учитывая такой вклад производителей в спортивные автомобили, очень многие наблюдатели ожидали, что технология маховика через несколько лет перейдёт и на обычные автомобили. Но этого так и не произошло. Почему?

Высокооборотистый ускоритель

Вкратце автомобильная гибридная система с маховиком использует механическую энергию маховика для кратковременной дополнительной помощи двигателю внутреннего сгорания. На осях или в колёсах машины расположены электромоторы/генераторы. Они используют кинетическую энергию, которая в ином случае просто уходит в тепло при торможении колодками.

GT3 R Hybrid был создан для гонок на выносливость на знаменитом состязании «24 часа «Нюрбургринга»» в 2010 году

Но вместо того, чтобы отправлять эту энергию в химический аккумулятор для хранения и последующего использования, электричество используют для раскрутки маховика. Электрическая энергия преобразуется в кинетическую энергию вращения посредством инновационного магнитного материала (иногда это магнитный порошок), нанесённого на маховик. Чем больше энергии приходит, тем быстрее он крутится. Это, кстати, отличает его от гибридной системы с механическим маховиком, которую компания Nissan безуспешно пыталась разработать для Ле-Мана 2015 года.

Схема трансмиссии у GT3 R Hybrid. Красным обозначены компоненты маховика, силовая электрика и два мотора/генератора.

Количество энергии, которое можно снять с маховика, определяется его массой и скоростью вращения. Обычно он вращается со скоростями от 25 000 до 55 000 об/мин. Для преобразования хранящейся в маховике кинетической энергии обратно в электрическую вращающееся магнитное поле генерирует ток, идущий в обратном направлении, и энергия поступает на те же самые моторы/генераторы, что собирали её во время торможения.

Схема GT3 R Hybrid под другим углом

Как было упомянуто ранее, эти моторы могут располагаться прямо в колёсах. Или же такой мотор можно подсоединить к ведущему валу двигателя через бесступенчатую или другую трансмиссию. По запросу она соединяется с валом, забирает энергию у маховика и превращает её в кинетическую энергию, вращающую вал и ведущие колёса.

У обычного автомобиля на этом месте располагается пассажирское сиденье. У GT3 R Hybrid там стоит маховик.

Маховики часто сравнивают с конденсаторами, способными быстро накапливать и отдавать энергию. Сторонники этой технологии считают её преимуществами малый вес, стоимость и малое воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционными гибридами, использующими химические аккумуляторы.

Маховик 911 GT3 R был сделан из композитного углеволокна, и его диаметр равнялся 406 мм. Корпус маховика, также сделанный из углеволокна, располагался на месте пассажирского сиденья. Маховик отправлял и получал энергию от электрических моторов/генераторов по 80 л.с. (60 кВт), располагавшихся в обоих передних колёсах. Такая конфигурация позволяла улучшить управление автомобилем на поворотах.

Ёмкость маховика в машине Porsche составляла 0,2 кВт*ч. Он мог выдавать до 163 л.с. (122 кВт) на периоде до 6 секунд, помогая разгонять машину после поворотов или на длинных дистанциях – в зависимости от того, как водитель решал применить дополнительную энергию, нажимая на специальную кнопку на руле.

Общая мощность всей системы составляла 670 л.с. (500 кВт), а весила машина примерно 1300 кг. Маховик с корпусом весили порядка 47 кг – значительно меньше, чем аккумулятор у электрических гибридов. В целом машина весила на 104 кг больше, чем обычные гоночные Porsche GT3, вместе с которыми она ездила по треку.

В Porsche решили, что хранить энергию в маховике в условиях экстремальных гоночных нагрузок надёжнее, чем в литий-ионных аккумуляторах. В отличие от последних, маховик можно было полностью заряжать (т.е. разгонять до максимальной скорости) и разряжать (останавливать почти полностью) много раз в минуту без всяких побочных эффектов.

Благодаря относительно эффективному использованию горючего, не самый быстрый среди участников гонки 2010 года «24 часа «Нюрбургринга»» 911 GT3 R Hybrid лидировал восемь часов подряд. В гонке 2010 года Petit Le Mans машина пришла 18-й – сказался износ деталей.

