Обод маховика

(9) Р 15/3 51) 5 УДАРСТВЕННОЕ ОМСТВО СССР ПАТЕНТ СССР)о СССР1986,51, кл. Р 16 54) нию,исп лэнер из л стал ного чем напр за неменнпопепривемасссти суего врН ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Бюл. М 5политехнический институт ов, Г.Л.Колмогоров и В.В.Л Авторское свидетельст 11447, кл, Р 16 Р 15/30 Патент США М 4285 О, 1984.БОД МАХОВИКА зобрэнерг ььзов д иии.звестен обод супермаховика, навитыйнты постоянного сечения например,ная), чередующаяся с лентой переменсечения (например, свинцовая), приолщина последней увеличивается повлению к центру,едостатком известного устройства явнизкая надежность из-за необходиприменения склейки или натяга дляции витков друг с другом, а также изавномерности намотки ленты перего сечения, когда намотка ведетсяеменно двумя типами лент, что можетти к несимметричной концентрациитносительно диаметральной плоскоермаховика и вызвать дисбаланс прищении,иболее близкпредлагаем им по технической сущому является обод махо(57) Изобретение относится к машиностроению и может использоваться для аккумулирования и повторной отдачи энергии, Цель изобретения - повышение надежности обода маховика, Обод 1 выполнен намоткой из арматуры 2, скрепленной матрицей 3, с различным отношением плотности обода к модулю упругости, при этом обьемное содержание арматуры непрерывно меняется по толщине обода 1, Тем самым обеспечивается совместность перемещений слоев при работе. 1 ил. вика, содержащий сплошное кольцо из композиционного материала (волокна, полимерного связующего, мелкодисперсного балласта), у которого плотность снижается в радиальном направлении от внутреннего радиуса к наружному эа счет включения в связующий полимерный материал мелкодисперсного балласта, т.е, добавок материала с высокой плотностью свинец или железо в виде порошка), Доля волокна в материале обода возрастает от внутреннего радиуса к наружному, таким образом обеспечивая увеличение окружного модуля упругости композиционного материала. Следовательно, в известном устройстве плотность композита уменьшается из-за переменного содержания мелкодисперсного балласта, а окружной модуль увеличивается путем изменения доли волокна к периферии. Недостатком известного обода является низкая надежность из-за необходимости применения трех видов материала(аолокна, связующего, балласта). а также из-за ослаб 1793127ления прочности обода вследствие наличиямелкодисперсного балласта (концентрэторэ напряжений), Балласт ведет к созданию.в ободе дополнительных напряжений, снижэащих допускаемую скорость вращения,Цель изобретения - повышение нэдежности ободэ маховика зэ счет обеспечениясовместности радиальных перемещенийслоев ободэ при работе маховика,Указанная цель достигается тем, что вободе маховика из металлической арматуры(проволоки или ленты) в виде слоев непрерывной окружности намотки, скрепленныхметаллической мэтрицей, у которой отношение плотностй к модула упругости отличноот арматуры, объемное содержэние эрмэтуры непрерывно изменяется по радиусу ободэ тэк, чтобы отношение плотности,получаемого композиционного материала к 1его окружному модулю упругости уменьшэ-,лось пропорционально увеличению куба рэ-;диусэ. Различная податливость (отношениеплотности к модулю упругости) материалов,арматуры и матрицы, э также непрерывноеизменение объемного содержания эрмэтуры позволяет получить обод, у которого подэтливость получаемого композиционногоматериала уменьшается к периферии ободапропорционэльно кубу радиуса.Обод маховика. можно представить состоящим из набора тонких колец (слоев),скрепленных между собой. Радиальное перемещение Огтонкого кольЧа определяетсяпо формулеОгрйР г /Е,где р- плотность кольца;Е - модуль упругости кольца;со- угловэя скорость вращения;г - радиус кольца./ Под ред. С,В,Серенсенэ. - М,: 1963, с.224),Окружной модуль упругости композиционного материала Ек равенЕ=ЕЧг+(1-Н) Е,п, /2/где Е - модуль"упругостй армэтуры; Еп - мЬдуль упругости матрицы;Чг - объемйое содержание арматуры " (Композиционные материалы: Спрэвочник / Под ред, Д,М.Кэрпиносэ. - Киев: Нэуковэ думка", 1985, с.47)АналогичнО плотность композициойнЬго мэтериэлэрравнар,= р Ф+ р гл(1-Ч), /3/где ри рп - плотность арматуры иматрицы соответственно,Тогда радиальное перемещение любогокольца равно ЧГ-ркш г /Ек, /4/где р к и Ек зависят от объемного содержэния арматуры кольца и изменяются по радиусу обода.Вводя обознэчения10Е Ь= с"; 12= /5/ ргЕ Ч г1 Ч г)ЬА(г) -15Ч Г+ - 1 Г 2имеемЩг)= й юг, /6/20Переменная податливость ободаА(г) р/Е позволяет повысить- нэдежность в работе обода мэховикэ зэ счет обеспечения сбвместности рэдиэльных перемещений слоев обода.