حدافة

ملف:Leonardo-Flywheel.ogg

مقطع فيديو للحدافة حيث يظل معدل الدوران أعلى منه عند التصميم للجسم الصلب :

الحدافة هي أداة ميكانيكية لها عزم قصور ذاتى معين تستخدم كمخزن للطاقة الدورانية، حيث تقاوم الحدافة التغيرات الناشئة في السرعة الدورانية، والتي تساعد على استقرار عمود الدوران عند التذبذب نتيجة عزم الدوران الناشئ عليها بسبب القوة المتولدة من المحرك، تستخدم أيضا الحدافة كمصدر للطاقة كنبضات في التجارب، يستطيع محرك صغير ان يزيد من تسارع الحدافة بين النبضات الحادثة، وتستخدم الحدافة بالطبع كمخزن للطاقة في السيارات.

الفيزياء

ملف:Spoked flywheel animation.gif

حدافة ذات اسلاك متصلة بالمركز

تخزن الطاقة في الحدافة على صورة طاقة حركة أو بالتحديد كطاقة حركة دورانية :

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

حيث

$\omega$ هي السرعة الزاوية،

$I$ هي عزم القصور الذاتى للكتلة حول محور الدوران.

• عزم القصور الذاتى للاسطوانة الصماء هو $I_z=\frac{1}{2}m{r}^2$,
• وللاسطوانة ذات الجدران الرفيعة هو $I=m{r}^2$,
• وللاسطوانة ذات الجدران السميكة هو $I=\frac{1}{2}m({r_1}^2+{r_2}^2)$.

حيث:

m الكتلة ،

r نصف القطر.

و للوحدات المستخدمة في هذه الحسابات حسب النظام الدولي للوحدات SI : الكتلة كيلو غرام نصف القطر المتر السرعة الزاوية درجة لكل ثانية ويكون بالتالى الناتج الجول

تعتمد كمية الطاقة المخزنة على النقطة التي سوف تتم الحركة ناحيتها حيث يراعى في الصميم الاجهاد الناتج على العرض hoop stress

${\sigma }_t=\rho r^2{\omega }^2$

حيث

${\sigma }_t$ اجهاد الشد على طارة الأسطوانة

$\rho$ كثافة المادة المصنوع منها الأسطوانة

$r$ نصف قطر الأسطوانة

$\omega$ السرعة الزاوية للاسطوانة

الحدافة في محرك الاحتراق الداخلى

و تكون عبارة عن عجلة مثبتة على عمود الدوران وتكون وظيفتها الرئيسية الحفاظ على معدل السرعة الزاوية لعمود الدوران

الحدافة لتخزين الطاقة

تتميز الحدافة بسرعة عطائها واستقبالها لطاقة الحركة ، ويستخدم نظام الحدافة هذا في سيارة بورشى 911 هيبريد (أي الهجينة) و تحتوي تلك السيارة على محرك احتراق داخلي خلفي ، ومحركين كهربائيين أماميين يشغلان العجلتين الأماميتين. وعند كبح السيارة تستغل طاقة الكبح في تشغيل محرك كهربائي متصل بالحدافة يعمل على إدارتها بسرعة ، وبذلك تخزن طاقة الكبح فيها حيث تدير الحدافة بسرعة تبلغ 40.000 دورة في الدقيقة . فإذا حدث احتياج للطاقة عمل المحرك الكهربائي كمولد للكهرباء وتنخفض سرعة دوران الحدافة . وتتميز الحدافة عن البطارية في عدد مرات إعادة الشحن والتفريغ ، وهي بذلك أطول منها عمرا. وفي العادة تعطي الحدافة تلك الطاقة العالية لمدة ثوان قليلة ، لأن كثافة الطاقة فيها منخفضة بينما تزيد تكلفتها عن كلفة البطارية . وقد استخدمت أمثلة من مخزن الطاقة هذا (نظام إعادة استخدام طاقة الحركة المخزونة) في سيارات سباق فورمل وان في عام 2009 .

المراجع

Mechanics of Machines by Samuel Doughty

Mechanics of Machines by W. L. Cleghorn

وصلات خارجية

• Flywheel highlight: Hypervideo showing construction and operation of four cylinder internal combustion engine (courtesy of Ford Motor Company)
• Interesting Thing of the Day article on the Flywheel: Written by Joe Kissell.

ملف:Tecno-engranaje.gif

بوابة الهندسة التطبيقية، لتصفح مقالات ويكيبيديا المتعلقة بالهندسة.

af:Vliegwiel be:Махавік be-x-old:Махавік bg:Маховик bo:ཤུགས་འཁོར། ca:Volant d'inèrcia cs:Setrvačník da:Svinghjul de:Schwungrad Flywheel]] eo:Inercirado es:Volante de inercia et:Hooratas eu:Inertzi bolante fi:Vauhtipyörä fr:Volant d'inertie ga:Roth lústair gl:Volante de inercia hu:Lendkerék id:Roda gila io:Flugroto it:Volano (meccanica) ja:フライホイール my:ဖလိုင်းဝှီး nl:Vliegwiel no:Svinghjul pl:Koło zamachowe pt:Volante do motor ro:Volant ru:Маховик simple:Flywheel sl:Vztrajnik sv:Svänghjul ta:விசையாள்சில்லு tr:Volan zh:飛輪