Махове колесо

Ма́хове ко́лесо (махови́к) — масивна обертова деталь з великим моментом інерції у вигляді диска або колеса, що встановлюється на ведучому валу машини для зменшення нерівномірності його обертання при усталеному русі. Маховик акумулює (нагромаджує) кінетичну енергію в період прискорення руху і віддає її при сповільненні.

Маховик ковальської машини у місті Віттен (Німеччина)

Використання махового колеса як в простих конструкціях (гончарний круг), так і в поршневих двигунах, компресорах, насосах та ін. машинах забезпечує рівномірність обертання вала. В поршневих двигунах маховик, крім того, дає змогу поршню долати крайні положення («мертві точки»). В інерційних двигунах нагромаджена маховиком енергія використовується для привода машини (жиробус).

Історична довідка

Трактор VL30 італійської фірми «Ландіні» з винесеним маховим колесом

Ефект маховика використовувався з найдавніших часів. Прикладами можуть служити гончарний круг та вітряний млин.

Згідно з американським медієвістом Лінном Вайтом ще німецький монах Теофіл (пресвітер Теофіл) (бл. 1070-1125)згадує у своєму трактаті «Про різні мистецтва» (лат. «De diversibus artibus») декілька машин, у яких знайшов використання маховик.

Під час промислової революції Джеймс Ватт використав махове колесо у своїй паровій машині поршневого типу для покращення рівномірності роботи та долання «мертвих» положень поршня, а його сучасник Джеймс Пікард використав маховик у поєднанні з кривошипно-шатунним механізмом для перетворення зворотно-поступального руху в обертальний.

Використання махового колеса як акумулятора енергії обмежується тим, що при перевищенні допустимої колової швидкості відбувається розрив маховика, що призводить до великих руйнувань. Це змушує створювати маховики з дуже великим запасом міцності, що супроводжується зниженням їх ефективності.

Наслідком цього є мала (у порівнянні з іншими видами акумуляторів) питома енергоємність.

Фізичні параметри махового колеса

Суцільне махове колесо

Махове колесо порожнистої конструкції

Кінетична енергія маховика записується рівнянням:

$E_{k}={\frac {1}{2}}\cdot I\cdot \omega ^{2}$

Момент інерції суцільного диска маховика:

$I={\frac {1}{2}}mR^{2}$,

Момент інерції порожнистого диска маховика:

$I={\frac {1}{2}}m(R^{2}+r^{2})$

Для випадку малої товщини (r ≈ R) момент інерції набуває найбільшого значення серед маховиків однакової маси і діаметра. Він становить:

$I=mR^{2}\,$

де:

$\omega$ — кутова швидкість обертання маховика;

$I$ — момент інерції маси відносно осі обертання;

$m$ — маса маховика;

$R$ — радіус зовнішнього кола маховика;

$r$ — внутрішній радіус порожнистого маховика.

Див. також

• Список моментів інерції