Маховичный двигатель: Маховичный накопитель кинетической энергии – Основные средства

Маховичный двигатель — заманчиво, но, увы, нереально

Мне приходит много писем от читателей, особенно после выхода в свет той или иной статьи в популярных журналах. Авторов этих писем движет благородное стремление к созданию новых двигателей, преимущественно маховичных. И надо сказать, что во многих из них предлагаются оригинальные и жизнеспособные конструкции. Со многими авторами, выступающими преимущественно от имени предприятий, мы плодотворно сотрудничаем. Но встречаются и совершенно нереальные проекты, причем они в большинстве своем похожи один на другой. Поэтому я их и опишу, чтобы создатели маховичных двигателей впредь не тратили на них время.

Все нереальные проекты можно грубо разделить на три категории: 1) вечные двигатели; 2) инерцоиды; 3) псевдоработоспособные маховики.

Вечные двигатели, этот бич изобретателей, никто уже не называет своим именем. Но и под названием «беззаправочный маховичный двигатель» или «инерционный двигатель с самоподпиткой) нетрудно угадать старого знакомого—perpetuum moblie. И хотя это и странно, почему-то изобретатели вечных двигателей видят в маховике своего союзника. Вот, например, одна из идей (рис. 52). Обыкновенный генератор, состоящий, из генератора 1, маховика 2 и электродвигателя 3, какой уже мы, рассматривали выше только с маленькой хитростью, становится вечным двигателем. Оказывается надо, предварительно, разогнав маховик электродвигателем и получив напряжение на зажимах генератора, быстро, (чтобы, не дай бог, маховик не успел остановиться!) перекинуть провода от генератора на двигатель.

Рис. 52. «Вечный двигатель» на основе маховичного генератора:

1—генератор; 2—маховик; 3—двигатель

Ток, вырабатываемый генератором, будет подпитывать двигатель, двигатель будет разгонять маховик, он же, вращая вал генератора, вырабатывать электроэнергию, частично потребляемую, а частично подпитывающую двигатель и так до бесконечности. Можно прекратить добывать уголь, нефть, газ, пытаться регулировать термоядерный процесс. Зачем это, когда вечно вращающийся маховик будет всегда поставлять нам сколько угодно энергии! Каюсь, что и я сам грешен — в детстве предложил именно эту схему и возмущался, когда надо мной смеялись. Но письма с такими схемами приходят не только от детей.

Хочу реабилитировать маховик — он здесь совершенно не при чем. Такой же эффект, что и с маховиком, будет получен и без него. Просто надо соединить генератор с двигателем и валами и проводами и крутануть вручную — завести «вечный двигатель». Думаю, никто не сомневается, что в соединенном по схеме perpetuum mobile виде и генератор и мотор остановятся после закрутки быстрее, чем по отдельности.

Были предложения ставить на маховичный автобус воздушный винт, соединенный с генератором, который должен был вращаться от набегающего воздушного потока при движении автобуса. Отличие от предыдущего проекта заключается здесь в том, что этот вечный двигатель будет иметь еще меньший к.п.д., чем предыдущий и остановится еще быстрее.

Инерцоид — штука более тонкая, чем вечный двигатель. Журналы не раз поднимали шумиху по поводу того или иного инерцоида, то доказывая их существование, то опровергая его. Почувствовав свежее дело, изобретатели вечных двигателей частично перебросились на инерцоид.

Что же такое инерцоид? Под этим названием обычно понимается машина, которая может двигаться без опоры, перемещая (вопреки всем законам механики) свой центр тяжести своими же внутренними силами. Классический пример — попытка барона Мюнхаузена вытащить себя из болота за волосы. Большинство авторов, как и родоначальник течения инерцоидов — страховой агент Норман Дин, основывает действие своих инерцоидов на вращении неуравновешенных маховиков-эксцентриков. Инерционные силы, вызванные вращающимися маховиками, в одном направлении складываются, в другом — вычитаются и в результате (в фантазии авторов, конечно) возникает равнодействующая сил инерции, направленная в сторону движения машины.

Чтобы не критиковать чужие идеи (а вдруг, чем черт не шутит, они еще и окажутся справедливыми?), раскритикую типичный инерцоид, в свое время предложенный и построенный мною. Я даже писал на него заявку в Комитет по изобретениям, но вскоре получил оттуда отрезвляющий ответ. Если он покажется кому-нибудь из изобретателей похожим на его собственную модель, то я с радостью могу уступить авторство.

