Lendkerék

A lendkerék ( lendkerék ) egy masszív forgó kerék , amelyet a mozgási energia tárolóeszközeként ( tehetetlenségi akkumulátorként ) használnak, vagy tehetetlenségi nyomaték létrehozására, ahogyan azt az űrhajókon használják .

Használat

Olyan gépekben használják, amelyek energiabevitele vagy felhasználása egyenetlen, energiát tárol, ha az energiabevitel nagyobb, mint az energiafogyasztás, és felszabadítja, ha az energiafogyasztás meghaladja a bevitt energiát. Hibrid meghajtásban is használják energiatárolóként és regeneratív fékezéshez , girobuszokhoz .

A lendkerék funkcióját gyakran a mechanizmus masszív forgó eleme látja el .

A forgó lendkeréknek (mint minden forgó testnek) az energián kívül szögimpulzusa is van , ez az oka annak a giroszkópos hatásnak a megfigyelésének , amely a forgástengelynek az eredeti iránya körüli precessziójában áll, amikor külső erő lép fel. amely nem esik egybe a forgástengely irányával.

A giroszkópos hatás alkalmazásának első példája a forgó (jojó) játék feltalálása.

A giroszkópos hatás egyik első alkalmazása a 19. századi átállás volt a kerek ágyúgolyók lövéséről a hosszúkás lövedékekre , amelyek forgatása lehetővé tette a térbeli orientáció megtartását, a megnyúlt forma pedig a tömegük jelentős növelését (blank). vagy azonos aerodinamikai ellenállású robbanótöltet.

A lendkerék egyben a giroszkóp forgórésze is , amelyet giroszkópokban és általában giroszkópos orientációs eszközökben használnak az űrben, különösen torpedókban (Aubrey-eszköz), rakétákban és űrhajókban. A lendkerék leggyakoribb példái a kerékpárkerék vagy az elektromos forgótányér forgó tányérja .

A lendkerék azon tulajdonságát, hogy megtartja a forgástengely irányát, a hajó stabilizátoraiban használják.

A mindennapi életben a lendkereket leggyakrabban autókon használják : minden dugattyús motor lendkerékkel van felszerelve, amely gyakran a tengelykapcsoló és az indítórendszer részeként kombinálja a funkciókat (a lendkerekek gyűrűs fogaskerékkel vannak felszerelve az indító nyomatékának továbbítására ). Amellett, hogy a forgattyús mechanizmust kihozza a holtpontból, a motorban lévő lendkerék elfogadható szintre csökkenti a forgási egyenetlenségeket, ami növeli a sebességváltó erőforrást (az egyenetlenség többi részét a torziós rezgéscsillapító rugók vagy az automata váltó csillapítja tengelykapcsoló, majd tórusz gumi és viszkózus tengelykapcsolók).

Fizika

A forgó testben (lendkerékben) felhalmozott forgási kinetikus energiát a következő képlettel számíthatjuk ki:

E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}

ahol:

$én$ - a tömeg tehetetlenségi nyomatéka a lendkerék forgástengelye körül
$\omega$ ( omega ) a szögsebesség radián per másodpercben

Az egyszerű lendkerék alakzatokra a tehetetlenségi nyomaték véges kifejezései ismertek

Üreges hengerhez $I={\frac {1}{2}}m(r^{2}+r_{o}^{2})$ hol az üreges henger tömege; - sugara; a henger belső sugara $m$ $r$ ${\displaystyle r_{o))$
Vékony falú hengerekhez $I=mr^{2}$
Tömör hengerhez $I={\frac {1}{2}}mr^{2}$

Az üreges henger képletében a szögsebesség helyettesítése a képlet szerinti forgási frekvenciával $\omega$ $f$

\omega =2\pi f

kapunk

E=m(\pi f)^{2}(r^{2}+r_{o}^{2})

Történelem

A lendkerék-effektust az ókorban használták. Például egy fazekaskorongban , szélmalmokban . Valószínűleg a lendkerék használatának egyik legrégebbi példája egy Mezopotámiából ( Ur városa mellett ) származó régészeti lelet volt - egy agyagkoronggal ellátott, körülbelül méter átmérőjű és legalább egy centner súlyú fazekasgép . Hasonló találmányok többször is megjelentek Kínában . [egy]

Lynn White amerikai középkori tudós szerint Theophilus német szerzetes "A különféle művészetekről" című értekezésében több olyan gépet említ, amelyek lendkereket használnak [2] .

