Маховик и его назначение

Рассмотрим подробно наиболее простой способ регулирования неравномерности вращения - установку дополнительной маховой массы или маховика.

Все звенья механизма обладают инертностью. Как известно из физики, это свойство состоит в том, что чем инертнее материальное тело, тем медленнее происходят изменения его скорости, вызываемые действием приложенных сил. Поэтому, чтобы получить вращение главного вала машины с циклической неравномерностью, не превышающей требуемой величины, инертность этого вала со всеми жестко связанными с ним деталями надо сделать достаточно большой.

Из уравнения движения машинного агрегата в интегральной форме, очевидно, что, увеличивая инерционность можно уменьшить колебания угловой скорости.

,

где , а. Воздействовать на момент инерции второй группы звеньев сложно, поэтому на практике такое решение не применяется. Поставленная задача решается за счет увеличения момента инерции первой группы звеньев. Для этого на главном валу машины надо закрепить добавочную массу, выполненную в виде колеса с развитым ободом и называемую маховиком. Подбирая его момент инерции, можно обеспечить вращение главного вала машины с заданным коэффициентом неравномерности.

Маховик в машине играет роль аккумулятора кинетической энергии. При разгоне часть положительной работы внешних сил расходуется на увеличение кинетической энергии маховика и скорость, до которой разгоняется система, становится меньше, при торможении маховик отдает запасенную энергию обратно в систему и величина снижения скорости машины уменьшается.

Отсюда можно сделать вывод: чем больше дополнительная маховая масса, тем меньше изменение угловой скорости за цикл и ниже коэффициент неравномерности вращения.

Итак, основное назначение маховика состоит в ограничении колебаний угловой скорости в пределах, устанавливаемых величиной коэффициента неравномерности. Определение момента инерции маховика по заданным условиям движения (т. е. по заданной величине ) производится в процессе проектирования машины и составляет одну из задач ее динамического синтеза.

Определение приведенного момента инерции первой группы звеньев

Кинетическую энергию исследуемого механизма, также как и момент инерции можно разделить на две части

,

где , а.

Так как угловая скорость колеблется внутри цикла между значениямии, то, следовательно, колеблется и кинетическая энергия, проходя через максимальноеи минимальноезначения. Подчеркнем, что момент инерции первой группы звеньев имеет постоянную величину, не зависящую от положения механизма.

Определим наибольший перепад кинетической энергии первой группы звеньев: подставив значения иполучим

,

С учетом соответствующих значений кинетической энергии:

,

раскроем разность квадратов и умножим и разделим на :

Учитывая, что , а, окончательно получим:

пли, решая относительно искомой величины , получим формулу для расчета приведенного момента инерции первой группы, который обеспечивает заданный коэффициент неравномерности вращения:

Определение момента инерции дополнительной маховой массы (маховика)

Обозначим за момент инерции первой группы звеньев механизма без учета маховика (исходя из рассматриваемого примера – насоса в эту группу звеньев вошли двигатель, редуктор и сам коленчатый вал) – т.е. это момент инерции который непосредственно заложен в конструкции самого машинного агрегата.

Используя приведенную методику, находим , обеспечивающий заданный коэффициент неравномерности вращения.

Далее сравнивая эти инерционные характеристики, решают вопрос о необходимости введения маховика и его размерах.

Если , то маховик необходим и- момент инерции дополнительной маховой массы.

Если , то инерционности конструкции достаточно для обеспечения заданной неравномерности вращения и маховик не требуется.