Маховик переменного момента инерции

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах различных машин, например, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров и т.д. для поддержания частоты вращения вала в заданном диапазоне.

В настоящее время большинство приводов машин оснащаются маховиками с постоянным моментом инерции (Передерий В.П. Устройство автомобиля. - Изд-во Форум, 2011. 288 с.). Их недостатком является невозможность регулировки момента инерции маховика, вследствие чего для накопления энергии, необходимой в начале движения, требуется разгонять маховик с постоянным моментом инерции путем специальных методов пуска, что приводит к повышенному расходу энергии. В случае, если применение специальных методов пуска не выгодно или невозможно, время пуска увеличивается, что плохо сказывается на всей системе в целом.

Известен накопитель механической энергии (АС 1786322 Накопитель механической энергии / Н.В. Гулиа и А.Г. Серх), содержащий цилиндрический кожух, установленный с возможностью вращения на оси, и упругую ленту, размещенную между ними. В зависимости от частоты вращения накопителя лента разматывается или сматывается внутри кожуха, увеличивая или уменьшая момент инерции. Однако такой накопитель обладает малой удельной энергоемкостью и его использование возможно только в приводах малой механизации.

Известен маховик переменного момента инерции (патент РФ № 2516883 маховик переменного момента инерции / А.А. Война), взятый за прототип, содержащий вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня. На концах кронштейна закреплены соосно маховичные секторы, позволяющие накапливать кинетическую энергию, и зубчатые секторы, жестко соединенные с маховичными секторами. Зубчатые секторы находятся в зубчатом зацеплении с центральной шестерней. Накопитель потенциальной энергии выполнен в виде пружины, навитой вокруг вала в полости, образованной валом и центральной шестерней. Концы пружины соединены с центральной шестерней и трехлучевым кронштейном. Недостатком такой конструкции является большие радиальные размеры при высокой скорости вращения вала, что ограничивает область его применения.

Цель изобретения - уменьшение габаритов и сокращение трудозатрат на изготовление маховика при малом моменте инерции маховика в статике и увеличении махового момента в динамике.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в легком пуске при малом моменте инерции, а по мере разгона до заявленной скорости, момент инерции увеличивается до максимального значения.

Техническая задача решается предлагаемым маховиком переменного момента инерции, содержащим вал, на котором жестко закреплен диск и через подшипник Т-образный маховик, которые цепляются друг за друга при достижении определенной скорости вращения. Для зацепки на диске имеются три стержня с массивным цилиндром на конце, которые под действием центробежных сил отбрасываются от центра к периферии, входят в углубления на маховике и жестко сцепляют маховик с диском, придавая тем самым высокий момент инерции системе в целом при достижении заданной скорости.

На фиг. 1 изображен маховик переменного момента инерции сбоку в сложенном положении.

На фиг. 2 изображен маховик переменного момента инерции в сложенном положении.

На фиг. 3 изображен маховик переменного момента инерции в раскрытом положении.

Маховик переменного момента инерции содержит вал 1, на котором жестко закреплен диск 2 и через подшипник 3 Т-образный маховик 4, для фиксации которого применяют крышку 5. На диске 2 имеются три стержня 6 с массивным цилиндром 7 на конце, который под действием центробежных сил отбрасывается от центра к периферии и тем самым войдет в углубления 8, расположенные на маховике 4. Для того чтобы стержни 6, находящиеся в нижней части диска 2 под собственным весом не опустились их в исходное положение возвращает упругая пластина 9 (её функцию может выполнять и пружина кручения), которая будет изгибаться по мере того как центробежная сила будет увеличиваться и тем самым заставлять стержни 6 поворачиваться в сторону периферии. Для ограничения максимального отклонения предусмотрены ограничители 10.

Работает маховик следующим образом. В начальный момент времени, когда вал не вращается, стержни 6 прижаты под действием упругой пластины (пружины кручения) 9 по направлению к центру; маховик 4 свободен относительно диска 2. По мере разгона стержни 6 с массивным цилиндром 7 на конце стержни будут поворачиваться вокруг своих осей вращения под действием центробежной силы. В тот момент, когда стержни повернутся на угол, позволивший массивным цилиндрам переместиться до опора с пока неподвижным маховиком 4, происходит небольшой по силе удар цилиндров с маховиком, который заставит начать двигаться маховик 4 в ту же сторону, что и диск 2. После удара стержни, получив кинетическую энергию, немного отпросятся назад, но т.к. центробежная сила будет продолжать расти, а упругая пластина (пружины кручения) будет поглощать эту энергию удара, то они снова соприкоснуться с маховиком 2 и так несколько раз, разгоняя маховик до скорость близкой к скорости вала 1 с диском 2. Когда скорость диска 2 и маховика 4 станут примерно равными, стержень 6 повернётся на такой угол, что цилиндр зацепится за углубления в маховике 4 и они станут вращаться с одной скоростью, таким образом момент инерции у предложенного маховика возрастет при выходе на рабочий диапазон вращения системы. Углубления в маховике 8 имеют такую форму, что они цепляют стержни с цилиндром на конце и система работает единым целым до тех пор, пока центробежная сила велика (частота вращения не ниже заданного уровня). В случае остановки, стержни будут возвращаться в исходное состояние и зацепление между диском 2 и маховиком 4 пропадает. Удары цилиндров 7 не изменят пусковые свойства системы, в особенности время запуска. Постепенный разгон маховика позволит избежать валу больших динамических нагрузок, которые последовали, если бы маховик зацеплялся из состояния покоя.