大扭矩电磁离合器优化设计与动态仿真分析

摘要

大扭矩电磁离合器是大型机械设备的重要传动部件,目前国内对该类型离合器理论研究较少,设计过程大都遵循传统的设计方法。论文以大型科研项目一轴承试验台研制为契机,在离合器传统设计经验的基础上采用数字化、参数化及数值模拟等先进设计方法,对电磁离合器进行了详尽的技术设计,完成了工程应用设计。
　　 根据试验台高速、重载的技术要求,确定了电磁离合器动摩擦转矩30000Nm,吸合时间0.6s的性能参数,提出了电磁离合器关键部件、电磁场和整体结构的设计方案,对摩擦转矩、滑摩功、发热及动作特性进行了理论分析,确定了工况系数、摩擦系数、磁场强度等基本参数。针对离合器的衔铁、磁轭、摩擦片等关键部件进行了结构设计,并根据各结构参数之间的约束关系,以转动惯量最小为目标,运用MATLAB优化工具箱进行优化,得到了结构参数的最优组合,确定了离合器关键部件的基本尺寸。
　　 建立了离合器的理论模型,对主要部件结构特征进行了分析。运用ANSYS软件对离合器的磁场部分进行仿真,分析了电磁力与电流、匝数、气隙及衔铁尺寸之间的关系,得出电磁力随电流、匝数、气隙及衔铁尺寸变化的曲线,确定了最优化参数,满足了离合器转动惯量达到最小要求。
　　 运用UG NX Nastraa对外壳、顶杆、压盘等部件进行了强度校核,并以结构强度小于许用应力为约束条件,以质量最小为目标,对其结构尺寸进行了优化,得到了离合器的实体模型。
　　 运用UG NX6软件运动仿真模块对离合器运动状态进行了数字仿真,分析了离合器工作中的运动过程状态,得到了离合器在工作过程中的动态特性曲线。通过仿真分析得到离合器优化设计满足试验台性能要求。
　　 设计了电磁离合器控制电路,完成了样机研制,编写了试验程序,通过了现场性能测试试验,得到了离合器实际使用中动特性曲线,验证了离合器结构优化设计和动态仿真的合理性。