В 2011 году она снова вышла на трассу, но потом в Porsche сконцентрировались на прототипе 919 Hybrid для чемпионата мира по автогонкам на выносливость.

Не быстрое, а медленное хранение и восстановление энергии

Переход на 919 Hybrid в частности был связан с тогдашним проектом суперкара от Porsche. Так утверждает президент и генеральный директор североамериканского подразделения Porsche Motorsport, Дэниел Армбрюстер.

«Примерно тогда мы уже начали работать над гибридным заряжаемым прототипом спортивного автомобиля 918 Spyder, — вспоминает он. – И в обоих моделях, 919 и 918, обнаружилось, что литий-ионные аккумуляторы обеспечивают наилучший баланс между сохранением энергии и мощностью питания».

Езда по дорогам общего пользования заключается в постоянном разгоне и торможении, что как раз подходит для рекуперативного торможения. Однако в таких условиях ни о каком быстром разгоне с максимальным ускорением от одного поворота до другого, как в гонках, речи не идёт. Вместо быстрого и интенсивного восстановления энергии, и последующего активного её сохранения, на передний план выходит сравнительно медленная генерация энергии, из-за чего главным становится вопрос её хранения.

«Гибридная технология с использованием маховика в 911 GT3 R Hybrid позволяла экономить топливо, что уменьшало время, проведенное на пит-стопе, по сравнению с соперниками, — поясняет Армбрюстер. – В гонках маховик работает эффективнее из-за постоянного резкого торможения и резкого разгона. Для такого режима отлично подходит кратковременное хранение энергии с мощной отдачей».

«Но у этой технологии есть свои недостатки. В целом, в маховике не получается хранить много энергии – только ту, что дало торможение, — говорит он. – Аккумулятор же способен стабильно и долговременно хранить энергию, и с этими показателями маховику не сравняться. Во многих местах Европы возможность разгоняться, не делая выбросов в атмосферу, оказывается важной. Поэтому решение на основе аккумуляторов представляется наилучшим вариантом».

И хотя Porsche отказалась от маховика из-за ограниченной ёмкости, Армбрюстер добавляет, что «нет сомнений в том, что 911 GT3 R Hybrid сыграла важнейшую роль, доказав применимость гибридной технологии в скоростных гонках».

Глен Паско, ведущий инженер Williams Advanced Engineering, говорит, что с сегодняшней точки зрения понятно, что быстрый захват и отдача энергии в системах с маховиком больше подходит для режимов езды с периодической пиковой нагрузкой.

«Кроме поездок по центру города цикл работы типичного пассажирского автомобиля не подходит под режим »разгон-торможение», свойственный маховикам, — говорит Паско. – Энергия, хранящаяся в маховике, постоянно теряется, а в химическом аккумуляторе она может храниться очень долго».

На автобусах

Принцип работы маховика от Williams всё же нашёл применение в городских условиях в 2015 году, когда GKN модифицировала эту систему для установки на

. В гибридную систему Gyrodrive с маховиком входит тяговый двигатель, связанный с ведущим валом машины, электрический маховик, инвертер для мотора/маховика, и электронная система управления.

Эта система с различными вариациями использовалась в как в одноэтажных, так и в двухэтажных автобусах британского производителя Alexander Dennis. Однако Gyrodrive оказалась слишком большой и дорогой для легковых городских автомобилей (например, такси), которые постепенно переходят на аккумуляторы.

Глен Паско говорит, что в настоящее время в WAE не занимаются какими-либо маховиками. Однако он добавляет, что «мы работаем с широким спектром индустрий и тщательно изучаем требования клиентов, поэтому такая технология может найти своё применение в будущем».

Среди примеров применения могут оказаться и гонки, если их устроители позволят использовать подобные устройства. Хотя в настоящее время, судя по всему, их больше интересуют аккумуляторные гибриды и технологии быстрой зарядки. Сейчас WAE занимается разработкой топливных систем на водородных ячейках для больших самосвалов. Там рекуперативное торможение используется практически так же, как у маховиков.

Президент североамериканского подразделения Porsche Motorsport говорит, что его компания «постоянно оценивает, какие технологии дают наилучшее решение в конкретных ситуациях», и не отказывается заранее ни от каких подходов.

