聚磁式永磁轮毂电机多目标优化设计

集成二级行星减速器轮毂驱动系统对电机电磁和力学性能提出了更苛刻需求。为进一步提升永磁轮毂电机转矩密度和弱磁范围,提出一种聚磁式永磁轮毂电机拓扑结构,分析转子关键参数对转矩密度、弱磁能力和转子强度的影响规律,确定电机初始优化目标;进一步利用有限元及响应面法构建输出转矩、特征电流及转子应力的代理优化模型,并利用改进布谷鸟算法进行多目标优化设计;对比分析优化前后电机电磁和机械性能。最后,试制75 kW聚磁式永磁轮毂电机,试验结果验证所提多目标优化算法的可行性和有效性。

无人车用高速永磁电机转子优化设计

随着车用电机高压化、高速化、高效化和高舒适性方向发展,对永磁电机的设计提出了更高的要求。本文以一台峰值功率65 kW,峰值转速9500 r/min,峰值扭矩650 Nm的车用高速轮毂永磁电机转子设计为例,对电机转子的电磁特性、传热特性与机械特性建立有限元和热路模型进行研究分析。为了提高车辆运行的舒适性,本文以转子磁路结构参数为优化参数,采用田口法对轮毂电机转子进行优化设计,在保证输出转矩不降低的情况下降低电机转脉动,优选齿槽转矩和绕组反电势THD最低的参数组合.仿真结果表明,优化前后转矩脉动降低了1.3%。针对轮毂电机大直径转子高速下转子强度问题,重点研究热态工况高速离心力作用下转子强度分析。该研究对于重载无人车用高速永磁电机设计具有理论指导意义。

新型车轮平衡机振动系统分析设计

通过对现有转子支撑系统的分析,确定了车轮动平衡机的支撑类型;建立了传统硬支撑立式平衡机振动模型,并对其质心运动方程进行解算,根据解算结果分析其静偶分离效果不佳的原因以及误差的来源;在此基础之上,提出了一种新型车轮平衡机振动系统模型,给出了此振动系统下的运动微分方程,并对其进行详细的解算分析研究,从误差来源上解决了静偶分离不佳的问题。实验结果表明,采用此振动系统解算分析方法,改善了车轮动平衡机的静偶分离性能,提高了不平衡量测量的稳定性与精度。

通风机轴流式转子轮毂静力学分析及优化措施

轴流式通风机由于其结构紧凑、流量和压头适中而成为目前矿用主通风机主要选用的机型。为进一步探究通风机节能降耗的优化路径,该文以轴流式通风机转子和轮毂作为研究对象,重点分析转子和轮毂部位的静力学特征及可行性节能路径。通过有限元分析和数值计算后,确定转子和轮毂的中空区域可进行优化,并采用多孔材料焊接的方法进行优化。结果显示,优化后转子和轮毂中空区域的能耗显著降低,这表明此次优化达到了技术要求。

多类型航空刹车器件性能试验台设计

飞机旋翼刹车装置和飞机机轮刹车装置都需要刹车性能试验,刹车试验台中都需要模拟转动惯量。基于其共性,设计适合两种类型试验的鼓轮,合理组合,共用一个轴系和动力,通过两个鼓轮离合满足不同的惯量模拟要求,既能用于旋翼刹车装置的刹车性能试验,同时又兼容轻型飞机机轮刹车装置的动态性能测试。设计了满足各种试验工况的装置。通过有限元进行强度分析并对其进行动态性能分析,满足设计要求。试验结果证明试验台鼓轮离合方便,各种试验工作可靠、设备稳定。

基于切削加工性能的螺杆转子成形砂轮安装参数二次优化设计方法

传统的螺杆转子成形砂轮设计研究主要集中在成形砂轮廓形精度提升方面,成形砂轮的切削加工性能与成形砂轮安装参数之间的耦合关系没有得到足够的关注,导致设计出来的螺杆转子成形砂轮切削加工性能不高,从而致使螺杆转子的成形磨削表面质量差、加工效率低。本文提出了一种新的基于切削加工性能的螺杆转子成形砂轮安装参数二次优化设计方法。首先,基于空间啮合原理设计螺杆转子成形砂轮安装参数优化设计程序,获得不干涉条件下的螺杆转子成形砂轮安装参数范围;其次,对不同安装参数下成形砂轮与螺杆型面的接触特性,以及不同安装参数条件下成形砂轮的轮廓特性、切削加工特性进行系统的分析和研究,获得了螺杆转子成形砂轮安装参数选择策略。以某型号三螺杆泵阳转子为例对该方法进行验证,结果表明,在保证加工质量的前提下,该方法可以显著降低螺杆转子精密磨削成本,具有较好的理论创新性与工程应用价值。

