飞轮的转动惯量确定后，就可以确定其各部分的尺寸了。需要注意的是， 在上述讨论飞轮转动惯量的求法时，假定飞轮安装在机械的等效构件上。实际
设计时，若希望将飞轮安装在其它构件上，则在确定其各部分尺寸时需要先将
计算所得的飞轮转动惯量折算到其安装的构件上。飞轮按构造大体可分为轮形
和盘形两种。
●轮形飞轮
甲基丙烯酸缩水甘油酯
图中，这种飞轮由轮毂、轮辐和轮缘三部分组成。由于与轮缘相比，其它
两部分的转动惯量很小，因此，一般可略去不计。这样简化后，实际的飞轮转
动惯量稍大于要求的转动惯量。若设飞轮外径为D1，轮缘内径为D2，轮缘质量
为m，则轮缘的转动惯量为
(10.28)
当轮缘厚度H 不大时，可近似认为飞轮质量集中于其平均直径D 的圆周上，
于是得
(10.29)
式中， m D2称为飞轮矩 ，其单位为kg·m2。知道了飞轮的转动惯量 ，就可以
求得其飞轮矩。当根据飞轮在机械中的安装空间，选择了轮缘的平均直径D后，
即可用上式计算出飞轮的质量 m。
华硕u36若设飞轮宽度为B （m），轮缘厚度为H（m），平均直径为D（m），材料密度
为ρ（kg·m3)，则
(10.30)
在选定了D并由式(10.28)计算出m后，便可根据飞轮的材料和选定的比值H/B
由式（10.30）求出飞轮的剖面尺寸H和B，对于较小的飞轮，通常取H/B≈2，
对于较大的飞轮，通常取H/B≈1.5。
由式(10.29)可知，当飞轮转动惯量一定时，选择的飞轮直径愈大，则质量
愈小。但直径太大，会增加制造和运输困难，占据空间大。同时轮缘的圆周速度
增加，会使飞轮有受过大离心力作用而破裂的危险。因此，在确定飞轮尺寸时应
核验飞轮的最大圆周速度，使其小于安全极限值。
●盘形飞轮
当飞轮的转动惯量不大时，可采用形状简单的盘形飞轮，如图所示。
设m ，D和B分别为其质量、外径及宽度，则整个飞轮的转动惯量为
(10.31)
当根据安装空间选定飞轮直径D后，即可由该式计算出飞轮质量m 。又因
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，故根据所选飞轮材料，即可求出飞轮的宽度B为
(10.32)
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刘国湘
【典型例题】
旋转物体的转动惯量J与飞轮矩GD2都是表是质量元素及其相对于转轴的关系，两者概念相似，但表达的内容不同，在平时的计算和交流中常常容易混淆。下面通过公式就能很清楚的看出两者的区别。
转动惯量=M×ρ2，其单位是kgm2
其中，G代表旋转物体的质量；
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ρ表示基于转轴的旋转半径；
D表示基于转轴的旋转，直径D=2ρ。
因此GD2=4g×J
在电机起动计算中，转动惯量直接影响起动时间的计算，一旦出错，会使计算结果相去甚远，甚至是作出相反的结论。对此，我们在工程计算时一定要保持高度的敏感性。
例5 在一台用电动机
作原动机的剪床机械系
统中，电动机的转速为
n m=1500 r/min 。已知折
算得电机轴上的等效阻
力矩 M r 的曲线如图
（ a ）所示，电动机的
驱动力矩为常数；机械系
统本身各构件的转动惯
量均忽略不计。当要求该
系统的速度不均匀系数
为 δ≤ 0.05 时，求安装在
电机轴上的飞轮所需的
转动惯量 J F 。
解 取电动机轴为等效构件
（1）求等效驱动力矩 M
d
图中只给出了等效力矩M
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r
的变化曲线，并知道电动机的驱动力矩为常数，
但不知其具体数值。根据一个周期内等效驱动力矩 M
d
所做功等于等效阻力矩 M d 所消耗功的原则可得
求最大盈亏功[W]
在图中画出等效驱动力矩 M d =462.5 N ∙ m 的直线，它与 M r 曲线之间所夹的各单元面积所对应的盈功或亏功分别为
J
=-1256.3 J
+(4625-200)×π=844 J
根据上述结果绘出能量指示图（b ），可见，最大盈亏功即为 f
2 或 f
1
+f
2
。
即
[W]=1256.3 J
（2)求飞轮的转动惯量
（3)将[W] 代入飞轮转动惯量计算式，可得
kg·m2
由此例可知，不论已知M
d 的规律或 M
r
的规律，总可以运用在一个周期内
等效驱动力矩所做的功应等于等效阻力矩所消耗的功（输入功等于输出功）的原则，求出未知的一个常数力矩，然后 求出最大盈亏功[W] 。
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