Армбрюстер объясняет, что в стратегию Porsche «входят ДВС, спортивные заряжаемые гибриды и полностью электрические машины. Также мы исследуем вопрос синтетического топлива, делающего ДВС уже существующих машин более дружественными к окружающей среде».

Иронично, что большая часть тех из нас, кто столкнётся с гибридными автомобилями с маховиками, будет ехать в машине в качестве пассажира, а не водителя. Также в разработке находятся статичные маховиковые системы. Немецкая компания Chakratec недавно развернула маховиковую систему хранения энергии в гостинице Premier Inn в Лейпциге, позволяющую сглаживать пиковые нагрузки на зарядные станции для электромобилей.

Но всего десять лет назад гоночные автомобили, оснащённые маховиками, лидировали в гонке «24 часа «Нюрбургринга»» и убедительно соперничали с более лёгкими GT3. В будущем инвестиции в эту технологию могут как облегчить эту систему, так и увеличить её энергетическую ёмкость, и вновь дать гонщикам маховики – в спорте, где редко что-то выбрасывают просто так.

Замена маховика в Санкт-Петербурге, цена на снятие и установку маховиков

Маховик – это деталь трансмиссии, от которой напрямую зависит исправная работа сцепления. Это многосоставной диск, который передает вращение коленвала к МКПП и гасит вибрации, сглаживая работу силового узла. По ошибочному мнению, маховик не ломается никогда. Конечно же это не так. Маховик тоже может прийти в негодность, да еще и «потянув» за собой износ и поломки прочих деталей двигателя. Кроме того, стоит помнить о том, что именно на маховике находится зубчатый венец служащий для запуска двигателя электростартером, и в случае выхода его из строя даже завести мотор не удастся.

Возможные дефекты маховика

Любые изменения в работе маховика можно заметить при эксплуатации автомобиля, так сказать, невооруженным глазом:

• скрип или скрежет при запуске остановке ДВС;
• вибрация при нажатии педали сцепления;
• повышенный расход топлива;
• жесткость при переключении передач.

Чем раньше автовладелец обратится за специализированной помощью, тем более доступной будет стоимость работ и тем более сжатыми сроки их проведения.

Причины выхода маховика из строя

Опыт мастеров СТАЙЕР, а также собранная за многолетнюю практику статистика обращения клиентов причин поломки маховика всего две:

1. Безалаберная езда. Если вы любите дергать сцепление, «топить» с места до отсечки, ездить на «дизеле» на пониженной – знайте, срок службы маховика в вашем авто значительно сокращается изо дня в день.
2. Выработка детали. Стоит понимать, что маховики имеют срок эксплуатации равный «жизни» двигателя, то есть в бензиновой версии, при нормальной езде, вы имеете ресурс детали в 350 000 км, в дизельном варианте этот показатель ниже, но во многом так же будет зависеть от стиля езды.

Как следствие указанных причин возникают определенные поломки. Вот самые частые из них:

• износ и/или повреждение зубьев на зубчатом венце маховика;
• биение маховика;
• повреждения рабочей поверхности под ведомый диск сцепления;
• повреждения посадочного места под фланец коленвала;
• повреждение и износ резьбы в отверстиях под крепежные болты.

Мастера СТАЙЕР, имеют большой опыт работ по замене маховиков сцепления. Профессиональный подход и наличие специализированного оборудования позволяет проводить эти работы в максимально короткое время и по приемлемым ценам.

Пример расчета конструкции и размеров маховика

Что такое маховик?

Маховик, используемый в машинах, действует как резервуар для хранения энергии, когда подача энергии избыточна, и она высвобождается, когда возникает потребность, т. е. его основная функция заключается в устранении изменений скорости вала, вызванных крутящим моментом. колебания.

В случае двигателей внутреннего сгорания энергия вырабатывается во время рабочего такта, и двигатель должен выполнять весь цикл за счет мощности, генерируемой в этом такте.Когда маховик поглощает энергию, его скорость продолжает увеличиваться, а когда он отдает полученную энергию, она уменьшается.

