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

E_f = 1/2 I ω²

• E_f = 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