Инерцоид (рис. 53) содержит двигатель 1, кривошипношатунный механизм и неуравновешенные маховички 2, одна сторона которых намеренно утяжелена, например, сверлениями в противоположной стороне. Маховички приводятся в колебательное движение, но с амплитудой не более половины окружности. По мысли автора, центробежные силы утяжеленной части, возникающие при вращательном движении, будут распределяться на той части окружности, по которой движется эта утяжеленная часть. Боковые составляющие сил будут устраняться наличием двух маховичков, колеблющихся в противофазе, а составляющая, направленная вперед, просуммируется, и наша машина устремится вперед. И действительно, модель двигалась по столу в указанном направлении! Правда, я пробовал и взвешивать модель в работающем и неподвижном положении, причем подвешенную на пружинке «вверх ногами» и в вакууме, чтобы избежать аэродинамических сил. При включении модель задергалась, но ее вес,который должен был по идее прибавиться за счет тягового усилия, ни на миллиграмм не изменился. Я тогда поступил, как и подобает конструктору инерцоидов — результаты опыта, которые меня не устраивали, были с гневом отвергнуты, и модель снова запускалась по столу.

Рис. 53. Безопорный двигатель или инерцоид:

1—двигатель; 2—неуравновешенные маховики

Конечно, ни о какой силе тяги, развиваемой моделью, речи и не могло идти. Я тогда не учел реакции на опоры маховиков, которые толкали модель в противоположную сторону и с той же силой. А двигалась модель из-за того, что при вибрации трение очень уменьшается, и она скатывалась даже под самый легкий уклон, который трудно заметить. Другие инерцоиды движутся из-за того, что импульсы (т. е. произведения силы на время действия), развиваемые эксцентриками во взаимно противоположных направлениях, будучи одинаковыми, различны по силе и продолжительности действия. Импульс, направленный в одну сторону, кратковременен, но сила велика, а в другую продолжителен, но сила мала.

Будучи положен на шероховатую поверхность, такой инерцоид будет двигаться, если большая из сил может преодолеть силу трения, а меньшая — нет. Естественно движение будет в сторону большей силы. Так человек обычно передвигается по скользкому льду. Ни о каком «безопорном» движении, конечно, речи идти не может. И надо твердо помнить один из основных законов механики, что внутренними силами

центра масс тела не сдвинуть.

И последняя категория — псевдоработоспособные маховики. «Псевдо» потому, что с первого взгляда они кажутся вполне жизнеспособными, и только анализ их динамики выдает пороки. Обычно предложения этой категории касаются маховиков переменного момента инерции. Задача создания такого маховика заманчива — ведь меняя момент инерции, можно обеспечить его разгон и получить желаемую рабочую характеристику при выделении энергии. Поэтому эта задача увлекала и увлекает многих изобретателей.

Одна из конструкций подобных маховиков дана на рис. 54. Он был предложен известным французским писателем и летчиком Сент-Экзюпери. Принцип действия маховика заключается в следующем: при отсутствии давления воды поршни, стягиваемые пружинами, находятся у центра. При подаче воды в центральную часть маховика поршни раздвигаются, увеличивая общий момент инерции. При пуске воды они возвращаются в исходное положение.

Рис. 54. Маховик переменного момента инерции конструкции 

А. Сент-Экзюпери: 1—цилиндры; 2—поршни; 3—пружины; 4— жидкость

Несмотря на то, что кинематически этот маховик вполне работоспособен, анализ динамики показывает полную его непригодность для выполнения поставленной цели. Например, при массе одного из поршней (грузов), равной 10 кг, и угловой скорости маховика 628 рад/с (6000 об/мин) при расстоянии груза от центра вращения 0,25 м нагрузка на каждую пружину составит свыше 1 МН, что явно невыполнимо.

Следует еще раз отметить актуальность задачи создания работоспособных маховиков переменного момента инерции, поскольку изменение момента инерции дает возможность варьирования частоты его вращения, а это является очень ценным свойством любого привода.

