Требования к маховику

Технические условия на контроль сортировку деталей

Карта технических условий на дефектацию детали

Маховик КамАЗ 740

маховика — чугун серый СЧ 20;

обода зубчатого — сталь 35

маховика — НВ 200 — 241; обода зубчатого — НВ 167—212

№ дефекта по эскизу

Способ установления дефекта и контрольный инструмент

По рабочему чертежу

Допустимый без ремонта

Обломы или трещины на маховике более 2 мм длинной

Трещины глубиной до 2 мм, износ, риски, задиры на рабочей поверхности

Шлифовать до устранения дефект

Износ пазов в шипах

Наплавить и прошлифовать

Обломы, трещины на зубчатом ободе

Заменить зубчатый обод

Износ зубьев по длине l3 зубчатого обода

Эталон замера длины зуба

Заменить обод при длине зуба меньше эталона

Износ отверстия под установочную втулку

Дефектация, восстановление и сортировка маховиков производятся в соответствии с требованиями технических условий.

Технические условия на контроль, сортировку и восстановление маховика представлены в табл. 2

Дефекты маховиков устраняются следующим образом. Износ, риски, задиры, трещины глубиной до 2 мм на рабочей поверхности устраняются шлифованием на плоскошлифовальном станке. Изношенные пазы наплавляются, после чего шипы шлифуются. Зубчатый обод, имеющий обломы, трещины и износ зубьев, с маховика спрессовывается и вместо него напрессовывается новый. При обломах, трещинах маховики выбраковываются.

Маршруты восстановления маховика

Загрязнения поверхностей удаляют с помощью водных растворов технических моющих средств (ТСМ). ТСМ представляют собой многокомпонентные композиции включающие в свой состав поверхностно — активные вещества (ПАВ) и активные солевые добавки (карбонаты, силикаты, фосфаты). Наиболее эффективная очистка производится раствором каустической соды. Продолжительность мойки чугунных деталей в 3—3,5%-ном растворе каустической соды, нагретом до 75—80° С, составляет 10—12 мин.

Материал для маховика

Материал для маховика —это для примера. С таким же успехом можно было задать вопрос: из какого материала делать ракеты и теннисные ракетки, лодки и шесты для прыжков, топливные баки и корпуса автомобилей? И ответить: рациональнее всего из композитов.

Что такое маховик

Что такое маховик и для чего он нужен? В политехническом словаре за 1977 год сказано, что маховик — это колесо с массивным ободом, устанавливаемое на валу машины с неравномерной нагрузкой для выравнивания ее хода. Если иметь в виду только эту цель, то для изготовления маховиков целесообразно выбирать как можно более тяжелый материал, чтобы они справлялись со своей задачей при сравнительно небольших размерах.

Маховик — колесо с массивным ободом

С тех пор роль маховиков в технике существенно расширилась. Во всяком случае, приведенное определение явно неполное.

Сегодня повышенный интерес к маховикам связан не только и не столько с их традиционным использованием для выравнивания нагрузки на валах поршневых двигателей, компрессоров, насосов и других машин, сколько с проблемой рекуперации механической энергии, то есть использования энергии, погашаемой при торможении машин.

Суть проблемы состоит в следующем. Движущиеся поезда, автомобили, трамваи, троллейбусы, автобусы периодически (и довольно часто) нужно останавливать. Для этого, как известно, служат тормоза. Но при каждом торможении кинетическая энергия транспортного средства переходит в тепло, нагревая тормозные колодки, диски и безвозвратно рассеиваясь в окружающей среде. При современном энергетическом кризисе такое расточительство недопустимо. Как показывают подсчеты, примерно половина энергии, развиваемой двигателями, теряется при торможении.

Маховик — аккумулятор механической энергии

Вот маховики-то и могут помочь резко снижать эти потери. Маховик — аккумулятор механической энергии, то есть устройство, позволяющее накапливать механическую энергию, хранить ее и при необходимости опять выделять.

Если массивный маховик заставить вращаться с большой скоростью, он может за счет своей инерции развить мощность, достаточную для того, чтобы привести в движение автобус или поезд. Это его свойство и навело на мысль: вместо того, чтобы тратить кинетическую энергию машины на нагрев тормозов, ее нужно расходовать на раскручивание маховика, установленного на машине.

Маховик — аккумулятор механической энергии

При торможении маховик накапливает энергию, а когда возникнет необходимость снова тронуться с места, эта энергия будет передаваться с помощью специальных механизмов на ведущие колеса. Иными словами, разгон будет осуществлять энергия, накопленная при торможении. Это позволит на 30— 50 % сэкономить горючее, значительно уменьшить количество токсичных выхлопных газов, повысить проходимость.

В наше время все это настолько важно, что имеет прямой смысл заняться разработкой транспортных средств, снабженных маховиками, которые играют роль дополнительных источников энергии. И во всем мире такими разработками усиленно занимаются.

