RU142823U1

RU142823U1 - SUPER MOVEMENT

Info

Publication number: RU142823U1
Application number: RU2014112245/11U
Authority: RU
Inventors: Нурбей Владимирович Гулиа; Александр Иванович Лаврентьев; Сергей Александрович Юрков; Кирилл Георгиевич Могилевский
Original assignee: Зотов Алексей Вячеславович
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2014-07-10

Abstract

1. Супермаховик, содержащий ступицу, выполненную в виде диска, обод, выполненный навитым гибким материалом с эластичной связкой между витками, кольцеобразный элемент, снабженный балластом и расположенный между ступицей и ободом, причем кольцеобразный элемент соединен с диском ступицы, а обод выполнен навитым на кольцеобразный элемент, радиальные прорези, выполненные сквозными в направлении снаружи вовнутрь в кольцеобразном элементе, отличающийся тем, что кольцеобразный элемент и ступица выполнены в виде единой детали, между радиальными прорезями выполнены поперечные отверстия, равномерно расположенные вдоль окружности кольцеобразного элемента, а балласт размещен по меньшей мере в одном из поперечных отверстий.2. Супермаховик по п.1, отличающийся тем, что в качестве гибкого материала обода использована стальная холоднокатаная лента, а в качестве эластичной связки - слои клея.3. Супермаховик по п.1, отличающийся тем, что радиальные прорези выполнены с фасонными поверхностями.4. Супермаховик по п.1, отличающийся тем, что единая деталь выполнена из металлического сплава на основе алюминия, и/или магния, и/или титана.5. Супермаховик по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала единой детали использован материал с меньшей плотностью и с меньшим модулем упругости, чем у обода.6. Супермаховик по п.1, отличающийся тем, что введены фасонные прорези, выполненные одинаковыми, расположенные симметрично в диске ступицы с переменными углами к радиусам диска ступицы и сообщенные с поперечными отверстиями в кольцеобразном элементе, причем ширина фасонных прорезей выполнена меньшей, чем диаметр поперечных отверстий.1. A super-flywheel comprising a hub made in the form of a disk, a rim made of a wound flexible material with an elastic bond between the turns, an annular element provided with ballast and located between the hub and the rim, the ring-shaped element being connected to the hub disk and the rim wound around the ring-shaped element, radial slots made through through in the direction from the outside inward in the annular element, characterized in that the annular element and the hub are made in the form of a single part, between the radial transverse slots formed openings uniformly spaced along the circumference of the annular member, and the ballast is placed in at least one of the transverse otverstiy.2. The super flywheel according to claim 1, characterized in that a cold-rolled steel tape is used as a flexible rim material, and adhesive layers are used as an elastic bond. The super-flywheel according to claim 1, characterized in that the radial slots are made with shaped surfaces. The super flywheel according to claim 1, characterized in that the single part is made of a metal alloy based on aluminum, and / or magnesium, and / or titanium. The super flywheel according to claim 1, characterized in that a material with a lower density and with a lower modulus of elasticity than that of the rim is used as the material of a single part. The super-flywheel according to claim 1, characterized in that the shaped slots are introduced, made identical, symmetrically located in the hub disk with variable angles to the radii of the hub disk and communicated with transverse holes in the ring-shaped element, the width of the shaped slots made smaller than the diameter of the transverse holes.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в качестве накопителя энергии.The utility model relates to mechanical engineering and can be used as an energy storage device.

Известен маховик, содержащий обод, выполненный из волокон высокопрочного материала, например стекла, связанных между собой полимерным связующим материалом, и ступицу на которой установлен обод, пружинящие чашеобразные кольца, основания которых установлены на ступице, а стенки оперты на внутреннюю поверхность обода. (SU, №440514).Known flywheel containing a rim made of fibers of high strength material, such as glass, interconnected by a polymeric binder material, and a hub on which a rim is mounted, spring cup-shaped rings, the bases of which are mounted on the hub, and the walls are supported on the inner surface of the rim. (SU, No. 440514).

