Маховик
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Маховик (Маховое колесо) — массивный вращающийся диск, использующийся в качестве накопителя (инерционный аккумулятор) кинетической энергии.
Также маховиком называют регулировочное колесо, похожее по форме.
Содержание |
Использование
Используется в машинах, имеющих неравномерное поступление или использование энергии, накапливая энергию, когда поступление энергии выше чем расход, и отдавая её, когда потребление превышает поступление энергии. Также используется в гибридном двигателе в качестве накопителя энергии и для рекуперативного торможения.
Часто функцию маховика выполняет массивный вращающийся элемент механизма. Такие как гончарный круг, массивные колеса водяной мельницы или массивные зубчатые колеса.
Помимо энергии, вращающийся маховик накапливает ещё и момент импульса, что используется для ориентации космических аппаратов.
Свойство маховика сохранять направление оси вращения используется в гироскопах.Чем выше вес маховика, тем дольше сохраняется его движение.
Физика
Кинетическая энергия вращения, накопленная во вращающемся теле (маховике), может быть рассчитана по формуле:
где:
— момент инерции массы относительно оси вращения маховика
(Омега) — угловая скорость в радианах в секунду
Для простых форм маховика, известны конечные выражения момента инерции
- Для полого цилиндра
- где
— масса полного цилиндра; 
— его радиус; 
— внутренний радиус цилиндра
- где
- Для тонкостенного цилиндра
- Для сплошного цилиндра
Заменив в формуле для полого цилиндра, угловую скорость — на частоту вращения — 
по формуле
получим
История
Эффект маховика использовался с древнейших времен. Например в гончарном круге, ветряных мельницах.
Согласно американскому медиевисту Линну Уайту немецкий монах Теофил упоминает в своём трактате «О различных искусствах» несколько машин, в которых применяется маховик.[1]
Во время промышленной революции, Джеймс Уатт применил маховик в паровой машине для выравнивания движения и преодоления мертвых положений поршня[2], и его современник Джеймс Пикард использовал маховик в сочетании с кривошипно-шатунным механизмом для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное[3].
Использование маховика в качестве аккумулятора энергии ограничивается тем, что при превышении допустимой окружной скорости происходит разрыв маховика приводящий к большим разрушениям. Это вынуждает создавать маховики с очень большим запасом прочности, что приводит к снижению их эффективности.
Следствием этого является малая (по сравнению с другими видами аккумуляторов) удельная энергоёмкость.
В мае 1964 года Гулия Нурбей Владимирович подал заявку на изобретение супермаховика — энергоёмкого и разрывобезопасного маховика.
См. также
Ссылки
- Нурбей ГУЛИА. «В поисках „энергетической капсулы“»
- Александр Никонов. «Жизнь и удивительные приключения Нурбея Гулиа — профессора механики»
- Последствия разрушения маховиков на мануфактурах
Примечания
- ↑ Lynn White, Jr., “Theophilus Redivivus”, Technology and Culture, Vol. 5, No. 2. (Spring, 1964), Review, pp. 224-233 (233)
- ↑ Элла Цыганкова У истоков дизайна
- ↑ Encyclopedia of the Industrial Revolution, 1750-2007: Steam Engine(англ.)