飞轮是柴油机中结构形状相对简单但起重要作用的零件之一。球墨铸铁材料因其具有高的比强度和比刚度，以及能够通过铸造成型形成具有高承载能力的结构形状，因而常被设计用作高转速、大马力柴油发动机上的理想飞轮材质。作为柴油发动机摩擦离合器的主动部件，飞轮常因磨损失效而对发动机性能有直接影响。CA6DF2L-30型柴油机球墨铸铁飞轮在服役过程中，常因与离合器摩擦片高速摩擦接触使其表面磨损到一定深度、表面产生微裂纹及表面层大片金属疲劳剥离等而失效。对于圆盘状球墨铸铁飞轮而言，其表面结构疲劳破坏行为往往与飞轮在高速旋转时所引起的包含径向、轴向与环向等复杂的三维应力状态以及表面摩擦损伤有关。为了预防和控制飞轮的磨损失效，本文采用有限元方法分析了飞轮在稳定工作状态，即飞轮与从动盘完全摩擦接触并以一恒定转速高速旋转时各种应力的分布及其接触状态，并从理论上提出了飞轮的几种可能的磨损失效机理。在有限元分析基础上，本文还采用光谱化学成分分析、金相显微镜、扫描电镜、以及显微硬度测试等手段对该类飞轮的磨损机理、磨损失效形式及其影响因素进行了实验分析研究。实验所得结果与有限元分析结果具有很好的一致性。研究结果表明，飞轮的磨损失效是微切削、磨料磨损、表面疲劳磨损和粘着磨损几种磨损机理共同作用的结果，其中疲劳磨损是飞轮的主要失效机理。影响飞轮磨损失效的主要因素有材料显微组织中存在粘连的石墨及马氏体脆性相、飞轮材料表面性能、飞轮加工装配精度以及飞轮的使用维护等。最后，提出了减小飞轮磨损失效的措施。该研究结果为飞轮结构优化设计及其它非线性摩擦接触疲劳失效机理的研究提供了重要的基础。