Bánh Đà: Định Nghĩa, Cấu Tạo, Phân Loại Và Chức Năng

Bánh Đà Là Gì?

Bánh đà là một thiết bị cơ học sử dụng bảo toàn momen động lượng để tích năng lượng quay; một dạng động năng tỉ lệ với tích của momen quán tính và bình phương tốc độ quay của nó.

Đặc biệt, nếu chúng ta giả sử rằng mômen quán tính của bánh đà là không đổi (tức là bánh đà có khối lượng cố định và mômen diện tích thứ hai quay quanh một trục cố định), thì năng lượng (quay) tích trữ có liên quan trực tiếp đến hình vuông. tốc độ quay của nó.

Vì bánh đà được sử dụng để lưu trữ năng lượng cơ học để sử dụng sau này, nên có thể coi nó như một tương tự của động năng của một cuộn cảm điện. Nguyên tắc lưu trữ năng lượng phổ biến này được mô tả một cách trừu tượng phù hợp trong khái niệm tổng quát về bộ tích lũy.

Giống như các loại bộ tích lũy khác, bánh đà vốn có khả năng làm mịn các sai lệch đủ nhỏ trong sản lượng điện của hệ thống, đóng vai trò của bộ lọc thông thấp đối với vận tốc cơ học (góc hoặc cách khác) của hệ thống một cách hiệu quả.

Chính xác hơn, khi mức tiêu thụ điện năng giảm xuống, năng lượng tích trữ của bánh đà sẽ làm tăng sản lượng điện và ngược lại, hấp thụ mọi điện năng tiêu thụ dư thừa (năng lượng do hệ thống tạo ra) dưới dạng năng lượng quay.

Các ứng dụng phổ biến của bánh đà

• Làm mịn công suất phát của nguồn năng lượng. Ví dụ, bánh đà được sử dụng trong động cơ pittông, vì mômen hoạt động của các pittông riêng lẻ là không liên tục.
• Hệ thống lưu trữ năng lượng
• Cung cấp năng lượng với tốc độ vượt quá khả năng của một nguồn năng lượng. Nó thực hiện điều này bằng cách thu năng lượng trong một bánh đà theo thời gian và sau đó nhanh chóng giải phóng nó với tốc độ vượt quá khả năng của nguồn năng lượng.
• Kiểm soát sự liên kết của hệ thống cơ khí, con quay hồi chuyển và bánh xe phản ứng

Bánh đà thường được làm bằng thép và quay trên các ổ trục thông thường; chúng thường được giới hạn ở tốc độ tối đa vài nghìn vòng / phút. Bánh đà có mật độ năng lượng cao có thể được làm từ vật liệu tổng hợp sợi carbon và sử dụng vòng bi từ tính, cho phép chúng quay với tốc độ lên đến 60.000 vòng/phút (1 kHz).

Các Bộ Phận Của Bánh Đà

Sau đây là các bộ phận của một bánh đà:

• Vỏ bánh đà: Vỏ bánh đà chắc chắn và nằm bên ngoài bánh đà. Bánh đà là bộ phận của động cơ làm quay và cung cấp năng lượng cho máy phát điện.
• Lò xo: Bánh đà gồm lò xo hai pha được uốn song song. Vòng cung bên ngoài được điều chỉnh để nâng cao lò xo khi động cơ đang chạy. Lò xo mềm bên ngoài chỉ được sử dụng để cải thiện dải tần số cộng hưởng không an toàn.
• Bánh hành tinh: Bánh hành tinh bao gồm nhiều bánh răng hành tinh được gắn vào một giá đỡ bánh đà. Khi giá đỡ bánh đà được truyền động bằng trục vít và quay, sự ăn khớp với bánh răng vòng ngoài tạo ra chuyển động hỗn hợp được tạo thành từ mỗi vòng quay và vòng quay của bánh răng hành tinh.
• Vòng bi trơn hướng trục và hướng tâm: Trong khi vòng bi tác dụng dọc trục chỉ làm nhiệm vụ cân bằng trọng lượng, sự mất cân bằng hoặc lực hướng tâm ký sinh do động cơ hoặc bộ phận máy phát tạo ra phải được bù bằng vòng bi hướng tâm.
• Bánh răng vòng: Một bánh răng vòng được gắn vào đường kính ngoài của bánh đà. Sự cố định trên bánh đà thường được thực hiện với sự trợ giúp của khớp nối can thiệp, được tạo ra bằng cách đốt nóng bánh răng. Vì vậy, sự giãn nở nhiệt cho phép nó được đặt xung quanh bánh đà.
• Đĩa hỗ trợ: Như tên cho thấy, đĩa hỗ trợ được đặt trong bánh đà để hỗ trợ các lò xo uốn cong hai pha và các thành phần khác của bánh đà.
• Giày trượt bánh đà: giày trượt tốt nhất nên có phần ngoài lồi, hướng tâm dựa vào thành trong của bánh đà. Trong lĩnh vực này, chúng tốt nhất nên được làm để chống trơn trượt và chống mài mòn.
• Vỏ bánh đà: Vỏ bánh đà thường được làm bằng chrome. Lớp vỏ bánh đà được mạ crom này giúp tránh bụi bẩn xâm nhập vào các chức năng bên trong của bánh đà làm cho bánh chạy kém.

