Как сделать маховик в автокаде
Обновлено: 06.07.2024
Использовать в качестве двигателя раскрученный диск человечество пытается практически со времен изобретения колеса! И одно из первых транспортных средств, в котором был применен этот принцип, принадлежит уму знаменитого российского изобретателя из Нижнего Новгорода Ивана Петровича Кулибина,
имя которого давно стало нарицательным, когда речь заходит о техническом креативе.
В 1791 году Кулибин выкатил на питерские улицы свою трехколесную повозку, названную "самокаткой". Два пассажира сидели в кресле, а позади них работал "мотор" - человек, наступающий попеременно на две педали – как в современном тренажере-степпере. С инженерной точки зрения "самокатка" представляла, по сути, подвид велосипеда, но кроме прямого привода от педалей к колесам, она имела еще и маховик, который запасал энергию при езде по ровной дороге и под горку, благодаря чему позволял без усилий со стороны "человеко-мотора" преодолевать подъемы.
Не так давно мждународный консорциум из трех компаний (Optare, Ricardo и Torotrak) представил прототип необычного гибрида – автобуса под названием Flybus. Интересен он в первую очередь тем, что использует для накопления энергии не аккумулятор и электричество, а вращающийся маховик.
Общая схема автобуса традиционна – дизельный мотор --> коробка передач --> привод на заднюю ось. Необычно другое - в коробку "Флайбаса" установили специальный узел отбора/отдачи мощности, который соединен с массивным маховиком. И кинетическая энергия торможения, которая раньше просто рассеивалась в виде тепла на тормозных колодках, теперь раскручивает маховик, накапливая в нем мощность. При разгоне же автоматическая система подключает вращающийся диск к коробке передач, отдавая дополнительную тягу на колеса!
Эффект от маховика нешуточный – такой принцип экономит 20% топлива и на ту же величину снижает выбросы CO, что по меркам современного автоинжиниринга весьма и весьма немало. При этом система достаточно проста и дешева, в отличие от общепринятой гибридной схемы в виде тандема двигателя внутреннего сгорания и электромотора, и ей не нужен дорогостоящий аккумулятор – важнейший элемент любого современного гибрида!
Но возникает вопрос – если маховиковые накопители энергии известны столь давно, а использование их началось еще в 18 веке – почему же они почти нигде не применяются сегодня? Где машины с маховиками вместо моторов? Почему предприимчивые китайцы не наклепали еще велосипедов по кулибинской схеме, которые сами едут в горку без бензина и электричества? Быть может, не так уж хороша такая система?
Хороша-то она хороша, но дело вот в чем. Чтобы маховик можно было использовать не только для демонстрации опытов по физике, а для реальной полезной работы, чтоб он мог сколь либо заметно участвовать в движении тяжелого автомобиля и т.д, вращающийся диск должен уметь запасать в себе достаточное количество энергии. Легкий или медленно вращающийся маховик пригоден только для движения детских игрушек, а для увеличения мощности нужно либо увеличивать его массу, либо поднимать скорость вращения. А еще лучше - и то, и другое сразу.
Все просто? Да, но такое развитие порождает две проблемы – тяжелый маховик непригоден для применения на транспорте, а увеличение скорости вращения просто. разрывает его центробежной силой на части! В промышленности известны многотонные инерционные накопители энергии, которые разрывало от высоких оборотов – осколки вращающихся дисков пробивали бетонные стены метровой толщины!
НАЗАД В ПРОШЛОЕ?
Но почему же тогда инженеры решили вернуться к использованию столь странной системы на автомобилях? Пусть бы эти маховики использовались в каких-то стационарных агрегатах, на заводах и фабриках – а автотранспорт неплохо развивается и в электрическом направлении, без всяких "волчков"!
Да, со времен Кулибина и практически до начала 21 века использование маховика было ограничено весом и оборотами. Наращивание массы делало маховики непригодными для использования в автомобилях – там, где они в первую очередь интересны. А идти по пути снижения веса и увеличения оборотов было невозможно из-за отсутствия прочных материалов, которые бы выдержали чудовищные центробежные нагрузки.
