Koło zamachowe to nic innego jak ciężkie urządzenie mechaniczne przymocowane do wału w celu przechowywania nadwyżki energii obrotowej. Działa ono jako obracający się zbiornik, który przechowuje energię, gdy jest ona dostępna w nadmiarze i uwalnia ją, gdy jest najbardziej potrzebna, podobnie jak akumulator. Ma znaczną wagę w odniesieniu do zespołu wału korbowego, a tym samym pomaga utrzymać moment obrotowy opór prędkości obrotowej. Są one zazwyczaj instalowane w systemie’s z zmiennym obciążeniem i zmiennym momentem obrotowym; jak w silniku spalinowym.
Dzięki swojej dużej wadze koło zamachowe ma bardzo dużą bezwładność powodującą, że; pozostaje na tej samej prędkości niezależnie od sił przeciwnych. Energia przechowywana w tych kołach zamachowych jest proporcjonalna do kwadratu ich prędkości obrotowej. Moment obrotowy jest przyłożony do koła zamachowego w celu przechowywania energii obrotowej, a kiedy jest to potrzebne, energia jest uwalniana z koła zamachowego w postaci momentu obrotowego przyłożonego do obciążenia mechanicznego. W ten sposób zwiększa swoją prędkość obrotową podczas przechowywania energii i traci ją podczas uwalniania.
Możesz zrozumieć jego zastosowanie w życiu codziennym na prostym przykładzie. Przypomnij sobie swoją zabawkę z dzieciństwa, którą używałeś do zabawy w pocieranie po podłodze, aby biegać. Takie małe samochody są prostymi przykładami koła zamachowego w akcji; energia mechaniczna jest przechowywana w ich kole zamachowym, gdy pocierają podłogę, którą następnie uwalniają po uwolnieniu. Kilka innych przykładów kół zamachowych w życiu codziennym to silniki samochodowe, maszyny do szycia i ręczne wyciskarki soku z trzciny cukrowej.
Czym są koła zamachowe & Jego rodzaje
Koło zamachowe istnieje od początku rewolucji przemysłowej. Wtedy było czysto mechaniczne z kołem przymocowanym do osi; nie zmienia to wiele, prawda? Te dni koło zamachowe są bardziej złożone układ siedzi po jednej stronie wału, aby przenieść energię do i z silnika / źródła. Nie są już tylko ograniczone do prostych maszyn i silnika, ale są używane w wielu innych zastosowaniach. Na przykład w sieci energetycznej do regulacji częstotliwości, w szynach do odzyskiwania energii tranzytowej i górnictwie; do przechowywania energii odpadowej zmniejszającej ogólne zużycie paliwa.
Jego działanie można podsumować i zrozumieć za pomocą następującego równania fizyki: moment obrotowy na osi obrotu = I.α . Kiedy ciało obraca się swobodnie wokół ustalonej osi, wówczas moment obrotowy 't' jest wymagany do zmiany jego ruchu z przyspieszeniem kątowym 'a'. Wymagany moment obrotowy jest wtedy proporcjonalny do przyspieszenia kątowego; i jest dany przez iloczyn momentu bezwładności i przyspieszenia kątowego. Omówimy szczegółowo jego zasadę działania w dalszej części tego wpisu.
W oparciu o jego masę może to być typ jednomasowy lub dwumasowy koła zamachowego. Pojedyncza konstrukcja masowa jest tańsza, umiarkowanie tłumi drgania silnika i może wytrzymać większą pojemność cieplną. Są one wykonane z odlewu stalowego i nie mają nic pomiędzy sobą a zespołem sprzęgła. Konstrukcja jednomasowa jest przeznaczona do kół zamachowych o wielozadaniowym zastosowaniu; takich jak magazynowanie energii, tłumienie drgań i odzyskiwanie energii.
Z drugiej strony konstrukcja dwumasowa jest wykonana specjalnie w celu tłumienia drgań i hałasu. Posiadają one sprężynę pomiędzy dwoma kołami zamachowymi jako tłumik drgań. Oba koła zamachowe mogą poruszać się niezależnie od siebie w ramach ustalonego limitu. Te konstrukcje są drogie i podatne na uszkodzenia w wysokich temperaturach lub przy szorstkim użytkowaniu.
Dlaczego koła zamachowe są używane w silniku I.C
Wierzę, że wszyscy rozumiemy podstawy działania silnika I.C.. Dla tych, którzy tego nie robią; silnik I.C (Internal Combustion) jest typem silnika cieplnego, w którym paliwo jest spalane w zamkniętej przestrzeni zwanej komorą spalania. Są to zazwyczaj silniki obrotowe lub tłokowe z zespołem tłoków. Nagłe rozszerzenie gazów spalinowych po spaleniu porusza tłok w dół; co z kolei powoduje obrót wału korbowego i w końcu pojazdu / wału wyjściowego.
