ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Загадочные проявления инерции из "Инерция " Любой маховик при вращении растягивается, увеличивая свою инертность. Однако если у монолитных маховиков удлинения при вращении микроскопичны, то ободы, навитые из высокопрочных волокон, растягиваются при вращении почти как резиновые. Это объясняется тем, что у многих высокопрочных волокнистых материалов наряду с ВЫС0К011 прочностью довольно низок модуль упругости. [c.121] Чем больше прочность и меньше модуль упругости материала, тем больше удлинение. Так, например, для композиционного материала на основе ориентировочного стеклопластика (один из лучших материалов для изготовления супермаховиков) с модулем упругости =50 ООО Н/ мм и прочлостью а=2500 Н/мм упругое удлинение может достигать 5%. Это очень много. Чтобы такое же упругое удлинение могла выдержать сталь при модуле упругости =220 000 Н/ мм ей нужно развить прочность а=е = =0,05-2,2-10 =11000 H/мм Это — фантастическая прочность, недоступная даже для лучшей проволоки. [c.121] Что же делать Ведь обод из растягивающегося материала надо на что-то надеть, его должен поддерживать какой-то центр, чтобы обод можно было фиксировать и снимать с него вращение. А ни один из металлов не выдерживает такого удлинения. Попробовали делать центр из пластмассы, выдерживающей большие удлинения, но центр из пластмассы может потерять устойчивость, например от воздействия высоких температур. Помимо прочего, центр должен выдерживать рабочую угловую скорость супермаховика самостоятельно, не разрушаясь без поддерживающего действия обода. [c.121] На рис. 32 показан супермаховик, где растяжимый , обод из стеклопластика поддержв ется центром, имеющим гибкий элемент на периферии в виде лепестков, охватывающих обод. При растяжении обода лепестки стремятся быть постоянно прижатыми к нему. Есть много других способов и конструкций выполнения гибких элементов растяжимых маховиков, но суть их сводится также к упругим деформациям центра. Попытки применения раздвижного центра не привели к цели, так как при, столь высокой угловой скорости и нагрузках подвижные механические соединения работают очень ненадежно. [c.121] А если для изготовления маховиков применить материал, выдерживающий напряжения большие, чем его модуль упругости К таким материалам относится, например, резина. Тогда маховик накопит преимущественную часть своей энергии в виде потенциальной. И эта энергия будет накапливаться без применения каких-либо вспомогательных устройств и выделяться непосредственно при вращении вала. Такой маховик выделяет значительную часть накопленной энергии при небольшом перепаде угловых скоростей, что иногда очень удобно. Угловые скорости вращения резинового маховика невелики, и потери энергии на трение о воздух и в подшипниках незначительны. При этом запасенная в резиновом маховике энергия соизмерима по плотности с энергией стальных монолитных маховиков. Нужно, конечно, учитывать, что резиновый маховик при вращении увеличивает свой диаметр в 2 раза и более, а инертность его возрастает во много раз. [c.122] Несмотря на то что кинематР1чески этот маховик вполне работоспособен, анализ динамики показывает полную его непригодность для выполнения поставленной цели. Например, при массе одного из поршней (грузов) 10 кг, угловой скорости маховпка 628 рад/с (6000 об/мин), расстоянии груза от центра вращения 0,25 м нагрузка на кaя -дую пружину составит свыше 1 МН, что явно невыполнимо. [c.123] Изобретателями раздвижных маховиков, кроме маховиков с грузами-поршнями, чаще всего предлагаются маховики с раздвин иыми грузами в виде регулятора Уатта, с грузами, раздвигаемыми рейками, винтовыми парами и т. п. Отдельное место занимают полые маховики, заполняемые водой, маслом, ртутью, дробью, иными жидкими и сыпучими телами. Прп этом одни из них используют собственную кинетическую энергию для изменения момента инерции (перекачка жидкости, перемещение сыпучих тел), другие предполагают принудительное перемещение к центру сыпучих пли жидких наполнителей (например, с помощью сжатого воздуха и гибких диафрагм). [c.123] Что же происходит в маховиках переменного момента инерции Отдельные грузы, раздвигаемые механизмами, накапливают почти всю кинетическую энергию, но напряжений не несут. Все их напряжения воспринимают механизмы раздвижения грузов, что приводит к разрыву маховика уже при самых небольших оборотах. Жидкость, сыпучие тела и прочие