双磁钢差动式极化继电器仿真分析与优化设计

发布时间：2017-07-20 04:00

  本文关键词：双磁钢差动式极化继电器仿真分析与优化设计

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【摘要】：双磁钢差动式极化继电器具有灵敏度高、体积小、动作快、热稳定性高等优点,在导弹、运载火箭上具有较为广阔的应用前景,但是国内产品与国外产品在质量一致性方面对比的结果并不理想,所以亟待开展此类继电器优化设计工作,同时完善我国在继电器设计中的分析手段、设计思想也尤为重要。本文以双磁钢差动式极化继电器为研究对象,对其负载试验与质量特性、仿真模型、结构优化及稳健设计方法深入研究,从而达到提高产品可靠性的目的。首先针对双磁钢差动式极化继电器产品,分别进行恒定阻性负载、浪涌负载寿命试验,通过试验结果对比分析,确定产品故障模式;对关键输出特性参数进行统计分析,评价关键尺寸、工艺参数的工序能力,为后续产品优化设计提供相应的优化方向。接下来,应用三维造型软件UG建立继电器三维装配样机模型,利用ANSYS软件与ADAMS软件计算继电器静态吸力与反力特征;之后基于静态特征仿真中获得的吸力静态数据表,在MATLAB/Simulink模块中获得继电器动态特征结果,最终完成虚拟样机平台的搭建;最后基于磁路法、变形能法以及四阶Runge-Kutta法建立继电器静态与动态快速计算模型,为优化设计提供仿真分析平台。然后,考虑产品失效机理,利用优化设计平台提出三种优化方案。首先优化设计原结构形式的关键参数,分析其对目标特性的影响,并给出优化参数值,同时评估优化效果;之后考虑到衔铁驱动型返回形式的夹持式结构能够抑制弹跳,本文将这种结构引入到继电器设计中,得到改进型的夹持式推动器;最后为了提高触点分开瞬间的瞬时速率,提出接触系统新结构,通过虚拟样机平台仿真分析及样机产品试验分析,全面验证方案对提高产品寿命的可行性。最后,基于前文确定的继电器最佳结构,对其进行稳健优化设计,以减小产品分散性。利用双响应面模型对静态吸力关键点进行均值和方差拟合,对比拉丁超立方试验与均匀试验设计方法的拟合效果;采用多目标粒子群算法对双响应面模型进行寻优,并验证算法的可行性,最终得到最优的因素参数值;分别对电磁系统与接触系统进行容差设计,利用贡献率大小确定显著因素,并通过容差重分配实现提高产品一致性的优化目标。
【关键词】：双磁钢差动式极化继电器 失效机理 仿真分析 结构优化设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM58
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题的来源及研究的目的和意义10-12
• 1.2 课题的国内外研究现状12-16
• 1.2.1 继电器失效分析现状12-13
• 1.2.2 继电器虚拟样机仿真技术研究现状13-14
• 1.2.3 国内外极化继电器分析与优化研究现状14-15
• 1.2.4 国内外稳健设计及其研究现状15-16
• 1.3 本文主要研究内容16-19
• 第2章 继电器负载试验与质量特性分析19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 阻性负载试验19-22
• 2.2.1 研究对象19-20
• 2.2.2 试验结果分析20-22
• 2.3 浪涌负载试验22-27
• 2.3.1 试验设计22-23
• 2.3.2 恒定阻性负载与浪涌负载试验结果对比23-24
• 2.3.3 浪涌负载寿命试验分析24-27
• 2.4 继电器质量分布特性及工序能力评估27-31
• 2.4.1 质量输出特性分析27-29
• 2.4.2 工序能力分析29-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 继电器虚拟样机模型及快速计算模型的建立32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 继电器静态特性虚拟样机模型32-37
• 3.2.1 三维装配样机模型32-33
• 3.2.2 基于ANSYS软件的静态吸力特性计算33-35
• 3.2.3 基于ADAMS软件的静态反力特性计算35-37
• 3.3 继电器动态特性虚拟样机模型37-41
• 3.3.1 基于MATLAB/Simulink及ADAMS的联合动态仿真模型37-39
• 3.3.2 动态特性仿真结果分析39-41
• 3.4 继电器快速计算模型41-46
• 3.4.1 基于磁路法的电磁系统快速计算41-44
• 3.4.2 基于变形能法的接触系统快速计算44-45
• 3.4.3 基于四阶Runge-Kutta法的动态特性快速计算45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 继电器结构优化设计与验证47-63
• 4.1 引言47
• 4.2 基于原结构形式的关键参数优化设计47-52
• 4.2.1 轭铁极面宽度分析47-49
• 4.2.2 永磁材料形状分析49
• 4.2.3 动簧片高度与厚度分析49-50
• 4.2.4 继电器参数优化设计50-52
• 4.2.5 优化方案评估52
• 4.3 改进夹持式推动器结构设计52-54
• 4.4 接触系统新结构设计54-62
• 4.4.1 结构原理分析54-55
• 4.4.2 基于虚拟样机平台新结构仿真分析55-58
• 4.4.3 样机验证与试验分析58-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第5章 继电器多目标稳健参数与容差优化设计63-84
• 5.1 引言63
• 5.2 双响应面模型拟合设计63-68
• 5.2.1 双响应面法概述63-65
• 5.2.2 双响应面法试验设计与结果65-68
• 5.3 基于多目标粒子群算法的继电器参数稳健设计68-76
• 5.3.1 继电器多目标优化模型68-69
• 5.3.2 基于多目标粒子群算法的继电器参数优化策略69-75
• 5.3.3 基于多目标粒子群算法的继电器双响应面模型优化75-76
• 5.4 继电器容差设计与优化76-83
• 5.4.1 电磁系统容差设计76-80
• 5.4.2 接触系统容差设计80-83
• 5.5 本章小结83-84
• 结论84-86
• 参考文献86-92
• 攻读学位期间发表的学术论文及其他成果92-94
• 致谢94

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本文编号：566102