Источник изображения: Wiki

Классификация маховика

В зависимости от режима работы существует два типа конструкции маховика:

1. Тип диска – Подходит для двигателей/машин меньшего размера
2. Тип рычага – подходит для двигателей/машин большего размера

Применение маховиков

1. Двигатель внутреннего сгорания
2. Пресс для листового металла
3. Система рекуперации кинетической энергии (KERS)

Основные принципы проектирования маховика и расчета размеров

Сначала рассчитайте момент инерции массы, необходимый маховику для сглаживания колебаний/вариаций кинетической энергии в системе. Об этом пойдет речь в этой статье.

Во-вторых, , рассчитайте геометрию/размеры маховика на основе расчетного момента инерции масс и свойств материала. Об этом будет рассказано в другой статье.

Этапы проектирования и формулы

Шаг 1: расчет коэффициента флуктуации

Требуется ввод: Максимальная и минимальная скорость

Инерция/размер маховика зависит от колебаний скорости.Разница между максимальной и минимальной скоростью во время цикла называется максимальным колебанием скорости.

Отношение между максимальными колебаниями скорости к средней скорости называется коэффициентом колебания скорости ( C _s ).

Учтите, Ѡ _max =Макс. Скорость во время цикла

Ѡмин = Мин. скорость во время цикла

ѡ _{Среднее} = средняя скорость = (ѡ

0 Max + ѡ _мин

) /2…….экв.1

Следовательно, Коэффициент колебания скорости,

C _с = [2*(Ѡmax–Ѡmin)]/[Ѡmax+Ѡmin]…….экв.2

Примечание: Чем меньше значение C _s , тем больше маховик, но плавнее работа.

 

Шаг 2: Расчет момента инерции массы

Требуемый ввод: кинетическая энергия системы

Общее уравнение кинетической энергии для системы маховика имеет следующий вид:

К _e = 0.5 * I * (ѡ _MAX 90 2

— ѡ — ѡ _мин 2 ) ……… .. экв.3

Переписывая уравнение 3, мы получаем

KE = 0.5 I (ѡ _Max + ѡ _мин ) (ѡ _MAX — ѡ _мин )…………экв.4

Подставляя eq.1 & 2 в eq.4 , мы получаем

I = K _е / C _с Ѡ _{среднее} ² … …………..экв.5

eq.5 используется для получения необходимой инерции маховика, соответствующей изменениям скорости.

 

Мы попробуем решить упрощенную задачу по определению размеров маховика и рассчитаем требуемый момент инерции.

 

Относительно единиц (важно):

Ке – Н.м

Ѡ – рад/сек

I – кг.м ²

 

Пример:

Рассмотрим пробивной станок, приводимый в движение двигателем мощностью 3 кВт, 1000 об/мин, с передаточным числом 5:1 и длиной хода 250 мм.Номинальная мощность пробивного станка 22 кН.

Учитывать коэфф. колебания скорости, C _с = 0,02 (значение должно учитываться разработчиком)

Поскольку это небольшая машина, диаметр маховика должен быть как можно меньше.

Максимальный диаметр маховика 500 мм.

Рассчитайте момент инерции масс, необходимый для маховика пробивного пресса.

 

Решение:

Шаг 1: Расчет коэффициента флуктуации (C _s )

Значение указано как

С _с =0.3/2*π*(1000/60)

Следовательно, Tср = 28,66 Нм

Работа, выполненная за цикл, составляет (подведенная энергия), Вт _c = 2π*28,66*5 = 900 Нм

Следовательно, кинетическая энергия системы равна

.

K _{E E} = W-W

= W-W

0 _{C C} * 0,08 (Погружение энергии — Поставляется энергия * Фактор для потери)

К _e = 825 – 900 *0.08 (0,08 – коэффициент потерь. Опять же зависит от проектировщика)

K _e = 753 Н·м

Следовательно, момент инерции массы согласно уравнению 5 равен

I = 753 / 0,02 (2π*1000/60) ²

I = 3,43 кг.м ²

Таким образом, расчет размера/конструкции маховика для приведенного выше примера показывает, что требуемый момент инерции масс для этого применения должен быть = 3.43 кг.м ² .

Нравится:

Нравится Загрузка…

Маховик как устройство накопления энергии, расчеты и требования к ротору

Маховик как устройство накопления энергии является устаревшей концепцией. Обсуждаются расчет запаса энергии в маховике и требования к его ротору.