В этом устройстве в качестве связующего материала использован эластичный материал, имеющий относительное удлинение большее, чем относительное удлинение материала волокон обода.In this device, an elastic material having a relative elongation greater than the relative elongation of the rim fiber material is used as a binder material.

Недостатком устройства является неустойчивость положения обода на ступице, а также трение и износ лепестков пружинящих чашеобразных колец при упругом увеличении диаметра обода вследствие вращения маховика.The disadvantage of this device is the instability of the position of the rim on the hub, as well as friction and wear of the petals of spring cup-shaped rings with an elastic increase in the diameter of the rim due to the rotation of the flywheel.

Данные недостатки устранены в супермаховике, содержащем обод и ступицу с криволинейными лепестками, контактирующими с внутренними поверхностями обода, при этом лепестки жестко закреплены на внутренней поверхности обода по касательной, а форма лепестков выбрана, соответствующей определенному математическому условию. (SU, №1379521).These shortcomings were eliminated in a super-flywheel containing a rim and a hub with curved petals in contact with the inner surfaces of the rim, while the petals are rigidly fixed to the inner surface of the rim tangentially, and the shape of the petals is selected corresponding to a certain mathematical condition. (SU, No. 1379521).

В этой конструкции обод закреплен в криволинейных лепестках ступицы устойчиво с отсутствием трения при упругом увеличении диаметра обода.In this design, the rim is fixed in the curved petals of the hub stably with no friction with an elastic increase in the diameter of the rim.

Однако недостатками этого устройства являются высокие напряжения изгиба в лепестках ступицы при изменениях диаметра обода, а также трудность балансировки супермаховика, вызванная невозможностью снятия или наращивания материала на криволинейные лепестки или на проведение таких операций с витым ободом. Удаление же материала со ступицы, которая весьма напряжена при вращении, малоэффективно из-за ее небольшой толщины ступицы.However, the disadvantages of this device are the high bending stresses in the hub petals with changes in the rim diameter, as well as the difficulty of balancing the super flywheel caused by the inability to remove or build up material on curved petals or to perform such operations with a twisted rim. Removing the material from the hub, which is very tense during rotation, is ineffective due to its small thickness of the hub.

Наиболее близким является супермаховик, содержащий ступицу, выполненную в виде диска, обод, выполненный навитым гибким материалом с эластичной связкой между витками, кольцеобразный элемент, снабженный балластом и расположенный между ступицей и ободом, причем кольцеобразный элемент соединен с диском ступицы, а обод выполнен навитым на кольцеобразный элемент, радиальные прорези, выполненные сквозными в направлении снаружи во внутрь в кольцеобразном элементе. (SU, №693073).The closest is a super-flywheel containing a hub made in the form of a disk, a rim made of wound flexible material with an elastic bond between the turns, an annular element provided with ballast and located between the hub and the rim, the ring-shaped element being connected to the hub disk, and the rim made wound on ring-shaped element, radial slots made through in the direction from the outside to the inside in the ring-shaped element. (SU, No. 693073).

В этом устройстве кольцеобразный элемент выполнен упругим с кольцевой полостью, балласт расположен в кольцевой полости под витым ободом, причем балласт выполнен с радиальными прорезями для повышения его упругой податливости. Такой балласт способствует надежному прижиму ступицы к ободу при вращении супермаховика. Кроме того, в этом техническом решении обод снабжен щеками и выполнен навитым гибким материалом между ними с эластичной связкой между витками, а радиальные прорези выполнены как в кольцеобразном элементе, так и в балласте, и в щеках. Кольцеобразный элемент является отдельной деталью и имеет достаточно сложную конфигурацию, и выполнение радиальных прорезей в балласте и в щеках усложняет конструкцию в целом и ухудшает ее технологичность.In this device, the annular element is made elastic with an annular cavity, the ballast is located in the annular cavity under the twisted rim, and the ballast is made with radial slots to increase its elastic compliance. This ballast contributes to a reliable clamping of the hub to the rim during rotation of the super-flywheel. In addition, in this technical solution, the rim is provided with cheeks and is made of wound flexible material between them with an elastic ligament between the turns, and radial slots are made both in the annular element, and in the ballast, and in the cheeks. The ring-shaped element is a separate part and has a rather complicated configuration, and the implementation of radial slots in the ballast and in the cheeks complicates the design as a whole and affects its manufacturability.