Если податливость материала арматурыи матрицы равны т.е. К=К 2, то в этом случае величина А(г) постоянна и равна единице.Тогда податливость композиционного материала не зависит от объемного содержания арматуры, постоянная по толщине обода и равнэр/Е=р п/Еп, Следовательно, применять материалы с одинаковой податливостью арматуры и матрицы нельзя, тэк кэк в этом случае слои (по формуле /4/) стремятся иметь разные перемещения, возникают значительные рэстягивэющие радиальные напряжения, что приводит к расслоению обода.Сравнительный анализ с прототипомпоказывает, что заявленный обод мэховикэ отличается тем, что отсутствует мелкодисперсный бэллэст и объемное содержание 45 арматуры непрерывно изменяется по радиусу обода (одновременное изменение плотности и окружности модуля упругости композиционного материала) тэк, чтобы отношение плотности получаемого композиционного материала к его окружному модулю упругости уменьшалось пропорционэльно увеличению куба радиуса, при этом отнбшение плотности к модулю упругости для материала арматуры отлично от этого отношения для матрицы, В этом заключается новизна. Использование указанных признаков приводит к появлению нового свойствэ - обеспечению. совместности рэдиэльных перемещений слоев обода и, сле1793127 дов т хов к рит л "су е--- -= 3,714 10Е 21 1011 5 Для любого текущего радиуса гт должно выполняться условие ка,жит мнуюсодеется илы апода редлагаемый обод маховика 1 содереталлическую арматуру 2, скреплен- металлической матрицей 3, обьемное 10 жание арматуры непрерывно изменяо радиусу обода 1, При этом материаматуры и матрицы имеют различную ли вость.бод маховика ра(Гт)+(1 - ЧГ(г бежн 1 х слое и пере е ради са объе н це 3 о е комп з диуса ч альн х сниже чески о спользуя Ч(гт) 1 47АЛ)(,Л - -) (,)25 Верхним предельным значением обьемного содержанияарматуры является г=1,нижним 1 г=О, Например, использованиематрицы с большей податливостью, чем уарматуры, соответствует следующему случаю, На наружном радиусе г=1 - арматура(проволочный бандаж), На внутренней поверхности юг=О - однородный материал сподатливостью, равной податливости матрицы,35 Последний виток арматуры может закрепляться, например, с помощью сваркиили пайки, Другими изве тными способамизакрепления последнего витка могут быть,40закрепление под внутреннюю поверхностьпредыдущего витка. Отметим, что проблемызакрепления последнего витка не возникаетв случае, когда объемное содержание арматуры на наружной поверхности равно нулю.45 Исйользование предлагаемого изобретения повышать надежность обода маховика из-за отсутствия расслоения обода привращении, позволяет изготовлять ободы ма 0ховикав с большей плотностью энергии засчет повышения допускаемой скорости вращения обода. еряем условие неравенс атрицы и арматуры подат 113 7063 10 7,6 10 о ыбрано из плотности упругости а радиуса обретения образованный ры и матрицы оследней к пе й с я тем, что,сти, соотношеоо мула измаховика,кой арматуличества иичающия надежно лич 55 усло обоства, ар вия умен да к его порциона а маховиматуры и матрицы вьшения отношенияокружному модулюльно увеличению кубка,Обо ной нам станием обода, о повыше окружс возрариферии с целью ние кообо ельно, к повышению надежности маа.аким образом, можно сделать предваьный вывод о соответствии критериюственные отличия".а чертеже представлен обод маховиом.и вращении под действием центросил слои обода 1 стремятся к расю, поскольку радиальные щения слоев пропорциональны кубу(Ог=рв г /Ек), Однако различноегзое содержание арматуры 2 в матриспечивает изменение податливости итар/Е пропорционально кубу рато обеспечивает совместность радиперемещений слоев обода и ие радиальных напряжении практинуля, .я разгона и торможения обода махоожно использовать известные уста маховичной техники, например,ощи податливой упругой прослойки СР М 582429), канатной подвески..В, Инерция, М.: Наука, 1982, с,110, ) или с использованием линейного ля-генератора и магнитных опор , рис.24).е р 1, Обод с наружным радиусом нутренним радиусом г;-0,5 м намотальной проволоки, В качестве матименен свинец, Объемное изменение го содержания арматуры Чуг) по раеспечивающей нерасслоение обода щении, Модуль упругости и плотматуры: Ег=2,1 10 Па р,=7800 атрицьп Е=1,6 10 Па о оп=1130 вика ройст при по (А,с. С (Гулиа рис, 2 двигат (Там ж При Йн=1 и тан из рицы и обьемн ди усуо при вр ность а кг/м; кг,/м,Про ливости. Используя соотношение /6/, имеем Проводя преобразованияозначения /5/, получим1793127 Составитель В,Малахойактор И,Кулакова Техред М.Моргентал р Н,Бучок К Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина каэ 489 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5