Chức Năng Của Bánh Đà

Bánh đà, bánh xe nặng gắn với trục quay để truyền công suất từ ​​động cơ đến máy một cách trơn tru. Quán tính của bánh đà chống lại và điều chỉnh sự dao động của tốc độ động cơ và tích trữ năng lượng dư thừa để sử dụng không liên tục.

Bánh đà được tìm thấy trong hầu hết các loại ô tô vì chúng phục vụ nhiều mục đích khác nhau, sẽ được thảo luận ở đây. Sau đây là các chức năng của bánh đà trong động cơ ô tô:

Cân bằng động cơ: do các pittông lệch khỏi tâm trục khuỷu nên xảy ra dao động và dao động. Điều này cũng là do mỗi pittông bắn ở một góc khác nhau.

Chức năng của bánh đà trong tình huống này là ngăn chặn chuyển động sang ngang. Điều này đạt được nhờ trọng lượng nặng của bánh đà. Bánh đà làm giảm độ rung của toàn bộ động cơ do động cơ được ổn định và cân bằng trên các ổ trục.

Khởi động động cơ: Bánh đà đóng thêm vai trò khởi động động cơ. Các răng của bánh đà được gắn với một động cơ khởi động. Bộ khởi động này được điều khiển bằng chìa khóa ô tô để khi khởi động xe, bộ khởi động sẽ quay bánh đà.

Ngay sau khi động cơ quay, hiệu ứng đốt cháy tiếp tục quay động cơ. Hộp số Bendix trong động cơ khởi động sẽ rút lại để cho phép bánh đà quay tự do.

Giảm tải cho tàu truyền động: là một chức năng khác của bánh đà, được thực hiện bằng cách ổn định chuyển động của động cơ. Nó cũng làm dịu tốc độ động cơ và giảm mài mòn các thành phần truyền động.

Bánh đà cũng hạn chế mài mòn giữa trục truyền động và trục truyền động. Hai cái này được gắn với một khớp phổ quát.

Giảm tốc độ: Trục khuỷu biến chuyển động của pittông thành chuyển động quay giật khi có lực tạo ra. tốc độ của trục khuỷu không đổi và động cơ chạy êm. Điều này là do khối lượng của bánh đà tạo ra quán tính giữ cho trục khuỷu động cơ quay giữa mỗi lần bắn pittông.

Thao tác với trọng lượng: Trọng lượng của bánh đà quyết định hiệu suất của động cơ. Trọng lượng phụ thuộc vào hiệu suất của xe.

Bánh đà nặng hơn cho phép động cơ làm việc dưới tải, có thể khiến động cơ bị dừng. Xe tải lớn hoặc xe kéo hoạt động tốt với bánh đà nặng hơn, trong khi xe thể thao và một số xe thương mại sử dụng tốt bánh đà nhẹ hơn.

Phân Loại Bánh Đà

Sau đây là các loại bánh đà được sử dụng trên xe:

• Bánh đà đĩa đặc
• Bánh đà có vành
• Bánh đà tốc độ cao
• Bánh đà tốc độ thấp

1. Bánh Đà Đĩa Rắn

Bánh đà đĩa đặc là một loại bánh đà. Nó được sử dụng trong một máy tuốt bánh đà duy nhất được làm bằng gang. Bánh đà đĩa đầy đủ được trang bị một trục và đĩa bánh đà.

Khi tính toán thiết kế bánh đà toàn đĩa, các thông số khác nhau được sử dụng làm đầu vào. Điều này bao gồm các kích thước của bánh đà toàn đĩa. Các giá trị hàm kết quả cũng được tính toán.