Технике хранения энергии с помощью Маховика тысячи лет. Просто возьмите в качестве примера колесо Поттера и подумайте, что оно делает. Он просто использует инерцию колеса и продолжает вращаться с минимальными усилиями.Концепция использования маховика в качестве накопителя энергии используется с 1950-х годов. Их легко можно было увидеть на автобусных остановках для зарядки общественного транспорта. Однако эта идея не могла получить широкого распространения из-за ее громоздкости и чрезмерного веса.

Расчет энергетического хранения в летуе колесо:

Хранение энергии в маховике может быть рассчитано как:

E = ½ Iω ²

или

E = ½ (KMR ² )ω ²

Где

• I обозначает момент инерции маховика
• ω обозначает скорость вращения.Измеряется в радианах в секунду.
• M обозначает массу маховика.
• R обозначает радиус маховика, а
• K обозначает инерционную постоянную.

Примечание. Значение k зависит от формы маховика Например, если маховик вращается вокруг своей оси (как колесо велосипеда или полый цилиндр), значение k будет равно 1. Однако, если маховик имеет сплошную цилиндрическую форму, то значение k будет ½ .

Ротор Требования к маховику:

Постепенно с развитием технологий маховики стали более сложными.В наши дни современные маховики содержат кинетическую энергию в быстро движущемся вращающемся барабане, который действует как ротор генератора. В то время, когда дополнительная энергия остается неизрасходованной, она используется для увеличения скорости вращающегося барабана. Всякий раз, когда возникает потребность в энергии, этот барабан приводит в движение генератор.

Роторы этих супермаховиков изготовлены из материалов с очень высоким соотношением прочности и плотности, таких как материалы из углеродного волокна. Для ротора требуется высокопрочный материал, поскольку он обычно вращается со средней скоростью 100 000 оборотов в минуту и ​​должен выдерживать высокое воздействие центробежной силы.Эти роторы установлены в вакуумной полости, чтобы свести к минимуму потери из-за трения о воздух. Эта потеря на трение может быть сведена к нулю за счет использования подшипников с магнитной подвеской.

Подробнее об альтернативных методах накопления энергии

Расчетное уравнение размера маховика и калькулятор

Масса маховика, расчетное уравнение размера и расчетный калькулятор

Предварительный просмотр: Масса маховика, Калькулятор размеров

Соотношение крутящий момент-угол для двигателя или машины зависит от объема требуемой работы.Большие различия, которые возможны между различными конструкциями машин, показывают, что для определения колебаний крутящего момента необходимы динамические измерения или кинематический анализ. Однако часто необходимо получить приблизительную оценку для целей предварительного проектирования или для проверки обоснованности расчетных значений. Для этих целей изменение энергии машины или двигателя внутреннего сгорания можно оценить по формуле:

Маховик изменения уравнения энергии

У = 0.5 Дж ( ω ² _макс — ω ² _мин )

Полярно-массовый момент инерции Маховик. Эта инерция включает в себя инерцию маховика и инерцию всех вращающихся частей, отнесенную к скорости маховика путем умножения на квадрат отношения скоростей вала.

Дж = U / (ω ² _{среднее} C _с )

Коэффициент изменения скорости маховика

C _с = ( ω _макс. — ω _мин. ) / ω _{среднее}

Предлагаемые расчетные значения коэффициента колебания скорости C _s

Требуемая равномерность скорости	С с
Очень однородный	≤ 0.003
Умеренно однородный	0,003-0,012
Допустимы некоторые вариации	0,012-0,05
Умеренная вариация	0,05-0,2
Допускаются большие отклонения	≥ 0,2

Коэффициент вариации энергии C _u можно аппроксимировать для двухтактного двигателя с числом цилиндров от 1 до 8, используя уравнение:

С _и = 7.46 / ( N _с + 1 ) ³

Коэффициент вариации энергии для четырехтактного двигателя с числом цилиндров от 1 до 16 с использованием уравнения с двумя ответвлениями:

С _и = 0,8 / ( N _с — 1,4 ) ^1,3 — 0,015

Вес маховика:

Вт = Дж г/об ² _а

Площадь поперечного сечения маховика:

А = Дж г / ( 2 π ρ r ³ _a )

