Маховичный накопитель

Маковичный накопитель, включающий маховик (1) с цапфами (3) и корпус (2), в котором маховик (1) посажен на каскадных опорах, характеризующийся тем, что, как минимум одна каскадная опора выполнена из одной пары подшипников качения (7) малого диаметра и расположенных по краям опоры в осевом направлении, и одного игольчатого подшипника (6) большого диаметра, причем подшипники связаны друг с другом промежуточной обоймой (6) так, что подшипники (7) малых диаметров установлены в обойме (6) внешним кольцом, а большого диаметра (4) - внутренним, при этом внутренние кольца подшипников (7) установлены на цапфе (3) маховика (1), а внешние кольца подшипника (4) - в посадочном гнезде (5) корпуса (2) накопителя.

Технический результат полезной модели состоит в повышении угловой жесткости каскадной опоры и ее малого сопротивления осевому перемещению в корпусе. 1 илл.

Полезная модель относится к накопителям энергии, в частности, к опорам скоростных маховичных накопителей энергии, используемых в технике.

Из уровня техники известны маховичные накопители, включающий вращающийся маховик в корпусе, закрепленный там на шарикоподшипниках (см., например монографию Джента Дж. «Накопители кинетической энергии», «Мир», М., 1988, глава 4, «Система подвески маховика», раздел 4.2 «Шарикоподшипники», с.198-206). Для снижения потерь в подшипниках используются так называемые «двойные» или «каскадные» (если число подшипников в опоре равно двум и более) опоры (см. цитированную выше книгу, с.204, рис.4.5).

В качестве аналога взята конструкция маховичного накопителя, где в качестве опор использованы двойные подшипники, где внутренняя обойма одного подшипника совмещена с внешней обоймой другого и эта совмещенная обойма принудительно вращается с помощью сервопривода (см. цитированную выше книгу, с.204, рис.4.5, а). Недостатками аналога являются сложность конструкции и высокие потери энергии на принудительное вращение.

Известна конструкция каскадной опоры маховика, где составляющие каждую опору шарикоподшипники, как минимум два, расположенные в опоре один за другим в осевом направлении так, что в средних подшипниках внутреннее кольцо одного и внешнее кольцо другого установлены в промежуточной опоре, а подшипники здесь разных диаметров и грузоподъемности, причем подшипники малых диаметров посажены на вал, а больших - в корпусе накопителя. Промежуточная обойма приводится во вращение без каких либо сервоприводов самостоятельно за счет сопротивлений вращению средних подшипников (см. патент РФ на полезную модель 74678 «Маховичный накопитель», авторов Гулиа Н.В. и Лаврентьев А.И., 2008 г).

Недостатками данной конструкции, принятой за прототип, являются малые угловые жесткости опоры из-за подшипников, расположенных на обойме консольно, а также пониженная способность к осевому перемещению опоры в корпусе из-за трения об него внешних обойм больших подшипников.

Задача полезной модели состояла в создании маховичного накопителя, обладающего пониженным сопротивлением осевому перемещению в опорах и высокой их угловой жесткости.

Предложен маховичный накопитель, включающий маховик с цапфами и корпус, в котором маховик посажен на каскадных опорах где, согласно полезной модели, как минимум одна каскадная опора выполнена из одной пары шарикоподшипников малого диаметра, расположенных по краям опоры в осевом направлении, одного игольчатого подшипника больших диаметра и ширины, связанных друг с другом промежуточной обоймой так, что шарикоподшипники малых диаметров установлены в промежуточной обойме внешним кольцом, а на валу - внутренним, а игольчатый подшипник большого диаметра в обойме - внутренним, а на корпусе - внешним.

Данное решение позволяет обеспечить технический результат, заключающийся в повышении угловой жесткости каскадной опоры и ее малого сопротивления осевому перемещению в корпусе.

Устройство представлено на чертеже, фиг.1, где изображена схема маховичного накопителя с предлагаемой каскадной опорой.

Маховик 1 (фиг.1) закреплен в корпусе 2 с возможностью вращения в нем на двух каскадных опорах на каждой цапфе 3 - игольчатом подшипнике 4 большого диаметра, посаженного своим внешним кольцом в гнездо 5 корпуса 2, а своим внутренним кольцом - на промежуточной обойме 6. Подшипники 7 малого диаметра своими внешними кольцами установлены на промежуточной обойме 6, а своими внутренними кольцами сидят на цапфе 3. Подшипники 7 зафиксированы на цапфе 3 от осевого перемещения любыми устройствами для осевой фиксации подшипников, например, стопорным кольцом 8 и упором 9.

Работа устройства выражается в том, что игольчатый подшипник 4 существенно превышающий по ширине опоры 7, посаженный своим внутренним кольцом одновременно в двух половинках промежуточной опоры 6, увеличивает угловую жесткость всей опоры, не допуская углового перемещения центральной оси маховика 1. Грузоподъемность игольчатого подшипника 4 существенно превышает грузоподъемность подшипника 7, и примерно равна грузоподъемности пары подшипников 7. Тем самым достигается равнопрочность подшипников каскадной опоры. При этом, как известно из прототипа, частоты вращения большого и малого подшипников автоматически устанавливаются обратно пропорциональными кубу диаметров по центрам тел качения. Таким образом, частота вращения игольчатого подшипника 4 будет меньше, чем таковая у подшипников 7 (в данном случае примерно в 2 раза), что соответствует рабочим характеристикам шарикоподшипников и игольчатых подшипников.

Маховик 1 обычно бывает достаточно протяженным в осевом направлении, а расстояние между двумя крайними каскадными опорами - велико. При выполнении, например, корпуса 5 из алюминиевых сплавов, удлинение стального маховика и алюминиевого корпуса при изменении температуры будет разным. Поэтому при жестком креплении в осевом направлении одной из каскадных опор, вторая должна быть «плавающей» в осевом направлении. Это обеспечивается свойством игольчатого подшипника 4, где осевое перемещение внешнего его кольца зафиксировано в корпусе, например, тугой посадкой или на клею, вместе с телом качения по внутреннему его кольцу.

Таким образом, поставленная задача полезной модели решается.

Маховичный накопитель, включающий маховик с цапфами и корпус, в котором маховик посажен на каскадных опорах, отличающийся тем, что как минимум одна каскадная опора выполнена из одной пары шарикоподшипников малого диаметра, расположенных по краям опоры в осевом направлении, и одного игольчатого подшипника больших диаметра и ширины, связанных друг с другом промежуточной обоймой так, что шарикоподшипники малых диаметров установлены в промежуточной обойме внешним кольцом, а на валу - внутренним, а игольчатый подшипник большого диаметра в обойме - внутренним, а на корпусе внешним.