Vliegwiel

'n Vliegwiel is 'n roterende skyf wat gebruik word om kinetiese energie te stoor. Vliegwiele weerstaan verandering in hul draaisnelheid, wat help om 'n as stabiel te hou as 'n wisselende wringkrag daarop uitgeoefen word, soos in die geval van 'n suiergebaseerde resiprokerende enjin, of wanneer die lading wat daarop geplaas word nie reëlmatig is nie (soos in die geval van 'n suierpomp). Vliegwiele kan ook gebruik word om baie hoë elektriese energiepolse te skep vir sekere soorte eksperimente waar dit nie moontlik sou wees om dit van die verspreidingsnetwerk te trek nie. Vliegwiele het in die meer onlangse verlede ook baie aandag geniet as moontlike toestelle vir die stoor van energie vir gebruik in voertuie.

Vliegwiel van 'n aansitter. Let op die kransrat aan die buitekant.

Fisika

'n Gespeekte vliegwiel

Energie word in die wiel gestoor as kinetiese energie:

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

waar

$\omega$ die hoeksnelheid en

$I$ die traagheidsmoment van die massa rondom die middelpunt is.

• Die traagheidsmoment vir 'n soliede silinder is $I_{z}={\frac {1}{2}}mr^{2}$,
• vir 'n dunwandige silinder is dit $I=mr^{2}\,$,
• en vir 'n dikwandige silinder is dit $I={\frac {1}{2}}m({r_{1}}^{2}+{r_{2}}^{2})$.

waar m die massa en r die radius aandui.

Die hoeveelheid energie wat veilig in 'n vliegwiel gestoor kan word hang af van die punt waar die wiel sal vervorm of uitmekaarbreek. Die radiale spanning op die wiel is 'n sterk oorweging in die ontwerp van 'n energie opgaarstelsel gebaseer op 'n vliegwiel.

$\sigma _{t}=\rho r^{2}\omega ^{2}\$

waar

$\sigma _{t}$ die trekspanning op die kant van die silinder is

$\rho$ die digtheid van die silinder is

$r$ die radius van die silinder is en

$\omega$ die hoeksnelheid van die silinder is.

Hoë-energie materiale

Vir 'n gegewe vliegwielontwerp kan daar uit die bogenoemde vergelykings afgelei word dat die kinetiese energie eweredig is aan die verhouding van die radiale spanning tot die materiaaldigtheid.

$E_{k}\varpropto {\frac {\sigma _{t}}{\rho }}$

Hierdie parameter kan die spesifieke trekspanning genoem word. Die vliegwielmateriaal met die hoogste spesifieke treksterkte sal die meeste energie kan stoor. Dit is dan ook een van die redes waarom koolstofvesel 'n materiaal van belang is in hierdie verband.

Toepassings

'n Trekker met 'n reuse vliegwiel

'n Illustrasie uit 1898 van 'n White and Middleton enjin; let op die twee groot vliegwiele.

Die vliegwiel is al sedert antieke tye in gebruik, waarvan die bekendste tradisionele voorbeeld die pottebakkerswiel is. Tydens die Nywerheidsomwenteling het James Watt bygedra tot die ontwikkeling van die vliegwiel in die stoomenjin en sy tydgenoot James Pickard het 'n vliegwiel saam met 'n krukas gebruik om resiprokerende beweging na draaibeweging om te skakel.

'n Meer moderne toepassing van 'n vliegwiel is die vliegwiele wat gebruik word om satteliete te oriënteer in die ruimte sonder om van vuurpylstuwers te gebruik.

Vliegwiele word ook in pons- en klinknaelmasjiene gebruik waar dit die energie van die motor stoor en dit dan loslaat met elke slag van hul werking.

Geskiedenis

Vliegwiele is reeds in die ou tyd gebruik in spin- en pottebakkerswiele.

Die vliegwiel as 'n meganiese toestel om draaisnelheid reëlmatig te maak is vir die eerste keer in die Kitab al-Filaha beskryf deur die Andalusiër, Ibn Bassal (1038–1075), wat die toestel gebruik het in kettingpompe en waterwiele gebruik het.

Alvorens 'n Amerikaanse kenner van die middeleeue is so 'n vliegwiel ook aangeteken in die De diversibus artibus deur die Duitse vakman Theophilus Presbyter (ca. 1070–1125) wat meld dat hy die toestel in verskeie van sy masjiene gebruik het.

Sien ook

• Sentrifugale reëlaar