Требуемая мощность:

Р = Т ω

Где:

Дж = момент инерции полярной массы, фунт · с ² · фут (Н · с ² · м)
U = Изменение энергии, разница между энергией маховика при максимальной и минимальной скорости, фунт · фут (Дж)
N _c = Количество цилиндров
C _u = Коэффициент изменения энергии
C _s = Постоянная скорости равномерности
K = 33 000 фунтов · фут · об/мин/л.с.
ω = частота вращения, рад/с
ω _avg = среднее значение ω _max и ω _min , рад/с
P = Мощность, л.с. (Вт)
г = гравитация 9.81 м/с ²
D = диаметр м
r _a = радиус м
W = Масса кН
A = Площадь поперечного сечения, м ²
ρ = плотность материала кг/м ³
T = крутящий момент Дж (1 фут-фунт = 1,355817948 Дж)

Типовой энергетический цикл машины

Аккумулятор энергии на маховике

Аккумулятор энергии на маховике

Бенджамин Уилер

24 октября 2010 г.

Представлено в качестве курсовой работы по физике 240, Стэнфордский университет, осень 2010 г.

В настоящее время используется много возобновляемых источников энергии. и в разработке по всему миру.Некоторые из этих методов включают использование солнечной, ветровой, гидро- и тепловой энергии. Единственная проблема нет эффективных методов хранения. Чтобы иметь возможность конвертировать и использовать возобновляемая энергия как электричество должен быть процесс для хранения Это. Основное внимание в этом отчете уделяется возможности использования маховиков для накапливать энергию вращения и преобразовывать ее в электрическую энергию, когда необходимо. Я решил подойти к этому с небольшого автомобиля перспективу, а не определять, могут ли маховики накапливать энергию необходимо для снабжения города или страны.Если маховики способны плотность энергии для эффективного питания транспортного средства для среднего гражданина потребности тогда огромная часть спроса на нефть и загрязнение среду можно поднять.

Для упрощения расчетов возможности и выходы Tesla Roadster будут использоваться, чтобы судить о том, что такое маховик должен быть способен. Большинство водителей здесь, в США, были бы более чем доволен запасом хода в 200 миль родстера 450 кг, 53 кВтч Литий-ионный аккумулятор.[1] Таким образом, мы определим, является ли маховик подобного масса может хранить энергию, эквивалентную этой батарее. Последующий уравнения можно найти в большинстве учебников по физике и книгах по маховикам.

Сначала определите выражение для энергии ротационная система. Наш маховик будет представлять собой полый цилиндр, что дает us Mr ² для момента инерции. Электронная энергия. Я-инерция. М-масса. r-радиус. w-угловая скорость.

Во-вторых, определите пределы угловой скорости из-за к используемому материалу: ρ = плотность, r = радиус, ω = угловой скорость, σ = растягивающее напряжение (максимальное перед разрывом).

В-третьих, подставьте максимальную угловую скорость в уравнение энергии.

Материал М (кг) σ (паскалей) ρ (кг/м 3 E макс. (Джоули) E макс. (кВтч) E макс. /M (Дж/кг) Титан 450 8.8 х 10 8 4506 4,4 x 10 7 12 9,8 x 10 4 Углеродное волокно 450 4,0 x 10 9 1799 5,0 x 10 8 139 1,1 x 10 6 Сталь 450 6.9 х 10 8 8050 1,9 x 10 7 5 4,3 x 10 4 Алюминий 450 5,0 x 10 8 2700 4,2 x 10 7 12 9,2 x 10 4

Таблица 1: Максимальная запасенная энергия маховика различные материалы.(Материальные свойства, произведенные из поставщики коммерческих материалов. [3-5])

Эти расчеты не учитывают трение потери или эффективность преобразования электрической энергии в кинетическую и назад. Даже если маховик из углеродного волокна имеет КПД всего 50%, он имеет способность хранить и обеспечивать больше энергии, чем литий-ионная батарея Tesla с сопоставимой массой. Также потребуется дополнительная масса, чтобы вмещают маховик и механизмы, но они должны быть небольшими по сравнению с максимальный предел накопления энергии.В то время как металлические маховики не соответствуют стандартам, маховик из углеродного волокна является жизнеспособным вариантом для хранение электроэнергии для транспортных средств и многие другие приложения, такие как резервное питание от сети.