Однако замкнутый круг был разорван (не самый лучший каламбур, когда речь идет о маховиковых накопителях энергии!) появлением в начале 2000-х годов высокопрочных углеродных волокон, которые позволили сделать маховики, вращающиеся на огромных скоростях. У сверхпрочных маховиков удалось резко поднять скорость вращения и снизить вес - например, маховик того же Flybus весит всего лишь несколько десятков килограммов, но за счет скорости около 60 тысяч оборотов в минуту он с успехом участвует в приведении в движение многотонной махины автобуса!
Ученые считают, что у так называемых "супермаховиков" огромные перспективы. Современные материалы достигли такой прочности, что из них можно делать маховики, вращающиеся со скоростью. ДО ДВУХ МИЛЛИОНОВ ОБОРОТОВ В МИНУТУ! Разумеется, это будет сложнейшая конструкция – бесконтактный подвес вращающегося диска в магнитном поле (обычные подшипники столь высоких оборотов никогда не выдержат!), вакуум в корпусе маховика (чтобы снизить потери на трение о воздух) и т.д. Сложно и дорого – да! Но и возможности – ого-го! Например, такой маховик, весом всего лишь несколько десятков килограмм, сможет непрерывно крутить генератор электромобиля в течение нескольких лет без внешней подпитки энергией, будучи один раз раскрученным на заводе при изготовлении машины!
Выкладываю чертеж облегченного маховика.
Заготовка маховик BYD F 3 2007> (17012800F3003 Ориг. №471Q1L1005900), материал чугун, его масса 7100гр, сток масса родного 6900гр.
По этому чертежу выйдет около 5500гр, обрабатывается легко.
Балансировать обязательно.
Коротко как: Вставляется подшипник в центр маховика, вешаем на ось и закрепляем всю конструкцию.
Далее начинаем вращать, ищем самое тяжелое место маховика. После высверливаем из него там где можно не ослабляя конструкцию. После повторяем операцию пока не добьемся равновесного маховика и при раскрутке на большие обороты минимальную или отсутствие вибрации.
За помощь рисования в Автокаде отдельный респект SSK32 .
Для чего используют и какая разница с легким маховиком, читаем теорию:
Много всяких мнений существует по поводу облегченных маховиков. Кто-то говорит, что облегченный маховик – это пустая безделушка и лишняя трата денег. Кто-то доказывает себе и окружающим, что облегченный маховик добавил его автомобилю небывалую прыть. Давайте попробуем внести хоть какую-то ясность в этот вопрос. Почему же так по-разному все относятся к облегченному маховику, уже давно ставшему неотъемлемой частью спортивного (тюнингового) двигателя?
Многие, пытаясь теоретически посчитать «приход» от облегченного маховика, бросают это «неблагодарное» занятие, загрузившись основами теоретической механики. Мы попробуем вычислить приблизительную разницу, упростив задачу и учитывая только инерционные составляющие облегченного маховика. Можно прикинуть разницу работ, совершаемых, скажем, при разгоне автомобиля с массой 900 кг и рабочим диапазоном двигателя 3000…6000 об/мин («околостандартный» двигатель) до скорости 150 км/ч.
Примем разницу в весе маховиков до и после облегчения 1,5 кг. Это тот вес, потеря которого не сказывается на прочности облегченного маховика, и, что немаловажно, который можно удалить с максимального радиуса облегченного маховика. Удаление металла с мест, расположенных на небольшом радиусе, дает снижение прочности и незначительное понижение момента инерции. Это одна из причин, по которой разные облегченные маховики дают различный эффект или, вернее, иногда его отсутствие.
