КОМПОЗИТНЫЙ МАХОВИК Российский патент 1995 года по МПК F16F15/30 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в инерционных аккумуляторах, приводах машин, содержащих маховик, энергоаккумулирующих системах и системах ориентации и стабилизации аппаратов.

Известны композитные маховики, предназначенные для создания накопителей кинетической энергии, имеющие обод, втулку и соединительный элемент [1,2].

Наиболее близкими по технической сущности к изобретению является маховик с намотанными из волокон вращающимся кольцом, металлической втулкой и соединительным элементом в виде набора секторов [3]. Сектора закреплены на внутренней поверхности обода и между собой путем склеивания. Втулка имеет торцовые стенки со сквозными отверстиями, в которые вставляются закрепляющие болты, прилегающие к внутренней стороне притупленной вершины секторов.

Недостатком известного маховика является то, что прочности клеевого слоя, которым связаны между собой все элементы конструкции, не достаточно. Соединение секторов с центральной втулкой продольными болтами вызывает в зоне контакта большие напряжения в материале сектора.

Целью изобретения является повышение прочностных характеристик маховика.

Это достигается тем, что в маховике, содержащем намотанное из волокон кольцо, металлическую втулку и соединительный элемент в виде набора секторов, последние соединены друг с другом, с ободом и с втулкой замоткой нитью, пропитанной связующим.

В ободковых маховиках, используемых для накопления большой кинетической энергии, возникают инерционные нагрузки (крутящие моменты), вызванные угловым ускорением при разгоне и торможении. При разгоне крутящий момент передается спицами ободу, а при торможении от обода спицам. В обоих случаях крутящий момент действует на соединение между ободом и секторами.

При значительных и многократно действующих крутящих моментах (режим накопления и отдачи энергии) возможно разрушение клеевого слоя. Во избежание этого в предлагаемой конструкции вводится замотка высокопрочной нитью, пропитанной связующим. Замена продольных болтов в соединении секторов с центральной втулкой на замотку нитью увеличивает зону контакта и снижает величину напряжений в соединении и также обеспечивает повышение прочности крепления.

На чертеже изображен композитный маховик, общий вид, и показана замотка нитью секторов в зоне контакта их боковых сторон 1, секторов с ободом 2 и секторов со втулкой 3.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Для экспериментальной отработки предложенной конструкции маховика были изготовлены и прошли испытания несколько макетных образцов.

Маховик с наружным диаметром обода 240 мм, металлической втулкой со сквозными пазами и соединительным элементом из шести секторов, все элементы которого были соединены между собой замоткой нитью СВМ, пропитанной связующим, подвергали кратковременному разгону до 20000 об/мин на разгонной установке. Разрушений элементов маховика и замотки не произошло.

Маховик с диаметром обода 200 мм был изготовлен для электродвигателя-маховика. Назначение электродвигателя - создание кинетического момента Н = 1 НМ с², номинальная скорость вращения маховика 20000 об/мин.

Этот маховик был испытан в вакуумной камере на скорости вращения 24000 об/мин в течение 20 ч с последующей наработкой при номинальной скорости в течение 50 ч.

Перед испытаниями маховик в составе ротора электродвигателя был отбалансирован до дисбаланса 1 Гсм. В процессе испытаний контролировалась стабильность балансировки по стабильности спектра виброускорений, снимаемых с нескольких датчиков, установленных в конструкции электродвигателя. Необратимых изменений в конструкции маховика не обнаружено, что указывает на его достаточную прочность.

Изобретение может быть использовано для создания кинетического момента или накопления кинетической энергии. Маховик состоит из обода, втулки, расположенного между ними набора секторов и соединенных между собой всех элементов маховика высокопрочной нитью, пропитанной связующим. Каждый сектор выполнен в виде тонкостенного сплошного замкнутого контура, полученного непрерывной рядной намоткой из высокопрочной нити. При этом боковые стороны соседних секторов образуют радиально расположенные спицы. 1 ил.

КОМПОЗИТНЫЙ МАХОВИК, содержащий обод, охватывающий втулку, и размещенный между ними соединительный элемент в виде набора секторов, отличающийся тем, что, с целью повышения прочностных характеристик, секторы соединительного элемента соединены друг с другом, с ободом и втулкой нитью, обвивающей примыкающие одна к другой части упомянутых элементов.