СОСТАВНОЙ МАХОВИК
COMPOSITE FLYWHEEL

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к маховикам коленчатого вала двигателей судовых и локомотивных энергетических установок.
Маховик является неотъемлемой частью двигателя энергетической установки и служит для стабилизации вращения. Маховики транспортных энергетических установок, для обеспечения эффективности работы должны обладать рядом особенностей. Во-первых, существует потребность регулировать величину инерционной массы в зависимости от применяемой конструкции гребного винта или типа генератора, например, путем использования составного маховика. Во-вторых, в приводе потребителя энергии должно присутствовать демпфирующее устройство для гашения крутильных колебаний.
Известен составной маховик (см. патент РФ 133890 МПК F16F 15/30, опубл. 27.10.2013, Бюл. №30), включающий в себя несколько отдельных маховиков в виде центральных дисков и ободьев, объединенных в один составной маховик, при этом отдельные маховики выполнены с отверстиями в ободьях, через которые пропущены винты, стягивающие их в один составной маховик без зазоров между торцами ободьев отдельных маховиков.
Недостатками такого исполнения являются ненадежность крепления, большие осевые размеры креплений, не позволяющие выполнять диски, близкие к дискам равной прочности, и необходимость использования дополнительного демпфирующего устройства.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является составной маховик (см. патент РФ 2379561 МПК F16F 15/30, опубл. 20.01.2010, Бюл. №2), состоящий из пакета маховиков в виде дисков равной прочности с ободьями и промежуточными кольцами, соединенных друг с другом, а также двух щек с выполненными на них цапфами, к которым по внутренним кольцевым поверхностям примыкают ободья крайних дисков. Промежуточные кольца при этом могут быть выполнены в виде прорезных пружин или пластиков.
Недостатком такого исполнения является ограниченная область использования в связи с необходимостью использования дополнительного демпфирующего устройства для стабилизации вращения и снижения инерционных нагрузок.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение долговечности энергетических установок путем снижения динамических нагрузок и упрощение конструкции привода потребителей энергии посредством отказа от использования отдельного демпфирующего устройства.
Для решения поставленной задачи составной маховик выполнен составным и содержит пакет составляющих маховиков в виде дисков равной прочности, соединенных друг с другом, диски соединены посредством демпфирующего устройства, содержащего расположенные равномерно по окружности дисков ролики, размещенные в выполненных в полости контактирующих дисков пазах и взаимодействующие с установленным между ними упругим элементом, выполненным в виде фасонной пружины с прогрессивной характеристикой, а в зазорах контактирующих частей дисков установлены фрикционные прокладки.
Сущность технического решения составного маховика поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема соединения его элементов, на фиг. 2 разрез по А-А.
Составной маховик состоит из отдельных дисков (маховиков) 1, 2, 3, соединенных между собой демпфирующим устройством, выполненным в виде роликов 4, 5, расположенных равномерно по окружности контактирующих сторон дисков, которые запрессованы в пазах 6, выполненных в полости дисков и фасонных пружин с прогрессивной характеристикой 7, установленных в пазах 8 с возможностью взаимодействия с роликами. В зазорах контактирующих частей дисков установлены фрикционные прокладки 9. Маховик жестко связан с валом двигателя энергетической установки 10 посредством шпонки 11, а с фланцем вала привода потребителей энергии 12 посредством крепежных болтов 13. Входящие в пакет диски (маховики) изготавливаются из стали или чугуна.
Составной маховик работает следующим образом.
При изготовлении маховика в стыкуемых частях дисков 1, 2, 3 путем фрезерования выполняются пазы 6 и 8. В пазы 6 запрессовываются ролики 4, 5. Диск 1 с помощью шпонки 11 закрепляется на вале двигателя энергетической установки 10. Затем в пазы 8 устанавливаются фасонные пружины 7 и диски стыкуются между собой. Количество пружин определяется, исходя из диаметра маховика. Затем между дисками устанавливаются фрикционные прокладки 9. После этого на вал двигателя 10 монтируются следующие маховики, между которыми также устанавливаются фасонные пружины и фрикционные прокладки. В зависимости от величины инерционной массы потребителей энергии количество отдельных маховиков в пакете может быть увеличено либо уменьшено. Диск 3 соединяется с фланцем вала привода потребителей энергии 12 посредством крепежных болтов 13. После сборки составной маховик транспортной энергетической установки готов к работе.
При работе транспортной энергетической установки в установившемся режиме при постоянной частоте вращения все маховики 1, 2, и 3 работают как единое целое, равномерно передавая крутящий момент от вала двигателя 10 к фланцу вала привода потребителей энергии 12. При изменении частоты вращения и возникновения дополнительных инерционных нагрузок отдельные маховики имеют возможность ограниченного независимого перемещения относительно друг друга за счет перемещения роликов 4, 5 по поверхности фасонных пружин 7, сжимая пружины и, тем самым, демпфируя возникающие крутильные колебания. После возвращения энергетической установки к установившемуся режиму работы усилие фасонных пружин 7 воздействует на ролики 4, 5 и перемещает входящие в пакет маховики в исходное состояние. Фрикционные прокладки 9 исключают возможность трения металл о металл и дополнительно способствуют гашению колебаний.
Таким образом, наличие отдельных маховиков и расположенных между ними демпфирующих устройств, выполненных в виде роликов, имеющих возможность перемещения по боковым поверхностям фасонных пружин с прогрессивной характеристикой и фрикционных прокладок позволяет уменьшить инерционные нагрузки на элементы привода транспортной энергетической установки и, в итоге, способствовать повышению ее долговечности путем снижения динамических нагрузок.
Заявленное исполнение составного маховика транспортной энергетической установки в сравнении с прототипом позволяет обеспечить возможность одновременно регулировать в случае необходимости суммарную величину инерционной (маховой) массы маховика и демпфировать крутильные колебания.
Использование отдельных маховиков, между которыми расположены демпфирующие устройства, выполненные в виде роликов, имеющих возможность перемещения по боковым поверхностям фасонных пружин с прогрессивной характеристикой, и фрикционных прокладок позволяет обеспечить повышение долговечности энергетических установок путем снижения динамических нагрузок и упростить конструкцию привода потребителей энергии посредством отказа от использования отдельного демпфирующего устройства.