Далее примем, что мы стартуем с 3000 об/мин и разгоняемся вплоть до 150 км/ч (41,7 м/с) на 1-й, 2-й, 3-й и 4-й передачах. Если у нас стандартная коробка передач, то диапазоны выглядят так: 1-я передача 3000…6500 об/мин, переключение на 2-ю передачу на 3500…6500 об/мин, переключение на 3-ю передачу на 4500…6500 об/мин (VА = 132 км/ч), переключение на 4-ю передачу на 4500…5100 об/мин (VА = 150 км/ч).
Работу, совершенную по разгону автомобиля (инерционная составляющая), можно выразить через разницу кинетических энергий:
А = Ek(v=150)—Ek(v=0) => (M*V2)/2
Получаем:
EK =(900*41,72)/2=781,3 кДж
Теперь посчитаем, какую энергию затрачивает двигатель на то, чтобы раскрутить «лишнюю» массу маховика, т.е. наши 1,5 кг. Очевидно, что энергия эта будет равняться сумме работ на каждой передаче:
∑А=А1+А2+А3+А4
где А1 = Еk(при 6500)—Еk(при 3000)
А2 = Еk(при 6500)—Еk(при 3500)
А3=Еk(при 6500)—Еk(при 4500)
А4=Еk(при 6500)—Еk(при 5100)
Кинетическая энергия вращающегося тела (облегченного маховика) вычисляется таким образом:
EKmax =(JM*w2)/2
где JM – момент инерции облегченного маховика,
w – угловая скорость, p*n/30
Под JM мы будем подразумевать не момент инерции облегченного маховика, а только тех 1,5 кг, которые мы лишили нашу деталь – облегченный маховик.
Соответственно:
w(при 6500) =680,7 (с-1)
w(при 5100)=533,8 (с-1)
w(при 4500)=471 (с-1)
w(при 3500)=366 (с-1)
w(при 3000)=314 (с-1)
Еk(при 6500)=6811 (Дж)
Еk(при 5100)=4188 (Дж)
Еk(при 4500)=3261 (Дж)
Еk(при 3500)=1969 (Дж)
Еk(при 3000)=1449 (Дж)
SА=16377 (Дж) или 16,38 (кДж)
А это, как ни крути, 2,1% от работы затрачиваемой на разгон массы автомобиля.
Причем это существенная экономия работы (2,1%) только за счет облегченного маховика, а ведь есть еще другой прием в спортивном и тюнинговом двигателестроении – облегчение коленвала.
Понятно, что расчет не учитывает силы сопротивления дороги и воздуха, которые начинают значительно сказываться с ростом скорости. Однако, он позволяет оценить примерный эффект не на словах. Дальше каждый сам для себя решает необходимость установки облегченного маховика на собственный автомобиль.
Также, следует учесть, если произвести расчеты облегченного маховика для более высокооборотного двигателя (
Содержание работы:Сборочный чертеж изделия "09.000 Пневмоаппарат клапанный";Спецификация;Чертежи дет..
09.002 Шпиндель
Содержание работы:2D чертежи детали "09.002 Шпиндель" входящего в изделие "09.000 Пневмоаппарат клап..
09.004 Гайка накидная
Содержание работы:2D чертежи детали "09.004 Гайка накидная" входящего в изделие "09.000 Пневмоаппара..
09.006 Крышка
Содержание работы:2D чертежи детали "09.006 Крышка" входящего в изделие "09.000 Пневмоаппарат клапан..
09.011 Корпус
Содержание работы:2D чертежи детали "09.011 Корпус" входящего в изделие "09.000 Пневмоаппарат клапан..
09.009 Клапан
Содержание работы:2D чертежи детали "09.009 Клапан" входящего в изделие "09.000 Пневмоаппарат клапан..
09.012 Штуцер
Содержание работы:2D чертежи детали "09.012 Штуцер" входящего в изделие "09.000 Пневмоаппарат клапан..
09.000 СБ Пневмоаппарат клапанный
Содержание работы:Сборочный чертеж изделия "09.000 Пневмоаппарат клапанный";Спецификация;Файлы в арх..
Читайте также: