ЛЕНТОЧНЫЙ МАХОВИК

Область техники
Ленточный маховик относится к области машиностроения и может быть использован в различных отраслях промышленности, в частности, в энергетике.
Уровень техники
Известен маховик, навитый из высокопрочной ленты со склейкой витков на центр, выполненный упруго-податливым. (SU, №200359, F16F 15/30, опубл. 16.05.1966 г.).
В этом техническом решении внешний последний виток навивки соединен с предыдущим склейкой или другим, не нарушающим прочности ленты способом. Кроме того, последний виток ленты выполнен ослабленным, например, отверстием, для того, чтобы при превышении частоты вращения маховика был разорван только последний виток, а предпоследний был бы прижат к внутренней цилиндрической поверхности корпуса маховика и трением замедлил его частоту вращения. Вращение маховика осуществляется в направлении навивки ленты.
Однако этому аналогу присущ недостаток, заключающийся в том, что незакрепленный (просто приклеенный) конец ленты легко отрывается от остальной навивки, так как клей слабо сопротивляется отрыву склеенной кромки последнего витка.
Известен ленточный маховик, содержащий ленту, упругий центр, на который навита лента, клеевой слой, расположенный между витками ленты, причем ширина ленты последнего витка выбрана меньшей, чем ширина остальной ленты, и конец ленты последнего витка размещен внутри предыдущего постоянной ширины витка с его склейкой сплошным клеевым слоем между упомянутыми витками. (SU, №353086, F16F 15/30, опубл. 23.11.1970 г.).
В этом устройстве последний виток ленты выполнен резко сходящимся в наклонную зигзагообразную полоску, шириной в 10% от ширины ленты других витков. Последний виток ленты навит в обратном направлении, который монтируется на клею внутрь предыдущего витка. В этом случае клеевой слой работает не на отрыв, а на сдвиг, поэтому прочность соединения последнего витка намного выше.
Однако такое устройство обладает рядом ограничений:
- резкий переход от полной ширины ленты к узкой полоске снижает прочность ленты;
- ширина полоски, составляющая точно 10% от полной ширины ленты, может использоваться только в некотором частном случае соотношения ширины ленты и диаметра маховика;
- длина узкой зигзагообразной наклонной полоски составляет около десяти длин окружности маховика, что ведет к перерасходу материала ленты и к появлению на большой длине погрешностей в ширине полоски, что ослабляет прочность конструкции;
- конец полоски, входящий между двумя последними витками равнотолщинной ленты предпоследним и рядом полосок в последнем витке выполнен той же толщины, что и основная лента, а это увеличивает силу отрыва этого конца от намотки и ухудшает в целом центрирование маховика, при этом сопротивление клея отрыву существенно меньше, чем сдвигу, а это снижает прочность конструкции.
Наиболее близким является ленточный маховик, содержащий ленту, упругий центр, на который навита лента, клеевой слой, расположенный между витками ленты, причем ширина ленты последнего витка выбрана меньшей, чем ширина остальной ленты, и конец последнего витка ленты выполнен плавно зауженным как по ширине, так и по толщине, а торцевая часть конца последнего витка ленты выполнена с поперечным ответвлением, лента предыдущего постоянной ширины витка снабжена щелью, а поперечное ответвление вмонтировано внутри щели, с его склейкой и склейкой последнего витка ленты с лентой предыдущего постоянной ширины витка сплошным клеевым слоем. (RU, №132849, U1, F16F 15/30, опубл. 27.09.2013 г.).
Однако это устройство обладает ограничениями, заключающимися в слабой несущей способности зауженного конца последнего витка ленты, обладающего максимальной окружной скоростью, а также в нарушении динамической балансировки ленточного маховика, связанной с осевой несимметричностью выполнения последнего витка ленты с одним поперечным ответвлением. Указанные недостатки обнаружены при разгонных испытаниях этого устройства.
Раскрытие полезной модели
Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.
