ПРОВОЛОЧНЫЙ СУПЕРМАХОВИК

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в энергетике.
Уровень техники
Из области техники известна конструкция супермаховика (маховика, полученного навивкой из материалов с высокой одноосной прочностью - проволок, лент, волокон), содержащего центральную часть, включающую обод с углублением трапецеидального сечения с навитой с натягом в нем проволокой, причем упругое удлинение обода при вращении больше, чем удлинение проволочной навивки (Авторское свидетельство СССР №1048196 с приоритетом от 15.05.64 г., опубл. 15.06.83 г., автор - Н.В.Гулиа). Данное устройство, принятое за аналог, имеет недостаток, заключающийся в неопределенности закрепления последнего (внешнего) витка проволоки, который наиболее напряжен и отрыв его от навивки приводит к выходу из строя всего супермаховика.
За прототип принято устройство супермаховика, где предусмотрено закрепление последнего витка проволоки. В этом устройстве ступица и обод, навитый как и в аналоге из волокна или проволоки, выполнены из двух сопряженных по диаметральной плоскости секций, причем навивка в первой секции идет от ступицы к внешней поверхности, а во второй - от внешней поверхности к ступице (Авторское свидетельство СССР №507729, 25.03.76 г., «Супермаховик», автор - Н.В.Гулиа). Формально такое выполнение обеспечивает закрепление концов навивки, но получить реально навивку от внешнего витка внутрь к ступице, особенно с натягом, оказалось практически невыполнимым. А навивка без натяга может создать дополнительное большое давление на внешние витки, что приведет к их преждевременному разрыву. В этом состоит основной недостаток устройства-прототипа.
Раскрытие полезной модели
Задачей полезной модели является создание конструкции проволочного супермаховика, имеющего технически выполнимую и надежную навивку проволоки (также навивка может быть выполнена волокном или лентой) в углубление в ободе со щеками, причем внешний ряд витков желательно выполнить несколько ослабленным по сравнению с витками, лежащими под ним, чтобы иметь этот внешний ряд витков в качестве предохранительного звена. Разрываясь при недозволенных частотах вращения этот внешний ряд витков, навитый в соответствующем направлении, прижимаясь к внутренней цилиндрической поверхности корпуса, изнашиваясь, тормозит вращение супермаховика. При этом дальнейшая размотка навивки происходит только по мере износа ее части, трущейся о внутреннюю цилиндрическую поверхность корпуса. Такая конструкция проволочного супермаховика, технически легко выполнимая и безопасная в эксплуатации, была бы наиболее эффективной. Указанная задача решается тем, что предложен проволочный супермаховик, включающий ступицу и обод со щеками, выполненный с углублением с навитой в нем проволокой, характеризующийся тем, что конец последнего внешнего витка проволоки выполнен заведенным под углом к проволочной навивке как минимум под один его последний слой.
Следующее отличие устройства состоит в том, что конец последнего внешнего витка проволоки, заведенного под углом под последний слой навивки, выполнен расплющенным.
Следующее отличие устройства состоит в том, что щеки обода, выполненного с углублением, выполнены с симметрично расположенными радиальными прорезями.
Еще одно отличие устройства состоит в том, что между дном углубления в ободе и внутренним слоем проволочной навивки проставлена кольцеобразная упругая прокладка.
Последнее отличие устройства состоит в том, что витки проволочной навивки посажены друг на друга со связующим материалом.
Указанные отличия позволяют создание эффективной конструкции проволочного супермаховика, достаточно простого в изготовлении надежного и безопасного в работе.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - поперечный разрез фрагмента супермаховика.
Фиг.2 - вид фрагмента супермаховика с внешней стороны его проволочной навивки.
Фиг.3 - торцевой разрез фрагмента супермаховика.
Фиг.4 - фрагмент кольцеобразной упругой прокладки.
Осуществление полезной модели
Устройство представлено на чертежах (фиг.1 - фиг.4). Ступица 1 супермаховика (фиг.1-3) выполнена из материала с высоким модулем упругости, например, металла типа стали; щеки обода 2 супермаховика выполнены с несколькими радиальными прорезями 3, симметрично распределенными по ободу 2. Обод со щеками 2 содержит два кольцеобразных упора 4, на которых лежит кольцеобразная упругая в окружном направлении прокладка 5, выполненная, например, в виде прорезной пружины (фиг.4). На кольцеобразную прокладку навита навивка 6 из высокопрочной проволоки, например, пружинной. Исходя из того, что чем меньше диаметр проволоки, тем выше допускаемые напряжения растяжения для нее, диаметр проволоки выбирается небольшим, для супермаховиков среднего размера до 1 метра - 0,3 мм. Последний конец 7 проволоки выполняется заведенным под углом к навивке, как минимум, под один ее последний слой. Технически это выполняется, например, путем расплющивания конца 7 проволоки, заострением этого конца и просовыванием его под углом под последний слой навивки со связующим с последующей затяжкой за конец 7 и обрезанием его после затвердевания связующего. В качестве связующего материала используется, например, эпоксидный клей, который в жидком состоянии уменьшает коэффициент трения при просовывании конца 7 проволоки под слой навивки 6 и затягивании этого конца 7. Опыт изготовления подобного супермаховика, прошедшего успешные испытания, у автора имеется.
Работа супермаховика происходит следующим образом. При вращении супермаховика щеки обода 2, благодаря прорезям 3, а также упругая прокладка 5 испытывают упругую деформацию большую, чем проволочная навивка 6 и надежно фиксируют на упорах 4 и прокладке 5 проволочную навивку 6. При этом механические напряжения в щеках обода 2 из-за их коробчатой формы при одинаковой упругой радиальной деформации намного меньше, чем в навивке 6. При этом, из-за максимального диаметра и заведенного под него конца 7 проволоки последний слой проволочной навивки 6 испытывает максимальные напряжения, и при превышении супермаховиком допустимой частоты вращения разрывается первым. Вращение супермаховика производится в ту же сторону, что и при навивке проволоки, и при разрыве последнего слоя оторванная часть последнего слоя прижимается к обязательному при эксплуатации супермаховика корпусу - к его внутренней цилиндрической части - и, изнашиваясь, тормозит супермаховик, препятствуя размотке навивки 6. Этот процесс проверен автором экспериментально при испытаниях проволочных супермаховиков на разгонных стендах ЦНИИТМАШ еще в 1966 году.