К тому же недостатком ближайшего аналога является трудность балансировки супермаховика из-за опасности разрушения или нарушения равномерности упругих свойств балласта при снятии с него материала, например, его сверления при наличии радиальных прорезей.In addition, the disadvantage of the closest analogue is the difficulty of balancing the super flywheel due to the danger of destruction or violation of the uniformity of the elastic properties of the ballast when removing material from it, for example, drilling it in the presence of radial slots.

Решаемая полезной моделью задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.The task solved by the utility model is the improvement of technical and operational characteristics.

Достигаемый технический результат полезной модели заключается в упрощении конструкции, в повышении удельной энергоемкости, а также в упрощении и улучшении балансировки.The technical result achieved by the utility model is to simplify the design, to increase the specific energy consumption, as well as to simplify and improve balancing.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном супермаховике, содержащем ступицу, выполненную в виде диска, обод, выполненный навитым гибким материалом с эластичной связкой между витками, кольцеобразный элемент, снабженный балластом и расположенный между ступицей и ободом, причем кольцеобразный элемент соединен с диском ступицы, а обод выполнен навитым на кольцеобразный элемент, радиальные прорези, выполненные сквозными в направлении снаружи во внутрь в кольцеобразном элементе, согласно заявленной полезной модели кольцеобразный элемент и ступица выполнены в виде единой детали, между радиальными прорезями выполнены поперечные отверстия, равномерно расположенные вдоль окружности кольцеобразного элемента, а балласт размещен по меньшей мере в одном из поперечных отверстий.To solve the problem with achieving the specified technical result in a well-known super-flywheel containing a hub made in the form of a disk, a rim made of a wound flexible material with an elastic bond between the turns, an annular element provided with ballast and located between the hub and the rim, and the annular element is connected to the hub disk, and the rim is wound on a ring-shaped element, radial slots made through in the direction from the outside to the inside in the ring-shaped element, according to According to the claimed utility model, the annular element and the hub are made as a single part, between the radial slots there are transverse holes uniformly spaced along the circumference of the annular element, and the ballast is placed in at least one of the transverse holes.

Возможны дополнительные варианты выполнения устройства, в которых целесообразно, чтобы:Additional embodiments of the device are possible, in which it is advisable that:

- в качестве гибкого материала обода была использована стальная холоднокатаная лента, а в качестве эластичной связки - слои клея;- a steel cold-rolled tape was used as a flexible rim material, and adhesive layers were used as an elastic bond;

- радиальные прорези были выполнены с фасонными поверхностями;- radial slots were made with shaped surfaces;

- единая деталь была выполнена из легкого металлического сплава на основе алюминия и/или магния и/или титана;- a single part was made of a light metal alloy based on aluminum and / or magnesium and / or titanium;

- в качестве материала единой детали был использован материал с меньшей плотностью и с меньшим модулем упругости, чем у обода;- as a material of a single part, a material with a lower density and with a lower modulus of elasticity than the rim was used;

- были введены фасонные прорези, выполненные одинаковыми, расположенные симметрично в диске ступицы с переменными углами к радиусам диска ступицы, и сообщенные с поперечными отверстиями в кольцеобразном элементе, причем ширина фасонных прорезей выполнена меньшей, чем диаметр поперечных отверстий.- shaped slots were introduced, made identical, located symmetrically in the hub disk with variable angles to the radii of the hub disk, and communicated with transverse holes in the annular element, the width of the shaped slots made smaller than the diameter of the transverse holes.

Указанные преимущества полезной модели, а так же ее особенности поясняются с помощью лучшего варианта ее выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи.The indicated advantages of the utility model, as well as its features are explained using the best option for its implementation with reference to the accompanying drawings.

Фиг. 1 изображает заявленный супермаховик, вид с торца.FIG. 1 depicts the claimed super-flywheel, end view.

