235KW发动机飞轮设计（CAD图纸全套完整）

.下面介绍与的图解方法。

取坐标系如图，的变化区间为。

图由于可任取值．令以简化作图。

根据已知的等效力矩，可以按照下式求出并作出曲线图。

假定在区间内，恒等于，作出曲线图。

显然，曲线不同于真实的动能曲线，它们只重合于点，即处，而在其他瞬间位置，的值均大于的对应值。

将与相减，得差值曲线图。

曲线不是飞轮的真实动能曲线。

飞轮的真实动能曲线的最大值等于的极大值，设此位置为，而在其他瞬间位置，的值均小于的对应值。

可以根据的最大值求得的最大值，见图上的线段。

重新假设在区间内。

作出曲线图。

曲线也不同于真实的动能曲线，它们只在时重合，而在其他瞬间位置，的值均小于的对应值。

由曲线减去，得差值曲线。

曲线也不是飞轮的真实动能曲线。

当时，飞轮的真实动能曲线的最小值等于的极小值，而且对应同角。

可以根据的最小值求得的最小值，见图上的线段。

飞轮动能在个循环内的最大差值相当于图上的线段与之和。

因为，所以飞轮的转动惯量为或.柴油机曲轴的旋转不均匀度柴油机曲轴的旋转角速度与其瞬时的输出转矩之间的关系式中阻力矩。

假定阻力矩不随时间变化，并在稳定工况下，柴油机机器配套装置的运动质量换算到曲轴中心线上的转动惯量总和曲轴旋转的瞬时加速度。

从图曲线看出当期间，增加剩余功被柴油机旋转部分所吸收当期间，减小，曲轴依靠柴油机旋转部分贮蓄的动能继续转动当时，不变。

图柴油机的的变化规律之间的关系曲线曲线因此，在变化的个周期内，把曲轴旋转角速度最大的变化幅度对其平均角速度之比值，用来标志柴油机曲轴旋转的稳定程度，叫做柴油机曲轴的旋转不均匀度。

式中的求法式中柴油机最大剩余功。

柴油机及其配套装置的转动惯量。

表柴油机的动力装置对其曲轴的旋转不均匀度的要求柴油机的动力装置的范围柴油机的动力装置的范围三相并联交流发电机船用主机带动交流发电机船用主机带动直流发动机船用辅机带动直流发电机主机直接传动螺旋桨的船舶电力传动的船舶或内燃机车带有发电机的拖拉机高级汽车般用途的汽车拖拉机泵压缩机传动轴等机械传动的运输式装置般用途动力装置飞轮转动惯量的大小关键在于的选择。

对于带发电机的内燃机来说，要求以保证发电质量。

对于带动车辆的运输式发动机，由于使用因素非常复杂，的选择非常分散。

在常用工况下，车用发动机的运转不均匀系数达到就可以了。

对于可能在大阻力下起步或有其他短期超负荷的汽车，尤其是拖拉机来说，飞轮积聚的动能有助于起步和克服短期超负荷，所以飞轮转动惯量大些有好处。

特别对于高速内燃机，例如小轿车发动机，低速空转时的稳定性十分重要，因此小轿车发动机的飞轮转动惯量大些，值也就小些，在高速运转时会远小于。

有些车用汽油机在标定工况下到甚至。

对于含有发电功能的工程机械和拖拉机柴油机来说，确定值要从发电的要求来选择。

综上，因为本款柴油机为直列六缸，配置于般牵引车上，所以取.。

.飞轮转动惯量计算飞转的作用发动机的输出转出大于阻力矩时，吸收多余的功，使转速增加较少。

发动机的输出转矩小于阻力矩时，释放储存的能量，使转速减少较小。

总之，飞轮的作用就是调节曲轴转速变化，稳定转速。

通常用发动机转矩不均匀系数和运转不均匀系数评价发动机运转的稳定性发动机转矩不均匀系数发动机运转不均匀系数曲轴角速度变化率为式中，为曲轴系统的总转动惯量。

所以可以明显地看出，要想提高发动机运转的稳定性，降低曲轴角速度波动的措施有增加气缸数，点火均匀，使由于气缸间歇性工作带来的冲击减少。

增加发动机转动惯量，使角速度波动率减小。

最有效的方法就是安装飞轮。

飞轮转动惯量的确定在与和对应的转角和范围内，对式积分得式中，为从曲轴角速度到对应的曲轴转角之间，发动机转矩曲线与阻力矩曲线之间所包围的面积图，称为盈亏功•为发动机运转不均匀系数，或称变速率为平均角速度。

如果式中，为循环的有效功，则可根据算出盈亏功为盈亏功系数，主要与气缸数有关为有效功率为转速。

图发动机转矩与曲轴角速度的变化情况表四冲程柴油机的统计数据气缸数的范围注对于单缸柴油机，般。

对于曲轴夹角为的双杠四冲程柴油机，。

对于曲轴夹角为的双缸柴油机，二冲程的四冲程的。

由表，取.。

发动机的总转动惯量中，飞轮占大部分。

令飞轮的转动惯量，为飞轮的转动惯量占发动机总惯量的比例，般，般多缸发动机取较小的数值，故本设计取。

再引用前面的结果，则飞轮的转动惯量为因为，得.本章小结飞轮设计的核心问题是计算飞轮的转动惯量，在由内燃机驱动的机械系统中，驱动力是活塞位置的函数，本章主要介绍了力是机构位置的函数的飞轮转动惯量计算方法，即切向力法和能量法，并对本设计的飞轮进行了惯量计算。

