Маховик зі змінним моментом інерції

Реферат: Винахід належить до галузі машинобудування і може бути використаний як накопичувач механічної енергії. Маховик з вертикальною віссю обертання має у своєму складі порожнисту камеру, частково заповнену феромагнітною рідиною. Дві стінки камери мають нахил відносно осі обертання, причому у верхню стінку вмонтовано пружні кільцеві гофри, що дає можливість змінювати положення камери з похилого до горизонтального в процесі розкручування маховика. Камеру прикріплено внутрішньою боковою стінкою до зовнішньої поверхні кільцевого магніту, намагніченого по висоті. На торцях магніту закріплено кільцеві полюсні наконечники, орієнтовані у радіальному напряму в бік камери. Всередині камери по її периферії і через однакові проміжки встановлено перегороди. Конструкція маховика дозволить прискорити введення в дію феромагнітної рідини при його розкручуванні та збільшити розмір накопичуваної енергії. UA 102692 C2 (12) UA 102692 C2 UA 102692 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі машинобудування і може бути використаний як накопичувач механічної енергії. Відомий маховик зі змінним моментом інерції з вертикальною віссю обертання [А.с. СССР № 1201687, кл. F16F 15/30. Маховик переменного момента с вертикальной осью вращения / Г.Г. Дьячук и B.C. Финченко// Бюл. № 48, 1985] у складі диска з порожниною по периферії для робочої рідини, яку виконано у вигляді концентрично розміщених секцій, об'єм яких зменшується по радіусу порожнини, причому на зовнішній поверхні стінки кожної з секцій закріплено шар пружнодеформовного матеріалу, а також конічних камер з робочою рідиною для кожної секції, діаметр основи яких виконано меншим внутрішнього діаметра порожнини. Секції і конічні камери розділені перегородками на відсіки у вигляді секторів, причому кожна з камер сполучена через отвір з відповідною секцією. Недоліком вказаного маховика є складність конструкції, зумовлена його багатоелементністю. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого винаходу є маховик змінного моменту інерції [А.с. СССР, № 1171619, кл. F16F 15/30. Маховик переменного момента инерции/ В.В. Скрябин// Бюл. № 29, 1985] у складі порожнистої камери у вигляді зрізаного конуса, частково заповненої феромагнітною рідиною, та закріпленого на меншій основі конуса постійного магніту, намагніченого по діаметру основи. Недоліками зазначеного маховика є: 1) значний дисбаланс у початковий період роботи; 2) низька ефективність, зумовлена формою і напрямом намагнічування постійного магніту та відносно малим активно діючим об'ємом феромагнітної рідини. В основу винаходу поставлена задача по вдосконаленню маховика, в якому шляхом зміни форми порожнистої камери, введенням в конструкцію маховика нових елементів, зміною форми і напряму намагнічування постійного магніту забезпечується збільшення активно діючого об'єму феромагнітної рідини та усунення дисбалансу при розкручуванні маховика і за рахунок цього збільшується ефективність роботи при накопиченні та віддаванні механічної енергії. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому маховику зі змінним моментом інерції, що включає порожнисту камеру, частково заповнену феромагнітною рідиною, та постійний магніт, що розташований в центральній частині маховика і має з ним спільну вісь обертання, згідно з винаходом, дві стінки камери мають нахил відносно осі обертання, а саму камеру всередині оснащено перегородками, що радіально розташовані по її периферії через однакові проміжки, причому одна із стінок камери має пружні кільцеві гофри; також камеру виконано з можливістю зміни положення вказаних стінок при розкручуванні до стану, коли обидві стінки перпендикулярні осі обертання, а камера має овальну форму; постійний магніт виконано у вигляді намагніченого по твірній циліндра. