电磁—热—力耦合场下双作用电磁离合器失效机制分析

发布时间：2017-07-07 11:00

  本文关键词：电磁—热—力耦合场下双作用电磁离合器失效机制分析

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【摘要】：电磁离合器是机械产品中一种很常见的轴系传动部件,其应用范围涉及到工业领域的各个角落。随着第三代稀土永磁材料特别是Nd-Fe-B永磁材料的发现,永磁-电磁离合器的研究和应用得到速度发展。双作用电磁离合器是基于永磁-电磁结构,为应对在某些机械装置中需要双向扭矩传递的场合进一步发展而来的,使机器结构更为紧凑和灵巧。国内对双作用电磁离合器的基础研究较少,未能掌握其部分关键技术。在实际应用中,双作用电磁离合器相关产品存在离合不彻底、故障频繁、寿命短等缺陷。 双作用电磁离合器采用电磁-永磁结构,与传统电磁离合器相比结构更加复杂,造成其失效的原因也很多,且各个因素之间互相影响,因此有必要从多学科、多角度针对双作用电磁离合器进行仿真和分析。 本文首先阐述了双作用电磁离合器的工作原理和性能特点,提出了研究双作用离合器应用中失效机制的分析思路。运用Maxwell软件对电磁力、涡流感应热等重要影响因素进行了仿真分析,依托Workbench平台将涡流感应热耦合到温度场分析模块,得到离合器摩擦副-Ⅱ端的温度分布。同时将分析得到的温度结果与其他机械载荷作为已知载荷,在力学分析模块对摩擦副-Ⅱ零部件进行仿真分析,得到摩擦片及副从动盘的热应力分布。最后对离合器关键部件中心轴进行静力学分析,并针对剩磁、热变形、中心轴变形等问题提出了解决双作用电磁离合器失效问题的方法。从电磁-热-固耦合角度对双作用电磁离合器进行研究较单因素分析更为准确和全面,同时可以进一步总结和完善解决永磁-电磁类结构中问题的基本理论和基本方法,这也将促进永磁技术在其它科技领域的应用。
【关键词】：双作用电磁离合器 电磁-热-力耦合 有限元 仿真
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 目录11-14
• 插图清单14-16
• 插表清单16-17
• 第一章 绪论17-26
• 1.1 引言17
• 1.2 常见电磁离合器分类17-20
• 1.3 课题研究背景与意义20-23
• 1.4 国内外研究概况23-25
• 1.4.1 国外关于摩擦副温升及热应力研究现状23-24
• 1.4.2 国内关于离合器摩擦副温升及热应力研究现状24-25
• 1.5 本文主要研究内容25-26
• 第二章 双作用电磁离合器基本结构及特性26-34
• 2.1 双作用电磁离合器的结构和工作原理26-27
• 2.2 双作用电磁离合器基本设计要求和特性27-29
• 2.2.1 离合器基本参数设计27-28
• 2.2.2 电磁离合器动态特性28-29
• 2.3 双作用电磁离合器失效机制分析29-32
• 2.3.1 剩磁效应引发离合器失效29-30
• 2.3.2 主轴受力变形引发离合器失效30-31
• 2.3.3 热变形引发离合器失效31-32
• 2.4 双作用电磁离合器几何模型及材料参数32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 双作用电磁离合器电磁数值计算及仿真34-47
• 3.1 电磁场数值计算理论34-40
• 3.1.1 电磁场数值方法的分类34-35
• 3.1.2 Ansoft静电磁力有限元计算原理35-37
• 3.1.3 涡流场有限元计算方法37-40
• 3.2 电磁力数值计算和有限元仿真40-44
• 3.2.1 电磁力数值计算40-42
• 3.2.2 Ansoft电磁力有限元仿真42-44
• 3.3 涡流热分析及传热模型44-46
• 3.3.1 涡流集肤效应44-45
• 3.3.2 涡流热传导数学模型45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 双作用电磁离合器温度场理论及有限元分析47-68
• 4.1 温度场的有限元分析原理47-51
• 4.1.1 温度场基本理论47-48
• 4.1.2 瞬态温度场有限元法48-50
• 4.1.3 Workbench电磁热耦合分析流程50-51
• 4.2 模型建立及网格划分51-54
• 4.2.1 实体模型的建立方法51
• 4.2.2 实体模型接触定义51-52
• 4.2.3 网格的划分52-54
• 4.3 温度场分析中重要参数的确定54-58
• 4.3.1 热流密度的分配54-55
• 4.3.2 比热容及导热系数计算55-56
• 4.3.3 散热系数的计算56-58
• 4.4 热分析过程中热源分析与计算58-63
• 4.4.1 线圈功率损耗分析58
• 4.4.2 电磁耦合涡流热载荷58-60
• 4.4.3 摩擦过程中热流密度计算60-63
• 4.5 热载荷及边界条件施加63-64
• 4.6 温度场仿真结果与分析64-67
• 4.6.1 主动盘摩擦片热流及温度分布64-66
• 4.6.2 主动盘摩擦片热流及温度分布66
• 4.6.3 电磁铁基座热流及温度分布66-67
• 4.7 本章小结67-68
• 第五章 双作用电磁离合器热应力及主轴变形有限元分析68-83
• 5.1 热应力计算方法68-74
• 5.1.1 轴对称模型热应力计算理论68-73
• 5.1.2 有限元求解弹性力学的基本方法73
• 5.1.3 热固耦合分析方法73-74
• 5.2 热应力及中心轴有限元分析74-78
• 5.2.1 载荷及边界施加74-75
• 5.2.2 摩擦副热应力分析75-76
• 5.2.3 中心轴形变及应力分析76-78
• 5.3 双作用电磁离合器失效分析及解决方法探究78-82
• 5.3.1 摩擦片热变形引发失效分析78-80
• 5.3.2 摩擦副高温引发离合器失效分析80-81
• 5.3.3 双作用电磁离合器失效问题解决方法探究81-82
• 5.4 本章小结82-83
• 第六章 总结及展望83-85
• 6.1 全文工作总结83
• 6.2 论文创新点83-84
• 6.3 工作展望84-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况89

【参考文献】

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本文编号：529875