第章飞轮结构设计.飞轮结构简介图为几种柴油机的飞轮结构。

柴油机的飞轮多数设计成轮缘形，这可使转动惯量相同的情况下飞轮重量较轻。

飞轮由轮缘轮盘和轮毂三部分组成图。

轮缘和轮盘的型式主要取决于功率输出装置和柴油机起动方式。

例如采用锥形摩擦离合器时，轮缘内表面设计成锥面在运输用柴油机采用圆盘摩擦离合器时，利用轮盘平面来传递扭矩在固定用或船用柴油机中有时将传动轴直接固定于飞轮端。

图几种柴油机的飞轮结构柴油机采用电动机或汽油机起动时，飞轮轮缘上需安装飞轮齿圈。

这时飞轮外径尺寸的选择应与起动机的布置结合考虑。

飞轮与齿圈的连接可采用热静配合或螺栓连接。

由于柴油机起动和调节的需要，飞轮上可刻有各种定时记号。

因此飞轮与曲轴的相对位置不能任意改变，需根据安装记号进行安装。

大型柴油机飞轮比较陈旧的设计为部分型，用螺栓连接起来。

在小型风冷柴油机上也有将飞枪轮辐做成叶片形的，这时飞轮兼做冷却风扇。

飞轮抢毂的构造取决于飞轮与曲轴的连接方式，有法兰涟接，键连接与花键连接。

由于影响飞轮重量的因素十分复杂．而飞轮的重量往往占发动机总重量中相当大的部分四缸机，左右六缸机，范围，所以实际上飞轮的尺寸多根据经验选择，要考虑到布置空间起动机啮合和离地间隙等因素，然后根据发动机台架试验道路试验来进行修正。

.飞轮材料选取首先根据柴油机结构的总体布置以及传动装置和飞轮齿圈的尺寸初步确定飞轮尺寸见图。

图飞轮示意图式中飞轮轮缘平均直径飞轮轮缘外径飞轮轮缘内径通常飞轮外径，轮缘厚度。

还应满足飞轮圆周速度小于或等于飞轮许用圆周速度的要求，因而飞轮外径，应满足下式式中飞轮许用圆周速度。

飞轮许用圆周速度铸铁飞轮，铸钢飞轮，型钢飞轮较大值用于小型高速柴油机，较小值用于大型柴油机。

初取飞轮外径为，则式中故表几种飞轮的材料及比强度材料密度抗拉强度比强度铸铁铸钢中碳合金结构钢铝合金钛合金马氏体实效钢玻璃纤维增强塑料高强度碳纤维环氧复合材料所以选取铸钢为本设计的材料。

.飞轮尺寸确定飞轮基本结构形式本标准规定两种飞轮型式平板型，见图盆型，见图表飞轮规格与尺寸平板型盆型螺孔数螺栓平板型盆型图方案平板型飞轮．根据飞轮的转动惯量飞轮的惯性矩，得式中得．轮缘截面面积式中飞轮轮缘质量飞轮轮缘中经飞轮材料的密度已知，得．飞轮总质量计算式中辐板质量飞轮轮缘质量辐板厚度轮缘内经飞轮轴径飞轮材料的密度式中，得．飞轮强度校核对于幅板式飞轮可按等厚度旋转圆盘计算。

主要校核拉伸应力径向应力和切向应力。

高速旋转圆环拉伸应力的计算公式为式中飞轮材料的密度飞轮轮缘线速度已知，得铸钢的抗拉强度为，则安全系数安全。

旋转圆盘在旋旋转中心线为距离的截面所受的径向拉应力为式中飞轮材料的密度最大角速度泊松比飞轮轮缘外径飞轮轴径取导数得，故式中得推荐值，故安全。

最大切应力发生在圆盘内孔表面，其值可按下列计算式中得推荐值，故安全。

方案二盆型飞轮．根据飞轮的转动惯量飞轮的惯性矩，得式中得．轮缘截面面积式中飞轮轮缘质量飞轮轮缘中经飞轮材料的密度已知，得．飞轮总质量计算式中辐板质量飞轮轮缘质量辐板厚度轮缘内经飞轮轴径飞轮材料的密度式中，得．飞轮强度校核对于幅板式飞轮可按等厚度旋转圆盘计算。

主要校核拉伸应力径向应力和切向应力。

高速旋转圆环拉伸应力的计算公式为式中飞轮材料的密度飞轮轮缘线速度已知，得铸钢的抗拉强度为，则安全系数安全。

旋转圆盘在旋旋转中心线为距离的截面所受的径向拉应力为式中飞轮材料的密度最大角速度泊松比飞轮轮缘外径飞轮轴径取导数得，故式中得推荐值，故安全。

最大切应力发生在圆盘内孔表面，其值可按下列计算式中得推荐值，故安全。

方案与方案二对比飞轮总质量飞轮总厚度拉伸应力最大径向拉应力最大切应力飞轮在匹配离合器时，方案可匹配单片式摩擦离合器，结构简单方案二则必须匹配双片式摩擦离合器，结构复杂。

综上，方案优于方案二。

.本章小结本章主要对柴油发动机飞轮的结构进行了简单介绍，并分两种方案对飞轮进行了结构设计对比，对比得在同样外径提供同样的转动惯量的基础上，平板型飞轮方案优于盆型飞轮。

第章匹配离合器设计.离合器功用及设计要求离合器的功用离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步保证传动系换档时工作平稳限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。

为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等，即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。

对摩擦离合器的基本性能要求为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足如下基本要求.在任何行驶条件下，即能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传东西过载。

.结合时要完全平顺柔和保证汽车起步时没有抖动和冲击。

.分离时要迅速彻底。

.从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。

.应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果以保证工作温度不至于过高，延长其使用寿命。

.应能避免和衰减传动系的扭转振