的端面置于內(nèi)圈結(jié)構(gòu)體的一個(gè)面朝上的端面上，兩個(gè)端面組成承重端面副(56)。
[0016]用于質(zhì)量塊體纏繞成型的纖維增強(qiáng)聚合物，其纖維為單向連續(xù)纖維，纖維種類可選碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維等，玻璃纖維可選高強(qiáng)型玻璃纖維和E玻璃纖維等，采用纏繞成型用無捻粗紗；其聚合物可選熱固性樹脂和熱塑性樹脂，熱固性樹脂可選環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、氰酸酯樹脂等。碳纖維增強(qiáng)聚合物與玻璃纖維增強(qiáng)聚合物相比較，其優(yōu)點(diǎn)在于:周向(環(huán)向)拉伸彈性模量較高，旋轉(zhuǎn)時(shí)變形較??；復(fù)合材料的密度較小，比強(qiáng)度較高，單位重量的儲(chǔ)能密度較高；其缺點(diǎn)在于??碳纖維價(jià)格昂貴，產(chǎn)品成本很高；由于密度較小，而強(qiáng)度的優(yōu)勢并不明顯或僅僅持平(相對高強(qiáng)玻纖)，其單位體積的儲(chǔ)能密度較低。因此，采用玻璃纖維增強(qiáng)聚合物具有較多的綜合優(yōu)勢，適宜大規(guī)模經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用，在變形和蠕變量大的問題解決之后更是如此。
[0017]單向纖維增強(qiáng)聚合物材料結(jié)構(gòu)的周向(材料自身的縱向)強(qiáng)度最高，但材料結(jié)構(gòu)的徑向和軸向(材料自身的橫向)強(qiáng)度很低，使得輪體質(zhì)量塊只能制成徑向厚度較薄的筒環(huán)。每套輪體的質(zhì)量塊體可以是單個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)等，從各自的優(yōu)缺點(diǎn)衡量取舍來選用。選用單個(gè)質(zhì)量塊體的優(yōu)點(diǎn)是充分利用了高線速度區(qū)域，可以獲得較高的單位重量儲(chǔ)能密度，但是其內(nèi)孔所占空間不能有效利用，導(dǎo)致以整個(gè)設(shè)備體積計(jì)算的單位體積的儲(chǔ)能密度偏低。選用兩個(gè)質(zhì)量塊體的優(yōu)點(diǎn)是適當(dāng)利用了有效空間，并且位于內(nèi)圈的質(zhì)量塊體可以采用強(qiáng)度較低但價(jià)格較廉的纖維和樹脂，其缺點(diǎn)是單位重量儲(chǔ)能密度小于單個(gè)質(zhì)量塊體方案。
[0018]輪體的支承體主要作用是在質(zhì)量塊體與中心軸之間進(jìn)行連接，支承體個(gè)數(shù)取決于連接徑向尺寸比例和支承體材質(zhì)種類。支承體材質(zhì)可選周向纏繞的纖維增強(qiáng)聚合物，也可選金屬材料，前者在金屬材料強(qiáng)度不能勝任的較高線速度位置必須采用。同樣因?yàn)閺较驈?qiáng)度很低的原因，纖維增強(qiáng)聚合物支承體也常有多體的情形。由于線速度低于質(zhì)量塊體，支承體纖維增強(qiáng)聚合物可以選用強(qiáng)度較低但價(jià)格較廉的纖維和樹脂。最內(nèi)圈的支承體宜選用金屬材料，以利于與轉(zhuǎn)軸的連接。支承體金屬材料可選鋼、鋁合金、鈦合金等，鋁合金和鈦合金具有較高的比強(qiáng)度，所制支承體的外徑較大，可減少纖維增強(qiáng)聚合物支承體的數(shù)量；鋁合金還具有價(jià)格較低、重量較輕的特點(diǎn)。