© Бенджамин Уиллер. Автор дает разрешение копировать, распространять и демонстрировать это произведение в неизмененном виде, с ссылка на автора только в некоммерческих целях. Все остальные права, включая коммерческие права, сохраняются за автором.

Каталожные номера

[1] Г.Бердичевский и др. , » Аккумуляторная система Tesla Roadster, Tesla Motors, август 2006 г.

.

[2] Books LLC, Tesla Motors Vehicles: Tesla Roadster (Книги ООО, 2010), стр. 1-40.

[3] Джеймс Зербе, Практическая механика для мальчиков (MA Donohue & Company, 1914), гл. 17.

[4] J. M. Corum и др. , «Основные свойства Эталонный композитный материал из углеродного волокна Crossply, «Oak Ridge National Лаборатория, ОРНЛ/ТМ-2000/29, г. Февраль 2000 г.

[4] C. Chung, Композиты из углеродного волокна (Баттерворт-Хайнеманн, 1994), стр. 65-66, 102, 164.

(PDF) Расчеты механической конструкции генератора с маховиком

Расчеты механической конструкции генератора с маховиком

Zafar Anwar [0000-0003-1040-3105], Nilandjan Sen, Jitendra Prasad Khatait and Sudipto

Mukherjee

5 Индийский институт технологий , Нью-Дели 110016, Индия.

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Резюме. Генератор с маховиками подходит для случаев, когда требуется генерация импульсного тока. Он имеет более высокую плотность энергии по сравнению с конденсаторными батареями. Этот документ

посвящен проектным расчетам, связанным с системами накопления энергии маховика (FESS)

, разрабатываемыми в IIT Delhi. Ротор маховика, намотанный на нить из углеродного волокна

бре/эпоксидный композит, будет иметь емкость 10 МДж энергии при 17000 об/мин

с плотностью накопления энергии 77.5 Дж/г и удельной мощности 1,94 кВт/г. При такой

высокой скорости критическими становятся вопросы сопротивления воздуха, сил инерции на ротор, динамических сил

на подшипники и вибрации. В этой статье мы проанализировали эти проблемы

и предложили соответствующие решения.

Ключевые слова: системы накопления энергии маховика, анизотропия, анализ напряжений, критическая скорость, потери на ветер.

1 Введение

Импульсный ток применяется, например, в электромагнитных двигателях, где высвобождение

энергии происходит за миллисекунды.Этот импульсный ток может быть получен с помощью конденсаторных батарей или генераторов с маховиками. Генератор с маховиком имеет более высокую удельную энергию по сравнению с обычными батареями конденсаторов. Система накопления энергии с маховиком (FESS) с

мощностью 10 МДж при 17000 об/мин и скоростью разряда 10% за цикл должна быть построена в IIT Delhi. Запланированная установка будет иметь плотность накопления энергии 77,5 Дж/г

и удельную мощность 1,94 кВт/г. Эта плотность энергии намного выше, чем у конденсаторной батареи

1 Дж/см3 [1].В этой статье мы обсудили механические расчеты конструкции

для FESS. Были проанализированы такие вопросы, как напряжения, потеря аэродинамического сопротивления (потеря сопротивления воздуха).

Во втором разделе мы обсудили схему конструкции установки. Далее представлен расчет конструкции

вместе с моделированием различных компонентов. В этом разделе мы начали с рассмотрения магнитов NdFeB с последующим расчетом

интерференции между слоями ротора.Затем мы приступаем к анализу напряжений ротора и расчету статических и динамических прогибов узла. Мы обсудили влияние

степени анизотропии на окружное напряжение и прогиб. Далее, мы представили модифицированный

1. Рассчитайте крутящий момент T, маховика в земле, имея массу маховика 5 кг, диаметр 3 см и массу колец 500 г, диаметр оси 2,4 см, №. хорды 7. 2. Рассчитайте М.И. маховика в Луне h

Вопрос:

1.Рассчитайте крутящий момент {eq}T {/экв}, маховика в земле с массой маховика {экв}5 \ \text{кг} {/экв}, диаметр {экв}3 \ \text{см} {/экв}, а масса колец {экв}500 \ \text{г} {/eq}, диаметр оси при {eq}2,4 \\text{см} {/eq}, нет. аккорда {экв.} 7 {/экв}.

