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1、电磁离合器多场耦合特性及多学科设计优化电磁离合器是磁力机械产品中常见的一种传动部件,广泛应用到各个领域。电磁离合器的研究涉及到电磁学、热学、机械动力学及材料学等多个学科,是电磁场、温度场、结构场等多个物理场综合作用的复杂多场耦合问题,场内及场间耦合关系决定着电磁离合器工作的可靠性。为了提升电磁离合器工作性能,本文在研究电磁场、温度场、结构场多场耦合关系基础上,构建了电磁离合器多场耦合特性求解及多学科优化体系框架,分析了多场耦合作用下的电磁特性、温度特性及结构特性,并利用多学科协同优化方法解决电磁离合器多场耦合优
2、化问题,旨在为磁力机械多场耦合问题提供一种可行的求解方法。本文的主要研究内容如下:(1)在分析基本场及场间耦合关系的基础上,研究了电磁离合器的电磁场、温度场、结构场多场耦合关系及求解策略,给出了电磁离合器多场耦合分析技术路线,构建了电磁离合器多场耦合特性分析及求解技术体系,旨在为多场耦合系统分析提供一种可行方法。(2)为了获得电磁离合器动作快速性的主要影响因素,对电磁离合器静动态特性进行分析。研究了电磁吸力关键参数的主要影响因素,结果表明磁势、电流及衔铁厚度与电磁吸力成正比,工作气隙与电磁吸力成反比关系;同时,
3、研究了涡流、弹簧作用对电磁离合器动作响应的影响,结果表明计涡流比不计涡流、有弹簧作用比无弹簧作用时衔铁动作分别延迟了12ms和3ms,为改进衔铁动作灵敏性提供依据。(3)为了获得电磁离合器失效的主要影响因素,研究了电磁离合器的耦合特性,分析了耦合作用下的温度场及结构场。结果表明轻负载结合一次摩擦热为主要热源,在温度场分析时不容忽视,处于轻负载长时间稳定工作与频繁结合分离两种工况下,工作0.5h温度分别上升了5.462℃和19℃,表明不同工况的对流换热系数对温度场影响较大;同时,耦合作用下应力应变分析结果表明轻负
4、荷、工作过程中仅一次通断电下摩擦盘最大变形发生在边缘及中心孔附近,最大应力发生在摩擦盘固定面中心孔附近,频繁通断电工况下会出现翘曲变形,是影响性能的原因之一。(4)由于电磁离合器多场耦合系统涉及多个学科,将多学科协同优化方法应用到电磁离合器优化设计中。首先,将改进人工蜂群算法和径向基代理模型近似技术引入协同优化方法,提出了一种改进协同优化方法,并利用测试函数对其性能分析;其次,建立电磁离合器多学科优化设计模型,利用径向基代理模型技术构建以衔铁动作时间最小、单位摩擦面压力最小和结合一次总热量最小为优化目标的三个学
5、科级模型;最后,将改进协同优化方法应用于电磁离合器多学科设计优化,结构表明优化后衔铁动作时间、单位摩擦面压力、结合一次总热量相比优化前分别减少了1.650%、7.670%、9.69%,频繁结合分离工况下工作0.5h温升值相比优化前降低了6.571℃。大大
