1 飞轮简介
飞轮（flywheel）是指转动惯量很大的零部件，可用于消除能量波动，并使间歇运行的能量流更均匀。能量以动能的形式存储在飞轮中。内燃机飞轮是最为常见的飞轮应用，一个活塞式的四冲程发动机，除了做功行程，其它的三个进气、压缩和排气行程都要靠飞轮储存的能量来维持旋转。
2 飞轮中存储的动能
Ef = 1/2 I ω2
- Ef = 飞轮种存储的动能 (Nm, J)
- I = 飞轮的转动惯量 (kg m2)
- ω = 飞轮的角速度 (rad/s)
角速度的角度-弧度转换：
1 rad = 360° / 2 π =~ 57.29578°
1 rad/s = 9.55 转/min (rpm) = 0.159 转/s (rps)
- rpm=round per minute 即：转/分
- rps= round per second 即：转/秒
转动惯量I可以表示为:
I = k m r2
其中：
- k = 转动惯量系数–取决于飞轮的形状
- m = 飞轮质量 (kg)
- r = 飞轮半径 (m)
几种常见飞轮的惯性常数
- 轮辋像自行车轮胎一样装在轮辋上-k = 1
- 厚度均匀的扁平实心圆盘-k = 0.606
- 带中心孔的平盘-k =〜0.3
- 实心球-k = 2/5
- 薄边-k = 0.5
- 径向杆-k = 1/3
- 圆形刷子-k = 1/3
- 薄壁空心球-k = 2/3
- 细矩形杆-k = 1/2
3 算例示例-旋转自行车车轮中的能量
典型的26英寸自行车轮辋的直径为559mm，轮胎外径约为665mm（26.2英寸）。为了方便计算，将车轮的半径-r-近似为
r =（（665mm）+（559mm）/ 2）/ 2
= 306 mm
= 0.306 m
车轮的重量为2.3 kg，惯性常数为k = 1。
可以计算出车轮的惯性矩
I =（1）（2.3 kg）（0.306 m）2
= 0.22 kg m2
自行车的速度为25 km / h（6.94 m / s）。车轮圆周速度（rps即转/ s）-n rps- 可以计算为
n rps =（6.94 m / s）/（2π（0.665 m）/ 2）
= 3.32转/ s
车轮的角速度可以计算为
ω=（3.32转/s）（2π rad/转）
= 20.9 rad/ s
然后可以计算出旋转的自行车车轮的动能为
E f = 0.5（0.22 kg m 2）（20.9 rad / s）2
= 47.9 焦耳