[0019]由于纏繞成型纖維增強(qiáng)聚合物在高速旋轉(zhuǎn)失效破壞時(shí)容易粉碎為棉絮狀碎片，具有較好的安全性，因此，位置較靠外圈的、儲(chǔ)能較大的輪體采用纖維增強(qiáng)聚合物具有很明顯的安全優(yōu)勢。
[0020]輪體結(jié)構(gòu)體之間的端面副可僅采用一個(gè)承重端面副(56)，即外圈結(jié)構(gòu)體的一個(gè)面朝下的端面置于內(nèi)圈結(jié)構(gòu)體的一個(gè)面朝上的端面上；也可采用一個(gè)承重端面副(56)和一個(gè)限制向上位移的端面副(57，64)，兩個(gè)端面副可以設(shè)計(jì)為集中組合在一起，形成凸臺(tái)與凹槽配合結(jié)構(gòu)，并且這兩個(gè)端面副的軸向位置以靠近負(fù)載體的重心為佳。端面副(56，57，64)的兩個(gè)相對端面在徑向高度上留有裕量，以補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的徑向位移錯(cuò)位，使端面副在靜止至最大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)始終保持有效的作用面積。端面副(57)的兩個(gè)相對端面之間沒有間隙，與承重端面副(56)聯(lián)合起軸向定位作用，強(qiáng)制限制角不對中變化，緊密參與力和力矩的傳遞；端面副(64)的兩個(gè)相對端面之間具有間隙，起限制外圈結(jié)構(gòu)體向上位移的限位作用，一定程度地限制角不對中變化，有時(shí)或部分地參與力和力矩的傳遞。為增加端面副接觸面的耐磨性，增加有效接觸面積，保護(hù)纖維增強(qiáng)塑料表面，以及可靠耐用和吸振等目的，端面副(56，57，64)的兩個(gè)相對端面材質(zhì)可采用橡膠彈性材料，如采用聚氨酯橡膠，橡膠端面薄板￠5)或橡膠端面厚塊￠6)與基體膠粘在一起。橡膠端面厚塊￠6)具有較大的彈性和變形適配性，但其離心負(fù)荷較大，應(yīng)安裝在外圈基體上，采用基體內(nèi)孔面承載離心負(fù)荷。由于承重端面副(56)的負(fù)荷較大，選擇所附的基體與輪體結(jié)構(gòu)主體為一體結(jié)構(gòu)，保證負(fù)荷傳遞路徑具有充分的強(qiáng)度儲(chǔ)備，而非承重端面副(57，64)的一端基體采用配件結(jié)構(gòu)，該配件可用膠粘劑與主基體連接固定，配件材料采用與主基體相同的材質(zhì)。
[0021]連接相鄰內(nèi)圈和外圈結(jié)構(gòu)體的柔性膜環(huán)(55，58)，可以采用單組或雙組，雙組設(shè)計(jì)以兩組的軸向跨距較大為佳。每組柔性膜環(huán)由單片或多片柔性膜環(huán)構(gòu)成，數(shù)量取決于強(qiáng)度和剛度等因素的考慮。每片柔性膜環(huán)均與內(nèi)圈和外圈基體膠粘，既有直接與主基體膠粘，也有與配件結(jié)構(gòu)膠粘，配件結(jié)構(gòu)再與主基體膠粘，配件材料采用與主基體相同的材質(zhì)。可采用安裝狀態(tài)沒有預(yù)先彎曲變形的柔性膜環(huán)(55)，由兩端根部和中間的身部組成，帶半圓頭的根部與基體膠粘，身部厚度沿徑向漸縮設(shè)計(jì)，以減小最大應(yīng)力。也可采用安裝狀態(tài)具有預(yù)先彎曲變形的柔性膜環(huán)(58)，膜環(huán)零件在安裝前的自由狀態(tài)為等厚度平直墊圈形狀，安裝時(shí)強(qiáng)制變形為向一側(cè)面彎曲狀，距離中心軸較遠(yuǎn)處的膜環(huán)彎曲程度較大，在旋轉(zhuǎn)至最大轉(zhuǎn)速時(shí)膜環(huán)基本拉直。柔性膜環(huán)(55，58)材質(zhì)為彈性材料，包括橡膠材料，如聚氨酯橡膠。柔性膜環(huán)(58)還可采用彈性材料與徑向增強(qiáng)纖維的復(fù)合材料，順半徑方向布置的纖維集中在膜中心面，大幅提高膜環(huán)徑向強(qiáng)度，同時(shí)不影響膜的彎曲，也不降低周向的彈性。柔性膜環(huán)
