Ein Schwungrad ist ein rotierendes mechanisches Gerät, das verwendet wird, um Rotationsenergie zu versorgen. Schwungräder haben einen bedeutenden Moment der Trägheit, und widerstehen so Änderungen in der Rotationsgeschwindigkeit. Der Betrag der in einem Schwungrad versorgten Energie ist zum Quadrat seiner Rotationsgeschwindigkeit proportional. Energie wird einem Schwungrad durch die Verwendung des Drehmoments darauf, dadurch die Erhöhung seiner Rotationsgeschwindigkeit, und folglich seiner versorgten Energie übertragen. Umgekehrt veröffentlicht ein Schwungrad versorgte Energie durch die Verwendung des Drehmoments auf eine mechanische Last, dadurch das Verringern seiner Rotationsgeschwindigkeit.

Drei allgemeiner Gebrauch eines Schwungrades schließt ein:

• Sie stellen dauernde Energie zur Verfügung, wenn die Energiequelle diskontinuierlich ist. Zum Beispiel werden Schwungräder in sich revanchierenden Motoren verwendet, weil die Energiequelle, Drehmoment vom Motor, periodisch auftretend ist.
• Sie liefern Energie an Raten außer der Fähigkeit einer dauernden Energiequelle. Das wird durch das Sammeln der Energie im Schwungrad mit der Zeit und dann die Ausgabe der Energie schnell an Raten erreicht, die die geistigen Anlagen der Energiequelle überschreiten.
• Sie kontrollieren die Orientierung eines mechanischen Systems. In solchen Anwendungen wird der winkelige Schwung eines Schwungrades einer Last vorsätzlich übertragen, wenn Energie oder vom Schwungrad übertragen wird.

Schwungräder werden normalerweise aus Stahl gemacht und rotieren auf herkömmlichen Lagern; diese werden allgemein auf eine Revolutionsrate von einigen tausend RPM beschränkt. Einige moderne Schwungräder werden aus Kohlenstoff-Faser-Materialien gemacht und verwenden magnetische Lager, ihnen ermöglichend, mit Geschwindigkeiten bis zu 60,000 RPM zu drehen.

Anwendungen

Schwungräder werden häufig verwendet, um dauernde Energie in Systemen zur Verfügung zu stellen, wo die Energiequelle nicht dauernd ist. In solchen Fällen versorgt das Schwungrad Energie, wenn Drehmoment von der Energiequelle angewandt wird, und es versorgte Energie veröffentlicht, wenn die Energiequelle Drehmoment darauf nicht anwendet. Zum Beispiel wird ein Schwungrad verwendet, um unveränderliche winkelige Geschwindigkeit der Kurbelwelle in einem sich revanchierenden Motor aufrechtzuerhalten. In diesem Fall das Schwungrad — der auf der Kurbelwelle — Lager-Energie bestiegen wird, wenn Drehmoment darauf durch einen Zündungskolben ausgeübt wird, und veröffentlicht es Energie zu seinen mechanischen Lasten, wenn kein Kolben Drehmoment darauf ausübt. Andere Beispiele davon sind Reibungsmotoren, die Schwungrad-Energie verwenden, Geräte wie Spielzeugautos anzutreiben.

Ein Schwungrad kann auch verwendet werden, um periodisch auftretende Pulse der Energie an Übertragungsraten zu liefern, die die geistigen Anlagen seiner Energiequelle überschreiten, oder wenn solche Pulse die Energieversorgung (z.B, öffentliches elektrisches Netz) stören würden. Das wird durch das Ansammeln der versorgten Energie im Schwungrad über eine Zeitdauer von der Zeit an einer Rate erreicht, die mit der Energiequelle und dann Ausgabe dass Energie an einer viel höheren Rate im Laufe einer relativ kurzen Zeit vereinbar ist. Zum Beispiel werden Schwungräder im Lochen Maschinen und Nietmaschinen verwendet, wo sie Energie vom Motor versorgen und es während des Lochens oder der Nietoperation veröffentlichen.

Das Phänomen der Vorzession muss betrachtet werden, wenn man Schwungräder in Fahrzeugen verwendet. Ein rotierendes Schwungrad antwortet auf jeden Schwung, der dazu neigt, die Richtung seiner Achse der Folge durch eine resultierende Vorzessionsfolge zu ändern. Ein Fahrzeug mit einem Schwungrad der vertikalen Achse würde einen seitlichen Schwung erfahren, wenn es die Spitze eines Hügels oder des Bodens eines Tales (Schwung als Antwort auf eine Wurf-Änderung) passiert. Zwei gegenrotierende Schwungräder können erforderlich sein, um diese Wirkung zu beseitigen. Diese Wirkung wird in Schwung-Rädern, einem Typ des Schwungrades gestärkt, das in Satelliten verwendet ist, in denen das Schwungrad verwendet wird, um die Instrumente des Satelliten ohne Trägerrakete-Raketen zu orientieren.

