電磁離合器多場耦合特性及多學科設計優(yōu)化

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1、 電磁離合器多場耦合特性及多學科設計優(yōu)化 電磁離合器是磁力機械產品中常見的一種傳動部件 , 廣泛應用到 各個領域。電磁離合器的研究涉及到電磁學、熱學、機械動力學及材 料學等多個學科 , 是電磁場、溫度場、結構場等多個物理場綜合作用 的復雜多場耦合問題 , 場內及場間耦合關系決定著電磁離合器工作的 可靠性。為了提升電磁離合器工作性能 , 本文在研究電磁場、 溫度場、 結構場多場耦合關系基礎上 , 構建了電磁離合器多場耦合特性求解及 多學科優(yōu)化體系框架 , 分析了多場耦合作用下的電磁特性、溫度特性

2、 及結構特性 , 并利用多學科協(xié)同優(yōu)化方法解決電磁離合器多場耦合優(yōu) 化問題 , 旨在為磁力機械多場耦合問題提供一種可行的求解方法。本 文的主要研究內容如下 :(1) 在分析基本場及場間耦合關系的基礎上 , 研究了電磁離合器的電磁場、 溫度場、結構場多場耦合關系及求解策 略 , 給出了電磁離合器多場耦合分析技術路線 , 構建了電磁離合器多場耦合特性分析及求解技術體系 , 旨在為多場耦合系統(tǒng)分析提供一種可行方法。(2) 為了獲得電磁離合器動作快速性的主要影響因素 , 對電磁離合器靜動態(tài)特性進行分析。 研究了電磁吸力關鍵參數的主要影響因素 , 結果表明磁勢、

3、電流及銜鐵厚度與電磁吸力成正比 , 工作氣隙與電磁吸力成反比關系 ; 同時 , 研究了渦流、彈簧作用對電磁離合器動作響應的影響 , 結果表明計渦流比不計渦流、有彈簧作用比無彈簧作用時銜鐵動作分別延遲了 12ms 和 3ms,為改進銜鐵動作靈敏性提供依據。(3) 為了獲得電磁離合器失效的主要影響因素 , 研究了電磁離合器的耦合特性 , 分析了耦合作用下的溫度場及結構場。結果表明輕負載 結合一次摩擦熱為主要熱源 , 在溫度場分析時不容忽視 , 處于輕負載長時間穩(wěn)定工作與頻繁結合分離兩種工況下 , 工作 0.5h 溫度分別上升了 5.462 ℃和 19℃, 表明不同工況的對

4、流換熱系數對溫度場影響較 大 ; 同時 , 耦合作用下應力應變分析結果表明輕負荷、 工作過程中僅一次通斷電下摩擦盤最大變形發(fā)生在邊緣及中心孔附近 , 最大應力發(fā)生在摩擦盤固定面中心孔附近 , 頻繁通斷電工況下會出現翹曲變形 , 是影響性能的原因之一。 (4) 由于電磁離合器多場耦合系統(tǒng)涉及多個學科, 將多學科協(xié)同優(yōu)化方法應用到電磁離合器優(yōu)化設計中。 首先 , 將改進人工蜂群算法和徑向基代理模型近似技術引入協(xié)同優(yōu)化方法 , 提出了一種改進協(xié)同優(yōu)化方法 , 并利用測試函數對其性能分析 ; 其次 , 建立電磁離合器多學科優(yōu)化設計模型 , 利用徑向基代理模型技術構建以銜鐵動作時間最小、單位摩擦面壓力最小和結合一次總熱量最小為優(yōu)化目標的三個學科級模型 ; 最后 , 將改進協(xié)同優(yōu)化方法應用于電磁離合器多學科設計優(yōu)化 , 結構表明優(yōu)化后銜鐵動作時間、 單位摩擦面壓力、結合一次總熱量相比優(yōu)化前分別減少了 1.650%、7.670%、9.69%, 頻繁結合分離工況下工作 0.5h 溫升值相比優(yōu)化前降低了 6.571 ℃。 大 大