Основное требование, предъявляемое к маховику, вытекает из его назначения: он должен накапливать при вращении как можно больше энергии. Если маховик представить в виде тонкого кольца, величина этой энергии Е оценивается формулой:

где m— масса кольца, V — линейная скорость его вращения.

Из этой формулы следует, что для увеличения энергоемкости маховик следует делать как можно тяжелее и вращать с максимально возможной скоростью.

Какой применить материал для маховика

Возникает вопрос, какой применить материал для маховика?

Нужно взять материал с максимально высокой плотностью γ, чему соответствует вольфрам, плотность которого 19 300 кг/м 3 .

Большую плотность имеют только осмий (γ=22 500 кг/м 3 ), иридий (γ=22 400 кг/м 3 ) и платина (γ=21 450 кг/м 3 ), но это очень дорогие металлы.

Рассмотрим вариант применения вольфрама.

До какой скорости можно раскручивать маховик? Ясно, что не до бесконечно большой. Предельная скорость вращения ограничена прочностью материала. Известно, что при достижении определенной скорости вращения маховик может разорваться. Поскольку эти скорости составляют десятки и сотни метров в секунду, от такого разрушения ничего хорошего ждать не приходится. В лучшем случае дело кончится поломкой вала и ходовой части машины. Но при разрыве маховика разлетающиеся с огромной скоростью обломки могут разрушить близлежащие постройки и, что самое страшное, привести к человеческим жертвам. Так что допускать разрушения ни в коем случае нельзя.

Какие силы разрывают маховик

Знаете ли вы, какие силы разрывают маховик? Часто можно услышать ответ: силы инерции или центробежные силы. Ничего подобного. Таких сил просто-напросто не существует. Вернее, они существуют на бумаге или в нашем воображении — так легче и удобнее проводить расчеты, но в маховике их нет. А есть силы связи между отдельными частями маховика (силы упругости), которые в результате стремления частей двигаться по инерции (то есть равномерно и прямолинейно) при вращательном движении приводят к деформации маховика. Возникающие при деформации силы обеспечивают всем частям вращающегося тела ускорения, необходимые для движения по окружности.

Если для обеспечения вращения нужны силы, превышающие прочность связи отдельных частей тела, оно разрушается. Таким образом, непосредственной причиной разрушения маховика является не его вращение и не действие воображаемых центробежных сил, а его деформация.

Для тонкостенного кольца, которым мы моделируем маховик, величину напряжений σ, возникающих в нем, можно оценить соотношением:

где γ — плотность материала, v — линейная скорость вращения маховика.

Из этого уравнения можно рассчитать предельную допустимую скорость vпред, которая приводит к разрушению. Оно произойдет, когда величина напряжения σ достигнет предела прочности σв материала, из которого маховик изготовлен. При этом скорость v будет равна предельной скорости vпред которая рассчитывается из выражения

Отношение прочности σв к плотности γ называется удельной прочностью σуд материала. Следовательно, предельно допустимая скорость вращения маховика равна корню из его удельной прочности.

Формула (1) определяет величину всей энергии, запасаемой маховиком. А удельная энергия, запасаемая единицей массы маховика (например, одним килограммом), составляет:

Предельную величину удельной энергии епред, которую в состоянии накопить каждый килограмм массы маховика, можно рассчитать из уравнения (4), где вместо v следует поставить значение vпред из формулы (3), то есть:

Таким образом, максимальная удельная энергия, которую можно «накачать» в маховик, однозначно определяется удельной прочностью материала, из которого он изготовлен. При одинаковой прочности двух материалов большую удельную прочность имеет более легкий из них. Значит, чтобы сделать маховик максимально энергоемким, его нужно делать не из тяжелого, а из легкого, но прочного материала.

Итак, супермаховики, то есть маховики, способные запасать очень большое количество энергии, нужно делать из сверхпрочных и легких материалов. Из каких именно?

Чтобы ответить на этот вопрос, давайте сопоставим значения удельной прочности некоторых традиционных машиностроительных материалов (сталей, алюминиевых, титановых, вольфрамовых сплавов) и некоторых композитов. Эти значения приведены в таблице.

Приведенные данные говорят: лучше всего для изготовления супермаховиков подходят композиты, в частности органопластики. Они обладают наибольшей удельной прочностью из всех известных конструкционных материалов.

Смотрите так же:  Заявление о внесении сведений в егрп

А вольфрам, который мы хотели использовать, оказался самым неподходящим материалом, поскольку у него самая низкая удельная прочность. Каждый килограмм маховика из огранопластика способен накопить в 14 раз больше энергии, чем из вольфрама. Это связано с тем, что большая прочность и малая плотность органопластика позволяют раскручивать изготовленные из него маховики до огромных скоростей, тогда как вольфрамовые маховики сами себя разрывают при сравнительно низких скоростях вращения.

