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1、8.5.3飞轮主要尺寸的确定飞轮的转动惯量确定后，就可以确定其各部分的尺寸了。需要注意的是， 在上述讨论飞轮转动惯量的求法时，假定飞轮安装在机械的等效构件上。实际 设计时，若希望将飞轮安装在其它构件上，则在确定其各部分尺寸时需要先将 计算所得的飞轮转动惯量折算到其安装的构件上。飞轮按构造大体可分为轮形 和盘形两种。轮形飞轮B图中，这种飞轮由轮毂、轮辐和轮缘三部分组成。由于与轮缘相比，其它 两部分的转动惯量很小，因此，一般可略去不计。这样简化后，实际的飞轮转 动惯量稍大于要求的转动惯量。若设飞轮外径为D,轮缘内径为D,轮缘质量为m则轮缘的转动惯量为(10.28)当轮缘厚度H不大时，可近似认为飞轮
2、质量集中于其平均直径 D的圆周上, 于是得(10.29)式中，mD2称为飞轮矩，其单位为kgm2。知道了飞轮的转动惯量，就可以 求得其飞轮矩。当根据飞轮在机械中的安装空间，选择了轮缘的平均直径D后,即可用上式计算出飞轮的质量 m。若设飞轮宽度为b (m，轮缘厚度为H(m ,平均直径为D(m，材料密度 为 p (kg in)，贝U朋=；口 (研坊E p = n p BHD(10.30)在选定了 D并由式(10.28)计算出m后，便可根据飞轮的材料和选定的比值 H/B 由式(10.30)求出飞轮的剖面尺寸H和B,对于较小的飞轮，通常取 FTB2,对于较大的飞轮，通常取HTB&1.5。由式(10.2
3、9)可知，当飞轮转动惯量一定时，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，占据空间大。同时轮缘的圆周速度 增加，会使飞轮有受过大离心力作用而破裂的危险。因此，在确定飞轮尺寸时应核验飞轮的最大圆周速度，使其小于安全极限值。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，如图所示设m，D和B分别为其质量、外径及宽度，则整个飞轮的转动惯量为(10.31)当根据安装空间选定飞轮直径 D后，即可由该式计算出飞轮质量 m。又因 叨二心即冃，故根据所选飞轮材料，即可求出飞轮的宽度 b为(10.32)【典型例题】返回(Io)b例5在一台用电动机 作原动机的剪床机械系 统中，
4、电动机的转速为 nm=1500 r/min。已知折 算得电机轴上的等效阻 力矩Mr的曲线如图 （a ）所示，电动机的 驱动力矩为常数；机械系 统本身各构件的转动惯 量均忽略不计。当要求该 系统的速度不均匀系数 为讯0.05时，求安装在 电机轴上的飞轮所需的 转动惯量JF。解取电动机轴为等效构件（1）求等效驱动力矩 Md图中只给出了等效力矩 M r的变化曲线，并知道电动机的驱动力矩为常数， 但不知其具体数值。根据一个周期内等效驱动力矩 Md所做功等于等效阻力矩 Md所消耗功的原则可得求最大盈亏功W在图中画出等效驱动力矩Md =462.5 N ?m的直线，它与 Mr曲线之间所夹的各单元面积所对应的
5、盈功或亏功分别为=(462.5-200)x = 412.31600-462 5|1600- 200+(4625-200) X n =844 J=-1256.3 J=-x (462.5- 200) x 1f2或f计f2。2I根据上述结果绘出能量指示图（b），可见，最大盈亏功即为W=1256.3 J(2) 求飞轮的转动惯量(3) 将W代入飞轮转动惯量计算式，可得r 4 IStfxOitS-1005kg m由此例可知，不论已知 Md的规律或Mr的规律，总可以运用在一个周期内 等效驱动力矩所做的功应等于等效阻力矩所消耗的功(输入功等于输出功)的原 则，求出未知的一个常数力矩，然后 求出最大盈亏功 W 。旋转物体的转动惯量 J 与飞轮矩 GD2 都是表是质量元素及其相对于转轴的关系，两者概 念相似， 但表达的内容不同， 在平时的计算和交流中常常容易混淆。 下面通过公式就能很清 楚的看出两者的区别。转动惯量=M Xp 2，其单位是 kgm2飞轮力矩=G X D2, 其单位是 Nm2其中， G 代表旋转物体的质量；P表示基于转轴的旋转半径；D 表示基于转轴的旋转，直径 D=2p。因此 GD2=4g X J在电机起动计算中， 转动惯量直接影响起动时间的计算， 一旦出错， 会使计算结果相去 甚远，甚至是作出相反的结论。对此，我们在工程计算时一定要保持高度的敏感性。
