转子-轴承系统中电磁作动器的力学特性分析及实验研究

通过理论分析和实验的方法研究了电磁作动器的力学特性,建立了基于转子振动位移的电磁作动器电磁力模型;设计了电磁力模型参数识别装置,并采用最小二乘估计法进行了模型参数识别。该模型与电磁轴承力的理想模型的对比实验表明,基于转子振动位移的电磁力模型较之传统理想模型更能反映电磁作动器中实际电磁力的力学特性。     

转子-轴承系统中电磁作动器的Ansys仿真及实验研究

通过有限元软件对电磁作动器进行实验工况下的三维有限元仿真,分析在不同电流和转子定子间气隙下的电磁力;建立了电磁作动器电磁力测量装置,对相应电流和间隙下的电磁力进行静态工况下的测量,验证磁场分析结果的准确性。在此基础上根据模拟数据预测轴承的电流刚度和位移刚度,并分析逐渐增大电流达到磁饱和时电磁力随电流变化规律。研究结果表明,基于Ansys软件的三维有限元分析得出的静态电磁力与实验值相比误差小于10%, Ansys软件能够较准确的模拟电磁轴承静态时的电磁力及相应的电流刚度和位移刚度。     

翼型绕流电磁力控制效率分析

电磁力可有效对流体流动进行控制,增升减阻,抑制流动分离,制约其推广应用的瓶颈为控制效率问题。为提高其控制效率,需要深入研究电磁与流场的相互作用及其能量传递过程。对电磁力增升减阻的控制效率问题进行了数值研究。根据能量守恒定律,推导电磁力控制能耗,基于升力和阻力计算节省能量。定义电磁力的控制效率为η=能量节省/电磁力控制所需能耗,研究电磁力控制过程,分析其能量损耗,为电磁力控制效率的提升提供理论基础。研究结果显示在控制开始阶段,电磁力控制能量的损耗主要体现流体动能损耗,其最高损耗率可达95%,其次体现在焦耳热上,最高可达28%;随着时间推移,流体动能损耗η2下降,电磁力控制效率η及焦耳热损耗η1增加,控制效率η在控制结束时增加到了33%。其机理为流动动能损耗与边界层速度的改变程度紧密相关,电磁力作用一段时间后,边界层速度剖面图再无明显变化,因此流体动能损耗下降,在控制开始阶段流体动能损耗为主,流体动能损耗为主其损耗的下降会提升电磁力的控制效率。     

一种新型电永磁制动器结构设计及有限元分析

电磁作动器是一种得到广泛应用的运动和动力开闭控制执行装置.为提高其推力密度,尝试将永磁体引入电磁制动器的作动器中并设计一种新型电永磁作动器,在此基础上,提出一种新型电永磁常闭制动器.采用有限元法分析了电永磁作动器动作的可靠性及影响电磁吸力的因素;结果表明设计的常闭式电永磁制动器具有电磁吸力大、小电流可维持的优点.     

电磁直驱静液作动器多学科建模与优化

针对汽车电动化与智能化对线控系统执行元件日益严苛的需求,提出了一种高功率密度动圈式直线执行器直接驱动液压泵活塞,进而实现作动筒容积伺服控制的电磁直驱静液作动器,有效缩短了动力传递路径.建立了作动器电磁-机械-液压-控制耦合的多学科仿真模型,设计了直驱活塞运动的滑模-自抗扰控制算法,分析了单向阀阀芯球座直径、阀芯球体直径、弹簧刚度和弹簧预压力等结构参数对作动器性能的影响规律;以作动器动态响应时间为优化目标,通过遗传算法优化了单向阀的结构参数.仿真与实验结果验证了电磁直驱静液作动器多学科建模及优化的有效性,在直驱活塞运动幅值±5 mm、频率20 Hz典型工况下,作动器20 mm行程的响应时间小于0.2 s.     

基于CFD的螺旋槽干气密封端面开孔流场的分析

为了测量静环端面安装传感器开孔对流场气膜压力的影响因子,应用Solidworks软件建立三维螺旋槽干气密封端面气膜模型,包括在动环槽底根径相对的静环端面开孔和不开孔的2种模型建模.在特定工况下,运用Fluent软件对螺旋槽干气密封内部微间隙三维气体流场2种模型以层流模式分别进行数值模拟,得到2种模型的泄漏量,且与试验值...     