Технический результат, который получен при выполнении заявленного устройства - повышение надежности крепления, а также улучшение центрирования (уменьшение динамической разбалансировки).
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном ленточном маховике, содержащем ленту, упругий центр, на который навита лента, клеевой слой, расположенный между витками ленты, причем ширина ленты последнего витка выбрана меньшей, чем ширина остальной ленты, и конец последнего витка ленты выполнен плавно зауженным как по ширине, так и по толщине, а торцевая часть конца последнего витка ленты выполнена с поперечным ответвлением, лента предыдущего постоянной ширины витка снабжена щелью, а поперечное ответвление вмонтировано внутри щели, с его склейкой и склейкой последнего витка ленты с лентой предыдущего постоянной ширины витка сплошным клеевым слоем, согласно заявленной полезной модели торцевая часть конца последнего витка ленты снабжена вторым поперечным ответвлением, расположенным относительно продольной оси ленты симметрично упомянутому первому поперечному ответвлению, лента предыдущего постоянной ширины витка снабжена второй щелью, и второе поперечное ответвление вмонтировано внутри второй щели с его склейкой.
Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- первое и второе поперечные ответвления были выполнены под углом к продольной оси ленты;
- первое и второе поперечные ответвления были плавно сопряжены с торцевой частью конца последнего витка ленты и плавно сопряжены между собой;
- щели были расположены вдоль и симметрично относительно продольной оси ленты.
Указанные преимущества полезной модели, а также ее технические особенности поясняются с помощью варианта его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.
Специалистам понятно, что возможны и другие технические усовершенствования, дополняющие объем патентной охраны устройства, отраженный в независимом пункте формулы.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид на последний виток ленты с двумя симметричными ответвлениями;
На фиг. 2 - продольный разрез ленточного маховика по линии Α-A на фиг. 1.
Вариант осуществления полезной модели
Ленточный маховик (фиг. 1, 2) содержит ленту 1, упругий центр 2, на который навита лента 1, клеевой слой 3, расположенный между витками ленты 1. Ширина ленты 1 последнего витка 4 выбрана меньшей, чем ширина остальной ленты 1. Конец последнего витка 4 ленты 1 выполнен плавно зауженным как по ширине, так и по толщине. Торцевая часть конца последнего витка 4 ленты 1 выполнена с поперечным ответвлением 5. Лента 1 предыдущего постоянной ширины витка снабжена щелью 6. Поперечное ответвление 5 вмонтировано внутри щели 6, с его склейкой и склейкой последнего витка 4 ленты 1 с лентой 1 предыдущего постоянной ширины витка сплошным клеевым слоем 3.
Торцевая часть конца последнего витка 4 ленты 1 снабжена вторым поперечным ответвлением 7, расположенным относительно продольной оси ленты 1 симметрично упомянутому первому поперечному ответвлению 5. Лента 1 предыдущего постоянной ширины витка снабжена второй щелью 8, и второе поперечное ответвление 7 вмонтировано внутри второй щели 8 с его склейкой.
Для дополнительного улучшения качества крепления первое и второе поперечные ответвления 5, 7 могут быть выполнены под углом к продольной оси ленты 1 (фиг. 1).
Для дополнительного улучшения прочности на разрыв первое и второе поперечные ответвления 5, 7 плавно сопряжены с торцевой частью конца последнего витка 4 ленты 1 и плавно сопряжены между собой.
Для повышения прочности и надежности крепления щели 6 и 8 расположены вдоль и симметрично относительно продольной оси ленты 1.
На фигуре 2 показан один из возможных вариантов полезной модели, соответствующий техническому решению по патенту RU, №132849.
Клеевой слой 3 может быть выполнен сплошным (фиг. 2), преимущественно для последнего витка 4 ленты 1 и предыдущего, а также для внутренних витков, расположенных вблизи упругого центра 2.
Прерывистый клеевой слой 3 может быть нанесен на введенные в устройство полоски 6, периодически расположенные под упомянутым предыдущим постоянной ширины витком и приклеенные к поверхностям смежных витков (фиг. 2).
