集成圆柱弹簧弹性势能与转动动能的蓄能方法 - Journal of.PDF

第３６卷第１期 东 北 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１ ２０１５年 １月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ） Ｊａｎ．２０１５ 　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－３０２６．２０１５．０１．０２３ 集成圆柱弹簧弹性势能与转动动能的蓄能方法 孔祥伟，霍晓佩，刘公雨，马明旭 （东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳　１１０８１９） 摘　　　要：利用圆柱螺旋弹簧作为蓄能主元件，提出了一种使压缩后的弹簧发生转动，实现弹簧弹性势能 与其转动动能集成蓄能的方法，并初步构想了集成蓄能器模型．对各类常见弹簧材料的能量密度比进行对比 计算，选取蓄能效果最优的材料并以其为基础，对一定参数范围内弹簧的转动动能和弹性势能的大小进行了匹 配分析．对集成方法的蓄能值与对照参数飞轮的蓄能值进行了对比，表明提出的这种集成蓄能方法切实可行． 关　键　词：圆柱螺旋弹簧；弹性势能；转动动能；集成蓄能方法；能量密度比 中图分类号：ＴＨ１３５　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１００５－３０２６（２０１５）０１－０１０４－０５ ＥｎｅｒｇｙＳｔｏｒａｇｅＭｅｔｈｏｄｂｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｎｇＥｌａｓｔｉｃＰｏｔｅｎｔｉａｌＥｎｅｒｇｙ ａｎｄＲｏｔａｔｉｏｎａｌＫｉｎｅｔｉｃＥｎｅｒｇｙｏｆＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＳｐｒｉｎｇ ＫＯＮＧＸｉａｎｇｗｅｉ，ＨＵＯＸｉａｏｐｅｉ，ＬＩＵＧｏｎｇｙｕ，ＭＡＭｉｎｇｘｕ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８１９，Ｃｈｉｎａ． Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ：ＭＡＭｉｎｇｘｕ，Ｅｍａｉｌ：ｍｘｍａ＠ｍａｉｌ．ｎｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｕｔｉｌｉｚｉｎｇｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｈｅｌｉｃａｌｓｐｒｉｎｇｓｗｈｉｃｈｗｅｒｅｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｔｈｅｎｒｏｔａｔｅｄ，ａｎｅｗｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅｌａｓｔｉｃｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙａｎｄｒｏｔａｔｉｏｎａｌｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙｗａｓｍｅｎｔｉｏｎｅｄａｎｄ ｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗａｓｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙｂｕｉｌｔ．Ｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｒａｔｉｏｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｃｏｍｍｏｎｓｐｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｅｒｅｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｌｙｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｏｇｅｔｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｍａｔｅｒｉａｌｉｎｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｋｉｎｅｔｉｃ ｅｎｅｒｇｙａｎｄｅｌａｓｔｉｃｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙｏｆｓｐｒｉｎｇｓａｔａｒａｎｇｅｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｃｏｎｔｒａｓｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｏｒｅｄｅｎｅｒｇｙｖａｌｕｅｓｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｆｌｙｗｈｅｅｌｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｍｅｔｈｏｄｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｈｅｌｉｃａｌｓｐｒｉｎｇ；ｅｌａｓｔｉｃｐｏｔｅｎｔｉａｌｅｎｅｒｇｙ；ｒｏｔａｔｉｏｎａｌｋｉｎｅｔｉｃｅｎｅｒｇｙ； ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｍｅｔｈｏｄ；ｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙｒａｔｉｏ 　　当前，能源危机和环境污染问题已日趋严峻， 将弹簧势能与飞轮动能两种蓄能方式集成以提高 探索能量的高效存储和利用是有效缓解能源危机 蓄能器能量密度比的新方法．这种方法是利用圆 的重要途径，其中多种蓄能方式的集成应用是一 柱螺旋弹簧作为蓄能主元件，在弹簧储存弹性势 个主要研究方向．现有的蓄能方式主要有化学式 能的基础上，使之发生转动进而存储转动动能．集