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飞轮的作用及其优化设计

【摘要】:飞轮是一种惯性转矩较大的蓄能器,为了使发动机的转矩均匀变化而配备使用。图10-15 单气缸发动机的转矩变化和飞轮的作用设定平均角速度为ωm,转速变化率为δ,可以表示为飞轮储存或释放能量,转速变化与能量变化之间存在守恒关系。在式中,E为每一循环飞轮的运动能量;ΔE为运动能量的变化量。

飞轮是一种惯性转矩较大的蓄能器,为了使发动机的转矩均匀变化而配备使用。这是临时储存做功过程中的能量,并在其他3个过程中消耗其储存的能量,以稳定发动机转速的装置。

气缸发动机的转矩(旋转力)变化如图10-15所示。转矩仅在做功过程中为正(+),其他过程中其变化为±0。图中显示了发动机的转矩曲线、飞轮的角速度曲线和平均转矩曲线。对图中曲线详细观察可以看出,与发动机转速相同转速旋转的飞轮,在发动机转矩大于平均转矩时加速,小于平均转矩时减速。发动机的转速变化,在最大角速度ωmax与最小角速度ωmin之差小时变小,大时变大。即飞轮的惯性转矩越大,转速变化越小。

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图10-15 单气缸发动机的转矩变化和飞轮的作用

设定平均角速度为ωm(rad/S),转速变化率(转速变化系数)为δ,可以表示为

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飞轮储存或释放能量,转速变化与能量变化之间存在守恒关系。飞轮的运动能量E可以定义为E=2/2,飞轮的运动能量变化ΔE的计算式为

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式中,I(kg·m2)为飞轮的惯性转矩;ω(rad/S)为飞轮的角速度。如果考虑式(10.54)和式(10.55),则式(10.56)变为

ΔE=δIω2m (10.57)

可以如下定义飞轮的运动能量变化率ξ:

表10-2 汽油机飞轮的运动能量变化率

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注:括弧内数据表示邻近曲轴臂之间的角度。

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飞轮的运动能量变化率ξ应为表10-2中显示的值。在式(10.57)中,E(kJ)为每一循环飞轮的运动能量;ΔE(kJ)为运动能量的变化量。

每一循环飞轮的运动能量E,如果发动机的轴功率978-7-111-51380-3-Chapter10-75.jpg(kW),转速为ne(r/min),可以用下式计算。

四冲程发动机: 978-7-111-51380-3-Chapter10-76.jpg

二冲程发动机978-7-111-51380-3-Chapter10-77.jpg