Một bánh đà công nghiệp .
Một bánh đà được kết nối vào cuối của một trục khuỷu động cơ xe hơi .
Một máy kéo Landini với tiếp xúc với bánh đà .
Một bánh đà với mô-men quán tính biến đổi, được thai nghén bởi Leonardo da Vinci
Bánh đà (tiếng Anh: flywheel) là một thiết bị cơ khí quay được sử dụng để lưu trữ năng lượng quay. Bánh đà có mô-men quán tính lớn, và do đó chống lại sự thay đổi tốc độ quay. Lượng năng lượng được lưu trữ trong một bánh đà tỉ lệ với bình phương tốc độ quay của nó. Năng lượng được chuyển giao cho một bánh đà bằng cách áp dụng mô-men xoắn đối với nó, do đó gây ra tốc độ quay của nó, và do đó năng lượng lưu trữ của nó gia tăng. Ngược lại, bánh đà giải phóng năng lượng được lưu trữ bằng cách áp mô-men xoắn đến tải cơ khí, kết quả làm tốc độ quay giảm.
Bánh đà có ba sử dụng hầu hết : Bản mẫu : CN
- Chúng cung cấp năng lượng liên tục khi các nguồn năng lượng không liên tục. Ví dụ, bánh quay được sử dụng trong động cơ pit-tông bởi vì các nguồn năng lượng (mô-men xoắn từ động cơ) là không liên tục.
- Chúng cung cấp năng lượng ở mức vượt quá khả năng của một nguồn năng lượng. Điều này đạt được bằng cách thu thập năng lượng trong bánh đà theo thời gian và sau đó giải phóng năng lượng một cách nhanh chóng, với tốc độ vượt quá khả năng của nguồn năng lượng.
- Chúng kiểm soát định hướng của một hệ thống cơ khí. Trong các ứng dụng như vậy, xung lượng góc của một bánh đà là cố ý chuyển tải một khi năng lượng được chuyển đến hoặc từ bánh đà.
Bánh đà thường được làm bằng thép và xoay vòng bi thông thường, đây là những giới hạn tỷ lệ cuộc cách mạng của một vài nghìn RPM[cần dẫn nguồn] Một số bánh đà hiện đại được làm bằng vật liệu sợi carbon và sử dụng từ tính, cho phép chúng xoay ở tốc độ lên đến 60.000 RPM[cần dẫn nguồn]
Bánh đà thường được sử dụng để cung ứng nguồn năng lượng liên tục trong những mạng lưới hệ thống nơi mà những nguồn nguồn năng lượng không liên tục. Trong trường hợp này, nguồn năng lượng những shop bánh đà khi mô-men xoắn được vận dụng bởi những nguồn nguồn năng lượng, và nó phát hành nguồn năng lượng được tàng trữ khi những nguồn nguồn năng lượng không phải là vận dụng mô-men xoắn với nó. Ví dụ, một bánh đà được sử dụng để duy trì liên tục tốc độ góc của trục khuỷu trong một động cơ pit-tông. Trong trường hợp này, bánh đà được gắn vào nguồn năng lượng trục khuỷu shop khi mô-men xoắn tính năng lên nó bằng cách bắn một piston, và nó giải phóng nguồn năng lượng để tải cơ khí của nó khi không có piston là nỗ mô-men xoắn vào nó. Một ví dụ khác của việc này là động cơ ma sát, sử dụng nguồn năng lượng bánh đà với những thiết bị điện như đồ chơi xe hơi .Một bánh đà cũng hoàn toàn có thể được sử dụng để cung ứng những xung unsustained nguồn năng lượng tại những vận tốc truyền tải nguồn năng lượng vượt quá năng lực của nguồn nguồn năng lượng của nó, hoặc khi xung như vậy sẽ làm gián đoạn việc cung ứng nguồn năng