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг.1 зображено поперечний переріз маховика у нерухомому стані; на фіг. 2 - поперечний переріз розкрученого маховика. Маховик з вертикальною віссю обертання має у своєму складі порожнисту камеру 1, частково заповнену феромагнітною рідиною 2. Корпус камери виконано з немагнітного матеріалу, а її дві стінки мають нахил відносно осі обертання маховика. Верхню стінку камери виконано з вмонтованими пружними кільцевими гофрами 3, що дозволяє змінювати положення камери при її розкручуванні від похилого відносно осі обертання маховика до горизонтального при номінальній частоті обертання, коли обидві стінки перпендикулярні осі обертання. Довжину гофрів (в їх розігнутому стані) вибрано за умови рівностей ширини нижньої і верхньої стінок камери у випадку розкрученого маховика (фіг. 1, 2). Всередині камери по її периферії і на однаковій відстані одна від одної встановлено перегороди 4. Довжину перегород у радіальному напрямі виконано такою, що їх внутрішні торці не дістають до рівня феромагнітної рідини у нерухомому стані маховика (фіг. 1) Корпус камери 1 та перегороди 4 виконано з податливого деформаціям матеріалу. До складу маховика також входить постійний магніт 5, який виконано у вигляді порожнистого циліндра, намагніченого по твірній (фіг. 1, 2). До зовнішньої поверхні циліндра прикріплена внутрішня стінка камери 1. На верхньому і нижньому торцях магніту 5 закріплено кільцеві полюсні наконечники 6, виконані з магнітом'якого матеріалу і орієнтовані у радіальному напрямі в бік камери 1. Зовнішню поверхню полюсних наконечників виконано обтічною. Маховик зі змінним моментом інерції працює таким чином. У початковий момент часу, коли маховик нерухомий, відцентровані сили не діють на камеру 1 і на феромагнітну рідину 2 в ній. При цьому гофри 3 знаходяться у зігнутому стані, що змушує до підняття периферію камери 1 відносно рівня постійного магніту 5. Феромагнітна рідина 2 під дією сили тяжіння збирається біля зовнішньої поверхні постійного магніту 5 і утримується там силами магнітного поля. 1 UA 102692 C2 5 10 15 20 25 Полюсні наконечники 6 збільшують розмір магнітних сил, що діють на рідину. Момент інерції маховика у цьому випадку буде мінімальним, що полегшує його розкручування. При обертанні маховика феромагнітна рідина 2 під дією відцентрованих сил, перевищуючих магнітні, прямує до периферії камери 1, де посередництвом перегородок 4 утягується в рух камери, що збільшує момент інерції маховика. Під дією відцентрованих сил пружні гофри 3 розрівнюються і при номінальній частоті обертання маховика камера 1 переходить з похилого у горизонтальне положення (фіг. 1, 2). При цьому збільшується відстань центра мас периферії камери з феромагнітною рідиною від осі обертання, що додатково збільшує момент інерції маховика. При зменшенні частоти обертання маховика, гофри під дією сил пружності поступово переходять у зігнутий стан, що забезпечує підняття периферії камери 1 відносно рівня постійного магніту 5 і стікання рідини в зону дії магнітних сил, які затримують останню у просторі між полюсним наконечниками 6 біля зовнішньої поверхні магніту. Виконання порожнистої камери з боковими стінками, що мають нахил відносно осі обертання маховика, та використання постійного магніту у вигляді порожнистого циліндра, намагніченого по твірній і з кільцевими полюсними наконечниками, дозволить збільшити об'єм ефективно діючої феромагнітної рідини і, як наслідок, розмір накопичуваної маховиком механічної енергії. Введення пружних кільцевих гофр, вмонтованих у верхню стінку порожнистої камери, забезпечить стікання феромагнітної рідини в зону її притягання постійним магнітом при зменшенні частоти обертання маховика та збільшення моменту інерції маховика в номінальному режимі роботи. Встановлення перегородок всередині порожнистої камери по її периферії прискорить введення в дію феромагнітної рідини при розкручуванні та розмір віддаваної нею енергії при гальмуванні маховика. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Маховик зі змінним моментом інерції, що включає порожнисту камеру, яка частково заповнена феромагнітною рідиною, та постійний магніт, який розташований в центральній частині маховика і має з ним спільну вісь обертання, який відрізняється тим, що дві стінки камери мають нахил відносно осі обертання, а саму камеру всередині оснащено перегородками, що радіально розташовані по її периферії через однакові проміжки, також одна із стінок камери має пружні кільцеві гофри, що дає можливість зміни положення стінок камери при розкручуванні до стану, коли обидві стінки перпендикулярні осі обертання маховика, а камера має овальну форму, причому постійний магніт виконано у вигляді намагніченого по твірній порожнистого циліндра. 2 UA 102692 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3