飞轮淬火处理

淬火是使钢强化的基本手段之一，将钢淬火成马氏体，随后回火以提高韧性，是使钢获得高综合机械性能的传统方法。

飞轮经过淬火之后，其刚度、强度都提高了，从而更加耐用，质量更高。飞轮淬火常用的设备如下：

机械压力机、往复活塞压缩机和内燃机等在工作过程中，驱动力和工艺阻力常发生周期性变化。就机械的某一工作周期而言,由于驱动力做功和阻力做功相等,机械可保持稳定运转，但在稳定运转过程中主轴上的等效驱动力矩和等效阻力矩一般不会时刻相等。当等效驱动力矩大于或小于等效阻力矩时就会出现“盈功”或“亏功”,动能增加或减少会使机械加速或减速运转,从而出现速度的周期性波动。机械稳定运转过程中的速度波动会影响机械的工艺质量。例如由柴油机驱动的交流发电机主轴的转速波动,会引起交流电压波形畸变;交流电机驱动的剪切机速度波动过大，会使电动机工况变坏。以ωmax、ωmin和ωm分别表示机械在稳定运转阶段主轴的最大、最小和平均角速度,可用速度不均匀系数δ=(ωmax-ωmin)/ωm作为衡量转速均匀性的指标。某些机械的许用速度不均匀系数见附表。

机械在每一个稳定运转周期内的动能变化是个定值。安装飞轮可以增大机械的惯性参量，从而使其蓄、放定值动能时减少速度波动，控制δ〈【δ】。在冲压、剪切等机械上安装飞轮，还可以减小动力机的容量。这类机械的工艺阻力很大，如果按照这样大的阻力来选用大容量的动力机很不经济。但这类机械工艺阻力虽大，而作用时间很短，所以装上飞轮便可以选用一台容量较小的动力机，使其在大部分没有工艺阻力的时间内向飞轮贮能，而在工艺阻力作用的短暂时间内由飞轮释放能量，帮助动力机克服阻力。

在紧急情况下或在制动器检验装置中短时快速耗能情况下，飞轮还可用作动力源。此外，还可利用飞轮驱动车辆。

从减轻机械重量出发，飞轮应安装在转速较高的轴上，飞轮的质量分布应远离旋转轴线，因此大轮缘的轮幅式飞轮应用较广，用结构钢焊接的辐板式飞轮也较多采用。对低速重载的柴油机则多用剖分装配式飞轮。在一些机械中适当加大皮带轮和齿轮的转动惯量，也能起飞轮的作用。设计飞轮时必须考虑飞轮转动时由于离心力引起的轮缘拉应力，通常用限制圆周速度的办法来控制轮缘中拉应力的大小。铸铁轮辐式飞轮的周速应小于25～35米／秒，铸钢飞轮周速应小于50米／秒，盘形铸钢飞轮周速不能大于80米／秒。飞轮的设计和应用问题，属于机械动力学的研究内容。在起动频繁的机械中如装有飞轮，则应使飞轮通过离合器与转动轴相连，以缩短起、停过程。

现在随着爱车一族的不断钻研扩展，发动机飞轮已演变出实用的好多类型，如双质量减震飞轮（主要用于柴油发动机），45#锻钢轻质量飞轮，铝合金T6飞轮，轻质量飞轮主要用于赛车和特殊爱好者使用，安装这种飞轮以后，发动机加速快，缺点是收油门后减速也快。

①一般由飞轮、齿圈、离合器定位销、轴承等组成，部分产品轴承用花键代替。

飞轮，是发动机装在曲轴后端的较大的圆盘状零件，它具有较大的转动惯量，具有以下功能：

①将发动机作功行程的部分能量储存起来，以克服其他行程的阻力，使曲轴均匀旋转。

②通过安装在飞轮上的离合器，把发动机和汽车传动系统连接起来。

③装有与起动机接合的齿圈，便于发动机起动。

一般使用铸铁：HT200HT250；球铁：QT450-10、QT600-3、QT500-7等，国外也有用45号钢制作的飞轮。

.驱动盘，也是飞轮的一种，材质用45号钢冲压成型，再压制齿圈。（如图1）

飞轮效应指为了使静止的飞轮转动起来，一开始你必须使很大的力气，一圈一圈反复地推，每转一圈都很费力，但是每一圈的努力都不会白费，飞轮会转动得越来越快。达到某一临界点后，飞轮的重力和冲力会成为推动力的一部分。这时，你无须再费更大的力气，飞轮依旧会快速转动，而且不停地转动。这就是“飞轮效应”！

