车用飞轮的优化设计

飞轮是一种重要的储能元件。为了使飞轮在体积尽可能小的前提下，保证有足够的转动惯量，刚度和强度。以捉高其储能密度，利用有限元软件HYPERWORKS对某飞轮进行了有限元分析及优化设计。     

内燃机曲轴的三维振动特性模拟--飞轮细分

采用有限元法分析带有飞轮曲轴的振动特性。首先，曲轴体采用梁单元模拟，飞轮部分采用实体单元划分，经过适当处理两类单元的连接方式，取得了比采用壳体单元对飞轮进行剖分更为合理的结果。然后，对一直列式四缸发动机曲轴进行自由振动特性分析，并与相关研究和实验数据进行了比较验证。最后，进一步模拟此曲轴的三维动态振动特性，计算并分析其动态振动响应的结果。结果表明，采用节点耦合的方法取得了与实验互为一致的结果。     

滚动试验台飞轮负载装置过盈量分析

根据弹塑性力学理论,确定了滚动试验台中飞轮负载装置过盈量,并通过有限元方法进行了详细地分析,得出了飞轮与飞轮轴之间的应力分布云图.分析结果表明,飞轮与飞轮轴之间的过盈量既保证了扭矩传递的需要,又确保了飞轮与飞轮轴有足够的强度,设计合理.     

高储能飞轮转子动态特性及应力分析

对多层复合材料飞轮进行动态特性及应力有限元分析,研究其固有频率、应力以及位移分布。结合复合材料飞轮转子的结构特点,建立基于各项异性对称结构理论的计算模型,得到飞轮转子在工作转速下应力和位移的解析公式。建立飞轮转子有限元分析模型,对飞轮转子轮缘任一点的径向、环向应力及动态特性进行较为全面的仿真分析。结果表明,应力结果的安全系数和动态分析的固有频率均满足设计要求。该分析结果可为飞轮的设计制造提供重要参考。     

减振器试验台的动态仿真分析

为了对汽车减振器的性能进行准确测量，设计出了一种能精确实现简谐运动的机械式减振器试验台，并运用MATLAB软件分别对该试验台的激振机构和飞轮建模，分析其动态特性。仿真结果表明，该试验台能实现精确的简谐激振运动，同时该仿真结果也为试验台的机械设计（如飞轮的设计、电机功率的选择等）提供了理论依据。     

冷镦机飞轮曲轴部件动态特性分析

冷镦机飞轮主要用来控制冷镦机冷镦零件时带来的速度波动,飞轮动态特性分析为冷镦机的轻量化设计提供了重要的设计参数。以冷镦机镦制5mm凹穴六角头螺栓为加工对象,采用等效惯量的计算方法,将曲轴、飞轮部件等效成常见的曲柄滑块机构,并建立杆件等效惯量模型的计算公式,利用Matlab软件仿真得到等效惯量的函数图。应用Adams软件对飞轮曲轴部件进行动力学分析,求得飞轮等效的曲柄滑块机构动态特性,为今后在冷镦机设计、改进等提供数据支持。     

飞轮储能系统的动力学仿真分析

飞轮储能技术是一种新型的机电能量转换与储存系统,它具有大储能量、高功率、无污染、高效率、适用广、无噪声、长寿命等许多优点,具有广阔的应用前景。采用三维建模软件UG建立飞轮储能系统的三维模型,并且通过大型有限元分析软件ANSYS建立飞轮储能系统的有限元模型,然后对该飞轮储能系统进行模态分析和转子动力学分析,研究并得到飞轮储能系统的固有频率和相应振型、临界转速等动态特性,为飞轮储能系统的设计和结构优化奠定了基础。     

反作用飞轮结构的动态优化设计

在综合考虑飞轮执行机构的动量容量、输出力矩、质量、体积、功耗、成本及复杂性等因素的基础上，基于优化设计软件ISIGHT及结构有限元分析软件ANSYS，对基于磁悬浮轴承技术的反作用飞轮的结构外形尺寸进行动态优化设计，在确保反作用飞轮结构在给定设计转速下能达到一定的角动量，同时满足结构强度、刚度、形态等方面的要求的前提下，使反作用飞轮的质量最小，优化结果令人满意。设计思路和方法可以用于系列反作用飞轮结构的设计和研制。     

基于计算机仿真的带式输送机动态特性预测和控制

描述了带式输送机动力学现象，用有限元方法建立了带式输送机系统的运动微分方程。用仿真方法分析了带式输送机的动态特性，并与实测结果进行了比较。预测了紧急停车和起动过程中突然停电等工况下带式输送机的动态特性，并通过选择飞轮质量来达到控制和优化其性能的目的。     

