Маховики для паровых маШин выполняются в виде шкива с мас­сивным ободом, чтобы обеспечить необходимую величину момента инер­ции массы. Наиболее распространенное число спиц в маховике шесть. Небольшие маховики изредка выполняют с четырьмя спицами (локо­мобиль П-25). Малые маховики для быстроходных машин выполняются дисковыми, без спиц.

Маховики изготовляются путем отливки из серого чугуна или стали.

Наружный диаметр маховика выбирается таким образом, чтобы окружная скорость его не превосходила 30 м/сек для чугунных махо­виков и 50 м/сек для стальных.

Окружные скорости на ободе маховиков локомобилей чаще всего лежат в пределах 10 — 15 м/сек.

Линейная скорость v в м[сек на окружности, проходящей через центр тяжести поперечного сечения обода маховика, равна

v = ”Dc.^max - місек, (535)

тогда диаметр окружности, проходящей через центр тяжести сечения обода маховика, найдется по формуле

Если допустить, что v = 30 м/сек, то

и, наконец, если V = 50 м/сек, то

D = 60-50 = 3000 ^ 955 с г. Яшах ^тах лтах

После выбора конструкции и размеров маховика производится по­верочный его расчет, заключающийся в определении напряжений в ободе и спицах, возникающих там при вращении маховика, и напряжений из­гиба, возникающих под действием максимального крутящего момента машины (при передаче мощности посредством ременной передачи).

При определении напряжений, появляющихся в ободе и спицах ма­ховика при его вращении, допускают1:

1) что спицы по всей длине имеют постоянное сечение;

2) что длина спицы равна радиусу окружности, проходящей через центр тяжести сечения обода маховика;

3) что толщина обода мала по сравнению с внешним радиусом ма­ховика.

Вдоль спицы (фиг. 199) действует статически неопределимая сила X, растягивающая спицу и изгибающая обод. Величина этой силы опре­деляется уравнением

^2 ----------- !------------------ «г, (539)

3 g р2 f *

fo6 т-РгМ + РхЫ + ^г

1 об Ten

где у — удельный вес материала маховика в кг, см3; fоб — площадь поперечного сечения обода в см2; v — линейная скорость в см/сек на окружности радиуса Rc; g — ускорение свободного падения в см/сек2;

Rc — радиус окружности, проходящей через центр тяжести площади поперечного сечения обода, в см; і об—осевой момент инерции площади поперечного сечения обода в сл4;

jFj (а) и F2(a)— тригонометрические функции;

fen — средняя площадь поперечного сечения спицы в см2. Значения тригонометрических функций находятся по уравнениям

где 2а —угол между осями двух соседних спиц.

Значения этих функций для наиболее ходовых чисел спиц маховика приведены в табл. 42.

Таблица 42 Значения функций и F2(a) для различных чисел спиц маховика Число спиц п 4 6 8 FlOO 0,643 0,957 1,274 F2(a) 0,00608 0.00169 0,00076 1 Энциклопедический справочник „Машиностроение", т. 1, кн. 2-я, Машгиз, М. 1947, стр. 368—369.

2) продольная сила, растягивающая обод,

Изгибающий момент, увеличивающий кривизну обода и силу, растя­гивающую обод, считаем положительными.

В сечении обода Oil, расположенном под углом » к сечению 01, действуют:

Mcn = X + fjs^{I? r-r*) кг.

,_мов *ов з — —т~ —І— — кг см < Ґ06

1) изгибающий момент

Если маховик используется в качестве шкива ременной перед то в его спицах возникают дополнительные напряжения[47] от изгибающ момента окружного усилия, передаваемого ремнем и равного

М = °м кгсм, (551)

где Umах — максимальное окружное усилие на ободе маховика в кг.

Максимальное окружное усилие находится по величине наибольшей тангенциальной силы Ттах по следующей формуле:

гг ^гпах'2 R /-сгпч

^ шах — 2) (552)

Принято считать, что изгибающий момент М воспринимается третью общего числа всех спиц. Тогда дополнительное напряжение в сечении спицы у втулки может быть вычислено по уравнению

< = кг1см2’ (55з>

lcn‘ WСП

где ien — число спиц маховика;

Wcn — момент сопротивления сечения спицы в см

Величина напряжения изгиба не должна превосходить 300 кг[см[48].

