Махове колесо

Маховик ковальської машини у місті Віттен (Німеччина)

Ма́хове ко́лесо (махови́к) — масивна обертова деталь з великим моментом інерції у вигляді диска або колеса, що встановлюється на ведучому валу машини для зменшення нерівномірності його обертання при усталеному русі. Маховик накопичує кінетичну енергію в період прискорення руху і віддає її при сповільненні.

Використання махового колеса як в простих конструкціях (гончарний круг), так і в поршневих двигунах, компресорах, насосах та ін. машинах забезпечує рівномірність обертання вала. В поршневих двигунах маховик, крім того, дає змогу поршню долати крайні положення («мертві точки»). В інерційних двигунах нагромаджена маховиком енергія використовується для привода транспортного засобу (жиробус).

Історична довідка

Трактор VL30 італійської фірми «Ландіні» з винесеним маховим колесом

Ефект маховика використовувався з найдавніших часів. Прикладами можуть служити гончарний круг та вітряний млин.

Згідно з американським медієвістом Лінном Вайтом ще німецький монах Теофіл (пресвітер Теофіл) (бл. 1070—1125) згадує у своєму трактаті «Про різні мистецтва» (лат. «De diversibus artibus») декілька машин, у яких знайшов використання маховик.

Під час промислової революції Джеймс Ватт використав махове колесо у своїй паровій машині поршневого типу для покращення рівномірності роботи та долання «мертвих» положень поршня, а його сучасник Джеймс Пікард використав маховик у поєднанні з кривошипно-шатунним механізмом для перетворення зворотно-поступального руху в обертальний.

Використання махового колеса як акумулятора енергії обмежується тим, що при перевищенні допустимої колової швидкості відбувається розрив маховика, що призводить до великих руйнувань. Це змушує створювати маховики з дуже великим запасом міцності, що супроводжується зниженням їх ефективності.

Наслідком цього є мала (у порівнянні з іншими видами акумуляторів) питома енергоємність.

Маховики автомобільних двигунів

Типовий маховик автомобільного двигуна

Двомасовий (демпферний) маховик з муфтою зчеплення двигуна автомобіля

Маховик автомобільного двигуна виконує одразу декілька функцій:

• зниження нерівномірності обертання колінчастого вала (є конструктивним елементом кривошипно-шатунного механізма);
• передавання крутного моменту від двигуна до коробки передач як ведучий диск муфти зчеплення;
• передавання крутного моменту від стартера на колінчастий вал двигуна (маховик є веденим зубчастим колесом системи запуску).

Розрізняють декілька конструктивних видів махових коліс двигунів: суцільні, двомасові (демпферні) та полегшені

Суцільні маховики

Найбільшого поширення на автомобілях отримав маховик суцільної конструкції. Це масивний диск діаметром від 30 до 40 сантиметрів, виконаний з чавуну. На зовнішню поверхню диска напресовано сталевий зубчастий вінець, що забезпечує провертання колінчастого вала при запуску двигуна за допомогою стартера. З одного боку маховика виконана маточина для кріплення до фланця колінчастого вала, інша сторона грає роль ведучого диска муфти зчеплення.

Двомасові (демпферні) маховики

При роботі двигуна на різних частотах обертання колінчастий вал постійно зазнає крутильних коливань. У двигунах застосовуються маховики особливої ​​конструкції демпферні двомасові маховики (англ. dual mass flywheel). Такий маховик містить два диски, з'єднані за допомогою пружинно-демпферної системи, що дозволяє повністю ізолювати трансмісію від крутильних коливань і забезпечити рівномірну роботу її елементів. Із застосуванням подвійний маховик відпадає необхідність демпфувального пристрою в веденому диску муфти зчеплення.

Полегшені маховики

Полегшений маховик використовується при тюнінгу двигуна. Перерозподіл маси маховика до країв диска дозволяє зменшити його масу до 1,5 кг і в свою чергу зменшити момент інерції. Із застосуванням полегшеного маховика двигун швидше досягає максимальних обертів, відповідно має кращу розгінну динаміку, а також спостерігається збільшення потужності до 5 %.

Фізичні параметри махового колеса

Суцільне махове колесо

Махове колесо порожнистої конструкції

Кінетична енергія маховика записується рівнянням:

$E_{k}={\frac {1}{2}}\cdot I\cdot \omega ^{2}$

Момент інерції суцільного диска маховика:

$I={\frac {1}{2}}mR^{2}$,

Момент інерції порожнистого диска маховика:

$I={\frac {1}{2}}m(R^{2}+r^{2})$

Для випадку малої товщини (r ≈ R) момент інерції набуває найбільшого значення серед маховиків однакової маси і діаметра. Він становить:

$I=mR^{2}\,$

де:

$\omega$ — кутова швидкість обертання маховика;

$I$ — момент інерції маси відносно осі обертання;

$m$ — маса маховика;

$R$ — радіус зовнішнього кола маховика;

$r$ — внутрішній радіус порожнистого маховика.

Див. також

• Список моментів інерції

Джерела

• Абрамчук Ф. І., Гутаревич Ю. Ф., Долганов К. Є., Тимченко І. І. Автомобільні двигуни: Підручник. — К.: Арістей, 2006. — 476 с. — ISBN 966-8458-26-5
• Кисликов В. Ф., Лущик В. В. Будова й експлуатація автомобілів: Підручник. — 6-те вид. — К.: Либідь, 2006. — 400 с. — ISBN 966-06-0416-5.
• Сирота В. І. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник для вузів. К.: Арістей, 2005. — 280 с. — ISBN 966-8458-45-1