Geschichte

Der Grundsatz des Schwungrades wird in der Neolithischen Spindel und dem Rad des Töpfers gefunden.

Der andalusische Agronom Ibn Bassal (fl 1038-1075), in seinem Kitab al-Filaha, beschreibt die Schwungrad-Wirkung, die in einer Wasserrad-Maschine, dem saqiya verwendet ist.

Das Schwungrad als ein allgemeines mechanisches Gerät, für die Geschwindigkeit der Folge gleichzumachen, ist gemäß der amerikanischen medievalist Lynn White, die in De diversibus artibus (Auf verschiedenen Künsten) vom deutschen Handwerker Theophilus Presbyter registriert ist (ca. 1070-1125), wer Verwendung des Geräts in mehreren seiner Maschinen registriert.

In der Industriellen Revolution hat James Watt zur Entwicklung des Schwungrades in der Dampfmaschine beigetragen, und sein zeitgenössischer James Pickard hat ein mit einer Kurbel verbundenes Schwungrad verwendet, um Erwiderung in die Drehbewegung umzugestalten.

Physik

Ein Schwungrad ist ein Spinnrad oder Scheibe mit einer festen Achse, so dass Folge nur über eine Achse ist. Energie wird in als kinetische Energie, oder mehr spezifisch, Rotationsenergie versorgt:

Wo:

• ist die winkelige Geschwindigkeit und

der

• ist der Moment der Trägheit der Masse über das Zentrum der Folge. Der Moment der Trägheit ist das Maß des Widerstands gegen das an einen spinnenden Gegenstand angewandte Drehmoment (d. h. je höher der Moment der Trägheit, desto langsamer es spinnen wird, wenn eine gegebene Kraft angewandt wird).
• Der Moment der Trägheit für einen festen Zylinder, ist
• weil ein dünn ummauerter leerer Zylinder, ist
• und weil ein dick ummauerter leerer Zylinder, ist

Wo M Masse anzeigt, und r einen Radius anzeigt.

Wenn

sie mit SI-Einheiten rechnen, würden die Standards für die Masse, Kilogramme sein; für den Radius, Meter; und für die winkelige Geschwindigkeit, radians pro Sekunde. Die resultierende Antwort würde in Joule sein.

Der Betrag der Energie, die im Rotor sicher versorgt werden kann, hängt vom Punkt ab, an dem sich der Rotor wellen oder in Stücke brechen wird. Die Reifen-Betonung auf dem Rotor ist eine Hauptrücksicht im Design eines Schwungrad-Energielagerungssystems.

Wo:

• ist die dehnbare Betonung auf dem Rand des Zylinders

• ist die Dichte des Zylinders

• ist der Radius des Zylinders und

• ist die winkelige Geschwindigkeit des Zylinders.

Tisch von Energielagerungscharakterzügen

Energiereiche Materialien

Für ein gegebenes Schwungrad-Design ist die kinetische Energie zum Verhältnis der Reifen-Betonung zur materiellen Dichte und zur Masse proportional:

konnte die spezifische Zugbelastung genannt werden. Das Schwungrad-Material mit der höchsten spezifischen Zugbelastung wird die höchste Energielagerung pro Einheitsmasse nachgeben. Das ist ein Grund, warum Kohlenstoff-Faser ein Material von Interesse ist.

Weil ein gegebener entwickelt, ist die versorgte Energie zur Reifen-Betonung und dem Volumen proportional:

Rimmed

Ein rimmed Schwungrad hat einen Rand, einen Mittelpunkt und spokes. Die Struktur eines rimmed Schwungrades ist kompliziert und folglich es kann schwierig sein, seinen genauen Moment der Trägheit zu schätzen. Ein rimmed Schwungrad kann leichter durch die Verwendung verschiedener Vereinfachungen analysiert werden. Zum Beispiel:

• Nehmen Sie an, dass der spokes, die Welle und der Mittelpunkt Nullmomente der Trägheit haben, und der Moment des Schwungrades der Trägheit vom Rand allein ist.
• Die zusammengelegten Momente der Trägheit von spokes, Mittelpunkt und Welle können als ein Prozentsatz des Moments des Schwungrades der Trägheit, mit dem Rest vom Rand, so dass geschätzt werden

Zum Beispiel, wenn die Momente der Trägheit des Mittelpunkts, spokes und der Welle unwesentlich gehalten werden, und die Dicke des Randes im Vergleich zu seinem Mittelradius sehr klein ist , ist der Radius der Folge des Randes seinem Mittelradius und so gleich:

Siehe auch

• Schwungrad-Energielagerung
• Liste von Momenten der Trägheit
• Kupplung

Außenverbindungen

• Schwungrad-Batterien auf dem Interessanten Ding des Tages