маховичный двигатель — патент РФ 2033560

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к инерционным силовым установкам с маховиками, и может быть использовано для привода транспортных средств. Сущность изобретения: маховичный двигатель содержит корпус 1, в котором установлен маховичный накопитель энергии, кинематически соединенный с приводом. Накопитель энергии выполнен в виде двух кинематически связанных групп маховиков-приводной 2, кинематически связанной с приводом, и накопительной 3, которая выполнена многовальной. На концах каждого вала 7 установлены маховики 8. Валы 7 установлены горизонтально и кинематически связаны между собой через шестерни 9, при этом маховики 8 в каждой группе соединены последовательно между собой механически с одинаковой частотой обращения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунок 1, Рисунок 2

Формула изобретения

1. МАХОВИЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий корпус, в котором установлен маховичный накопитель энергии, кинематически соединенный с приводом, отличающийся тем, что маховичный накопитель энергии выполнен в виде двух кинематически связанных групп маховиков приводной, кинематически связанной с приводом, и накопительной, при этом последняя выполнена многовальной, на концах каждого вала установлены маховики, а валы, установленные горизонтально, кинематически связаны между собой через шестерни, кроме того, маховики в каждой группе соединены последовательно между собой механически с одинаковой частотой обращения.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шестерни групп маховиков выполнены с различным диаметром.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к инерционным силовым установкам с маховиками, и может быть использовано для привода сухопутных и морских транспортных средств.

Известен маховичный двигатель, содержащий герметичный вакуумированный корпус, в котором установлен супермаховик. Вал супермаховика соединен с валом электродвигателя-генератора с помощью магнитной муфты. Корпус супермаховика подвешен на упругих амортизаторах для предохранения от тряски и уменьшения гироскопических воздействий [1]
Недостатки известного маховичного двигателя: при использовании на транспортном средстве необходима трансмиссия, что приводит к усложнению конструкции и снижает надежность двигателя; для разгона супермаховика необходим электродвигатель, что приводит к расходу электроэнергии; малая грузоподъемность транспортного средства при использовании маховичного двигателя, например при полной массе автомобиля 600 кг полезный груз 150 кг.

Наиболее близким к изобретению, выбранным в качестве прототипа является маховичный двигатель, содержащий корпус, в котором установлен маховичный накопитель энергии, кинематически соединенный с приводом. Накопитель энергии содержит вал и установленный на нем аккумулирующий элемент в виде последовательно размещенных дисков. Один из крайних дисков жестко установлен на валу, а накопитель снабжен последовательно установленными на валу муфтами свободного хода. Каждый последующий диск, имеющий внутренние фрикционные поверхности, жестко связан со звездочкой соответствующей муфты свободного хода, а каждый диск, кроме второго крайнего, снабжен подпружиненным в направлении вала грузом с фрикционными накладками, который установлен в диске с возможностью перемещения в направлении фрикционной поверхности последующего диска [2]
Недостатки известного маховичного двигателя: для разгона маховиков необходим электродвигатель, что приводит к большому расходу электроэнергии; для получения значительной мощности необходимы большие размеры маховиков, что приводит к громоздкости конструкции; применение дисков и муфт с внутренними поверхностями усложняет управление маховиками и всю трансмиссию.

Изобретение направлено на решение технической задачи повышения энергоемкостных характеристик маховичного двигателя, а именно увеличение выходной мощности при снижении мощности на привод.

Для решения указанной технической задачи в маховичном двигателе, содержащем корпус, в котором установлен маховичный накопитель энергии, кинематически соединенный с приводом, согласно изобретению маховичный накопитель энергии выполнен в виде двух кинематически связанных групп маховиков приводной, кинематически связанной с приводом, и накопительной, при этом последняя выполнена многовальной, на концах каждого вала установлены маховики, а валы, установленные горизонтально-кинематически, связаны между собой через шестерни, кроме того, маховики в каждой группе соединены последовательно между собой механически с одинаковой частотой обращения, шестерни групп маховиков выполнены с различными диаметрами.

Совокупность признаков изобретения позволяет достичь следующие технические результаты: повышение выходной мощности маховичного двигателя по сравнению с приводной мощностью, уменьшение суммарной массы маховичного двигателя за счет применения n маховиков малых масс, упрощение конструкции из-за отсутствия трансмиссии и фрикционных муфт, упрощение запуска маховичного двигателя, так как для этого достаточно нарушить условие равновесия двух групп маховиков приводной и накопительной, использование как экологически безопасного двигателя в сухопутных и морских транспортных средствах.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый маховичный двигатель, вид сверху; на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1, расположение шестерен в накопительной группе.