Но не во всех случаях удается реализовать возможности, заложенные в органопластиковых маховиках. Не будем забывать, что, хотя удельная энергия не зависит от массы маховика, абсолютная величина накапливаемой энергии пропорциональна его массе, поэтому маховик должен быть достаточно тяжелым, а при небольших размерах нужную массу из органопластика набрать трудно. Но если особых ограничений на размеры маховика нет и можно обеспечить максимально допустимые (из соображений прочности) скорости вращения, органопластики находятся вне конкуренции.

Из таблицы видно, что по удельной энергоемкости к органопластикам приближаются углепластики. Хотя они имеют несколько меньшую удельную прочность, их модуль Юнга, (подробнее: Армированные композиты) намного выше, а это означает, что маховики из углепластиков испытывают меньше деформации. Обстоятельство немаловажное. Дело в том, что маховики из органопластиков склонны к расслоению, и одна из главных причин этого — их низкая жесткость.

Супермаховики не только помогают экономить энергию, теряемую при торможении, они могут сами выполнять роль двигателя машины.

Подсчитано, что супермаховик из органопластика массой 127 кг и энергоемкостью 30 квт • ч, раскрученный в течение 5 минут мощным внешним двигателем, может обеспечить движение легкового автомобиля со скоростью 96 км/ч на расстояние 320 км. Электромобилю с аналогичными техническими характеристиками нужна батарея аккумуляторов массой 1 т. Как видим, 1 кг маховика может запасать намного больше энергии, чем современный электрический аккумулятор такой же массы.

Органопластики — это композиты, состоящие из полимерной матрицы и органических волокон. Если раньше органические волокна (капроновые, нейлоновые и др.) не могли конкурировать по прочности с лучшими образцами стеклянных, металлических и керамических волокон, то сегодня картина резко изменилась. Сверхпрочные и очень легкие органические волокна — наиболее перспективные армирующие элементы для полимерных матриц.

Большую популярность приобрели волокна, которые называются у нас СВМ, а за рубежом — Кевлар. Они имеют прочность при растяжении 3000—4000 МПа, легко подвергаются переработке, с ними удобно работать, и их выпуск постоянно растет. Однако в тяжелонагруженных конструкциях применение органопластиков вследствие их низкого модуля Юнга приводит к большим деформациям, что сказывается на работоспособности конструкций. Чтобы этого не происходило, к органическим волокнам добавляют более жесткие углеродные и получают так называемые гибридные композиты, содержащие два и более видов волокон. Если у волокон марки Кевлар-49 модуль упругости 140 000 МПа, то у углеродных волокон — 200 000—700 000 МПа при прочности 1000—3500 МПа.

Волокна кевлар как вид органопластики

В качестве арматуры можно использовать не только отдельные волокна и нити, но и ткани, сетки, пряжу из органических и углеродных волокон.

Низкая плотность органо- и углепластиков (в пять раз ниже, чем у стали и почти вдвое, чем у алюминия) наряду с высокой прочностью делает их очень привлекательными для конструкторов, занимающихся разработкой не только маховиков, но и космических кораблей, самолетов, подводных лодок, спортивного инвентаря и многих других изделий.

Полимерные композиты уже широко применяются в технике. А внедрение в промышленность композитов на металлической основе отстает от полимерных.

Причина этого ясна. Методы получения новых композитов с полимерными матрицами (угле-, органо-, боропластиков) принципиально не отличаются от методов получения давно известных стеклопластиков, которые разработаны еще полвека назад. Замена стеклянных волокон более совершенными проходит сравнительно безболезненно, на том же оборудовании, теми же специалистами. А опыта промышленного производства металлических композитов пока очень мало. Это совсем новые материалы, они требуют нетрадиционных для металлургии и металлообработки технологий, создания специального оборудования, они просто непривычны для металлургов. А непривычное всегда кажется ненадежным.

Еще один вопрос, который хотелось бы обсудить: в каких случаях следует применять металлические, а в каких — полимерные композиты? Здесь все определяют условия работы материала. В супермаховиках, например, целесообразнее использовать полимерные композиты, поскольку у них удельная прочность выше, а нагрев при работе невелик. И вообще, при температурах, близких к комнатной, полимерные композиты обычно предпочтительнее по механическим свойствам. Но у полимеров есть серьезный недостаток — они не выдерживают высоких температур. Самые термостойкие из них разрушаются при температурах выше 600—700 К. Поэтому для конструкций, работающих в условиях интенсивного нагрева, нужны металлические композиты.

Выбор матричного материала могут диктовать и такие показатели, как электросопротивление, теплопроводность, стойкость к радиации, способность накапливать статическое электричество и др. В одних случаях по этим показателям подходят полимеры, в других — металлы. Поэтому полимерные и металлические композиты не только конкурируют, но и дополняют друг друга. И чем больше различных композитов создадут ученые, тем шире станут возможности техники, тем совершеннее будут изготовленные из них изделия.