Фиг. 2 - то же, что фиг. 1, поперечный разрез по A-A на фиг. 1.FIG. 2 is the same as FIG. 1, a cross-section along A-A in FIG. one.

Супермаховик (фиг. 1, 2) содержит ступицу 1, выполненную в виде диска, обод 2, выполненный навитым гибким материалом с эластичной связкой между витками, кольцеобразный элемент 3, снабженный балластом 4 и расположенный между ступицей 1 и ободом 2. Кольцеобразный элемент 3 соединен с диском ступицы 1, а обод 2 выполнен навитым на кольцеобразный элемент 3. Радиальные прорези 5 выполнены сквозными в направлении снаружи во внутрь в кольцеобразном элементе 3. Кольцеобразный элемент 3 и ступица 1 выполнены в виде единой детали - монолитной (фиг. 2). Между радиальными прорезями 5 выполнены поперечные отверстия 6, равномерно расположенные вдоль окружности кольцеобразного элемента 3 (фиг. 1, 2). Балласт 4 размещен по меньшей мере в одном из поперечных отверстий 6.The super-flywheel (Fig. 1, 2) contains a hub 1 made in the form of a disk, a rim 2 made of a wound flexible material with an elastic bond between the turns, an annular element 3 provided with a ballast 4 and located between the hub 1 and the rim 2. The annular element 3 is connected with the hub disk 1, and the rim 2 is wound around the annular element 3. The radial slots 5 are made through from the outside to the inside in the annular element 3. The annular element 3 and the hub 1 are made in the form of a single part - monolithic (Fig. 2). Between the radial slots 5 there are transverse holes 6, evenly spaced along the circumference of the annular element 3 (Fig. 1, 2). Ballast 4 is placed in at least one of the transverse holes 6.

В качестве гибкого материала обода 2 использована стальная холоднокатаная лента, а в качестве эластичной связки - слои клея.As a flexible material of the rim 2 used steel cold-rolled tape, and as an elastic bond - layers of glue.

Радиальные прорези 5 могут быть выполнены с различными фасонными поверхностями (фиг. 1).Radial slots 5 can be made with various shaped surfaces (Fig. 1).

Единая деталь (ступица 1 + кольцеобразный элемент 3) выполнена из легкого металлического сплава на основе алюминия и/или магния и/или титана.A single part (hub 1 + ring-shaped element 3) is made of a light metal alloy based on aluminum and / or magnesium and / or titanium.

В качестве материала единой детали целесообразно использовать материал с меньшей плотностью и с меньшим модулем упругости, чем у обода 2.As the material of a single part, it is advisable to use a material with a lower density and with a lower modulus of elasticity than that of the rim 2.

Для дополнительного улучшения упругости и уменьшения плотности в устройство могут быть введены фасонные прорези 7, выполненные одинаковыми, расположенные симметрично в диске ступицы 1 с переменными углами к радиусам диска ступицы 1, и сообщенные с поперечными отверстиями 6 в кольцеобразном элементе 3, причем ширина фасонных прорезей 7 выполнена меньшей, чем диаметр поперечных отверстий 6.To further improve elasticity and reduce density, shaped slots 7 can be introduced into the device, made identical, located symmetrically in the hub disk 1 with variable angles to the radii of the hub disk 1, and communicated with transverse holes 6 in the annular element 3, the width of the shaped slots 7 made smaller than the diameter of the transverse holes 6.

На фиг. 1, 2 также показан вал 8, через который на ступицу 1 супермаховика подается вращение.In FIG. 1, 2 also shows a shaft 8 through which rotation is fed to the hub 1 of the super-flywheel.

Работает супермаховик (фиг. 1, 2) следующим образом.The super-flywheel operates (Fig. 1, 2) as follows.