车用混合电磁作动器优化设计与试验研究

为了解决车用线性电磁作动器存在可靠性差的问题,设计了一种新型混合电磁作动器.针对该结构,采用改进天棚控制策略进行性能匹配,优化混合电磁作动器的性能参数,并以直线电机需要提供的峰值电磁推力为优化目标,优化混合电磁作动器的结构参数,最后试制实体样机并进行台架试验.试验结果表明,混合电磁作动器能够较好地改善车辆动力学性能,验证了样机的有效性.     

基于粒子群优化算法主动悬架作动器多目标优化设计

为了使电动轮主动悬架系统的电磁直线作动器具有高推力密度、低铜耗和低推力波动特性,提出基于粒子群算法的圆筒形Halbach永磁直线同步电机作动器多目标优化设计方法,推导Halbach直线作动器径向气隙磁场密度、空载感应电动势、电磁力解析式,并采用有限元法对其进行了验证。基于Halbach磁体结构的气隙磁场进行参数化分析,获得磁体参数优化范围,以永磁体、气隙与槽深尺寸为优化变量,以推力体积比系数、铜耗系数为优化目标,采用基于自适应罚函数的多目标随机粒子群优化算法对作动器结构参数进行优化,并利用模糊集合理论对Pareto最优解进行选优。研究结果表明:优化后作动器结构紧凑,且作动器铜耗及波动明显降低,验证了作动器设计的正确性与多目标优化的有效性。     

发动机振动主动控制用电磁作动器的设计和动态特性研究

对一种适用于汽车发动机振动主动控制用的新型串接式高能电磁作动器进行了结构设计,计算了作动器的磁场,对作动器的片状弹簧的应力分布进行了有限元分析。同时,建立了作动器的力学模型,对其动态特性进行了仿真分析和试验研究,结果表明作动器是理想的激振源和主动控制用作动器。     

考虑动圈偏心的电动振动台等效电磁力计算方法

为了反映动圈激励电磁力对偏载工况下电动振动台横向振动的影响,提出了一种考虑动圈偏心影响的电动振动台等效电磁力计算方法。综合选取动圈通电电流、垂向位置、翻转偏心角度、径向平移偏心距及方向等5个因素,通过求取径向平移偏心距极限及假设虚拟偏心距进行变量代换,解决了现有正交试验设计方法难以应用于多个因素之间存在取值相互约束情况的问题。通过电磁有限元仿真获得了与动圈分布电磁力等效的集中电磁力样本,采用神经网络方法进行样本拟合获得了动圈全运动工况等效电磁力。仿真结果表明:径向等效电磁力主要随翻转偏心角度的增加而增加,且在大电流工况增加更迅速;采用所提方法获得的等效电磁力相对误差均在10%以内,可在满足工程误差要求的同时快速实时获得动圈全运动工况等效电磁力,解决了由有限元及精确解析方法计算等效电磁力速度慢所导致的无法进行电动振动台电磁-结构双向耦合仿真的问题。该方法也可应用于其他相似的运动系统受力计算问题。     

电磁离心耐热管坯的实验研究

研究了电磁离心复合力场作用下获得的1Cr25Ni20Si2耐热管坯的凝固组织与力学性能·实验结果表明,在离心铸造过程中施加合适强度的稳恒磁场,1Cr25Ni20Si2耐热管坯的凝固组织得到明显改善,结果其冲击韧性和延伸率也相应地提高·但当磁感应强度B>0 04T后,再进一步加大磁感应强度,1Cr25Ni20Si2耐热管坯的力学性能又出现下降的趋势·通过分析得出,稳恒磁场与旋转熔体相互作用,产生电磁搅拌是耐热管凝固组织和力学性能改善的根本原因·     

用于流体边界层控制的电磁场计算

利用电磁场作用于电介质溶液的Lorentz力可以控制溶液的流动.基于电磁场的基本方程,利用有限差分法,对置入流动弱电解质中圆柱形电磁激活板周围的电势、磁势、电场强度、磁场强度和Lorentz力进行了数值模拟,并对其分布做了分析.结果表明:电势、磁势、电场强度、磁场强度和Lorentz力沿展向均呈周期分布,沿法向则以指数规律迅速衰减.极板宽度越宽,衰减越慢,渗透深度越大,Lorentz力脉动性越小.     