(58)安裝時(shí)進(jìn)行周向拉伸，增大膜環(huán)內(nèi)孔徑至配合尺寸，保持膜環(huán)外徑不變。對于質(zhì)量塊之間的雙組柔性膜環(huán)(58)，與定位端面副有一定軸向距離的柔性膜環(huán)可選偏置安裝(圖11，放大圖1V)，偏置量補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)時(shí)外圈相對內(nèi)圈的軸向收縮差值，以求在最大轉(zhuǎn)速時(shí)膜環(huán)處于徑向伸直狀態(tài)。對于質(zhì)量塊之間的雙組柔性膜環(huán)(55)，與定位端面副有一定軸向距離的柔性膜環(huán)可選傾斜設(shè)計(jì)，以求在最大轉(zhuǎn)速時(shí)膜環(huán)處于徑向伸直狀態(tài)。
[0022]中心軸(102)與最內(nèi)圈的支承體(54)之間的連接，可以采用圓柱面過盈配合，或圓錐面過盈配合，或錐形中間套連接結(jié)構(gòu)；也可以采用柔性膜環(huán)(55，58)和端面副(56，57或64)的連接結(jié)構(gòu)，適合于多段組合中心軸情形(圖18);也可以在中心軸與最內(nèi)圈的支承體(54)之間安裝有支承盤(62)，支承盤的中心內(nèi)孔與中心軸過盈連接，支承盤的盤身位于最內(nèi)圈的支承體下方，二者之間安裝有彈性材料環(huán)(63)，后者與二者膠粘連接，彈性材料環(huán)同時(shí)起到柔性連接、承重和軸向定位作用，其材質(zhì)可用橡膠材料，如聚氨酯橡膠。
[0023]轉(zhuǎn)軸(101)的軸向支承軸承采用一組軸向支承永磁軸承，由一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的軸向支承永磁軸承構(gòu)成，對于輪體重量較大的情形，適合于采用多個(gè)軸承串聯(lián)。軸向支承永磁軸承采用永磁斥力式或永磁吸力式。
[0024]一個(gè)永磁斥力式軸向支承永磁軸承具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)盤和一個(gè)靜止盤，轉(zhuǎn)動(dòng)盤位于靜止盤的上方，兩盤的相鄰側(cè)端面之間有一個(gè)氣隙，轉(zhuǎn)動(dòng)盤是軸對稱永磁體結(jié)構(gòu)，或軸對稱軟磁體與軸對稱永磁體的混合結(jié)構(gòu)，或軸對稱非導(dǎo)磁體、軸對稱軟磁體與軸對稱永磁體三者的混合結(jié)構(gòu)，靜止盤是軸對稱永磁體結(jié)構(gòu)，或軸對稱軟磁體與軸對稱永磁體的混合結(jié)構(gòu)，或軸對稱非導(dǎo)磁體、軸對稱軟磁體與軸對稱永磁體三者的混合結(jié)構(gòu)，上述所有永磁體的充磁磁路也是軸對稱結(jié)構(gòu)，兩盤相鄰側(cè)端面上相同半徑處相對的磁極相反，向上的磁斥力作用于轉(zhuǎn)動(dòng)盤，設(shè)計(jì)用來抵消轉(zhuǎn)子的重力。
