飞轮主要尺寸的确定方法及重要性分析

飞轮的转动惯量确定后，就可以确定它的直径、宽度、轮缘厚度等尺寸。飞轮按其形状分为轮形飞轮和盘形飞轮两种。

（1）轮形飞轮　中小直径飞轮采用辐板式结构，大直径的飞轮常采用轮辐式结构，如图13－8所示。飞轮一般由轮毂、轮辐（辐板）和轮缘三部分组成。由于与轮缘相比，其他两部分的转动惯量很小，因此可略去不计。假设飞轮外径为D1，轮缘内径为D2，轮缘质量为m，则轮缘的转动惯量为

图13－8　轮形飞轮

当轮缘厚度H不大时，可近似认为飞轮质量集中于其平均直径Dm上，于是

式中，称为飞轮矩，单位为kg·m2。

知道了飞轮的转动惯量，就可以求得其飞轮矩。根据飞轮在机械系统中的安装空间来选择轮缘的平均直径D，再用下式可计算出飞轮的质量m。若设飞轮宽度为B（m），轮缘厚度为H（m），平均直径为Dm（m），材料密度为ρ（kg·m3），则

在选定了Dm并由式（13－11）计算出m后，便可根据飞轮的材料和选定的比值H/B再由式（13－12）求出飞轮的剖面尺寸H和B。对于较小的飞轮，通常取H/B＝2；对于较大的飞轮，通常取 H/B＝1.5。(www.xing528.com)

由式（13－12）可知，当飞轮的转动惯量一定时，若选择的飞轮直径愈大，则质量愈小。但直径太大，会增加制造和运输困难，且占据空间大。同时轮缘的圆周速度增加，会使飞轮受过大离心力的作用而产生破裂的危险。因此，在确定飞轮尺寸时，应校核飞轮的最大圆周速度，使其小于安全极限值。

（2）盘形飞轮　当飞轮的转动惯量不大时，可采用形状简单的盘形飞轮，如图13－9所示。设m、D和B分别为其质量、外径及宽度，由理论力学可知，则整个飞轮的转动惯量为

图13－9　盘形飞轮

根据安装空间选定飞轮直径D后，可由上式计算出飞轮质量m。故根据所选飞轮材料，即可求出飞轮的宽度B即

飞轮的转速越高，其轮缘材质产生的离心力也越大，一旦超过材料的强度极限，轮缘便会破裂。为了安全起见，在选择平均直径和外圆直径时，应对飞轮外圆的圆周速度加以限制。对于铸铁飞轮vmax＜36m/s，铸钢飞轮vmax＜50m/s。应当指出，飞轮不一定是外加的专门构件。实际机械中往往用增大带轮（或齿轮）的尺寸和质量的方法，使它们兼起飞轮的作用。这种带轮（或齿轮）也就是机器中的飞轮。应当指出，本章所介绍的飞轮设计方法，没有考虑除飞轮外其他构件动能的变化，因而是近似的。机械运转速度的不均匀系数δ容许一个变化范围，所以这种近似设计可以满足一般使用要求。