飞轮设计

在机器设计基本完成后进行飞轮设计，其任务是根据机器的功、能变化情况(用最大盈亏功A_d或动能增量Δ E表示)、机器所要求的速度不均匀系数δ和飞轮所在轴的转速n_f ，求出飞轮的转动惯量J_f，从而定出飞轮的尺寸

(1)飞轮的设计步骤

已知条件：①转化到转化构件上的驱动力矩曲线：M_dgc(φ)—— 内燃机、蒸汽机等；

M_dgc(ω)—— 电动机、涡轮机等；

②转化到转化构件上的阻抗力矩曲线：M_dgz(φ)—— 曲柄滑块机构型的泵、压缩机、锻压机械、剪切机、金属切削机床等；

M_dgz(ω)—— 鼓风机、离心泵等；

M_dgz(t)—— 轧钢机等

③转化到转化构件上的转动惯量J₀

④机器所要求的速度不均匀系数δ_p，由机器的工作要求参考表各种机器允许的速度不均匀系数δ_p确定

⑤机器中安装飞轮的轴的转速n_f ：由机器的整体布置及运动学计算确定，但不宜装在低速轴上

所需飞轮转动惯量J_f的求解，可借助于机械系统的动力学分析，即用迭代法令J_dn＝ J₀+J_f代入表机器的运动方程中的公式(2)或(1)，求出ω_max、ω_min，δ＝(ω_max-ω_min)/ω_m，验算是否满足δ＜δ_p，如不满足则变更J_f(J₀是固定值)，再进行计算，直至δ＜δ_p，这时的J_f值便是所需的飞轮转动惯量。这种方法精度高、通用性强。在计算机技术发达的今天，这种方法已被广泛应用

飞轮转动惯量的求解也可根据转化到转化构件上的驱动力矩M_dgc和阻抗力矩M_dgz，先求出机器在稳定运动阶段最高功能E_max与最低动能E_min区间的最大盈亏功A_d，即该区间的驱动功与阻抗功之差。再按J_f＝(A_d/δ)-J₀或J_f＝(91.19A_d/δ)-J₀算出飞轮所需的转动惯量J_f。并按飞轮的材质、工艺方法所允许圆周速度υ_p定出飞轮的计算直径D。最后按J_f参考表飞轮尺寸的确定确定飞轮的结构和各部分尺寸

对于交流异步电动机拖动的轧钢机其等能转动惯量J_dn是常数，等功力矩(如下图所示)为常数，电动机的机械特性按线性变化，即M_dgc ＝M₀-cω，J_f可按(式1)和(式2)计算：

式中  J_fg、j_fk—— 分别为工作行程和空程时所需的飞轮转动惯量，力矩取N·m时，J_f取kg·m²，恒取J_fg为飞轮的转动惯量，当J_fg＞J_fk时，ω_min将有所降低；

t_g、t_k—— 工作行程与空程的时间，s；

M_dgzg、M_dgzk—— 工作行程与空程时的阻抗力矩；

ω₀—— 电动机的同步角速度

(2)飞轮尺寸的确定(见表飞轮尺寸的确定)