[0025]一個(gè)永磁吸力式軸向支承永磁軸承具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)盤(59)和一個(gè)靜止盤(60)，轉(zhuǎn)動(dòng)盤位于靜止盤的下方，兩盤的相鄰側(cè)端面之間有一個(gè)氣隙，轉(zhuǎn)動(dòng)盤為軸對稱軟磁體結(jié)構(gòu)，靜止盤是軸對稱永磁體結(jié)構(gòu)，或軸對稱軟磁體與軸對稱永磁體的混合結(jié)構(gòu)，或軸對稱非導(dǎo)磁體、軸對稱軟磁體與軸對稱永磁體三者的混合結(jié)構(gòu)，上述所有永磁體的充磁磁路也是軸對稱結(jié)構(gòu)，向上的磁吸力作用于轉(zhuǎn)動(dòng)盤，設(shè)計(jì)用來抵消轉(zhuǎn)子的重力。
[0026]上述軸向支承永磁軸承沒有磁滯和渦流損失。永磁吸力式與永磁斥力式比較，具有兩大優(yōu)點(diǎn):一是轉(zhuǎn)動(dòng)盤不需要安裝永磁體，而永磁體的強(qiáng)度是很低的；二是磁吸端面的磁通密度可以組織設(shè)計(jì)的較大，以較小的軸承外徑尺寸獲得較大的軸承吸力。
[0027]轉(zhuǎn)軸(101)的徑向支承軸承采用兩組滾動(dòng)軸承，或者兩組徑向支承磁懸浮軸承。
[0028]轉(zhuǎn)軸(101)的軸向支承永磁軸承位于轉(zhuǎn)軸中部，徑向支承軸承位于轉(zhuǎn)軸兩端(圖19、圖 20、圖 21、圖 22)。
[0029]徑向支承的兩組滾動(dòng)軸承，一組滾動(dòng)軸承承受徑向負(fù)荷，位于轉(zhuǎn)軸下端，另一組滾動(dòng)軸承能夠承受徑向負(fù)荷和雙向軸向負(fù)荷，并是軸向定位端，位于轉(zhuǎn)軸上端。每組滾動(dòng)軸承由一個(gè)滾動(dòng)軸承或多個(gè)滾動(dòng)軸承組成，以滿足負(fù)載大小和方向的要求。滾動(dòng)軸承腔室與大氣連通。
[0030]為使飛輪轉(zhuǎn)軸(101)中心線處于鉛垂位置，可采用如圖22所示的結(jié)構(gòu)，調(diào)整支座板(133)與基礎(chǔ)(134)安裝的水平度，使飛輪轉(zhuǎn)軸安裝基準(zhǔn)面(135)的水平度達(dá)到要求；也可采用如圖21所示的結(jié)構(gòu)，支座由支座板(133)和球面錐體(137)構(gòu)成，二者接觸面(136)為球心位于轉(zhuǎn)軸中心線上的球面，安裝時(shí)通過調(diào)整球面錐體的方位角度，使飛輪轉(zhuǎn)軸安裝基準(zhǔn)面(135)達(dá)到水平要求或者飛輪轉(zhuǎn)軸中心線達(dá)到鉛垂?fàn)顟B(tài)。
[0031]轉(zhuǎn)軸下端滾動(dòng)軸承向靜止件和支座基礎(chǔ)的傳力結(jié)構(gòu)，可以采用如圖20所示的結(jié)構(gòu)，軸承座(140)直接與包容軸向支承永磁軸承靜止盤(60)的外鋼套(139)的內(nèi)圓柱孔相接觸連接，為保證上下端軸承座孔的同軸度，對包括外鋼套的相關(guān)零件進(jìn)行組合加工上下端座孔；也可以采用如圖19所示的向真空腔殼體傳力的結(jié)構(gòu)，軸承座(140)與外球面套(141)的內(nèi)圓柱孔接觸，后者與支承盤(142)的內(nèi)球面接觸，球面的球心位于轉(zhuǎn)軸中心線上，球面副用于自動(dòng)調(diào)整軸承座孔的角度，外圈的支承環(huán)(143)焊接在真空腔殼體(138)的內(nèi)壁面上，支承盤(142)與支承環(huán)(143)的連接具有較大的中心距調(diào)整裕度，在完成飛輪轉(zhuǎn)軸和輪體的懸掛安裝之后，再行緊固支承盤與支承環(huán)端面之間的螺栓，以及緊定螺釘(144)，其中的墊圈(145)用于調(diào)整高度，調(diào)整墊