Spalanie miało miejsce tylko raz na cztery cykle w silniku czterosuwowym; natomiast co dwa cykle w silniku dwusuwowym. Więc moc jest dostępna tylko dla jednego cyklu; to nie znaczy, że silnik powinien pracować dla tego jednego cyklu w dwóch & czterosuwowy silnik. To jest, gdy koło zamachowe jest przydatna, jak to bezproblemowo zapewnić moc do wału korbowego przez cały czas, utrzymując silnik w ruchu. Koło zamachowe jest podłączony bezpośrednio do końca wału korbowego; utrzymanie stałej mocy i orientacji silnika.
Tak koła zamachowe pomóc zapewnić spójne dostarczanie mocy w jednym cylindrze silnika. Ale wielocylindrowe silniki mogą być taktowane, aby mieć spójną dostawę mocy; jednak nadal mamy koła zamachowe w tych silnikach. Ale dlaczego? W silniku wielocylindrowym są one używane do kontroli wibracji silnika, zrównoważenia wału korbowego, zapewnienia właściwego kierunku jazdy i korby silnika, gdy jest to wymagane. Silniki wielocylindrowe mają równomierny wyjściowy moment obrotowy i dlatego wymagają mniejszych lekkich kół zamachowych; które dodają się do przyspieszenia silnika.
Zasada działania
Moment obrotowy silnika czterosuwowego dla różnych pozycji korby jest dodatni tylko dla suwu mocy. Jak już mówiliśmy wcześniej, silnik spalinowy wytwarza moc tylko podczas suwu mocy. Z wykresu momentu skręcającego wynika, że podczas ssania występuje ujemny moment skręcający z powodu ciśnienia w cylindrze mniejszego niż 1 atmosfera.
Podobnie energia jest pobierana z wału korbowego i koła zamachowego, aby wykonać pracę na gazach, co powoduje znacznie większy ujemny moment skręcający. Następnie podczas suwu mocy obserwujemy skokowy wzrost dodatniego momentu skręcającego; z powodu zmniejszającego się ciśnienia spalin. Podczas gdy podczas suwu wydechu spaliny są uwalniane przez pracę na gazie; co skutkuje ujemnym momentem skręcającym.
Z podanego wykresu momentu skręcającego; można wyraźnie zobaczyć, że generowany moment skręcający jest znacznie większy niż średni moment skręcający. Tak więc istnieje ten dodatkowy moment obrotowy generowany podczas suwu mocy; który musi być przechowywany, a następnie uwalniany za pomocą kół zamachowych. Energia zmagazynowana przez koło zamachowe z bardzo cienką obręczą i masą „m” może być podana przez:-
E = 1 / 2 X I ω2
Gdzie ' E ' jest średnią energią kinetyczną koła zamachowego. „I” to jego moment bezwładności, a „ω” to jego prędkość kątowa. Teraz, ponieważ podczas suwu ssania, sprężania i wydechu, energia jest pobierana z koła zamachowego i dodawana podczas suwu mocy.
Więc energia kinetyczna koła zamachowego dla zmieniającej się prędkości kątowej będzie:-
E = Maksymalna energia kinetyczna – Minimalna energia kinetyczna = Praca wykonana przez moment obrotowy na kole zamachowym ( Proof on Brilliant.com )*
E = 12x I x ( ω )2 – 12x I x ( ω )2
Or,
E = 1/2 x I x ( ω1 + ω2 )( ω1 – ω2 )
Teraz ponieważ ( ω1 + ω2 ) / 2 = ω
Therefore,
E =I ω2 ( ω1-ω2 )ω
Teraz ponieważ, ω = 2πN / 60
Dlatego,
E=Ix2πN60x2πN60x2πN160-2πN260x602πN=4π23600xIxNN1-N2=π2900x m.k2 x NN1-N2
Gdzie, K to promień girlandy dla koła zamachowego.
Teraz, Energia zmagazynowana w kole zamachowym może być określona przez:-
E=π2900x m.k2 xN2xCs
Gdzie, Cs to współczynnik lepkości dla koła zamachowego i.e (N1-N2)/N
Jak możemy użyć kół zamachowych do określenia kierunku obrotów?
Koło zamachowe może być bardzo pomocne przy określaniu kierunku obrotów silnika. Możesz po prostu powiedzieć, w którą stronę obraca się silnik, rzucając okiem na koła zamachowe silnika. Jest tak dlatego, że koło zamachowe nie mają swój własny kierunek obrotu, ale raczej śledzić kierunek silnika, na którym jest zamontowany. Patrząc od strony koła zamachowego, jeśli obraca się ono zgodnie z ruchem wskazówek zegara, to silnik jest typu prawego. Podobnie, jeśli koło zamachowe obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara w silniku jego lewy typ.
