1505

5.7. Определение основных размеров маховика

После определения момента инерции маховика JМ переходят к выбору его основных размеров. Обычно маховик рассматривается как массивное кольцо среднего диаметра D, в котором сосредоточено примерно 0,9 массы маховика. При этом условии момент инерции маховика

J M = GD2 , 4g

где G – вес маховика; D – средний диаметр обода маховика; g – ускорение силы тяжести.

Произведение GD2 называется маховым моментом и является основным параметром, характеризующим маховик.

Поскольку в выражение махового момента входят две неизвестные величины G и D, то одну из них задают, а другую находят. Обычно задают из конструктивных соображений диаметр маховика, а находят его вес.

Из соотношения GD2 = 4gJМ видно, что чем больше диаметр маховика, тем меньше его вес. Но злоупотреблять увеличением размеров для уменьшения веса маховика не рекомендуется, так как с увеличением диаметра возрастает окружная скорость, а следовательно, создается напряжение на ободе и может произойти его разрыв. Необходимо при выборе диаметра проверять окружную скорость на ободе, вычисляя ее по следующей формуле:

При этом можно руководствоваться следующими цифрами: Vокр ≤ 30 м/с для чугунных маховиков; Vокр ≥ 50 м/с для стальных маховиков. Выбрав диаметр маховика, определяют его теоретический вес:

G = 4J M .

D2

Обычно действительный вес обода

GД = 0,9G.

183

5.8. Конструкции маховиков

Основное назначение маховика заключается в ограничении колебаний угловой скорости главного вала в пределах, заданных коэффициентом δ. Маховик является аккумулятором кинетической энергии машины. Если при работе механизма с маховиком ∆Т > 0, то угловая скорость главного вала возрастает и маховик накапливает кинетическую энергию. В противном случае при недостатке ∆Т угловая скорость главного вала снижается и маховик отдает часть энергии машине, являясь дополнительным источником движущих сил.

За счет значительной накопленной энергии во время ускоренного движения маховик применяется для преодоления повышенных нагрузок без увеличения мощности двигателя. В машинах ударного действия: молотах, прокатных станах, прессах, в автомобилях – он содействует выводу рабочих органов из «мертвых» положений.

Наибольшее распространение в технике получили маховики двух типов: со спицами и дисковой конструкцией.

Маховик со спицами

Конструкции этих маховиков приведены на рис. 5.5. Материал для маховиков выбирают в зависимости от окружной скорости V на наружном диаметре D.

При V ≤ 25 м/c применяются литые маховики из чугуна СЧ12-28; при

V ≤ 25–30 м/с – из чугуна СЧ15-32; V ≤ 30–35 м/с – из чугуна СЧ18-36

и СЧ21-40 (плотность ρ = 6800–7400 кг/м3); при V ≤ 45 м/с – маховики литые стальные из СТ3–СТ5 (ρ = 7500–7900 кг/м3). Сечение спиц эллип-

тическое с отношением осей bcn = 0, 4 0,5. Спицы выполняются кониче-

acn

скими. Размеры bcn и can уменьшаются от ступицы к ободу на 20 %. При наружном диаметре D < 300 мм маховики изготавливают дисковой конструкции без спиц. Значения размеров и массовых характеристик маховиков в соответствии с рис. 5.5 представлены в табл. 5.1.

184

Таблица 5.2 Значения основных параметров дисковых маховиков

5.9. Динамическое исследование механизма нефтяного оборудования

5.9.1. Структурный анализ механизма

Механизм (рис. 5.7) состоит из: 1 – кривошип ОА; 2 – шатун ЕВ; 3 – коромысло ВС.

Количество подвижных звеньев n = 3. Кинематические пары:

1)стойка-кривошип ОА;

2)кривошип ОА – шатун АВ;

3)шатун АВ – коромысло СВ;

4)коромысло ВС – стойка.

Все пары низшие, плоские, накладывающие по 2 связи на относительное движение звеньев; количество пар p5 = 4.

188

5.9.3. Исследование механизма методом планов скоростей и ускорений

Построение планов скоростей

Угловая скорость входного звена ω 1 рад/с. 1. Определим скорость точки А (см. рис. 5.7).

Вектор VA (мс–1)перпендикулярен ОА и направлен в сторону вращения кривошипа ОА.

VA = ω 1lOA .

На чертеже выбираем произвольную точку p – полюс. VP = 0 . Из точ-

ки p проводим вектор pa, изображающий скорость точки А. Длина отрезка – 50 мм.

Масштаб плана скоростей – µv (мc–1/мм):

µv = VA . p1a

где VBA – вектор относительной скорости точки В в ее движении относительно точки А; где VBС – вектор относительной скорости точки В в ее

движении относительно точки С.

Величины этих векторов неизвестны. По направлению VBA перпендикулярно AB, VBС перпендикулярно BC. Исходя из этого, согласно первому уравнению системы (5.2), из точки a проводим луч соответственно AB схемы, а согласно второму уравнению (5.2) из точки p луч BC . Пересечение лучей дает точку B – конец вектора VB . Точку В соединяем с полюсом p.

VB = pb V , м/с, VBA = ab V , м/с.

3. Скорость точки Е (мм), принадлежащую звену 2, определяем из подобия

AB = ab be = ba BE .

190