Argumenten bij het ontwerp van een vliegwiel
Op een vliegwiel worden diverse krachten uitgeoefend. Een deel hiervan wordt bepaald door de middelpuntvliedende kracht, maar als het vliegwiel als poelie gebruikt wordt, bv om een riemensysteem van een fabriek aan te drijven, dan treden er ook grote buigende krachten in de spaken op.
Tijdens het afkoelen na het gieten ontstaan krimpspanningen in het wiel, met name in de spaken. Deze krachten kunnen erg groot zijn en zijn niet meetbaar. Bij het ontwerp en bij het gieten dient hier nauwkeurig rekening mee te worden gehouden.
Grote vliegwielen worden samengesteld uit een centraal gedeelte, de spaken en de band. Kleine versies hiervan worden in een deel gegoten, maar groter vliegwielen worden samengesteld. Soms bestaat zo'n vliegwiel uit slechts twee delen, maar bij grote vliegwielen kan het wiel uit meerdere delen samengesteld worden. De verbindingen vormen dan de zwakke plekken die met grote zorg uitgevoerd moeten worden. Een vliegwiel uit twee delen wordt soms in één geheel gegoten, waarbij op de toekomstige naad een breuklijn wordt voorbereid. Na het gieten wordt het vliegwiel gebroken en in twee delen vervoerd. Bij de montage worden deze delen dan weer aaneen gemonteerd.
De verbindingen van samengestelde vliegwielen zijn een zwak punt. Een verbinding op de kop van een spaak is daarbij veel sterker dan tussen de spaken in. Toc zien we de verbinding meestal daar omdat deze verbinding zoveel eenvoudiger dus goedkoper is.
De band
De afmeting van de band wordt bepaald door de massatraagheid die het vliegwiel moet realiseren.
Door de middelpuntvliedende kracht probeert de band tussen twee spaken in uit te buigen. Dit is in de schematische tekening aangegeven als het deel a-c-a. De doorsnede van de band dient hierop aangepast te worden. Hoe minder spaken, hoe groter de buiging.
De belasting van de band wordt vooral bepaald door de snelheid van het vliegwiel. Hoe beter het gietproces en hoe beter het materiaal hoe meer toeren het vliegwiel kan doorstaan. Maar zowel de kwaliteit van het ijzer als de kwaliteit van het gietwerk zijn heel moeilijk te controleren. Een grote veiligheidsfactor is dus van belang.
Een veel voorkomende snelheid van de band is 30 meter/seconde, ongeveer 100 km per uur. Wordt de snelheid te groot dan kan het vliegwiel exploderen wat enorme schade kan veroorzaken. En let wel, de krachten in de band nemen kwadratisch toe met de snelheid van het wiel.
De spaken
De spaken worden gestroomlijnd uitgevoerd om luchtweerstand te minimaliseren. De vorm is dan elliptisch waarbij de smalle kant uiteraard in de draairichting staat. De spaken worden smaller vanaf de as naar de band toe.
De afmeting van de spaken wordt bepaald door het moment dat overgebracht moet worden. Wordt het vliegwiel niet gebruikt om een band aan te drijven, dan wordt het moment alleen bepaald door het gewicht van de band maal de snelheidswisselingen door de onregelmatig lopende machine. Dit moment zal relatief klein zijn.
Wordt het vliegwiel wèl gebruikt om een band aan te drijven dan bepaalt de belasting op deze band het grootste gedeelte van het moment. Van daaruit kan de spaak dan gedimensioneerd worden.
De explosie
Een vliegwielexplosie zal niet alleen het vliegwiel vernielen, maar de rondvliegende brokken vlijmscherp gietijzer zullen de omgeving zwaar beschadigen. Muren en daken worden gebombardeerd met stukken die een snelheid hebben van meer dan 100 km per uur. Voor personen in de omgeving bestaat weinig hoop op overleven. Door de explosie ontstaat er een hevige onbalans in de machine zelf wat meestal leidt tot volledige vernieling van het frame. Volgens verzekeringsmaatschappijen komt de vliegwielexplosie aanmerkelijk vaker voor dan een ketelexplosie, alhoewel de schade van deze laatste aanmerkelijk groter zal zijn.