W wielu cylindrów ciężkich silników, takich jak w przemyśle i statku, te koła zamachowe mogą być również wykorzystywane do określenia pozycji tłoka w cylindrze. Korzystanie z oznaczeń cylindra na kole zamachowym można wiedzieć, w którym cylindrze tłok jest w T.D.C. To może być następnie wykorzystane do określenia kolejności odpalania silnika. Jeśli silnik jest zatrzymany na długi czas i trzeba go przedmuchać, takie koła zamachowe bardzo się przydają. Aby oczyścić silnik trzeba obrócić koło zamachowe albo ręcznie lub przez silnik z kurek wskaźnika otwarty.
Although silnik może obracać się zarówno w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, ale ogólnie rzecz biorąc większość silników obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Ale nie jest to ustalona reguła, ponieważ jest to tylko kwestia wyboru projektanta, aby preferować jeden nad drugim. Więc musisz zawsze znać prawidłowy kierunek pracy silnika; albo poprzez instrukcję silnika lub wizualnie sprawdzając jego koło zamachowe.
Common Flywheel Doubt’s & Their Answers
Q.1. Dlaczego koła zamachowe są wykonane tylko z żeliwa?
Ans: Być może przeczytałeś w wielu instrukcjach lub na stronach internetowych, że koło zamachowe jest wykonane z żeliwa lub żeliwa szarego. To może budzić wątpliwości, czy wszystkie koła zamachowe są wykonane z żeliwa lub przynajmniej większość z nich. W rzeczywistości koło zamachowe może być wykonane z różnych materiałów; w zależności od zastosowania. Bardzo małe koła zamachowe, takie jak w zabawkach, są wykonane głównie z ołowiu. Średnie lub małe koła zamachowe mogą być z żeliwa, aluminium lub stali. Ale duże koła zamachowe są wykonane z żeliwa lub stali o wysokiej wytrzymałości w zależności od potrzeb projektu.
Q.2. Dlaczego koła zamachowe mają zęby?
Ans: Nie wszystkie koła zamachowe mają zęby, ale większość kół zamachowych w samochodach, motocyklach, ciężkich generatorach i statkach ma zęby; ale dlaczego? Ponieważ wiesz, że koła zamachowe pomagają utrzymać stałą moc wyjściową; ale jak uzyskać tę moc, jeśli nie uruchomimy silnika. Jeśli miałeś lub masz motocykl, musisz wiedzieć, jak musimy kopać lub samozapłon, aby uruchomić silnik. Co właściwie robi to, że obraca się koło zamachowe poprzez małe koło zębate przymocowane do zębów koła zamachowego. W dużych silników wysokoprężnych, takich jak w statku, gdzie sprężone powietrze jest używane korby lub uruchomić silnik; te zęby koła zamachowego są używane do wysokiego ciśnienia paliwa i pompy oleju servo.
Q.3. Czy koło zamachowe i regulator są podobne?
Ans: Zarówno koło zamachowe jak i regulator służą do regulacji prędkości obrotowej silnika, ale w inny sposób. Z jednej strony koło zamachowe reguluje prędkość silnika w różnych suwach, aby utrzymać jego średnią prędkość na stałym poziomie. Natomiast regulator obrotów służy do regulacji średniej prędkości obrotowej silnika przy zmiennym obciążeniu. Osiąga się to poprzez regulację wtrysku paliwa, aby sprostać zwiększonemu zapotrzebowaniu na moc. gdy nagle wzrasta obciążenie, silnik zaczyna zwalniać. Teraz, aby utrzymać stałą prędkość obrotową silnika, regulator zwiększa ilość paliwa wtryskiwanego do cylindra, aby wygenerować większy moment obrotowy, a tym samym zwiększyć jego prędkość. Więc chociaż zarówno koło zamachowe jak i regulator wydają się wykonywać podobną pracę, ale są naprawdę różne.
Czytaj również:
- Dlaczego statek pływa po morzu, ale tonie w rzece?
- Dlaczego wentylator ma kondensator? – Explained
- Boiler Mountings And Their Function – Complete List
- What are BFP ( Boiler Feed Pump ) – Parts & Working
- Scavenging In Two Stroke Engine – Types, Zalety & Zastosowanie
Can’t Find What You Are Looking For?
Why not Request your own Topic !
Uwaga: *( Zewnętrzny link do brilliant.com jest tylko po to, aby pomóc Ci zrozumieć koncepcje; & nie jesteśmy odpowiedzialni za zawartość tej strony. Proszę przeczytać nasze Zastrzeżenie i politykę prywatności dla szczegółów ).