Суммарное напряжение в сечении спицы у втулки определяется по формуле

trt tn і т t о

а = а кг]см£.

Приводим поверочный расчет на прочность маховика машины локо­мобиля марки П-25, представленного на фиг. 197. Размеры сечения обода даны на фиг. 198. Основные размеры маховика следующие:

1) наружный диаметр обода маховика DM = 800 мм;

2) ширина обода маховика b = 180 мм;

3) число спиц (эллиптического сечения) icn = 4;

4) удельный вес материала маховика (серый чугун) у= 0,00725 кг/см3;

5) вес маховика GM = 280 кг;

6) максимальная величина тангенциальной силы Гтах = 1309 кг;

7) наибольшее число оборотов вала машины при холостом ходе (см. § 22 настоящего раздела) яшах = 316 об/мин.

Остальные размеры маховика и его обода приведены на фиг. 197 и 198.

Произведем предварительные подсчеты для определения необходимых для расчета величин:

1) используя чертеж фиг. 198, определим величину площади попе­речного сечения обода как сумму элементарных площадок по выраже­нию

fo6= "Sifi = 156,36 см2;

5) осевой момент инерции площади поперечного сечения обода отно­сительно нейтральной линии определяем по формуле (421): Кб = 2[Л + fi (Єг - ус)2] = 1352 см*; 6) момент сопротивления внутренней части сечения обода равен W06-~-W=m8 СМЗ;

1 = 287’7 СМ’>

ті • а*} • &2

см*;

128,1 см*;

П) осевой момент инерции средней площади сечения спицы под­считываем по формуле

откуда а = 45° или а = = 0,7854 радиана, sin а = 0,70711 и по дан­

ным табл. 42 F} (а) = 0,643 и F2 (а) = 0,00608;

15) ускорение свободного падения равно

£•=981 см і сек3.

Определив все необходимые для расчета величины, переходим не­посредственно к поверочному расчету на прочность и определяем сле­дующие моменты, силы и напряжения:

1) статически неопределимую силу X по формуле (539):

2 т fnc «2 ______ 1______________ _

К

fo5j^F2(*) + Fi (О 1

156,36 ^ -0,00608 + 0,643 +

4) наибольшее напряжение во внешних растянутых волокнах сече­ния обода О! по формуле (547)

_Моб No6 373 1470

U7", + fo6 _ 287,7 + 156,36

5) изгибающий момент в сечении обода ОН при ® == а = 45° по формуле (544)

М' , = Моб — sin2 4

°° Sin а 2

373 _ ІІЮ o707l'U7 = 373 — 1100 = — 727
знак минус указывает, что растягиваться будут внутренние волокна;

6) продольную силу, растягивающую обод в сечении ОН, при <о — а = 45° по формуле (545)

if об * X cos <р 0,00725-156,36 -11682 150 0,7071

2 sin а 981

= 1576 — 75 -= 1501 кг;

7) наибольшее напряжение во внутренних растянутых волокнах сечения ОН при ср = а == 45° по формуле (548)

, Кб, Кб 727 . 1501 „ _ . . с, „ о, 2

3 — — -- +— — ТгГо'о" 4“ ТТТГ'оТГ — 3,7 wf" 9,6 — 13,3 KZ см,

w - /об 198,8 15Ь, ЗЬ ’

8) напряжение растяжения в сечении спицы у обода по формуле (549)

11) напряжение изгиба в сечении спицы у втулки от дейст бающего момента максимального окружного усилия, передаваем нем, по формуле (553)

12) суммарное напряжение в сечении спицы у втулки а" = о" + а"' = 10.1 + 3,8 = 13,9 кгсм

Все полученные напряжения, как показывает поверочный расчет, ничтожно малы, следовательно, маховик локомобиля П-25 обладает громадным запасом прочности.