Маховик в двигателе трактора уменьшает неравномерность вращения коленчатого вала, выводит поршни из мертвых точек и помогает двигателю преодолевать повышенные нагрузки, возникающие при трогании трактора с места и во время работы. Маховики всех двигателей отлиты из чугуна. Их размеры зависят от скорости вращения вала и числа цилиндров; многооборотные и многоцилиндровые двигатели имеют более легкие маховики.

Для определения в. м. т. в первом цилиндре или для нахождения положения вала, соответствующего началу подачи топлива насосом, на маховиках наносят метки или сверлят углубления. На ободе маховика дизельного двигателя напрессован стальной зубчатый венец для вращения вала от пускового устройства.

К задней плоскости маховика крепится ведущая часть муфты сцепления силовой передачи трактора. Маховики многих двигателей имеют сверления для удаления масла, которое может вытекать из подшипника, расположенного в торце коленчатого вала.

Основные сведения о шатунно-кривошип-ном механизме различных двигателей приведены в табл. 3.

Уравновешивание двигателей. Колена вала четырехцилиндровых двигателей расположены под углом 180°. При этом силы инерции двух крайних поршней и шатунов, движущихся в одну сторону, почти полностью уравновешиваются силами инерции двух средних поршней и шатунов, движущихся в противоположную сторону (рис. а).

Схемы уравновешивания двигателей тракторов и детали уравновешивающего механизма

а — схема уравновешивания двухцилиндрового двигателя Д-21; б — схема уравновешивания четырёхцилиндровых двигателей Д-5Э, СМД-14, Д-108; в — детали уравновешивающего механизма двигателя АМ-41; 1 — поршень; 2— шатун; 3— коленчатый вал; 4— противовес на шкиве вала; 5 — противовес на маховике; 6 — маховик; 7 — противовес на щеке вала; 8—промежуточные шестерни; 9—шестерня вала уравновешивающего механизма; 10 — грузы; 11 — шестерня уравновешивающего механизма двигателя АМ-41; 12 — зубчатый венец щеки коленчатого вала; 13—корпус; 14 — блок-картер; 15 — прокладка

Двигатель АМ-41 имеет специальный механизм, который полностью уравновешивает инерционные силы частей, перемещающихся в цилиндрах (рис. в).

Уравновешивающий механизм расположен внутри поддона картера. Его корпус прикреплен снизу к блоку цилиндров. В корпусе, на двух неподвижных осях с шарикоподшипниками, вращаются два блока шестерен с приливами-грузами 10 (рис. в). Эти грузы, служащие противовесами, приводятся во вращение зубчатым венцом четвертой щеки коленчатого вала со скоростью, вдвое большей скорости вращения вала. Метки на венце и шестернях совмещают так, чтобы грузы шестерен занимали нижнее положение, когда поршень первого цилиндра находится в в. м. т.

При вращении коленчатого вала вертикальная составляющая центробежной силы грузов-противовесов всегда равна по величине и противоположна по направлению неуравновешенной силе инерции поршней. В результате этого значительно снижается вибрация двигателя АМ-41 и всего трактора.

Колена вала двухцилиндрового тракторного двигателя Д-21 тоже расположены под углом 180°. Уравновешивающий механизм этого двигателя состоит из двух грузов, укрепленных на концах балансирного вала. Последний опирается на втулки, приводится во вращение от коленчатого вала и имеет с ним одинаковое число оборотов. Центробежные силы шатунов и колен вала уравновешиваются противовесами щек и приливами.

Колена вала шестицилиндрового двигателя АМ-01 расположены под углом 120°. Это позволяет уравновесить силы инерции кривошипно-шатунного механизма без применения дополнительных устройств.

ГОСТ 5260-75
Маховики чугунные для трубопроводной арматуры. Типы, основные размеры и технические требования

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МАХОВИКИ ЧУГУННЫЕ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Типы, основные размеры и технические требования

Cast iron handwheels for pipline armature. Types, basic dimensions and technical requirements

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 28 июля 1975 г. N 1946 срок введения установлен с 01.01.77

Проверен в 1980 г. Срок действия продлен до 01.01.87*

______________________
* См. ярлык «Примечания». — Примечание изготовителя базы данных.

Смотрите так же:  Оформить бутылку шампанского на свадьбу своими руками

Взамен ГОСТ 5260-68

* Переиздание (декабрь 1984 г.) с Изменениями N 1, 2, 3, утвержденными в декабре 1979 г., июне 1981 г., мае 1984 г. (ИУС 1-79, 9-81, 8-84).

Настоящий стандарт распространяется на чугунные маховики для трубопроводной арматуры общего назначения.

Стандарт не распространяется на маховики, применяемые в судостроении.