lượng ( ví dụ như mạng lưới điện công cộng ). Điều này đạt được bằng cách tích góp nguồn năng lượng được tàng trữ trong bánh đà trong một khoảng chừng thời hạn, với một vận tốc thích hợp với những nguồn nguồn năng lượng, và sau đó giải phóng nguồn năng lượng với vận tốc cao hơn nhiều trong một thời hạn tương đối ngắn. Ví dụ, bánh quay được sử dụng trong búa máy, máy tán đinh, nơi chúng tàng trữ nguồn năng lượng từ động cơ và phát hành khi nện búa hoặc hoạt động giải trí tán đinh .Bánh đà hoàn toàn có thể được sử dụng trấn áp khuynh hướng của một mạng lưới hệ thống cơ khí. Trong những trường hợp như vậy, xung lượng góc của bánh đà được chuyển tải trong quy trình chuyển nguồn năng lượng. Khi đà góc cạnh là một số lượng vector, chuyển nhượng ủy quyền của xung lượng góc giúp xu thế những tải một trục đặc biệt quan trọng .Hiện tượng tuế sai đã được xem xét khi sử dụng bánh đà trong xe. Một bánh đà quay phân phối cho bất kỳ đà có khuynh hướng biến hóa theo hướng trục của nó quay một vòng xoay tuế sai hiệu quả. Một chiếc xe với một bánh đà dọc trục sẽ kinh nghiệm tay nghề một động lực bên khi đi qua đỉnh của một ngọn đồi, phía dưới cùng của một thung lũng ( cuộn lực phân phối với một sự biến hóa pitch ). Hai truy vấn quay bánh đà hoàn toàn có thể là thiết yếu để vô hiệu hiệu ứng này. Hiệu ứng này là thừa kế bánh đà s, một loại bánh đà được sử dụng trong vệ tinh, trong đó bánh đà được sử dụng để khuynh hướng cụ của vệ tinh mà không có tên lửa thruster .
Nguyên tắc của bánh đà được tìm thấy trong thời kỳ đồ đá mới trục và potter của bánh xe [ 1 ]
Andalucia nông học Ibn Bassal (fl 1038-1075), trong Kitab “của ông al-Filaha”, mô tả hiệu ứng bánh đà làm việc bánh xe nước máy, “saqiya.[2][nguồn không đáng tin?]
Bánh đà như một thiết bị cơ khí nói chung để cân đối vận tốc quay, theo medievalist Mỹ Lynn White, được ghi trong ” De diversibus artibus ” ( On nghệ thuật và thẩm mỹ khác nhau ) của nghệ nhân Đức linh mục Theophilus ( khoảng chừng 1070 – 1125 ) người ghi lại vận dụng những thiết bị trong một số ít máy móc của anh [ 1 ] [ 3 ]Trong Cách mạng công nghiệp, James Watt góp phần vào sự tăng trưởng của bánh đà trong động cơ hơi nước, và đương đại James Pickard được sử dụng một bánh đà phối hợp với một quây để quy đổi qua lại thành hoạt động quay .
Bánh đà là một bánh xe hoặc đĩa quay với một trục cố định và thắt chặt để quay đó chỉ có khoảng chừng một trục. Năng lượng được tàng trữ trong rotor như động năng, hoặc đơn cử hơn, nguồn năng lượng quay :
- E k = 1 2 I ω 2 { displaystyle E_ { k } = { frac { 1 } { 2 } } I omega ^ { 2 } }
Trong đó :
- ω { displaystyle omega }
vận tốc góc, và
- I { displaystyle I }
mô-men quán tính đại chúng về các trung tâm quay. Mô-men quán tính là biện pháp đề kháng đối với mô-men xoắn áp dụng trên một đối tượng quay (tức là cao hơn mô-men quán tính, nó sẽ quay khi một lực lượng nhất định được áp dụng chậm hơn).
