Техника - молодёжи 1974-06, страница 21

ИЮ ПРО

смотрим» как происходит накопление механической энергии в каждом ив них.

На упругий элемент — скажем, стальной стержень (рис. 3) — действует сила Р, зависящая от степени осадки h (перемещения конца) элемента. Эта сила может как сжимать, так и растягивать стержень. Чем значительнее h, тем большая приложена сила, причем эта зависимость пропорциональна жесткости стержня С. Итак, Р = С • h. А так как сила на перемещении h изменялась^ 0 до Р,

то в среднем она была . Умножив среднюю силу на перемещение, получаем накопленную потенциальную энергию:

График «сила — перемещение» представлен на рисунке 8.

Аналогично определяется энергия, накопленная в упругих элементах других типов. Правда, сила не всегда прямолинейно зависит от перемещения (см., например, рис. 5), и тогда ее среднюю величину вычислить несколько труднее — приходится отыскивать предельную сумму — интеграл элементарных энергий. Но в принципе картина явления остается прежней.

Когда стержень растянут или сжат, его поперечное сечение напряжено равномерно и одинаково, и можно сказать, что оно одинаково участвует в накоплении энергии. А как обстоит дело в других случаях? Торсион (рис. 4) скручен: один его торец повернут относительно другого на угол ф. Если внешние слои торсиона напряжены сильно, то внутренние — гораздо меньше, а осевой участок вообще не напряжен. Значит, здесь материал «работает» уже неравномерно: внешние слои накопляют больше энергии, чем внутренние. Можно было бы и убрать эти внутренние слои, выполнив торсион в виде трубки, однако она при очень тонких стенках способна потерять устойчивость. То же самое наблюдается и при изгибании балок (рис. 5). Один, внешний слой растянут, другой сжат, а средний (нейтральный) не напряжен вовсе. Опять неравноценное аккумулирование энер-

ЗАПАС

Рис. Владимира Овчииинского

гии по сечению. Анализируя остальные два случая, приходим к выводу, что проволочка пружины при растяжении-сжатии (рис. 6) работает на кручение, как торсион, а при кручении (рис. 7) — на изгиб. Следовательно, и здесь справедливо все сказанное нами об упругих элементах.

А теперь сравним описанные упругие элементы по важнейшему для аккумуляторов показателю — по удельной (на единицу собственного веса) энергоемкости. Так вот, если равномерно напряженные, растянутые или сжатые элементы характеризовать показателем, равным 1, то у элементов кручения (торсионов, пружин растяжения-сжатия) этот показатель 0,5, а у элементов изгиба (балок, пружин кручения) — примерно 0,3. Это означает, что выгод-

1—7. «Классические» типы аккумуляторов потенциальной энергии (А — потенциальная энергия» Р — вес груза или сила, действующая на упругий элемент, С — жесткость линейная, К—крутильная жесткость, п — линейное перемещение, <р — угловое перемещение).

8. График зависимости накопленной энергии в упругом стержне от перемещения. Величина энергии представлена площадью заштрихованного треугольника.

9—16. Упругие муфты (1 — ведущая полумуфта, 2 — ведомая полумуфта, 3 — аккумулирующий упругий элемент).

17. Потери энергии при аккумулировании энергии в резине.

18. Пружинный двигатель со спиральной пружиной.

19. S-образная пружинная лента желобчатого профиля.

20. Гидроаккумулятор.

21. Баллон со сжатым газом — аккумулятор энергии.

22. Пружина, изготовленная из трубки.

23. Аккумулятор потенциальной центробежной энергии (справа — центробежные силы Р, действуя на ветви пружинной ленты, создают вращаю 1й момент; слева — дифференциальный механизм позволяет выделить относительное вращение вала и обоймы).

МАХОВ!

КРИВЫЕ

свшицнна,^

''ОТШ.-ЫЕ, ПОТЕРИ

ПЕРЕМЕШАЛИ!

¹ тнь

ГШ «ШОР

ШПЖИР

•шт