1. ТИПЫ И ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ

1. ТИПЫ И ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ

1.1. Маховики должны изготовляться следующих типов:

1 — плоский маховик с волнистым ободом;

2 — плоский маховик с круглым ободом;

3 — вогнутый маховик с волнистым ободом.

1.2. Основные параметры и размеры маховиков типа 1 должны соответствовать указанным на черт.1 и в табл.1.

Черт.1. Основные параметры и размеры маховиков типа 1

Масса, кг, не более

Маховик 1-100х9 ГОСТ 5260-75

1.3. Допускается изготовлять маховики с овальной формой обода и спиц по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.

1.4. Маховики типа 2 должны изготовляться следующих исполнений:

А — с квадратным призматическим отверстием в ступице;

Б — с квадратным пирамидальным отверстием в ступице;

В — с цилиндрическим отверстием в ступице (для крепления на шпонках);

Г — с резьбой в ступице.

Маховики типа 3 должны изготовляться исполнений А, Б и В.

1.5. Основные параметры и размеры маховиков типа 2 должны соответствовать указанным на черт.2, в табл.2 и табл.2а для исполнения Г.

Черт.2. Основные параметры и размеры маховиков типа 2

Сечения А-А и Б-Б определяют минимальное и максимальное сечения спиц.

Масса, кг, не более

исполнений А и Б

Маховик 2-А-400х27 ГОСТ 5260-75

Масса, кг, не более

Примечание. Остальные размеры маховика типа 2 исполнения Г по табл.2.

(Измененная редакция, Изм.N 1).

1.6. Маховики типа 2 должны изготовляться с прямыми спицами. Допускается изготовлять маховики типа 2 с изогнутыми спицами.

1.7. Основные параметры и размеры маховиков типа 3 должны соответствовать указанным на черт.3 и в табл.3.

Черт.3. Основные параметры и размеры маховиков типа 3

Сечения Г-Г и Д-Д определяют минимальное и максимальное сечения спиц.

Масса, кг, не более

исполнений А и Б

Маховик 3-А-120х11 ГОСТ 5260-75

1.8. Для маховиков всех типов допускается изменять размеры: ; ; ; ; ; и количество спиц в соответствии с установленным рядом размеров и рядом номинальных размеров по ГОСТ 6636-69; изменение количества спиц должно быть согласовано с головной организацией.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

2.1. Маховики должны изготовляться в соответствии с требованиями настоящего стандарта по рабочим чертежам, утвержденным в установленном порядке.

2.2. Маховики должны изготовляться:

типов 1 и 2 — из серого чугуна марки не ниже СЧ 15 по ГОСТ 1412-79* или из ковкого чугуна марки не ниже КЧ 30 по ГОСТ 1215-79 (для маховиков диаметром 500 мм включительно);
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 1412-85, здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.

типа 3 — из серого чугуна марки не ниже СЧ 15 при 176 Н/мм (18 кгс/мм ) по ГОСТ 1412-79 или из ковкого чугуна марки не ниже КЧ 30-6 по ГОСТ 1215-79.

(Измененная редакция, Изм.N 2, 3).

2.3. Допускаемые отклонения на размеры отливок — по 3-му классу, размеров — по 2-му классу точности ГОСТ 1855-55*, — по Н14.
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 53464-2009. — Примечание изготовителя базы данных.

(Измененная редакция, Изм.N 2).

3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

3.2. Буквы О, З и стрелку направления вращения следует выполнять на маховиках диаметром 65 мм и более отливкой. На месте расположения стрелки и букв допускается утолщение обода.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МАХОВИКОВ

Маховики типов 1 и 2 рекомендуется применять для арматуры, работающей при температуре среды до 300 °С, маховики типа 3 — для арматуры, работающей при температуре среды свыше 300 °С.

Допускается маховики типа 3 изготовлять без отверстий на ободе для арматуры, работающей при температуре среды до 300 °С.

Последние документы

ГОСТ Р 52488-2005

Средства для стирки. Общие технические условия

ГОСТ Р 51697-2000

Товары бытовой химии в аэрозольной упаковке. Общие технические условия

ГОСТ Р 51696-2000

Товары бытовой химии. Общие технические требования

Товары бытовой химии. Методы определения фосфорсодержащих соединений

Товары бытовой химии. Методы определения анионного поверхностно-активного вещества

Товары бытовой химии. Метод определения смываемости с посуды

Товары бытовой химии. Метод определения нерастворимого в воде остатка (абразива)

Требования к маховику

Быстрое развитие технологий производства автомобилей за последние десятилетия привело к созданию более мощных двигателей одновременно с серьезным ужесточением требований к комфорту водителя и пассажиров. Поэтому перед разработчиками встала задача уменьшить влияние вибрации двигателя, что выразилось в разработке маховика с максимально возможной изоляцией крутильных колебаний, передающихся от вращающихся масс двигателя далее к трансмиссии. Выполнить заявленные требования удалось с помощью разработки двухмассового маховика, который благодаря встроенной пружинно-демпферной системе практически полностью поглощает крутильные колебания.

