Zamašnjak

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Zamašnjak
Zamašnjak sa sfernim utezima, napravljen prema crtežima Leonarda da Vincija . Kadr iz videa.

Zamašnjak ( zamašnjak ) - masivni rotirajući točak koji se koristi kao skladište ( inercijski akumulator ) kinetičke energije ili za stvaranje inercijalnog momenta kao što se koristi na svemirskim letjelicama .

Upotreba

Koristi se u mašinama koje imaju neravnomjernu opskrbu ili korištenje energije, skladištenje energije kada je unos energije veći od potrošnje i oslobađanje kada je potrošnja veća od uložene energije. Takođe se koristi u hibridnim motorima kao skladište energije i za regenerativno kočenje , žiroskopima .

Često funkciju zamašnjaka obavlja masivni rotirajući element mehanizma . Kao što su grnčarsko kolo , masivni vodenički točkovi ili masivni zupčanici .

Osim energije, rotirajući zamašnjak (kao i svako rotirajuće tijelo) ima i ugaoni moment , koji je povezan s opažanjem žiroskopskog efekta , koji se sastoji u precesiji osi rotacije oko njenog prvobitnog smjera kada se pojavi vanjska sila. koji se ne poklapa sa smjerom ose rotacije.

Prvi primjer upotrebe žiroskopskog efekta može se smatrati pronalaskom igračke " vrtnjača " ("yo-yo").

Jedna od prvih primena žiroskopskog efekta bio je prelazak u 19. veku sa ispaljivanja okruglih topovskih kugli na izdužene projektile , čija je rotacija omogućavala da zadrže orijentaciju u prostoru, a izduženi oblik - da značajno povećaju svoju masu (prazno) ili pucanje s jednakim aerodinamičkim otporom.

Zamajac je ujedno i rotor žiroskopa koji se koristi u žirokompasima i općenito u uređajima za žiroskopsku orijentaciju u svemiru, posebno torpedima (Aubreyev uređaj), raketama i svemirskim letjelicama. Najčešći primjeri zamašnjaka su kotač bicikla ili okretni disk električnog gramofona .

Svojstvo zamašnjaka da održava smjer ose rotacije koristi se u brodskim amortizerima .

U svakodnevnom životu, zamašnjak se najčešće koristi na automobilima : svaki klipni motor opremljen je zamašnjakom, često kombinirajući funkcije kao dio kvačila i startnog sistema (zamašnjaci su opremljeni zupčanikom za prijenos okretnog momenta sa startera ). Osim uklanjanja koljenastog mehanizma iz mrtve točke, zamašnjak u motoru smanjuje neravnomjernost rotacije na prihvatljivu, čime se povećava resursprijenosa (preostali dio neravnine se gasi oprugama prigušivača torzijskih vibracija ili kvačilo automatskog mjenjača, zatim sa torusnom gumom i viskoznim spojnicama).

fizika

Kinetička energija rotacije akumulirana u rotirajućem tijelu (zamašnjaku) može se izračunati pomoću formule:

Fabrički stacionarni zamašnjak parne mašine

gdje:

Za jednostavne oblike zamašnjaka poznati su konačni izrazi za moment inercije

  • Za šuplji cilindar
    gdje - masa šupljeg cilindra; - njegov radijus; - unutrašnji radijus cilindra
  • Za cilindar sa tankim zidovima
  • Za čvrsti cilindar

Zamjena ugaone brzine u formuli za šuplji cilindar na brzinu rotacije prema formuli

dobiti

Priča

Efekat zamašnjaka se koristi od davnina. Na primjer, u grnčarskom kolu , vjetrenjačama . Vjerovatno jedan od najranijih primjera upotrebe zamajca bio je arheološki nalaz iz Mezopotamije (kod grada Ura ) - grnčarski strug sa diskom od pečene gline, prečnika oko metar i težine najmanje centner . Slični izumi su se više puta pojavljivali u Kini . [jedan]

Zamašnjak iz stare fabrike

Prema američkoj medielistkinji Lynn White, njemački monah Teofil spominje u svojoj raspravi O raznim umjetnostima nekoliko mašina koje koriste zamašnjak [2] .

Tokom industrijske revolucije , James Watt je primijenio ručni točak u parnoj mašini za poravnavanje kretanja i prevazilaženje mrtvih položaja klipa [3], a njegov savremeni James Picard koristio je zamašnjak spojen sa mehanizmom radilice za pretvaranje povratno- translatornog kretanja tokom rotacije [4] .

U 1920-im i 1930-im, sovjetski pronalazač A. G. Ufimtsev je prvi u svijetu [5] koristio inercijsku bateriju u prvoj vjetroelektrani u Rusiji , koju je izgradio u Kursku .

Upotreba zamašnjaka kao akumulatora energije ograničena je činjenicom da pri prekoračenju dozvoljene periferne brzine dolazi do pucanja zamašnjaka, što dovodi do velikih razaranja. To prisiljava stvaranje zamašnjaka s vrlo velikom marginom sigurnosti, što dovodi do smanjenja njihove efikasnosti.

Posljedica toga je niska (u poređenju sa drugim tipovima baterija ) specifična potrošnja energije.

Primjer

Ograničenje brzine zamašnjaka određuje snagu materijala za zamašnjak rupture . Lako je to pokazati za zamajac u obliku rotirajućeg diska , gdje - vlačna čvrstoća materijala zamašnjaka (prekidna sila po jedinici površine), - prostor na disku. Za topljeni silicijum N/m2. Kapacitet zamašnjaka od topljenog silicijum-dioksida m3 i težina kg će biti jednako energetskom intenzitetu litara benzina [6] .

Super zamajac

U maju 1964. N.V. Gulia je podnio prijavu za pronalazak super zamašnjaka - energetski intenzivnog i otpornog na eksploziju zamašnjaka. Za razliku od klasičnog monolitnog zamašnjaka, super zamašnjak je namotan od tanke trake, žice ili sintetičkih vlakana , koja imaju znatno veću specifičnu čvrstoću od monolitnog dijela (lijevanje ili kovanje), pa je i potrošnja energije takvog zamašnjaka znatno veća ( prema pronalazaču, do 1,8 MJ/kg). Osim toga, u slučaju pucanja super zamašnjaka, ne stvaraju se veliki fragmenti: krajevi poderane trake ili vlakana počinju kočiti o kućište, a zamašnjak se postupno zaustavlja.

vidi takođe

Bilješke (uredi)

  1. Rodionov V.G. Optimizacija strukture proizvodnih kapaciteta. Akumulatori - uređaji za skladištenje energije // Energija: problemi sadašnjosti i mogućnosti budućnosti. - M .: ENAS, 2010 .-- Str. 65 .-- 352 str. - ISBN 978-5-4248-0002-3 .
  2. Lynn White, Jr., "Theophilus Redivivus", Technology and Culture, Vol. 5, br. 2. (proljeće, 1964), Pregled, str. 224-233 (233)
  3. Ella Tsygankova Na počecima dizajna
  4. Encyclopedia of the Industrial Revolution, 1750-2007: arhivska kopija parne mašine od 6. oktobra 2008. na Wayback Machine (eng.)
  5. Vjetroelektrana - članak iz Velike sovjetske enciklopedije .
  6. Orier J. Physics. Tom 1. - M., Mir, 1981. - str. 167

Linkovi