|
蒸汽火车上用的飞轮是一个圆形边缘（称为轮缘）并通过辐条与中轴连接的轮子。贮存于这种简单飞轮中的机械能的多少，依赖于轮缘的质量和轮子的转速。原则上讲，只要轮子转得快，就能贮存足够多的能量。但是，飞轮越转快，轮缘所受的离心力也越大，由此而引起的一种破坏性应力也随之增大。一旦轮缘材料承受不了这种应力，轮缘将破裂，甚至会造成轮子飞散。从一些研究中，人们注意到与飞轮贮能有关的两个材料特性：一个是质量密度，它与飞轮转动的动能有关，密度大的材料可以贮存较多的动能；另一个抗拉强度，它与飞轮抵抗离心力引起的破坏有关，抗拉强度高的材料能使飞轮经受住高速转动的考验。
在改进设计时，人们首先想到的当然是加宽轮线，直到它变成一个具有中孔的圆盘。但是，新的矛盾又产生了，由于在不同半径处，圆盘材料所受的离心力大小不一致，结果沿圆盘的径向外产生了额外的应力。这种径向应力和沿圆周方向的切向应力的合力，比薄缘飞轮所受的应力大，而且分布不均匀。这种合应力对一般材料来说难以承受，如果都按承受最大应力的要求使用高强度材料，则又在材料的使用上有浪费。
为了克服这一缺点，人们研究出一种较合理的设计方法。采用由边缘向中心逐渐增厚的圆锥形飞轮，它能使应力分布均匀，因而可合理使用材料。这种概念较早出现在高速汽轮机转子的设计的。
|