- Là mô-men quán tính của một hình trụ đặc I = 1 2 m r 2 { displaystyle I = { frac { 1 } { 2 } } mr ^ { 2 } }
- Cho một hình trụ rỗng mỏng
I
=
mr
2
{displaystyle I=mr^{2},}
- Và một hình trụ rỗng vách dày I = 1 2 m ( r e x t e r n a l 2 + r i n t e r n a l 2 ) { displaystyle I = { frac { 1 } { 2 } } m ( { r_ { external } } ^ { 2 } + { r_ { internal } } ^ { 2 } ) }
Trong đó ” m ” là khối lượng, và ” r ” là nửa đường kính .Khi thống kê giám sát với đơn vị chức năng SI, những tiêu chuẩn sẽ được cho khối lượng, kg, nửa đường kính, đồng hồ đeo tay, và tốc độ góc, radian trên giây. Câu vấn đáp hiệu quả sẽ được jun .Lượng nguồn năng lượng hoàn toàn có thể được tàng trữ một cách bảo đảm an toàn trong rotor nhờ vào vào điểm mà tại đó những cánh quạt sẽ làm cong hoặc phá vỡ. ứng suất trên rotor là một xem xét chính trong phong cách thiết kế của một mạng lưới hệ thống bánh đà tích trữ nguồn năng lượng .
- σ t = ρ r 2 ω 2 { displaystyle sigma _ { t } = rho r ^ { 2 } omega ^ { 2 } }
Trong đó :
Ví dụ nguồn năng lượng được tàng trữ trong bánh đà[sửa|sửa mã nguồn]
| Đối tượng | Hệ số k (thay đổi theo hình dạng) | Khối lượng | Đường kính | Vận tốc góc | Năng lượng dự trữ, [J] | Năng lượng dự trữ, [Wh] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pin bánh đà nhỏ | 1/2 | 100 kg | 600 mm | 20000 rpm | 9,8 MJ | 2,7 kWh |
| Bánh đà tái tạo năng lượng phanh cho xe lửa | 1/2 | 3000 kg | 500 mm | 8000 rpm | 33 MJ | 9,1 kWh |
| Bánh đà điện dự phòng [1] Lưu trữ 2011-12-09 tại Wayback Machine | 1/2 | 600 kg | 500 mm | 30000 rpm | 92 MJ | 26 kWh |
[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
Vật liệu nguồn năng lượng cao[sửa|sửa mã nguồn]
Đối với một phong cách thiết kế bánh đà, động năng là tỷ suất thuận với tỷ suất của hoop stress tỷ lệ vật chất và với khối lượng :
- E k ∝ σ t ρ m { displaystyle E_ { k } varpropto { frac { sigma _ { t } } { rho } } m }
σ
t
ρ
{displaystyle {frac {sigma _{t}}{rho }}}
Đối với một phong cách thiết kế đã cho nguồn năng lượng tàng trữ là tỷ suất thuận với hoop stress và khối lượng :
- E k ∝ σ t V { displaystyle E_ { k } varpropto sigma _ { t } V }
Vành bánh đà[sửa|sửa mã nguồn]
Một vành bánh đà có một vành, một trung tâm, và nan hoa[cần dẫn nguồn] cấu trúc của bánh đà gọng là phức tạp, do đó, nó có thể khó khăn để tính toán mô-men quán tính chính xác của nó[cần dẫn nguồn] Một bánh đà vành có thể được phân tích dễ dàng hơn bằng cách áp dụng sự đơn giản hóa khác nhau. Ví dụ:
- Giả sử các nan hoa, trục và trung tâm không có những mô-men quán tính, và mô-men quán tính của bánh đà là do một mình vành.
Những mô-men quán tính gộp của trung tâm, nan hoa và trục có thể được ước tính như là một tỷ lệ phần trăm mô-men quán tính này của bánh đà, với phần còn lại do vành, để
I
r
i
m
=
K
I
f
l
y
w
e
e
l
l
{displaystyle I_{rim}=KI_{flyweell}}
Ví dụ, nếu những mô-men quán tính của trung tâm, nan hoa và trục được coi là không đáng kể, và độ dày của vành là rất nhỏ so với bán kính trung bình của nó (
R
{displaystyle R}
- I r i m = M r i m R 2 { displaystyle I_ { rim } = M_ { rim } R ^ { 2 } }
Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]
- Ắc-qui bánh đà trên “Interesting Thing of the Day”