2.Рассчитайте {экв}М.И. {/экв} маховика на Луне с массой маховика {экв}21 \ \text{кг} {/экв}, диаметр {экв}20 \ \text{см} {/экв}, а масса колец {экв}600 \ \text{г} {/eq}, диаметр оси при {eq}3,2 \\text{см} {/eq}, нет.аккорда {экв.} 5 {/eq} и, следовательно, найти его {eq}K.E {/экв}.

3.Рассчитайте угловое ускорение маховика на Юпитере при массе маховика {экв}42 \ \text{кг} {/экв}, диаметр {экв}28 \ \text{см} {/eq} и масса колец {eq}800 \ \text{g} {/eq}, диаметр оси при {eq}2,8 \\text{см} {/eq}, нет. аккорда {экв.} 2 {/экв}.

4.Рассчитайте {экв}М.И. {/экв} маховика Урана с массой маховика {экв}15 \ \text{кг} {/экв}, диаметр {экв}10 \ \text{см} {/экв}, а масса колец {экв}1000 \ \text{г} {/eq}, диаметр оси в {eq}3.6 \ \текст{см} {/eq}, нет. аккорда {экв.} 5 {/eq} и, следовательно, найти его кинетическую энергию.

5.Рассчитайте {экв}М.И. {/экв} маховика Сатурна с массой маховика {экв}24 \ \text{кг} {/экв}, диаметр {экв}10 \ \text{см} {/экв}, а масса колец {экв}200 \ \text{г} {/eq}, диаметр оси в {eq}3 \ \text{см} {/eq}, нет. аккорда {экв.} 10 {/экв}.

Маховик — момент инерции и кинетическая энергия вращения:

Маховик представляет собой диск с несколько большим моментом инерции, закрепленный вокруг горизонтальной оси с возможностью свободного вращения.{-2 } \\rm м {/экв}.

См. полный ответ ниже.

Маховик

---

Маховик обеспечивает рабочий резерв на шине переменного тока, помогая компенсировать внезапное увеличение или компенсировать внезапное снижение выходной мощности возобновляемых источников. Маховик также может поддерживать качество электроэнергии и стабильность системы за счет управления активной и реактивной мощностью, хотя HOMER явно не моделирует эти эффекты. Эти эффекты могут быть важны в системах проникновения со средним и высоким уровнем возобновляемой энергии, обслуживающих изолированные сети или в мягких сетях (например, в конце распределительных линий).Маховики обычно подключаются к шине переменного тока через инверторную систему переменного тока, которая преобразует мощность переменного тока переменной частоты от ротора маховика в мощность переменного тока постоянной частоты сетевого качества на шине переменного тока.

В HOMER маховик добавляет свою «емкость заряда/разряда» к рабочему резерву как постоянную величину, а затем постоянно получает «паразитную нагрузку» от шины переменного тока. HOMER не моделирует состояние заряда маховика — предполагается, что он добавляет мощность только в масштабах времени, меньших временного шага моделирования.Чтобы смоделировать маховик как устройство хранения энергии, вы можете использовать одну из других моделей хранения, например идеализированную модель хранения. См. пример универсального маховика 100 кВт [идеализированная модель].

Входные данные маховика для конкретных объектов

В разделе Входные данные для конкретного объекта можно ввести параметры, влияющие на работу маховика в моделировании.

Паразитная нагрузка — это количество электроэнергии, необходимое для работы маховика. HOMER моделирует это как постоянную электрическую нагрузку и считает систему осуществимой только в том случае, если она может постоянно выдерживать эту нагрузку во время моделирования.Входной рабочий резерв — это максимальная мощность, которую маховик может поглотить или обеспечить. (ГОМЕР предполагает, что способность маховика поглощать мощность равна его способности обеспечивать мощность.

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Комментарий *

Имя *

Email *

Сайт

Рубрики

• Прост
• Радио
• Разное
• Своими руками
• Советы
• Схем
• Схемы
• Транзист
• Транзисторы
• Электрон
• Электроника