Супермаховик включает в себя обод 2, навитый из высокопрочной ленты, например, стальной холоднокатаной, со склейкой витков между собой, а также всего навитого обода 2 с единой деталью, выполненной из ступицы 1 и кольцеобразного элемента 3, на ее периферии. Единая деталь может быть выполнен из материала с меньшим модулем упругости, а также, возможно, и меньшей плотности, чем материал ленты в ободе 2, например, из легкого сплава, в частности, алюминиевого, титанового или магниевого. В кольцеобразном элементе 3 выполнены поперечные отверстия 6, распределенные по его торцевой поверхности, например, равномерно, через один и тот же угол одно от другого, причем между отверстиями 6 в кольцеобразном элементе 3 выполнены радиальные прорези 5, отделяющие друг от друга элементы 9 кольцеобразного элемента 3 с расположенными в них поперечными отверстиями 6. В них, в частности, можно располагать балласт 4 - цилиндрические стержни из тяжелого метала (стали, свинца) при балансировке супермаховика. В случае выполнения радиальных прорезей 5 фасонными, из двух половин, между которыми остаются части 10 кольцеобразного элемента 3, они могут содержать торцевые отверстия 11, в которые, также как и в поперечные отверстия 6, могут вставляться цилиндрические стержни для балансировки супермаховика. В диске ступицы 1 выполнены одинаковые по форме и симметричные фасонные прорези 7, расположенные под переменным углом к радиусами 12 (фиг. 1). То есть, фасонные прорези 7 изгибаются по форме таким образом, что их концы, как на большем, так и на меньшем удалении от центра диска ступицы 1 образуют с направлениями радиусов 12 углы меньшие, чем серединные части фасонных прорезей 7. Так, углы между средней линией фасонной прорези 7 на ее концах меньше, чем в середине. Внешние концы фасонных прорезей 7 выполнены соединяющимися (сообщенными) с поперечными отверстиями 6, диаметр которых больше ширины фасонных прорезей 7.The super-flywheel includes a rim 2, wound from a high-strength tape, for example, cold-rolled steel, with gluing coils between each other, as well as the entire wound rim 2 with a single part, made from the hub 1 and the ring-shaped element 3, on its periphery. A single part can be made of a material with a lower modulus of elasticity, and possibly also a lower density than the material of the tape in the rim 2, for example, of a light alloy, in particular aluminum, titanium or magnesium. In the annular element 3 there are transverse openings 6 distributed along its end surface, for example, evenly, through the same angle from one another, and radial slots 5 are made between the openings 6 in the annular element 3, separating from each other the elements 9 of the annular element 3 with transverse openings located in them 6. In them, in particular, it is possible to arrange ballast 4 — cylindrical rods made of heavy metal (steel, lead) when balancing the super flywheel. In the case of making radial slots 5 shaped, of two halves, between which remain the parts 10 of the annular element 3, they can contain end openings 11 into which, as well as into the transverse openings 6, cylindrical rods can be inserted to balance the super flywheel. In the hub disk 1, symmetrical shaped slots 7 are arranged in the same shape and symmetrical, arranged at a variable angle to the radii 12 (Fig. 1). That is, the shaped slots 7 are bent in shape so that their ends, both at a greater and a smaller distance from the center of the disk of the hub 1, form angles with directions of radii 12 smaller than the middle parts of the shaped slots 7. Thus, the angles between the middle the line of the shaped slot 7 at its ends is less than in the middle. The outer ends of the shaped slots 7 are made connecting (communicated) with the transverse holes 6, the diameter of which is greater than the width of the shaped slots 7.

