Vliegwiel
Algemeen
Het vliegwiel dient om de machine over de dode punten heen te helpen en om de machine regelmatiger te laten draaien. Het onregelmatig draaien wordt veroorzaakt door de drukveranderingen die gedurende één omwenteling optreden aan weerskanten van de zuiger. De zuiger geeft maar af en toe een duw aan het vliegwiel waardoor een onregelmatige draaiende beweging ontstaat. Het is eenvoudig te berekenen hoeveel energie er in een vliegwiel opgeslagen kan worden, maar de bepaling hoeveel energie nodig is, is toch meer een ervaring.
Constructie van het vliegwiel
Het vliegwiel is zuiver gedraaid en bestaat uit twee helften. De helften zijn met vier naafbouten om de krukas geklemd. De velgverbinding bestaat uit een pen en twee platte spieën. De pen steekt ter plaatse van de deling voor de helft in de velghelften. Aan weerszijden van de deling bevindt zich een spie die door de velg en de pen gaat. Door het aanslaan van de spieën worden de velghelften vast op elkaar getrokken. De verbinding moet zo sterk zijn dat de velghelften door de centrifugaalkracht niet uit elkaar getrokken kunnen worden. De centrifugaalkracht is afhankelijk van het gewicht, de diameter en het aantal omwentelingen van het vliegwiel. Aan de binnenzijde is de velg voorzien van een tandkrans voor het tornen.
Spaakvorm
Een vliegwiel wordt meestal gemaakt uit gietijzer. Gietijzer is uitstekend in staat om drukkrachten op te nemen, maar gietijzer kan maar een lage trekspanning aan.
Het vliegwiel van de stoommachines is voorzien van rechte spaken, maar oude machines hebben vaak vliegwielen met gebogen spaken. De reden hiervoor is de vervorming door de afkoeling van het vliegwiel na het gieten. Bij het afkoelen na het gieten zal het materiaal krimpen, de meeste materialen krimpen bij temperatuursverlaging. Door het krimpen wil de band van het vliegwiel kleiner worden, door de cirkelvorm ontstaan daardoor grote drukkrachten in die band. Het materiaal kan daar prima tegen en de band zal daardoor niet echt kleiner worden. De spaken willen ook krimpen, maar de band geeft niet mee en daardoor ontstaan grote trekspanningen in de spaak. Zoals gezegd kan gietijzer niet veel trekspanning verdragen en dunne, rechte spaken in een vliegwiel zullen dus al gauw breken.
Dit is te voorkomen door dikkere spaken te nemen, een betere kwaliteit gietijzer te gebruiken, of, door de spaken gebogen uit te voeren. Een gebogen spaak zal bij het krimpen ten gevolge van de trekspanning rechter worden en daarmee de trekspanning onder controle houden. Verder zijn gebogen spaken natuurlijk ook veel mooier.
Onze Crossley heeft wel gebogen spaken. De kromming van de spaken wordt meestal 'happend' uitgevoerd en een vliegwiel draait meestal rechtsom.
Invloed van de massa van de heen- en weergaande delen
Tot de heen- en weergaande delen behoren de zuiger, de zuigerstang, het kruishoofd en het gedeelte van de drijfstang voorzover dat aan de heen- en weergaande beweging deelneemt. In de dode standen staan de heen- en weergaande delen van de machine even stil om daarna te beginnen aan een nieuwe slag. Aan het begin van deze slag zullen de delen versnellen en aan het eind daarvan vertragen, waarna in de dode stand de snelheid weer nul is. Nu zijn er gedurende één omwenteling enige perioden waarin de heen- en weergaande delen zullen versnellen en vertragen. Voor het versnellen en vertragen is een kracht nodig die aan de heen- en weergaande delen een zeker arbeidsvermogen van beweging geeft. Deze kracht is gelijk aan de totale massa van de heen- en weergaande delen vermenigvuldigd met de zuigerversnelling (K=m x a). Tijdens het versnellen moet deze kracht worden afgetrokken van de drijfkracht en tijdens het vertragen hierbij opgeteld.
Invloed van het vliegwiel
Door de grote massa heeft het vliegwiel een zekere traagheid en laat slechts kleine versnellingen en vertragingen toe gedurende één omwenteling van de krukas. Tijdens de periode dat de tangentiaalkracht, dwz de kracht parallel aan de rand van het vliegwiel, groter is dan de gemiddelde tangentiaalkracht is er een overschot aan arbeid, het vliegwiel zal dan versnellen en arbeid opnemen. Op het moment dat de tangentiaalkracht kleiner is dan de gemiddelde tangentiaalkracht is er een tekort aan arbeid, het vliegwiel zal dan vertragen en arbeid afgeven. De snelheidsverandering is het grootst in de periode waarbij de grootste hoeveelheid arbeid wordt opgenomen of afgegeven. De hoeveelheid arbeid die door het vliegwiel wordt opgenomen en afgegeven is na één omwenteling aan elkaar gelijk. De massa van het vliegwiel moet zo groot zijn, dat de afwijking slechts een klein percentage van het gemiddelde of normale toerental van 200 omw/min afwijkt. Voor een centrifugaalpomp kan deze afwijking groter zijn dan voor een generator. Het vliegwiel van een stoommachine die een generator aandrijft zal dan ook groter moeten zijn.