Маховичный двигатель содержит корпус 1, в котором установлен маховичный накопитель энергии, выполненный в виде двух кинематически связанных групп маховиков: приводной 2 и накопительной 3. Приводная группа 2 маховиков состоит из маховиков 4, размещенных на горизонтальном концах вала 5, кинематически связанного с приводом 6. Нокопительная группа 3 маховиков выполнена многовальной, на концах каждого вала 7 установлены маховики 8. Валы 7 установлены горизонтально и кинематически связаны между собой через шестерни 9. Маховики 8 в каждой группе соединены последовательно, между собой механически с одинаковой частотой обращения. Приводная 2 и накопительная 3 группы маховиков соединены последовательно между собой через шестерни 9 и 10, размещенные в корпусе 1 и выполненные с различным диаметром.

Для приведения в движение маховичного двигателя к приводному валу 5 присоединен привод 6. Вращение через шестерню 10 передается на группу шестерен 9, а затем через конические шестерни 11 на кардан 12 транспортного средства.

Маховичный двигатель работает следующим образом. При вращении привода 6 (электродвигателя или педальной тяги) через шестерни 10 и 9 передается кинематический момент инерции на группу маховиков 8, которые вращаются с большей скоростью пропорционально коэффициенту передачи. Через конические шестерни 11 вращение передается на кардан 12 транспортного средства.

Что такое маховик и для чего он?

• двигатель

Обновлено 11 окт. 2019 г.

Джейсон Унрау

Механическая коробка передач может показаться базовой механической конструкцией.

Вы делаете всю работу по переключению передач, не так ли?

Но чего вы не видите, так это всех частей, которые постоянно находятся в движении, чтобы держать машину под вашим контролем.

Одной из таких деталей является маховик. В автомобиле с механической коробкой передач маховик выполняет важную функцию.

Давайте подробнее рассмотрим, что такое маховик, что он делает и что может выйти из строя.

A КОНСТРУКЦИЯ МАХОВИКА

В механической коробке передач маховик представляет собой толстый металлический диск.

Обычно изготавливается из чугуна, стали или, в некоторых случаях, алюминия.

Чрезвычайно жесткий, чтобы предотвратить изгиб или деформацию во время использования.

Край маховика имеет ряд зубьев шестерни, которые входят в зацепление со стартером двигателя.

Маховик прочно прикреплен болтами к фланцу коленчатого вала со стороны трансмиссии внутри корпуса колокола.

На стороне, обращенной к механической коробке передач, поверхность отшлифована так, чтобы за нее мог зацепиться диск сцепления.

ЧТО ДЕЛАЕТ МАХОВИК

Но что делает маховик? На самом деле у него несколько разных целей:

• Маховик обеспечивает массу для инерции вращения, чтобы двигатель вашего автомобиля работал. В противном случае двигатель заглохнет, как только вы отпустите педаль акселератора.
• Балансирует двигатель. Маховик специально утяжелен для коленчатого вала автомобиля, чтобы сгладить шероховатость, вызванную даже небольшим дисбалансом.
• Позволяет использовать электрический стартер. Стартер зацепляет кольцо стартера на краю маховика, чтобы начать вращение двигателя.
• Что наиболее важно для водителей, так это то, что маховик соединяет двигатель с трансмиссией через сцепление для передачи мощности на колеса.

Когда нога находится на педали сцепления, диск сцепления отсоединяется от маховика.

Так автомобиль может стоять на холостом ходу с включенной передачей или как автомобиль может остановиться на инерции.

Но при отпускании педали диск сцепления плотно прижимается к маховику.

Когда это происходит, входной вал коробки передач вращается с той же скоростью, что и коленчатый вал двигателя.

КАКИЕ ПРОБЛЕМЫ МОГУТ БЫТЬ С МАХОВИКОМ?

Благодаря своей сверхпрочной конструкции маховик чрезвычайно долговечен.

Это не значит, что проблем не может быть, просто они случаются реже.

Одной из наиболее распространенных проблем с маховиком является загрязнение.

Негерметичный задний сальник коленчатого вала или передний сальник первичного вала трансмиссии может привести к попаданию масла на маховик.

Вызывает проскальзывание сцепления, чрезмерное трение и нагрев.

Это может привести к короблению или горячим точкам, создающим вибрацию при зацеплении и ускорении.

В крайне редких случаях маховик может треснуть из-за интенсивного использования в высокопроизводительных или большегрузных автомобилях.

РАСХОДЫ НА РЕМОНТ МАХОВИКА

Иногда поверхность маховика можно восстановить, чтобы восстановить плоскую, ровную поверхность для сопряжения сцепления, если проблема связана с короблением или горячими точками.

Если шлифовка маховика невозможна, замена является единственным другим ремонтом.