предметы, находящиеся в полом маховике для увеличения его инертности, также не несут касательных напряжений, и всю нагрузку от этого огромного балласта воспринимает оболочка маховика. Но она должна быть тонкой, иначе сама будет Играть подавляющую роль в инертности маховика (роль, которую авторы проектов предписывают именно наполнителю). Как говорится, дай бог, чтобы оболочка сама по себе выдержала вращение, которое делает маховик эффективным. А если уже нагруженную до предела собственными напряжениями оболочку еще пригрузить балластом в виде накопителя, то она мгновенно лопнет. [c.124] Эта судьба присуща всем маховикам переменного момента инерции, если можно так выразиться, паразитического типа, где инертная масса сама напряжений не воспринимает, а передает их несущим элементам — механизмам, оболочкам и т. п. Другое дело, если бы сама инертная масса несла свои нагрузки, причем была бы высокопрочной. Вот такой маховик обладал бы всеми полезными свойствами и супермаховика, и маховика переменного момента инерции — именно в этом направлении следует работать создателям маховиков переменной инертности. [c.124] В качестве примера такого маховика переменной инертности приведем так называемый центробежный аккумулятор. Роль инертной ив то же время несущей массы здесь играет перематывающаяся высокопрочная лента. [c.124] Аккумулятор состоит из вращающегося корпуса в котором заключены два мотка ленты — внешний 2, прилегающий к цилиндрической части корпуса, и внутренний 3, навитый на вал 4 с фиксирующими кассетами 5. [c.125] Между собой мотки соединяются одной или несколькими ветвями ленты (их число зависит от требуемого крутящего момента на валу и угловой скорости вращения корпуса). [c.125] Лента 6 может быть металлической или неметаллической, постоянной или переменной толщины и массы по длине. Последнее обеспечивает закон изменения величины крутящего момента на валу 4. Вал соединяется с корпусом посредством дифференциального механизма с тремя степенями свободы (на рисунке показан механизм с коническими шестернями). [c.125] Дифференциальный механизм состоит из шестерни 7, соединяемой с валом 4 посредсщвом муфты включения 9 жесткой или фрикционной, сдвоенной шестерни 10 и сателлитов 11 и 12, связывающих щестерню 10 с шестернями У и S. Водила сателлитов при необходимости затормаживаются соответственно тормозами 13 и 14. Вал может блокироваться с корпусом блокировочной муфтой 15. [c.125] Описанные процессы можно осуществить аналогичным образом при заторможенном водиле сателлита 12 вращением водила сателлита 11. При этом направления вращений при аккумулировании и выделении энергии будут противоположны тем, которые имели место в первом случае. Это свойство дает возможность как аккумулировать, так и выделять энергию при любом направлении вращения вала источника или приемника энергии при поочередном вращении водил обоих сателлитов в требуемых направлениях. Кроме того, принудительным вращением водила одного из сателлитов с помощью постороннего источника энергии можно изменить интенсивность процессов накопления и выделения энергии. [c.126] При заторможенных водилах обоих сателлитов 11 и 12 корпус 1 вращается вместе с мотками ленты 2 и 5 и валом 4. Для устранения потерь энергии при холостом прокручивании дифференциального механизма вал сблокирован с корпусом с помощью блокировочной муфты 15, а муфта включения 9, соединяющая механизм с корпусом и валом, выключена. [c.126] Процесс выделения энергии происходит аналогично лента при этом переходит с внутреннего мотка на внешний. [c.127] Следует заметить, что центробежный аккумулятор может работать и без дифференциального механизма. Роль последнего можно заменить муфтой включения, но тогда несколько сузится область возможного применения аккумулятора. [c.127] На основе центробежного аккумулятора можно сконструировать инерционные аккумуляторы с различными свойствами, необходимыми для той или иной машины. Центробежным аккумулятором можно плавно разгонять машину и, наоборот, тормозить, аккумулируя ее кинетическую энергию. Можно построить такой маховик, который, расходуя энергию, например на враш ение генератора, будет почти до полного выделения всей энергии сохранять постоянную угловую скорость . Для этого надо соответствующим образом перематывать ленту с наружного мотка на внутренний. Можно даже создать маховик, разгоняющийся при совершении работы — до определенного, конечно, предела. [c.127] Вернуться к основной статье