Bánh đà là gì?
Bánh đà (tiếng Anh là Flywheel) là một thiết bị cơ học sử dụng bảo toàn momen động lượng để tích năng lượng quay; một dạng động năng tỉ lệ với tích của momen quán tính và bình phương tốc độ quay của nó. Cụ thể, giả sử mômen quán tính của bánh đà là không đổi (tức là bánh đà có khối lượng cố định và quay quanh một trục cố định nào đó) thì năng lượng tích trữ (quay) tỷ lệ với bình phương tốc độ quay của nó.
Giống như các loại bộ tích lũy khác, bánh đà vốn có khả năng làm trơn mượt các độ lệch đủ nhỏ trong công suất phát của hệ thống, do đó đóng vai trò của bộ lọc ở vùng thấp một cách hiệu quả đối với vận tốc cơ học của hệ thống.
Chính xác hơn, năng lượng dự trữ của bánh đà sẽ tạo ra sự gia tăng công suất đầu ra khi công suất đầu vào giảm và ngược lại sẽ hấp thụ bất kỳ đầu vào năng lượng dư thừa nào (năng lượng do hệ thống tạo ra) dưới dạng năng lượng quay.
Các ứng dụng phổ biến của bánh đà bao gồm:
- Làm mịn công suất phát của nguồn năng lượng. Cung cấp năng lượng liên tục khi các nguồn năng lượng không liên tục. Ví dụ, bánh đà được sử dụng trong động cơ pittông vì mômen hoạt động từ các pittông riêng lẻ là không liên tục.
- Hệ thống lưu trữ năng lượng
- Cung cấp năng lượng ở mức vượt quá khả năng của một nguồn năng lượng. Điều này đạt được bằng cách thu năng lượng trong một bánh đà theo thời gian và sau đó giải phóng nó một cách nhanh chóng, với tốc độ vượt quá khả năng của nguồn năng lượng.
- Điều khiển định hướng của hệ thống cơ học, con quay hồi chuyển và bánh xe phản ứng
Các loại bánh đà
Bánh đà đĩa đặc
Đây là loại bánh đà phổ biến trên động cơ ô tô. Bánh đà đĩa đặc là một bánh đà hình tròn, tiết diện liên tục.
Bánh đà dạng vành khăn
Bánh đà này dạng vành khăn, với các nan hoa. Trọng lượng tập trung chủ yếu ở vành ngoài của bánh đà.
Bánh đà tốc độ cao
Bánh đà tốc độ cao có tốc độ quay từ 30.000 vòng/phút đến 80.000 vòng/phút. Một số bánh đà có thể được thiết lập lên đến 100.000 vòng/phút. Bánh đà tốc độ cao có vòng bi từ tính, trục của nó nằm nằm trên lớp đệm từ tính để có thể quay được tốc độ cao. Bánh đà tốc độ cao được ứng dụng trong các hệ thống phục hồi động nặng.
Bánh đà tốc độ chậm
Bánh đà tốc độ thấp có tốc độ dưới 10.000 vòng/phút. Chúng nặng và cồng kềnh hơn bánh đà tốc độ cao.
Tại sao động cơ đốt trong cần có bánh đà
Ngày nay tất cả các động cơ ô tô – và trong hầu hết thế kỷ trước – đều có thiết kế bốn kỳ (4 thì), với mỗi “hành trình” quay 180 độ hoặc một nửa trục khuỷu. Trong số bốn hành trình đó (nạp, nén, nổ (sinh công) và xả), chỉ có một – hành trình nổ (sinh công) là tác động làm cho trục khuỷu quay.
- Ở hành trình nén, pít-tông đi lên nén hỗn hợp không khí-nhiên liệu, điều này tạo thêm tải hoặc lực cản quay cho trục khuỷu, trong khi trục khuỷu di chuyển qua các hành trình xả và nạp. Do đó, nếu không có bánh đà để làm phẳng mọi thứ, trục khuỷu sẽ chậm lại trong hành trình nén; sau đó tăng tốc nhanh chóng trong hành trình nổ, di chuyển thông qua các hành trình xả và nạp; sau đó lặp lại quy trình chậm, nhanh như vậy. Điều này sẽ dẫn đến công suất đầu không đồng đều và độ rung khá lớn.
Do vậy, bánh đà là một thành phần vô cùng quan trọng của động cơ đốt trong, nó tích lũy năng lượng ở hành trình nổ (công suất), và giải phóng làm mượt, mịn tốc độ ở các hành trình khác.
- Ngoài công dụng ở trên, bánh đà còn một công dụng quan trọng khác, chính là khởi động. Bánh đà có một vành răng bên ngoài, để ăn khớp với bánh răng của máy khởi động. Khi khởi động động cơ, bánh răng máy khởi động ăn khớp với vành răng bánh đà, làm quay bánh đà, đạt đến một tốc độ nhất định làm cho động cơ hoạt động.
- Bánh đà trong hộp số sàn còn có vai trò là bề mặt ma sát của ly hợp, nó là một thành phần không thể tách rời của hệ thống truyền lực số sàn.