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飞轮是安装在机器回转轴上的具有较大转动惯量的轮状蓄能器。当机器转速增高时，飞轮的动能增加，把能量贮蓄起来；当机器转速降低时，飞轮动能减少，把能量释放出来。飞轮可以用来减少机械运转过程的速度波动。

（1）飞轮盖工具

（2）飞轮固定扳手

（3）大号活动扳手或台钳（代替飞轮工具扳手）

（4）润滑脂或抗结剂（可选）[2]

（1）检查飞轮壳接近孔盖板、密封垫和堵塞的清洁度和缺陷。

（2）接近孔盖板装在飞轮壳正时孔上，零件号朝外。盖板上的孔与飞轮壳螺孔对准。用手把自攻螺钉拧入飞轮壳内直到拧紧，其中一个螺钉套上P型卡套，P型卡套方向定在2：00时针位置。自攻螺钉的拧紧力矩为（24±3）N·m。

（3）在o型密封圈上加少量15M40润滑油。把o型圈放入光的堵塞孔内。把堵塞用橡皮锤子打入光孔。

（4）电磁式转速表传感器的拧紧力矩为（45±4）N·m。

（5）飞轮壳螺栓拧紧力矩为（60±6）N·m。

（6）要检查飞轮壳的平面跳动量和内孔跳动量。在一圈内总读数不得超过0.20mm。如超过0.20mm，要调整和更换飞轮壳。

（7）飞轮拧紧力矩为（137±7）N·m。装飞轮螺栓时必须装上垫圈。螺栓拧紧时应交叉拧紧。

分两步拧紧：

第一步：（60±5）N·m；

第二步：（137±7）N·m。

飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池 的局限，用物理方法实现储能。众所周知，当飞轮以一定角速度 旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电 能的。高技术型的飞轮用于储存电能，就很像标准电池。飞轮电 池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的 驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池"充电"增 加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态 运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能（动能）到电 能的转换。当飞轮电池发出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电 池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高（高达200000r/min， 使用的轴承为非接触式磁轴承。据称，飞轮电池比能呈可达150W ·h/kg，比功率达5000-10000W/kg，使用寿命长达25年，可供电 动汽车行驶500万公里。美国飞轮系统公司已用最新研制的飞轮池 成功地把一辆克莱斯勒LHS轿车改成电动轿车，一次充电可行驶 600km，由到96km/h加速时间为6.5秒。

欧美国家已出现实用化产品，而我国在这方面的研究才刚刚起步。

何谓飞轮储能电池

飞轮储能电池系统包括三个核心部分：一个飞轮，电动机－发电机和电力电子变换装置。

电力电子变换装置从外部输入电能驱动电动机旋转，电动机带动飞轮旋转，飞轮储存动能（机械能），当外部负载需要能量时，用飞轮带动发电机旋转，将动能转化为电能，再通过电力电子变换装置变成负载所需要的各种频率、电压等级的电能，以满足不同的需求。由于输入、输出是彼此独立的，设计时常将电动机和发电机用一台电机来实现，输入输出变换器也合并成一个，这样就可以大大减少系统的大小和重量。同时由于在实际工作中，飞轮的转速可达40000~50000r/min，一般金属制成的飞轮无法承受这样高的转速，所以飞轮一般都采用碳纤维制成，既轻又强，进一步减少了整个系统的重量，同时，为了减少充放电过程中的能量损耗（主要是摩擦力损耗），电机和飞轮都使用磁轴承，使其悬浮，以减少机械摩擦；同时将飞轮和电机放置在真空容器中，以减少空气摩擦。这样飞轮电池的净效率（输入输出）达95%左右。