Процесс переключения передач при использовании двухмассового маховика становится комфортнее, поскольку у диска сцепления без гасителя крутильных колебаний, который применяется в трансмиссии с двухмассовым маховиком, снижается момент инерции, что значительно облегчает переключение.

Перед детальным рассмотрением свойств и характеристик такого сложного устройства, как двухмассвый маховик, скажем несколько слов о том, что такое маховик, какие функции он выполняет, и какие виды маховиков бывают. Маховик представляет собой металлический многосоставный диск, изготовленный из прочных видов закаленного металла, и является важной частью сразу нескольких систем двигателя. Помимо передачи крутящего момента от двигателя автомобиля к коробке передач, при помощи маховика осуществляется запуск двигателя за счет вращения стартером зубчатого венца на маховике. Еще одна важная функция, которая наиболее интересна нам в рамках данной статьи — это функция снижения вибрационных шумов (гашение колебаний коленчатого вала).

По типу конструкции маховики для грузовых автомобилей можно разделить на сплошные и двухмассовые.

Сплошной маховик тяжеловесный чугунный диск, диаметр которого составляет 35-45 см. На внешней поверхности маховика находится стальной венец с зубьями, обеспечивающий вращение маховика и коленвала при прокрутке стартером. С одной стороны маховика находится ступица, соединяющая маховик с фланцем коленвала. Противоположная сторона взаимодействует с диском и корзиной сцепления, передавая крутильный момент двигателя.

Двухмассовый маховик (демпферный) — часто используемый вид маховика в современном автомобильном двигателе. Двухмассовый маховик – устройство, состоящее из двух дисков, соединенных специальным пружинно-демпферным устройством. Основными элементами двухмассового маховика являются: маховик, подшипник, пружина-дуга с наружным демпфером, нажимная пружина с внутренним демпфером и приводная пластина.

Так как темой нашей статьи является двухмассовый маховик, рассмотрим его подробнее.

Смысл внедрения сложного и весьма дорогостоящего механизма, вопреки расхожему мнению, вполне обоснован. Одной из его функций является гашение крутильных колебаний, которые ранее гасились ведомым диском сцепления. Резонансные колебания наибольшей величины возникают при запуске и остановке двигателя. Это весьма негативно отражается на деталях сцепления и коробки передач. Поэтому с целью гашения колебаний применяются пружины. И если в классическом сцеплении их было 6-8, размещенных по радиусу до 60 миллиметров от оси сцепления, то в современных двухмассовых маховиках их количество достигает 32-54, а радиус их посадки составляет от 120 миллиметров. Это намного эффективнее обеспечивает плавность работы трансмиссии. Технология нейтрализации колебаний шагнула вперед не только благодаря возрастанию количества пружин. Для увеличения угла упругого скручивания корпусов относительно друг друга в двухмассовых маховиках существует несколько степеней сжатия пружин. Современные двухмассовые маховики производятся с двумя и тремя степенями сжатия. Третья степень сжатия была разработана для лучшей защиты трансмиссии от пиковых нагрузок.

Устройство маховика

Двухмассовый маховик располагается между двигателем и сцеплением. Конструктивно он разделен на два корпуса. Первый корпус с установленным на нем венцом стартера соединен с коленчатым валом. На втором корпусе маховика устанавливается узел сцепления. Оба корпуса соединяются друг с другом с помощью упорного и радиального подшипников скольжения и допускают осевое вращение одного относительно другого.

Между корпусами установлена пружинная демпфирующая система. Консистентная смазка, которой заполнен внутренний объем маховика, обеспечивает эффективную работу пакетов пружин, разделенных пластиковыми сепараторами, предотвращающими блокировку пружин. Двухмассовый маховик отличает ступенчатый принцип действия пружинных пакетов различной жесткости. Первая ступень с мягкими пружинами обеспечивает безукоризненную работу при запуске и выключении двигателя. Во второй ступени работают жесткие пружины, что позволяет добиться оптимального демпфирования крутильных колебаний в нормальном режиме езды.

Неправильная эксплуатация

По утверждению специалистов, малый ресурс двухмассового маховика – в 100-130 тыс. км – обусловлен неправильной эксплуатацией автомобиля. На дизельных моторах с огромным крутящим моментом водители допускают длительную езду на низких оборотах – близких к холостым. В этом режиме крутильные колебания у вращающегося коленвала очень высоки, что и приводит к ускоренной поломке пружин двухмассового маховика.

Сервис и монтаж

Двухмассовый маховик имеет надежную конструкцию, гарантирующую его долговечность при нормальной эксплуатации. Тем не менее, при замене сцепления автомобиля рекомендуется тщательно проверять состояние двухмассового маховика.

