IMG55

10 o

m U(3 ₊ v))lpJ    ⁽⁶⁹⁾    1

Współczynnik Poissona v jest dla ciał stałych w przybliżeniu równy 1/3 i możemy przyjąć go jako stałą. Najlepszymi materiałami na koła zamachowe o wysokiej funkcjonalności są te o największej wartości wskaźnika funkcjonalności

1C

Af=—    (6.10)

P

Jednostką tego wskaźnika jest kJ/kg.

Dobór materiałów

Na rysunku 6.6 (WYKRESIE 2) zestawiono wytrzymałość materiałów i ich gęstość. Poszczególnym wartościom wskaźnika M odpowiadają linie równoległe o nachyleniu 1 tworzące siatkę. Jedną z takich linii dla wskaźnika M = 100 kJ/kg pokazano na WYKRESIE. Materiały o wysokich wartościach M leżą w obszarze poszukiwań, znajdującym się w lewym górnym rogu wykresu. Wyszczególniono je w górnej części tabl. 6.3.

tablica 6.3. Materiały na koła zamachowe

Materiał	1 [kJ/kg]	Komentarz
Ceramika inżynierska	200 + 2000	Krucha i mało wytrzymała przy rozciąganiu
	(tylko przy ściskaniu)	— wyeliminować
CFRP	200 + 500	Najlepsza funkcjonalność - dobry wybór
GFRP	100 + 400	Prawie tak dobre, jak CFRP, i tańsze. Znakomity wybór
Beryl	300	Dobry, ale drogi, trudny do przetwarzania i toksyczny
Stale wysokowytrzymałe	100+200
Wysokowytrzymałe stopy Al	100 + 200	; Materiały o zbliżonej funkcjonalności. Stale
Wysokowytrzymałe stopy Mg	100 + 200	i stopy Al tańsze niż stopy Mg i Ti
Stopy tytanu	100 + 200
	1	Duża gęstość sprawia, że są dobrymi, tradycji-
Stopy ołowiu	3	r nie wybieranymi materiałami w przypadku, gdy
Żeliwa	8+1° J	funkcjonalność jest limitowana prędkością obrotową koła, a nie wytrzymałością materiału

f

Najlepszymi materiałami są nieoczekiwanie beryl i kompozyty, szczególnie kompozyty o osnowie polimerowej wzmocnione włóknem szklanym. Najnowsze konstrukcje kół zamachowych, w których epoksydowy wirnik wzmacniany jest obwodowo włóknem szklanym, mogą magazynować ok. 1S0 kJ/kg. Wirnik o masie 20 kg wykonany z takiego materiału magazynuje 3 MJ lub 800 kWh. Ołowiane koła zamachowe mogą bezpiecznie zmagazynować jedynie 3 kJ/kg, a żeliwne ok. 10 kJ/kg. Wszystkie one są nieporównywalne pod względem zmagazynowanej energii z benzyną, która zawiera orientacyjnie 20 000 kJ/kg.

116