实际使用的飞轮装置中，主要包括以下部件：飞轮、轴、轴承、电机、真空容器和电力电子变换器。飞轮是整个电池装置的核心部件，它直接决定了整个装置的储能多少，它储存的能量由公式E=jw^2决定。式中j为飞轮的转动惯量，与飞轮的形状和重量有关； 为飞轮的旋转角速度。

电力电子变换器通常是由MOSFET 和IGBT组成的双向逆变器，它们的原理不再叙述，它们决定了飞轮装置能量输入输出量的大小。

飞轮电池与其它电池的比较

使用最多最广的储能电池无疑是化学电池，它将电能转变为化学能储存，再转化为电能输出，它价格低廉，技术成熟，但污染严重，效率低下，充电时间长，用电时间短，使用过程中电能不易控制。

另一储能电池是超导电池，它把电能转化为磁能储存在超导线圈的磁场中，由于超导状态下线圈没有电阻，所以能量损耗非常小，效率也高，对环境污染也小。但由于超导状态是线圈处于极低温度下才能实现，维持线圈处于超导状态所需要的低温需耗费大量能源，而且维持装置过大，不易小型化，所以家用市场前景不强。

飞轮电池则兼顾了两者的优点，虽然近阶段的价格较高，但伴随着技术的进步，必将有一个非常广阔的前景。下面通过表－1来具体比较三者的优缺点。

表－1 三种电池性能比较

技术 成熟 验证 验证

温度范围 限制 不限 不限

相对尺寸（同功率） 大 最小 中间

储能密度 小 大 大

放能深度 浅 深 深

价格 低 高 较高

环境影响 污染 无污染 无污染

飞轮电池的应用场合及现状

由于技术和材料价格的限制，飞轮电池的价格相对较高，在小型场合还无法体现其优势。但在下列一些需大型储能装置的场合，使用化学电池的价格也非常昂贵，飞轮电池已得到逐步应用。

1、太空 包括人造卫星、飞船、空间站，飞轮电池一次充电可以提供同重量化学电池两倍的功率，同负载的使用时间为化学电池的3~10倍。同时，因为它的转速是可测可控的，故可以随时查看电能的多少。美国太空总署已在空间站安装了48个飞轮电池，联合在一起可提供超过150KW的电能。据估计相比化学电池，可节约200万美元左右。

2、交通运输 包括火车和汽车，这种车辆采用内燃机和电机混合推动，飞轮电池充电快，放电完全，非常适合应用于混合能量推动的车辆中。车辆在正常行使时和刹车制动时，给飞轮电池充电，飞轮电池则在加速或爬坡时，给车辆提供动力，保证车辆运行在一种平稳、最优的状态下的转速，可减少燃料消耗，空气和噪声污染，发动机的维护，延长发动机的寿命。美国TEXAS大学已研制出一汽车用飞轮电池，电池在车辆需要时，可提供150KW的能量，能加速满载车辆到100Km/h。

3、不间断电源 飞轮电池可提供高可靠的稳定电源，可提供几秒到几分钟的电能，这段时间足已保证工厂进行电源切换。德国GmbH 公司制造了一种使用飞轮电池的UPS，在5s内可提供或吸收5MW的电能。

4、军用战斗车辆

作为一种新兴的储能方式，飞轮电池所拥有传统化学电池无法比拟的优点已被人们广泛认同，它非常符合未来储能技术的发展方向。飞轮电池除了上面介绍的应用领域以外，也正在向小型化、低廉化的方向发展。最可能出现的是手机电池。可以预见，伴随着技术和材料学的进步，飞轮电池将在未来的各行各业中发挥重要的作用。

双质量飞轮将原来的一个飞轮分成两个部分，一部分保留在原来发动机一侧的位置上，起到原来飞轮的作用，用于起动和传递发动机的转动扭矩，这一部分称为第一质量(初级质量)，另一部分则放置在传动系变速器一侧，用于提高变速器的转动惯量，这一部分称为第二质量(次级质量)。两部分飞轮之间有一个环型的油腔，在腔内装有弹簧减振器，由弹簧减振器将两部分飞轮连接为一个整体。

一个典型的双质量飞轮结构一般包括第一质量、第二质量、弹性元件(螺旋弹簧)等元件，如图2所示。