Смотрите так же:  Инвалидность 3 группы пенсия в 2018г

Если же замена сцепления происходит уже во второй раз, то и двухмассовый маховик в этом случае подлежит замене. При замене двухмассового маховика и установке нового узла требуется соблюдать несколько обязательных условий, к которым в первую очередь относятся необходимость использования только нового крепежа при сборке двухмассового маховика и обязательный контроль правильности положения установочных штифтов. Кроме рекомендаций есть и категорические запреты на выполнение некоторых технологических операций при работе с двухмассовыми маховиками. Прежде всего, не допускается какая-либо механическая обработка, например перешлифовка рабочей поверхности двухмассового маховика. Не позволяется также установка узла, если в процессе работы было допущено падение двухмассового маховика на твердую поверхность. Протирать двухмассовый маховик можно только чистой тканью. Не разрешается применять водоструйную очистку высокого давления, пароструйную очистку, аэрозоли или сжатый воздух.

Замена на обычный маховик

У двухмассовых маховиков ввиду их дороговизны все же остается альтернатива – замена на классический маховик. Таких предложений на рынке немного, но сцепление с переоборудованным маховиком в самом деле работает. Однако, одномассовый маховик не в силах справляться с такими большими значениями крутящих моментов и сильнейшими резонансными колебаниями современных автомобилей, которые «выносит» его двухмассовый собрат. Вследствие этих причин при установке маховика классического типа страдает комфорт при переключении передач, трогании с места, разгоне, торможении двигателем и остановке, а всю отдачу принимает на себя КПП, преждевременно выходя из строя.

Маховик сложный и новый для отечественного рынка агрегат, поэтому требует к себе повышенного внимания и профессионального обслуживания.

В следующей статье мы подробно рассмотрим распространенные проблемы двухмассовых маховиков и возможные способы диагностики неисправностей. Расскажем, каким образом можно распознать первые признаки неправильной работы маховика самостоятельно и в каких случаях необходимо срочно обратиться к специалистам. Только профессионалы при наличии современного оборудования могут предоставить в полном объеме информацию о работе маховика и ликвидировать неполадки. Высококвалифицированные специалисты станции технического обслуживания «Коммерческий транспорт» выполнят самые сложные виды работ: от диагностики неисправностей до их устранения. Вы гарантированно получите подробную техническую консультацию по всем возникшим вопросам. Записаться на диагностику, установку двухмассового маховика можно по телефону, указанному на сайте.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИРОДИНА

Гиродин – это инерциальное устройство на базе двухстепенного гироскопа, установленного в кардановом подвес, предназначенное для ориентации и стабилизации космических аппаратов (КА).

Гиродины генерирует управляющие моменты путем изменения кинетического момента маховиков, имеющих вращающиеся маховые массы. В соответствии с законом изменения кинетического момента системы происходит приложение момента к корпусу КА. Основой устройства гиродина является осесимметричный маховик, обладающий довольно значительной массой. В качестве приводов для маховиков обычно применяют электрические двигатели различных типов.

Целью данной работы является: изучение устройства гиродина и анализ его основных характеристик и элементов.

Анализ основных типов электродвигателей, используемых в силовых гироскопах;

Анализ основных параметров маховика, используемых для проектирования маховиков.

1. Основные типы электродвигателей, используемых в гиродинах

Выбор электродвигателя для силового гироскопа важен, так как он должен удовлетворять предъявляемым техническим требованиям.

Простой асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором имеет хорошие регулировочные характеристики, но при изменении угловой скорости у этого типа электродвигателя в зоне нулевых значений происходит перегрев.

Синхронный двигатель имеет такой же недостаток. Хорошая регулировочная характеристика наблюдается только при изменении частоты напряжения не более чем на 30%. Дальнейшее изменение угловой скорости невозможно из-за нагрева якоря.

Двухфазный асинхронный двигатель обладает хорошими регулировочными характеристиками. Он развивает постоянный момент в широком диапазоне угловых скоростей. Это позволяет плавно изменять частоту вращения от нуля до максимального значения. Данный тип электродвигателя имеет хорошую линейность моментной характеристики и высокий КПД. Обмотка возбуждения постоянно находится под напряжением, что приводит к потерям на холостом ходу. Один из способов уменьшения этих потерь — это перераспределение мощности между обмотками возбуждения и управления.

Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения обладает схожими характеристиками. Однако у этого типа двигателя есть преимущества: при разгоне до расчетной максимальной скорости потребляет меньше энергии, чем двигатели с независимым возбуждением, развивает большие пусковые моменты и имеет меньшую реакцию якоря.

В качестве приводов маховиков в системах управления КА чаще всего используют двигатели постоянного тока с независимым возбуждением.