磁悬浮飞轮转子系统动态试验分析

以600 Wh飞轮储能系统为研究对象,为计算飞轮转子系统的临界转速分布及评估在高转速下运动稳定性,采用SolidWorks进行三维建模并导入有限元软件SAMCEF Rotor求解其临界转速和模态振型。对飞轮储能系统进行升降速试验采集动态试验数据并通过时域图、频域图、轴心轨迹图进行分析。将有限元分析与试验数据进行对比,结果表明:飞轮转子系统在临界转速时振幅明显大于稳定转速时,在工作转速中,轴心轨迹重复性较好,没有超过气隙值0.3 mm,稳定性良好,为不同储能飞轮转子的改善和设计提供参考和依据。     

600Wh飞轮转子形状优化设计

介绍了极限转速为15000r/min,储能量为600wh的空心飞轮转子的优化设计方法,根据飞轮储能系统设计要求利用三维软件SolidWorks对飞轮模型进行建模与有限元软件ansys workbench进行仿真分析与优化,首先进行初步建模,然后通过改变其模型轮辐曲线找到更优的飞轮形状并提取其轮辐曲线的结构参数,再通过多目标遗传算法对飞轮转子进行优化设计及研究,以飞轮质量更轻,极转动惯量更大以及应力应变更小为约束条件,提取其飞轮结构几何尺寸为设计变量进行优化,得出一种更优的飞轮结构形式。结果表明,优化后得到的飞轮转子形状较原模型相比性能更佳。     

复合材料储能飞轮挠性结构振动的磁轴承控制

储能密度是储能飞轮的重要指标之一,选用碳纤维、玻璃纤维复合材料的储能飞轮可以有效提高储能密度,同时,选用磁悬浮支承则可以适应真空环境及减少损耗。但是,由此也增加了结构的复杂性,例如,连结飞轮转子中金属部件与复合材料之间的挠性薄壳轮毂具有不同于常规刚体飞轮的动力学模型特性。针对薄壳结构的模态振动特征与陀螺效应控制之间的矛盾,描述一种具有挠性结构储能飞轮的磁轴承控制方法。在模态分析的基础上,利用多通道添加相位整形的控制方法有效抑制了系统中的挠性结构的模态振动。试验结果表明,使用所设计的控制器,转子可平稳通过中心频率为340 Hz的轮毂——心轴挠性模态振动区域,运行转速475 Hz(28 500 r/min),轮缘最大线速度达到450 m/s,并成功实现飞轮的充放电过程。     

地铁、城轨交流牵引电气传动实验室机械平台系统中等效惯性的计算分析

在地铁、城轨交流牵引电气传动实验室中,采用惯性飞轮模拟列车平动的惯性,实验室中惯性飞轮的转动惯性必需与地铁列车平动的惯性等效。基于上述原理,推导出实验室中模拟列车平动惯性的惯性飞轮所要求具有的转动惯量的大小的计算方法。     

储能飞轮转子轴承系统动力学设计与试验研究

飞轮储能系统通过飞轮升速和降速来实现电能储存和释放,研究飞轮转子轴承系统固有频率预计、临界转速设计、动平衡等动力学问题。采用永磁轴承与螺旋槽动压轴承的混合支承方式,建立储能飞轮强度、动力学和充放电特性试验研究装置,进行了动平衡、阻尼支承调整、飞轮储能系统损耗和发电量测试等试验,试验飞轮达到设计转速42.0 kr/min,总储能497 W·h,从42.0 kr/min降速到13.8 kr/min,可用放电能达到290 W·h。     

Rotor dynamics analysis and experiment study of the flywheel spin test system

The strength study of the flywheel is important to the flywheel energy storage. The motor and bearing are the key challenges for the high-speed flywheel spin test device in vacuum. By using a small stiffness pivot-jewel bearing and a spring squeeze film damper as the lower support of the flywheel, a simple spin system was designed at a low cost and is suitable for longtime operation. The auxiliary support at the top was not removed until the flywheel passed the first critical speed. The flywheel that kept its rigid state in sub-critical state was tested at the high speed without the top support. The dynamic model of the flywheel-bearing-damper was built by means of the Lagrangian equation to calculate critical speeds, mode shapes and modal damping ratios at different speeds. The lower damper??s effects on the modal damping ratios and forced vibration were discussed. The vibrations of the flywheel-bearing-damper system were measured at the different damping coefficients in the experiment. When the lower damper was adjusted to be overdamped, the flywheel ran up to 50000 r/min steadily, and the experimental result was in agreement with the theoretical assumption. The sub-critical rotor dynamics design and pivot-jewel bearing proved to be good solutions to the spin test for the composite flywheel.     