Az ipari forradalom idején James Watt lendkereket használt egy gőzgépben a mozgás kiegyenlítésére és a holt dugattyúhelyzetek leküzdésére [3] , kortársa, James Pickard pedig lendkereket használt forgattyús mechanizmussal kombinálva, hogy az oda-vissza mozgást forgó mozgássá alakítsa [ 4 ] . .

A XX. század 20-30-as éveiben A. G. Ufimcev szovjet feltaláló a világon először [5] használt inerciális akkumulátort Oroszország első szélerőművében , amelyet Kurszkban épített .

A lendkerék energiaakkumulátorként való használatát korlátozza, hogy a megengedett kerületi sebesség túllépése esetén a lendkerék eltörik, ami nagy pusztuláshoz vezet. Ez nagyon nagy biztonsági résszel rendelkező lendkerekek létrehozását kényszeríti ki, ami hatékonyságuk csökkenéséhez vezet.

Ennek következménye egy kis (más típusú akkumulátorokhoz képest ) fajlagos energiafogyasztás.

Példa

A lendkerék szögsebességének határértékét a lendkerék anyagának szakítószilárdsága határozza meg . Könnyen kimutatható, hogy egy forgó tárcsa formájú lendkerék esetében , ahol a lendkerék anyagának szakítószilárdsága (területegységre eső törési erő), a tárcsa térfogata. Olvasztott kvarchoz N/m2. Egy m3 térfogatú és kg tömegű, olvasztott kvarcból készült lendkerék energiaintenzitása megegyezik az l benzin energiaintenzitásával [6] . $\omega$ ${\frac {1}{2}}I\omega ^{2}={\frac {V}{4}}S_{max}$ ${\displaystyle S_{max))$ $V$ $S_{max}=3\szer 10^{9}$ $0.1$ $200$ $13$

Superflywheel

1964 májusában N.V. Gulia pályázott egy szuper lendkerék feltalálására – egy energiaigényes és robbanásbiztos lendkerék. A klasszikus monolit lendkeréktől eltérően a szuper lendkerék vékony szalagból, drótból vagy szintetikus szálakból van feltekercselve , amelyeknek lényegesen nagyobb a fajlagos szilárdsága, mint egy monolit alkatrésznek (öntvény vagy kovácsolás), így az ilyen lendkerék energiafogyasztása sokkal nagyobb ( a feltaláló szerint 1,8 MJ /kg-ig). Ezenkívül a szuper lendkerék szakadása esetén nem képződnek nagy töredékek: a szakadt szalag vagy szálak végei lassulni kezdenek a burkolathoz képest, és a lendkerék fokozatosan leáll.

Lásd még

Jegyzetek

↑ Rodionov V. G. A termelőkapacitások szerkezetének optimalizálása. Elemek - energiatárolás // Energia: a jelen problémái és a jövő lehetőségei. - M. : ENAS, 2010. - S. 65. - 352 p. - ISBN 978-5-4248-0002-3 .
↑ Lynn White, Jr., "Theophilus Redivivus", Technológia és kultúra, 4. évf. 5, sz. 2. (1964. tavasz), Szemle, pp. 224-233 (233)
↑ Ella Tsygankova A tervezés kezdeteinél . Letöltve: 2008. június 11. Az eredetiből archiválva : 2007. október 23.. (határozatlan)
↑ Az ipari forradalom enciklopédiája, 1750-2007: Steam Engine archiválva 2008. október 6-án a Wayback Machine -nél
↑ Szélerőmű - cikk a Nagy Szovjet Enciklopédiából .
↑ Orir J Fizika. 1. kötet - M., Mir, 1981. - p. 167

Linkek

Gulia N. V. „Energiakapszulát” keresve . - M . : Gyermekirodalom, 1984. - 144 p.
Alekszandr Nikonov. "Nurbey Gulia – mechanika professzor élete és csodálatos kalandjai"
A lendkerekek tönkretételének következményei a manufaktúrákban