Эти тип двигателя имеет ряд преимуществ по сравнению с двигателя переменного тока [1]:

высокий КПД (более 80% у самого двигателя и свыше 75% у всей системы управления);

малые потери мощности в режиме холостого хода;

длительный срок эксплуатации;

момент при разгоне и торможении не зависит от скорости.

2. Анализ основных параметров маховика 2.1. Генерируемый кинетический момент

Маховик, совершающий вращение с большой угловой скоростью вкруг своей оси, генерирует кинетический момент, благодаря этому либо сохраняется положение его оси в инерциальном пространстве, либо возникает гироскопический момент.

Величина, генерируемого кинетического момента будет равна:

где: m — масса маховика; r — радиус маховика; Ω — угловая скорость вращения маховика.

Увеличение угловой скорости вращения Ω требует увеличения мощности для питания электродвигателя, который приводит во вращение маховик. В результате этого увеличивается нагрев самого двигателя. А это в свою очередь ухудшает рабочий режим эксплуатации шарикоподшипниковых опор. Но это снижает значения массы и габаритов маховика.

Увеличение массы маховика достигается либо увеличением объема, либо с применением материалов с большой удельной плотностью. Это также увеличит нагрузки в опорах, что в свою очередь увеличит момент трения в опорах.

Увеличение радиуса инерции r маховика приводит к увеличению габаритов, что приводит к частичному увеличению массы гиродина. Поэтому необходимо строгое обеспечение технических требований к гиродину. Обычно масса маховика составляет 50-70% от массы двигателя маховика.

Чем больше отношение массы и моментов инерции обода к общей массе и моменту инерции маховика, тем лучше проведено проектирование [1].

2.2. Конструкция маховика

Любой маховик представляет собой совокупность нескольких сопряженных оболочек вращения. Обод, как правило, имеет форму цилиндрической оболочки, диафрагма – форму тонкостенных усеченных конических оболочек либо тонкой пластины.

Наиболее простой конструкцией маховика является плоский диск, в котором обод и связующий элемент объединен в единое целое. Различают два основных типа конструкций таких маховиков: с отверстием или без, то есть сплошной диск.

Выбор формы и размеров определяется комплексом требований[1]:

оптимальное сочетание массы и размеров маховика для получения необходимого момента инерции,

минимальные размеры гиродина,

обеспечение требуемых углов отклонения рамок карданова подвеса,

минимальный момент аэродинамического сопротивления,

Наиболее часто встречающиеся виды форм маховиков представлены на рис. 1.

Рис. 1. Основные виды форм маховиков

В основном маховик имеет форму диска. Различные варианты конструкции, обусловлены тем, что одинаковые условия эксплуатации будут оказывать различное влияние на маховики различной формы.

У маховиков с экваториальной плоскостью симметрии смещение центра масс при перепадах температуры составляет несколько микрон, это значительно меньше, чем у маховиков, имеющих форму стакана.

Симметричный маховик обладает самоцентрированием при температурных деформациях и деформации от центробежных сил: смещение центра масс из-за деформации диафрагмы компенсируется смещением центра масс обода, поэтому суммарное смещение центра масс будет минимальным.

Сложность проектирования маховика заключается в том, что отсутствуют инженерные методы расчета маховиков. Для проектирования маховика необходимы математические модели, которые описывают напряженно — деформируемое состояние конкретно заданной конструкции.

      Основные типы используемых материалов

Правильный выбор материала для маховика очень важен. Так как на этапе проектирования можно предсказать влияние характеристик материала (плотность, удельный вес, модуль Юнга и т.п.) на величину кинетического момента, создаваемого маховиком.

В настоящее время на замену сталям стали приходить композиционные материалы. Из всего многообразия наиболее часто применяют однонаправленные композиционные материалы (КМ), обладающие по сравнению с металлическими, следующими преимуществами:

высокой удельной прочностью при нагружении вдоль волокон

безосколочный характер разрушения

Разрушение маховика из композита начинается с «размотки», маховик разделяется на кольца, остающихся на валу и тормозится разматывающимся волокнами.

Недостатками композиционных материалов для маховиков следуют считать малый удельный вес. Поэтому для получения требуемого момента инерции маховика необходим больший объем обода, нежели при использовании стали.

3. Расчет параметров маховика

Получив представление об устройстве маховика для гиродина. Можно преступить к следующему шагу, а именно произвести расчет параметров маховика, основываясь на технические требования, предъявляемые к маховику гиродина.

Резонансные частоты конструкции не должны совпадать с рабочей частотой двигателя.

Точность расположения Н не хуже 2˝.

Минимальные масса габаритные показатели.

Произведем первоначальный расчет для определения параметров маховика. Для первоначального расчета необходимо выбрать материал маховика.

Выберем алюминиевый литой сплав АЛ-4

Характеристики сплава АЛ-4 приведены в таблице 1[1]