飞轮：转动惯量与导程的正比关系

飞轮主要作用是蓄能。绝大多数螺旋压力机的飞轮除了蓄能之外，还兼作传动链中的元件。如摩擦螺旋压力机的飞轮兼作摩擦机构的从动盘，直接传动电动螺旋压力机的飞轮兼作转子，机械减速电动螺旋压力机和机械减速液压螺旋压力机（包括液压马达式和双螺杆式）的飞轮兼作大齿轮。因此，螺旋压力机飞轮结构上应满足蓄能和传动两种功能。

每种规格的螺旋压力机公称动能是一定的。飞轮所蓄动能通常占95%以上。所以不同规格压力机的飞轮转动惯量与公称能量的关系为

式中 E——公称能量；

h——螺杆导程；

v——滑块最大速度。由式（4-5-8）可知，飞轮的转动惯量与导程呈正比关系，而与滑块速度呈反比关系。

飞轮的结构分整体飞轮和组合飞轮两种。组合飞轮即带摩擦超载保护装置的飞轮。它除了起保护作用之外，还使螺旋压力机获得较好的力能关系。

（一）整体飞轮

图4-5-13所示是整体飞轮结构。整体飞轮用于小型（3000kN以下）压力机。它的轨毂与螺杆的联接方式采用切向键。轮缘摩擦装置用石棉铜钢带5由拉板张紧（见放大图Ⅱ）。目前还大量采用牛皮和丁腈橡胶织物带做轮缘摩擦装置，这些材料韧性好，抗张能力强。其张紧方式如图4-5-14所示。

（二）组合飞轮

组合飞轮用于4000kN以上的螺旋压力机。图4-5-15是组合飞轮结构。组合飞轮在功能上分为两部分——内圈和外圈，外圈即打滑部分。为叙述方便，结构上可看成由三部分组成：内圈轮毂，外圈轮辐和轮缘以及夹持部分。后者包括弹簧组、拉杆和压环。夹持部分将内外两圈以一定的预紧力联接在一起。夹持面上衬有摩擦材料，形成两个摩擦副能传递一定的转矩。锻击时当压力达到或超过一定值（打滑力P_h）时，其转矩达到临界摩擦力矩，外圈相对内圈产生打滑，从而达到超载保护的目的。压力小于打滑力时不发生打滑，和整体飞轮一样起作用。

图4-5-13 J53—300型摩擦压力机整体飞轮结构

1—埋头螺钉 2—摩擦带 3—接板 4—拉板 5—钢带 6—飞轮 7—螺杆 8—切向键

图4-5-14 J53—63型摩擦压力机摩擦带张紧方式

1—摩擦带 2—飞轮 3—防松螺钉 4—张紧轴

为了达到满意的保护效果，两部分转动惯量的数值分配有一定的要求，其中内圈的转动惯量I_n与总转动惯量I之比ξ称为飞轮惯量比^[6]，即

ξ=I_n/I （4-5-9）

式中 I_n——内圈的转动惯量。包括与轮毂固定联接的螺杆、制动轮等的转动惯量和整个往复运动的移动惯量；

I——总转动惯量。包括飞轮、螺杆等及总质量的转化部分。

为了保证较理想的力能关系，由螺旋压力机结构设计经验可知，ξ值应在0.11～0.14之间。当压力机的刚度为极限冷击力F_L=3F_g时的刚度，才能保证打滑力F_h≈F_g，公称冷击力F_p=2F_g。

夹持装置每组弹簧的预紧力不得超过下式的规定值，否则不能获得合理的使用效果。

图4-5-15 J53—400型摩擦压力机组合飞轮

1—轮毂 2—轮缘和轮辐 3—夹持部分

式中 r、R——打滑装置摩擦材料的内、外半径；

μ——摩擦系数。橡胶石棉铜μ=0.3～0.4，粉末冶金μ=0.45，塑料固体摩阻材料μ=0.4，或按所用材料的性能表取值；(www.xing528.com)

n——弹簧组数；

F_h——打滑力。一般F_h=（1.0～1.2）F_g；

K₁——螺杆当量力臂。

其中，d_c为螺杆中径，α、ρ′分别为螺纹升角和当量摩擦角，μ₂、ρ₂分别为螺杆止推副的摩擦系数和当量摩擦半径。

图4-5-16和图4-5-17所示分别为哈森公司的FPRN/FPPN型和我国JB53-400型组合飞轮结构。有重要的改进地方是将夹持部分从内圈改在外圈，因而减小了内圈惯量，加大了外圈惯量。使惯量比ξ从0.25左右下降到0.12左右，满足了保护要求。

图4-5-16 FPRN/FPPN型摩擦压力机组合飞轮结构

1—外环 2—弹簧 3—摩擦材料 4—衬套 5—内环 6—轮缘摩擦装置

图4-5-17 JB53—400型摩擦压力机组合飞轮结构

1—轮毂 2—衬套 3—摩擦材料 4—螺栓 5—夹持部分 6—轮辐轮缘 7—摩擦装置

（三）飞轮与螺杆的联接形式

飞轮轮毂与螺杆的联接形式有两种：国内早期采用的切向键结构及国内外近期设计改用的锥面加平键结构。后者传递转矩主要靠锥面过盈，平键起辅助作用。锥面联接可以减小螺杆直径和应力集中，是较理想的联接形式。

（四）摩擦螺旋压力机的飞轮特点

飞轮轮缘上有摩擦装置。采用带式摩擦材料者张紧方式见前述；采用叠层牛皮者用压环压紧（见图4-5-18a）。牛皮叠层摩擦装置是将优质牛皮裁成弧形，一片片地叠合成圆环形，各片之间用耐温胶粘合（目前还没找到合适的耐温胶，用糯米糊粘合的效果较好）。然后，用压环压在飞轮轮缘上。这种结构以牛皮的横断面作摩擦工作面，装置的厚度可以做得大些，使用寿命长，缓冲性能好。但使用一段时间后容易松动。改进方法是增加一些小螺栓，穿过牛皮叠层连在压环与飞轮的凸缘上（见图4-5-18b），通过小螺栓传递一部分摩擦力。采用固体摩擦材料者，是将带燕尾的摩擦块嵌在压环与凸缘形成的燕尾槽中（见图4-5-18c）。

（五）液压螺旋压力机的飞轮特点

推缸式和副螺杆式的飞轮只起蓄能作用，所以轮缘上没有任何装置。机械减速式（液压马达式和齿条式）飞轮上要带齿冠。图4-5-19所示是哈森公司HSPRZ—630型飞轮。其齿冠高度等于小齿轮齿宽加滑块行程。因为该机飞轮作螺旋运动，齿冠采用左旋螺旋齿，旋向与螺旋副的旋向相反，这样传动效率较高。

图4-5-18 摩擦螺旋压力机飞轮的摩擦装置

1—飞轮 2—压环 3—迭层牛皮 4—摩擦块

（六）电动螺旋压力机的飞轮特点

电动直接传动的飞轮由两部分组成，一部分是电动机转子，另一部分是制动鼓，如图4-5-20所示。小型的是整体的如惠加顿（Weingarten）公司的PA型（图4-5-20a），大、中型的由两件组合而成如PS型。电动机械减速者——飞轮上有齿冠，如图4-5-20c所示的PZS-900型飞轮（惠加顿公司）。该机公称力为80MN，属于大型螺旋压力机，飞轮上有摩擦超载保护装置。

图4-5-19 HSPRZ—630型液压螺旋压力机飞轮结构

图4-5-20 电动螺旋压力机飞轮结构

a）、b）直接传动 c）机械减速传动