Замена поверхности маховика в среднем стоит от 500 до 650 долларов за соответствующий труд.

Если требуется замена маховика, средняя стоимость ремонта составляет от 700 до 1200 долларов в зависимости от марки и модели.

Также самое время заменить сцепление, если приближается время его замены.

Если вам нужна замена маховика, вы можете найти качественных местных механиков на AutoGuru.

Лучший бит? Вы можете получить быстрые котировки и забронировать все это в режиме онлайн!

Автор:

Джейсон Унрау

Джейсон — канадский автор автомобильных статей, работавший в сфере автосервиса, но с детства увлеченный автомобилями и механикой.

Одной из его первых машин была Mazda RX-7 80-го года выпуска, которой очень не хватает до сих пор. Ford Torino GT 68-го года, универсал Ford Country Squire Woodie 1966-го и Suzuki GSX-R 750 1996-го года побывали в его парке автомобилей, мотоциклов и грузовиков за последние два десятилетия.

Гордость и радость Джейсона находится в стадии сборки — кабриолет Mazda RX-7 88 года выпуска с турбонаддувом. Также в его резюме есть официальная сертификация CASCAR. Двигатель

— Что делает маховик и с чем он связан?

Задавать вопрос

спросил
6 лет, 10 месяцев назад

Изменено
3 года назад

Просмотрено
119 тысяч раз

Я примерно понимаю, как работает двигатель и что есть коленчатый вал, который может вращать маховик за счет внутреннего сгорания.

Я только что понял, что понятия не имею, как кинетическая (движущаяся) энергия коленчатого вала может заставлять колеса вращаться, а также изменять скорость колес в зависимости от действий водителей. Я знаю, что где-то есть сцепление, коробка передач и «дифференциал», который позволяет колесам вращаться с разной скоростью (например, при повороте).

• Все это слетает с маховика?

• Что именно делает маховик и с чем он связан, кроме коленчатого вала?

• Как это связано с другими вещами?

• двигатель
• сцепление
• двигатель-теория
• коленчатый вал
• маховик

0

Маховик служит четырем основным целям (в большинстве автомобилей):

• Он обеспечивает массу для инерции вращения, чтобы поддерживать движение двигателя
• Специально утяжелен для балансировки коленчатого вала
• Обеспечивает запуск двигателя (пусковое кольцо)
• Обеспечивает соединение для передачи мощности между двигателем и трансмиссией (вместе со сцеплением также служит средством прерывания потока мощности)

Другим таким элементом, как маховик, является гибкая пластина. Это тонкая пластина, которая соединяет двигатель с гидротрансформатором в автоматических коробках передач. Хотя он обеспечивает запуск, соединение и балансировку маховика, он сам по себе не имеет достаточной массы, чтобы обеспечить инерцию вращения. В этом случае гидротрансформатор обеспечивает это для двигателя.

10

Это дополнение к ответу Полстера.
Вот анимация

Серый диск — это маховик

Википедия дает хороший общий план —

Маховик представляет собой вращающееся механическое устройство, используемое для накопления энергии вращения. …
— Обеспечение непрерывной энергией, когда источник энергии является прерывистым. Например, маховики используются в поршневых двигателях, потому что источник энергии, крутящий момент от двигателя, является прерывистым.
— Доставка энергии со скоростью, превышающей возможности непрерывного источника энергии. Это достигается за счет накопления энергии в маховике с течением времени, а затем быстрого высвобождения энергии со скоростью, превышающей возможности источника энергии.
— Управление ориентацией механической системы. В таких приложениях угловой момент маховика намеренно передается в виде крутящего момента на механическую систему крепления, когда энергия передается на маховик или от него, тем самым заставляя систему крепления поворачиваться в желаемое положение.

В нашем случае пункт 1 больше служит для обеспечения плавной работы двигателя за счет минимизации ускорения/замедления коленчатого вала между включениями цилиндров в НЕЙТРАЛЬНОМ положении.
Пункт 2. используется в системах рекуперации механической кинетической энергии.

Последствия высокого ИМ

1. Замедленная реакция двигателя — при отключении от трансмиссии. (медленнее для переключения передач для профессиональных кейсов)
2. Является дополнительной вращающейся массой для ускорения при подключении к трансмиссии.
   Спецификация маховика зависит от множества факторов, таких как конструкция двигателя, количество цилиндров (чем больше, тем равномернее распределяется рабочий ход), число оборотов в минуту и ​​т.