電磁離合器多場(chǎng)耦合特性及多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化

電磁離合器多場(chǎng)耦合特性及多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化電磁離合器是磁力機(jī)械產(chǎn)品中常見(jiàn)的一種傳動(dòng)部件, 廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。電磁離合器的研究涉及到電磁學(xué)、熱學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)及材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科 , 是電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、結(jié)構(gòu)場(chǎng)等多個(gè)物理場(chǎng)綜合作用的復(fù)雜多場(chǎng)耦合問(wèn)題 , 場(chǎng)內(nèi)及場(chǎng)間耦合關(guān)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(chǎng)、 溫度場(chǎng)、結(jié)構(gòu)場(chǎng)多場(chǎng)耦合關(guān)系基礎(chǔ)上, 構(gòu)建了電磁離合器多場(chǎng)耦合特性求解及多學(xué)科優(yōu)化體系框架 , 分析了多場(chǎng)耦合作用下的電磁特性、溫度特性及結(jié)構(gòu)特性 , 并利用多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化方法解決電磁離合器多場(chǎng)耦合優(yōu)化問(wèn)題 , 旨在為磁力機(jī)械多場(chǎng)耦合問(wèn)題提供一種可行的求解方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1) 在分析基本場(chǎng)及場(chǎng)間耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上,研究了電磁離合器的電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)、結(jié)構(gòu)場(chǎng)多場(chǎng)耦合關(guān)系及求解策略 , 給出了電磁離合器多場(chǎng)耦合分析技術(shù)路線 , 構(gòu)建了電磁離合器多場(chǎng)耦合特性分析及求解技術(shù)體系 , 旨在為多場(chǎng)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(dòng)作快速性的主要影響因素 , 對(duì)電磁離合器靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。 研究了電磁吸力關(guān)鍵參數(shù)的主要影響因素 , 結(jié)果表明磁勢(shì)、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(guān)系 ; 同時(shí) , 研究了渦流、彈簧作用對(duì)電磁離合器動(dòng)作響應(yīng)的影響 , 結(jié)果表明計(jì)渦流比不計(jì)渦流、有彈簧作用比無(wú)彈簧作用時(shí)銜鐵動(dòng)作分別延遲了 12ms 和 3ms,為改進(jìn)銜鐵動(dòng)作靈敏性提供依據(jù)。(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(chǎng)及結(jié)構(gòu)場(chǎng)。結(jié)果表明輕負(fù)載結(jié)合一次摩擦熱為主要熱源 , 在溫度場(chǎng)分析時(shí)不容忽視 , 處于輕負(fù)載長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作與頻繁結(jié)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(duì)流換熱系數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)影響較大 ; 同時(shí) , 耦合作用下應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果表明輕負(fù)荷、 工作過(guò)程中僅一次通斷電下摩擦盤(pán)最大變形發(fā)生在邊緣及中心孔附近 , 最大應(yīng)力發(fā)生在摩擦盤(pán)固定面中心孔附近 , 頻繁通斷電工況下會(huì)出現(xiàn)翹曲變形 , 是影響性能的原因之一。 (4) 由于電磁離合器多場(chǎng)耦合系統(tǒng)涉及多個(gè)學(xué)科, 將多學(xué)科協(xié)同優(yōu)化方法應(yīng)用到電磁離合器優(yōu)化設(shè)計(jì)中。 首先 , 將改進(jìn)人工蜂群算法和徑向基代理模型近似技術(shù)引入?yún)f(xié)同優(yōu)化方法 , 提出了一種改進(jìn)協(xié)同優(yōu)化方法 , 并利用測(cè)試函數(shù)對(duì)其性能分析 ; 其次 , 建立電磁離合器多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)模型 , 利用徑向基代理模型技術(shù)構(gòu)建以銜鐵動(dòng)作時(shí)間最小、單位摩擦面壓力最小和結(jié)合一次總熱量最小為優(yōu)化目標(biāo)的三個(gè)學(xué)科級(jí)模型 ; 最后 , 將改進(jìn)協(xié)同優(yōu)化方法應(yīng)用于電磁離合器多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化 , 結(jié)構(gòu)表明優(yōu)化后銜鐵動(dòng)作時(shí)間、 單位摩擦面壓力、結(jié)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(jié)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