离心式作动器及驱动系统研究与实现

作动器系统作为直升机结构响应主动控制系统（ACSR）执行元件的重要核心部件,其控制性能 直接关系到振动的抑制效果。本文研制了一套基于永磁无刷直流电机驱动的离心式作动器原理样机,详细 阐述了系统组成及工作原理,论述了作动器输出力频率、幅值和相位的调节方式。依据离心式作动器的原 理建立了偏心块的输出力方程,选取了 MAXON 公司生产的 EC60 flat 411678 无刷电机作为驱动源。设计 了作动器伺服控制系统,针对功率驱动中的隔离 DC/DC、自举二极管、自举电容、电流驱动能力及母线支 撑电容等关键参数进行了详细设计。通过实验验证,电机转速误差最终被控制为 1%以内,位置响应时间 小于 50mS,振动抑制在 0.0015g 以下,取得了较好的控制性能,为离心式作动器系统在直升机平台的应用 奠定了基础。     

物流管道内表面磁力研磨的数值仿真

由于物流管道内表面磁力研磨的特殊性，管道及励磁机构都不宜作高速旋转运动．提出了用电磁励磁产生回转磁场实现非机械方式产生相对运动的方法，并对励磁机构以简化模型为基础进行了数值仿真，使研磨压力、磁驱动力和简化模型的相关参数建立了数值上的关联，同时对数值计算的结果进行了具体的分析．研究结果表明：磁驱动力随间隙及相对位移增大都是先上升后下降，在大间隙区域内该力随相对位移变化趋缓；研磨压力随相对位移单边下降，在小间隙区域对研磨压力缺乏表达能力．     

低压大电流车载发电机改善换向研究

为了解决低压大电流车载发电机换向困难和火花等级高的问题,采用非均布和非对称磁极结构、加装非均匀换向极、嵌下具有均压作用的单波绕组和倾斜电刷等措施,以降低换向区磁场和换向电势.应用电磁场有限元方法对车载发电机进行空载和负载内部磁场分析与计算,研究电机内磁力线的分布和气隙磁场波形,结果表明:尽管主磁极极靴和主磁极在空间是不等距分布的,但是主磁极所建立的气隙磁场仍然是对称和均布的,可确保提供适合机电能量转换的媒介空间;通过对比有换向极作用和没有换向极作用时电机内磁场分布和气隙磁场波形,换向极起到了降低换向区磁感应强度的作用,特别是对换向区磁场的细化分析和展示,发现有换向极作用时,换向电势平均降低了42.3％,即有明显改善换向的效果,火花实验也说明换向得到了改善.设计方案可以改善发电机换向条件,降低火花等级,抑制电磁干扰,有利于提高车载电气系统运行稳定性、可靠性和安全性;研究结果为低压大电流车载发电机研制提供技术支持.     

旋转电磁搅拌时机对GCr15轴承钢凝固组织的影响

通过石墨型铸造研究了旋转电磁搅拌时机对GCr15轴承钢凝固组织的影响.结果表明:在钢液凝固过程的不同时间段施加电磁搅拌,对轴承钢的凝固组织具有显著影响,越早施加电磁搅拌,磁泰勒数(表征磁场作用下强制流动的无量纲数)越大,钢液所受的电磁力越大,越有利于柱状晶向等轴晶转变;在0~05min时间段施加电磁搅拌,铸锭等轴晶率提高了52%.此外,电磁搅拌引起的钢液对流推动了凝固前沿枝晶的折断、熔断和游离,枝晶碎片在强烈对流作用下增殖并被带到熔体心部成为异质核心,凝固前沿的温度梯度减小,成分过冷增大,促进了柱状晶向等轴晶转变.     

旋转式泵类填料密封的动态设计研究

对离心泵填料的受力进行了理论分析,通过实验找到了影响泄漏量的因素,如压紧力,填料摩擦系数,初始间隙,密封环长度等。通过对填料环的动态设计,用ＰＴＥＥ－聚苯酯－石墨自润滑复合材料的做离心泵的填料。测试表明,泵的性能明显的地好于使用石棉填料,解决了泵的泄漏。     

地质力学磁力模型试验磁场梯度研究

地质力学磁力模型试验与离心机模型试验的核心思想类似,都是通过施加外加力场来达到增加试验材料应力水平的目的.本文根据磁性颗粒的磁场力公式,指出磁场梯度为恒定值是磁性材料受力均匀的必要条件之一.根据磁滞回试验测得的磁性材料的磁化强度,推导获得了均匀力场的磁场梯度下限值.采用数值模拟方法,计算了单圆台线圈、两同向电流对接线圈、两反向电流对接线圈这3种磁场生成方案的磁场梯度,比较分析该3种磁场梯度的均匀性,研究表明单线圈磁场生成方案所产生的磁场梯度较均匀且磁场空间较大,因此选择单线圈为磁力模型试验的磁场生成方案.