2. Bánh Đà Có Gọng

Bánh đà kiểu vành nan nổ với tốc độ chậm hơn nhiều so với bánh toàn đĩa có cùng trọng lượng và đường kính. Để có trọng lượng tối thiểu và khả năng lưu trữ năng lượng cao, bánh đà có thể được tạo ra từ thép cường độ cao và được sản xuất như một đĩa hình nón dày ở trung tâm.

3. Bánh Đà Vận Tốc Cao

Trong các loại bánh đà này, bánh đà tốc độ cao có tốc độ từ 30.000 vòng/phút đến 80.000 vòng/phút. Điều này cũng có thể được thiết lập lên đến 100.000 vòng/phút.

Chúng có vòng bi bay từ tính và bảo trì thấp. So với bánh đà chạy chậm, chúng nặng nhẹ tùy thuộc vào kích thước / công suất. Chúng đắt hơn một bánh đà vận tốc thấp.

4. Bánh Đà Vận Tốc Thấp

Trong các loại bánh đà này, bánh đà tốc độ thấp có tốc độ 10.000 vòng / phút. Chúng nặng hơn và cồng kềnh hơn bánh đà tốc độ cao.

Chúng yêu cầu bảo trì theo thời gian và không sử dụng vòng bi bay từ tính. Việc lắp đặt chúng đòi hỏi một cấu trúc bê tông đặc biệt để hỗ trợ trọng lượng của chúng. Chúng rẻ hơn bánh đà tốc độ cao.

Lựa Chọn Vật Liệu

Bánh đà được làm từ nhiều chất liệu khác nhau; ứng dụng xác định sự lựa chọn của vật liệu. Bánh đà nhỏ bằng chì có thể được tìm thấy trong đồ chơi trẻ em. Bánh đà bằng gang được sử dụng trong động cơ hơi nước cũ.

Bánh đà trong động cơ ô tô được làm bằng gang, thép hoặc nhôm đúc hoặc dạng nốt . Bánh đà bằng thép hoặc composite có độ bền cao đã được đề xuất sử dụng trong hệ thống tích trữ năng lượng và phanh của xe.

Hiệu suất của bánh đà được xác định bằng lượng năng lượng tối đa mà nó có thể tích trữ trên một đơn vị trọng lượng. Khi tốc độ quay hoặc tốc độ góc của bánh đà tăng lên, năng lượng tích trữ sẽ tăng lên; tuy nhiên, căng thẳng cũng đang gia tăng.

Nếu ứng suất vòng quay vượt quá độ bền kéo của vật liệu, bánh đà sẽ bị gãy. Do đó, độ bền kéo giới hạn lượng năng lượng mà một bánh đà có thể lưu trữ.

Trong bối cảnh này, việc sử dụng chì cho bánh đà trong đồ chơi trẻ em là không hiệu quả; tuy nhiên, vận tốc bánh đà không bao giờ tiếp cận với vận tốc nổ của nó vì giới hạn trong trường hợp này là lực kéo của đứa trẻ.

Trong các ứng dụng khác, chẳng hạn như ô tô, bánh đà hoạt động ở một vận tốc góc nhất định và bị giới hạn bởi không gian mà nó phải phù hợp, vì vậy mục tiêu là tối đa hóa năng lượng tích trữ trên một đơn vị thể tích. Do đó, việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào ứng dụng.

Các Ứng Dụng Của Bánh Đà

• Sử dụng trong tuabin gió
• Cùng với máy phát điện điều khiển động cơ để lưu trữ năng lượng
• Trong động cơ ô tô
• Trong ô tô điện để tăng tốc độ (Trong giai đoạn thử nghiệm)
• Trong hệ thống đẩy đầu máy nâng cao
• Trong Xe buýt Vận chuyển Công nghệ Tiên tiến
• Trong vệ tinh để điều khiển hướng
• Trong các lưới điện lớn để bảo vệ chống lại sự gián đoạn

Ưu Điểm Của Bánh Đà

• Chi phí tổng thể ít hơn
• Khả năng lưu trữ năng lượng cao
• Sản lượng điện cao
• Chúng an toàn, đáng tin cậy, tiết kiệm năng lượng, bền
• Nó không phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc
• Bảo trì thấp và không tốn kém
• Mật độ năng lượng cao

Hạn Chế Của Bánh Đà

• Chúng có thể chiếm nhiều không gian
• Chúng đắt tiền để sản xuất
• Vật liệu xây dựng luôn là một hạn chế đối với nó