On the vibration of rotor-bearing system with squeeze film damper in an energy storage flywheel

The permanent magnetic bearing and the small-sized hydrodynamic spiral groove bearing are utilized as supports for the rotor of the energy storage flywheel system. The hydrodynamic bearing and the squeeze film damper do not need the oil cycle to remove the heat caused by friction because the friction loss is small. The linear dynamics model with four degrees of freedom is built to describe the vibration of the flywheel rotor-bearing system. The squeeze film dampers show good behavior in suppressing the vibration and improving the stability of the rotor-bearing system. The analytical solution of the dynamic characteristic coefficients of the squeeze film is achieved from Reynolds equation after some simplifications are taken. The numerical computation shows that the moment unbalance excites larger vibration of the rotor than the force unbalance. The upper damper plays an important role in helping the rotor pass its critical speed. The damping coefficient of the squeeze film dampers should be selected carefully. The flywheel arrived at the speed of 39,000 rpm and stored the energy of 308 Wh in the experiment. The calculated unbalance response is compared to the test response of the rotor storing quantities of kinetic energy. The comparison indicates that the dynamics model of the rotor-bearing-damper system is appropriate.     

两层预应力转子结构复合材料储能飞轮的应力及位移计算

采用预应力结构可使复合材料飞轮的应力、位移分布得到一定改善,从而提高飞轮储能密度。考虑复合材料和预应力结构的特点,建立基于各向异性对称结构理论的计算模型,得到两层预应力转子结构复合材料储能飞轮在工作转速情况下应力和位移的解析公式,对内、外两层飞轮任一点的径向、环向应力及径向位移进行较为全面的仿真分析,并利用所建立的计算模型对飞轮在某一转速时不同的位置对径向应力、环向应力和径向位移的影响进行探讨。结果表明,内层转子径向应力在外侧最大,环向应力在内侧最大;外层转子径向应力和环向应力均在内侧最大。当角速度 从0增加到5 000 rad•s−1时,内、外转子的径向应力、环向应力和径向位移都随之增大。当 =600 rad•s−1,整个飞轮径向应力、环向应力和位移的最大值出现在两层转子的接触面r=0.27 m处。该分析结果可为飞轮的设计制造提供重要的参考。     

基于形状约束的双质量飞轮设计理论研究

针对汽车双质量飞轮在低转矩小扭转角应具有柔性和高扭矩大扭转角应具有高反抗转矩的要求,结合产品研发的工程设计,对周向短弹簧双质量飞轮实现连续变刚度的设计目标进行研究与实践,创造性地提出通过改变初级飞轮内侧接触型线以构成形状约束,对构成形状约束曲线进行分析、比较,提出曲线的选择原则。构建基于形状约束的双质量飞轮转矩特性的分析模型,用仿真计算结果与试验进行对比。分析扭转刚度k1及k2对传动系一、二阶共振转速的影响,获得了k2对一阶共振转速影响不敏感、对二阶共振转速的影响明显的结论。在小扭转角条件下减小k1可使一阶共振转速远离怠速转速,对共振完全被隔离是有利的。对基于形状约束双质量飞轮所具有的扭转刚度及共振转速的力学特性进行实例分析,表明连续变刚度非线性扭矩特性具有优势,并能以简单的结构形式,实现兼顾转矩、刚度及隔振的设计期望。     

新型高效飞轮储能技术及其研究现状

飞轮储能系统具有高比能量，高比功率，高效率，长寿命等优点，被认为是未来理想的储能装置。在对飞轮储能系统的工作原理进行一般性分析的基础上，对飞轮储能的关键技术作了较为详细的分析论述，最后介绍了飞轮储能的研究现状与应用前景。     

小卫星姿态控制飞轮系统热设计

为了满足小卫星姿态控制飞轮系统热设计的要求,对飞轮系统的热特性进行了分析和试验验证。根据飞轮运行工况,分别对飞轮系统机械损耗和电控损耗进行了理论计算,确定了系统主要热源点的分布情况。然后,依据系统拓扑结构,建立了整机的等效热网络模型;采用有限元法,分别对飞轮相关组件和整机在卫星连续侧摆工况下的热特性进行了分析。最后,研制了实验样机,并对样机进行了热真空试验。在经过8h卫星连续侧摆机动工况下的实验结果表明:当环境温度为45.0℃时,监测点最后平衡温度约为57.8℃,相对于有限元分析结果的53.2℃,误差为8.6%,表明热分析结果与试验结果吻合度较好,可为姿态控制飞轮系统的热设计提供重要参考。