При вращении супермаховика его обод 2 упруго увеличивается по диаметру из-за напряжений растяжения в его материале. Благодаря выполнению ступицы 1 и кольцеобразного элемента 3 едиными из материала с меньшим, чем у обода 2, модулем упругости, и из-за выполнения кольцеобразного элемента 3 с поперечными отверстиями 6 и радиальными прорезями 5, раздвигающих элементы 9 кольцеобразного элемента 3, а также фасонных прорезей 7 в диске ступицы 1, упругая деформация кольцеобразного элемента 3 при вращении прижимает его к ободу 2, что способствует надежной работе супермаховика. Особенности формы фасонных прорезей 7, а так же радиальных прорезей 5 в кольцеобразном элементе 3, описанные выше, уменьшают радиальную жесткость диска ступицы 1, что позволяет выполнять единую деталь (ступица 1 + кольцеобразный элемент 3) даже из материалов с плотностью меньшей, чем плотность материала обода 2, а это повышает удельную массовую энергоемкость супермаховика. Таким образом, кольцеобразный элемент 3 с радиальными прорезями 5 и поперечными отверстиями 6 осуществляет функцию «упругость» ближайшего аналога. Части 10 кольцеобразного элемента 3, частично отделенные от него радиальными прорезями 5, позволяют осуществлять навивку первых витков ленты обода 2 без провалов к центру.When the super-flywheel rotates, its rim 2 elastically increases in diameter due to tensile stresses in its material. Due to the implementation of the hub 1 and the ring-shaped element 3 unified from a material with a modulus of elasticity smaller than that of the rim 2, and due to the implementation of the ring-shaped element 3 with transverse holes 6 and radial slots 5, pushing apart the elements 9 of the ring-shaped element 3, as well as shaped slots 7 in the disk of the hub 1, the elastic deformation of the annular element 3 during rotation presses it against the rim 2, which contributes to the reliable operation of the super flywheel. The features of the shape of the shaped slots 7, as well as the radial slots 5 in the annular element 3, described above, reduce the radial stiffness of the disk of the hub 1, which allows you to perform a single part (hub 1 + ring-shaped element 3) even from materials with a density lower than the density of the material rim 2, and this increases the specific mass power consumption of the super flywheel. Thus, the annular element 3 with radial slots 5 and transverse holes 6 performs the function of "elasticity" of the closest analogue. Parts 10 of the annular element 3, partially separated from it by radial slots 5, allow the winding of the first turns of the tape of the rim 2 without dips to the center.

Благодаря выполнению ступицы 1 и кольцеобразного элемента 3 в виде единой детали с радиальными прорезями 5 и поперечными отверстиями 6 упрощается конструкция и балансировка супермаховика, которая сводится к размещению в уже имеющихся поперечных отверстиях 6 и торцевых отверстиях 11 (некоторой небольшой части из них) балласта 4 - цилиндрических стержней из тяжелого метала, равных или меньших по длине отверстиям, с фиксацией их в данных отверстиях, например с помощью клея.Due to the implementation of the hub 1 and the ring-shaped element 3 in the form of a single part with radial slots 5 and transverse holes 6, the design and balancing of the super-flywheel is simplified, which reduces to placing ballast 4 in the already existing transverse holes 6 and end holes 11 - heavy metal cylindrical rods equal to or smaller in length of the holes, fixing them in these holes, for example with glue.

Наиболее успешно заявленный «Супермаховик» применим в промышленности в качестве накопителя энергии в энергетике.The most successfully announced “Super-Flywheel” is applicable in industry as an energy storage device in the energy sector.

Claims

1. A super-flywheel comprising a hub made in the form of a disk, a rim made of a wound flexible material with an elastic bond between the turns, an annular element provided with ballast and located between the hub and the rim, the ring-shaped element being connected to the hub disk and the rim wound around the ring-shaped element, radial slots made through through in the direction from the outside inward in the annular element, characterized in that the annular element and the hub are made in the form of a single part, between the radial transverse slots formed openings uniformly spaced along the circumference of the annular member, and the ballast is placed in at least one of the transverse holes.

2. The super-flywheel according to claim 1, characterized in that a cold-rolled steel tape is used as a flexible rim material, and adhesive layers are used as an elastic bond.

3. The super-flywheel according to claim 1, characterized in that the radial slots are made with shaped surfaces.

4. The super flywheel according to claim 1, characterized in that the single part is made of a metal alloy based on aluminum, and / or magnesium, and / or titanium.

5. The super-flywheel according to claim 1, characterized in that a material with a lower density and with a lower modulus of elasticity than the rim is used as the material of a single part.

6. The super-flywheel according to claim 1, characterized in that the shaped slots are introduced, made identical, located symmetrically in the hub disk with variable angles to the radii of the hub disk and communicated with transverse holes in the annular element, the width of the shaped slots made smaller than the diameter of the transverse holes.