發(fā)布時間：2020-03-27 11:56

【摘要】：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、溫度特性及結構特性,并利用多學科協同優(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、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同優(yōu)化方法,提出了一種改進協同優(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℃。
【圖文】：

(a) 摩擦式電磁離 器 (b) 牙嵌式電磁離 器(a) Friction Type Eelectromagnetic Clutch (b) Toothed Electromagnetic Clutch圖1-1 電磁離 器 觀圖Fig.1-1 Appearance Drawing of Electromagnetic Clutch離合器出現是根據工廠出現的傳送帶原理，，通過調節(jié)皮帶的松緊實現離合器的接通分離。由于這種應用具有局限性，不能適應后期的變速工作，因此出現了摩擦式的離合器。在出現錐形摩擦離合器問世的同時，鑒于占用空間小、摩擦面積大提高結合快速性的特點，

2 電磁離合器多場耦合分析及優(yōu)化體系研究11圖2-1 基本場 場耦 關系圖Fig.2-1 Multi-field Coupling Relation Diagram of Fundamental Field（2）耦合關系的分類耦合關系復雜，根據劃分標準不同得到的耦合形式多種多樣，耦合關系通�？煞譃槲宕箢�，表 2-2 對基本場間耦合關系進行了分類[47]：表2-2 耦 關系的分類Tab.2-2 Classification of Coupling Relations耦合關系 劃分標準 劃分具體形式 實例 實例解說邊界耦合域耦合根據耦合區(qū)域邊界耦合：在邊界發(fā)生耦合 流-固耦合問題 流-固之間通過邊界傳遞熱量域耦合：耦合發(fā)生在域內 熱-應力耦合問題 域內溫度變化產生熱應力單向耦合雙向耦合根據耦合的相互作用雙向耦合：兩場間相互作用明顯電、磁場問題電場強度影響磁感應強度變化，反之同理單向耦合：一個方向作用相比另一方向非常顯著熱應力問題溫度場產生熱應力相比在變形下的溫度場的性質變化更顯著直接耦合間接耦合兩場相互作用是否通過其它場進行直接耦合：不通過其它場 電、磁場問題 電磁場間不通過其它場間接耦合：通過其它場電場與結構場之間通過熱場傳遞電流變化導致焦耳熱的變化，導致結構變形微分耦合代數耦合根據耦合方程的形式微分耦合：微分形式 電、磁場問題 電磁場通過微分形式作用代數耦合：通過數學函數形式耦合熱應力問題物體熱梯度昌盛內部應力，通過代數方程表達；應力變化不一定產生溫度變化
【學位授予單位】：西安理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH133.4

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本文編號：2602921