حدافة

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
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[عدل]

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} mr^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 الداخلي[عدل]

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

الحدافة لتخزين الطاقة[عدل]

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[عدل]

Mechanics of Machines by Samuel Doughty

Mechanics of Machines by W. L. Cleghorn

وصلات خارجية[عدل]