В этом варианте исполнения толщина ленты 1 витка между полосками 6 выбрана большей, чем толщина ленты 1 остальных витков, а полоски 9 выполнены разной толщины с возможностью обеспечения равнонапряженного состояния смежных витков (очень близким к равнонапряженному). На фиг. 2 показаны соответствующие этому случаю разнотолщинные полоски 9, обеспечивающие общую «симметрию» конструкции, т.е. при наличии внутри устройства витка с большей толщиной ленты 1 достигается расположение наружных витков на равноудаленном расстоянии от оси упругого центра 2.
В частных случаях выполнения полезной модели лента 1 и клеевой слой 3 могут быть выполнены с переменными толщинами, которые выбраны соответствующими равнонапряженному состоянию смежных витков, а также лента 1 может быть выполнена с переменной толщиной, а клеевой слой 3 может быть выполнен из материалов с различными модулями упругости для обеспечения равнонапряженного состояния смежных витков.
Кроме того, для удобства сборки и надежности крепления лента 1 может состоять из фрагментов (отдельных кусков) по ее длине.
Лента 1 постоянной ширины навита на упругий центр 2 (фиг. 2), а также предпоследним витком склеена с наружным витком сплошным клеевым слоем 3. Причем лента 1 в начале навивки на упругий центр 2 может быть выполнена с плавно уменьшающейся толщиной к упругому центру 2, такое «заострение» показано позицией 10 на фиг. 2.
Работает ленточный маховик (фиг. 1, 2) следующим образом.
Во вращающемся маховике, составленном из отдельных витков, напряжение в витках увеличивается от упругого центра 2 к периферии маховика. При связи витков сплошным клеевым слоем 3 напряженное состояние ленты 1 изменяется - внутренних слоев возрастает, а внешних - убывает. Это изменение тем сильнее, чем тоньше клеевой слой 3 и чем выше модуль упругости материала клея. В частности, подбором упомянутых параметров можно добиться равнонапряженного состояния смежных витков ленты 1, склеенной сплошным клеевым слоем 3, что важно для эффективности работы маховика. Внешние слои навивки могут быть склеены посредством внутренних полосок 9, которые дополнительно ослабляют влияние склейки на напряженное состояние ленты 1, которое во внешних витках является наибольшим. Это необходимо для того, чтобы при превышении допустимой частоты вращения маховика разрывался именно последний виток(и) ленты и трением о внутреннюю поверхность корпуса тормозил маховик, делая такой разрыв безопасным. Разумеется, вращение маховика производится в направлении навивки ленты. Лента 1 предыдущего постоянной ширины витка по отношению к наружному последнему витку 4 снабжена двумя щелями 6 и 8, а первое и второе поперечные ответвления 5, 7 вмонтированы внутри этих щелей 6 и 8. Это обеспечивает надежность закрепления последнего витка 4 ленты 1 и устранение динамической разбалансировки устройства, что подтверждено экспериментом. Поскольку клеевой слой 3, по меньшей мере, одного внутреннего витка, расположенного под упомянутым предыдущим постоянной ширины витком, выполнен прерывистым или в виде полосок 9, то производится гарантированный отрыв внешних витков при превышении частоты вращения маховика выше эксплуатационной (заданной техническими условиями). Для дополнительного улучшения прочности на отрыв при частоте вращения маховика близкой к эксплуатационной первое и второе поперечные ответвления 5, 7 могут быть выполнены под углом к продольной оси ленты 1, плавно сопряжены с концом последнего витка 4 ленты 1 и плавно сопряжены между собой (фиг. 1), а снаружи этот элемент устройства имеет внешний вид «ласточкиного хвоста».
Специалистам понятно, что предложенный ленточный маховик может быть использован в различных вариантах конструкций ленточных маховиков и не ограничивается описанным выше конкретным устройством.
Промышленная применимость
Наиболее успешно заявленный ленточный маховик промышленно применим в энергетике и в различных отраслях машиностроения.