轮轨接触弹性约束下动力轮对转子系统振动特性分析

轮对柔性、旋转陀螺效应及其约束弹性是准确评估高速运行环境下动力轮对转子系统振动特性的关键。为此,系统开展了轮轨接触弹性约束下典型高速列车动力轮对转子系统的弯曲-扭转-轴向振动特性研究。首先,采用铁木辛柯柔性梁转子有限元理论建立了高速列车动力轮对转子系统的弯扭轴动力学方程,并分别采用刚度影响系数法和能量法推导了一种可以反映等效圆锥车轮踏面与钢轨接触特性的线性化轮轨接触单元;然后,编制了相应的MATLAB计算程序,并与建立的等效ANSYS模型作对比,验证了自编程序的正确性;其次,基于自编程序设计了四种模态模型,即弯曲模型、弯扭模型、弯轴模型和弯扭轴模型,详细对比分析了四种模型振动特性的异同和参数影响规律;最后,讨论了几种典型外部激励下动力轮对转子系统的共振稳定性。结果表明:弯扭轴模型的模态结果能够涵盖其他三种模型的所有模态信息,且模态数据保持一致;由轮轨接触刚度导致的轮对约束弹性(即支承刚度)在纵向和垂向差异显著,使轮对转子系统的1阶和2阶正涡动弯曲模态推迟出现在更高阶固有频率段,且相应的涡动轨迹呈现明显的扁平状;所讨论的典型外部激励中存在较多的能够诱发动力轮对转子系统发生共振的激励频率,尤是车轮损伤故障激励。

基于全域解析法的外转子轮毂永磁同步电机多目标优化

基于全域解析法对外转子永磁同步电机(PMSM)的空载反电动势、气隙磁密、齿槽转矩等性能求解计算。计算结果与有限元法计算结果较为吻合,验证了全域解析法对外转子PMSM求解的准确性。在此基础上应用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对电机多个结构参数,多个性能进行多目标优化。与初始方案相比,优化方案的电机综合性能得到有效提高。经过仿真和试验验证,证明了所提方法的合理有效性。

化肥催化装置转子轮盘疲劳寿命预测算法的设计与仿真

转子轮盘运行中,受轮盘外载荷强度的影响,导致寿命缩短,同时化肥催化装置催化物质和运行中的循环变幅应力也会对化肥催化装置使用寿命产生影响。为了避免装置意外失效,以化肥催化装置结构为基础,获取与转子轮盘疲劳相关的循环变幅应力、轮盘外载荷强度两项参数。通过将两项参数输入疲劳寿命预测模型,实现化肥催化装置转子轮盘疲劳寿命预测算法设计与仿真研究。实验结果表明,所提方法可准确预测转子轮盘疲劳寿命,且准确度较高,避免装置意外失效。

轮毂电机噪声研究

随着电动汽车普及,轮毂电机因体积小、效率高,已成为研究焦点,作为电动汽车动力输出设备,具有调速范围大、转速高等特点,但同时作为电动车一部分,与传统发动机比较,仍存在刺耳的噪声,在产品快速升级的时代,研究轮毂电机振动噪声已迫在眉睫。因此,以轮毂电机为例,从设计环节入手,通过有限元仿真电机噪声,并对转子结构、齿部辅助槽进行分析,得出降低噪声方案。

大功率汽轮机叶轮轮缘传热系数的研究

提出了大功率汽轮机叶轮轮缘总传热系数的计算方法。介绍了汽轮机动叶片叶身平均对流换热表面传热系数和叶片流道下壁面对流换热表面传热系数的计算方法和计算公式。把汽轮机叶片对叶轮的传热简化为肋片传热,使用肋片传热模型计算汽轮机叶片流道的等效传热系数,采用圆筒壁模型计算汽轮机叶轮轮缘的总传热系数,并给出了应用实例。在汽轮机转子的温度场与热应力场有限元分析中,该计算方法为确定叶轮轮缘的传热边界条件提供了依据。

螺杆压缩机转子成形砂轮刃形计算

针对给出任意转子型线时转子齿面加工的成形砂轮刃形设计,利用螺杆转子加工过程中转子和砂轮的相对位置关系,通过对转子型线坐标系的旋转变换,建立空间转子坐标系和成形砂轮坐标系之间的几何映射关系;基于啮合原理,建立转子齿面与成形砂轮的接触线方程,并给出解析和离散两种转子型线表达方式的刃形求解方法。在此基础上,根据转子砂轮之间的设计间隙,通过对接触线沿转子齿面法向进行偏置,获得了修整后的砂轮等距齿面刃形,避免了传统修整方法导致的法向齿间间隙不均等问题。加工结果表明,该方法能够满足螺杆转子的加工精度要求,是一种有效的螺杆转子齿面成形砂轮的刃形设计方法,并可推广应用于其他螺旋面成形砂轮或盘形铣刀的刃形设计。

带盖板预旋系统的流动实验

通过低转速的模拟实验对涡轮盘腔的带盖板预旋系统的流动特性进行了研究。在不同的紊流参数(0.5<λT<0.96)和旋转比(1.03<βp<1.9)下测量了预旋腔和盖板腔内的压力与速度分布,得到了两个腔内的旋转比变化情况,并分析了旋转雷诺数和进出口压比对预旋喷嘴流量系数的影响。实验结果表明:在两个腔内离心升压效应明显,预旋喷嘴出口气流对预旋腔内的气流压力和速度的影响要远大于接收孔出口气流对盖板腔的影响,压比和旋转雷诺数对喷嘴流量系数有较小的影响。

磨削螺杆转子砂轮截形计算与仿真验证

介绍了螺杆转子成型磨削原理,并给出成形砂轮截形计算的基本流程.再利用啮合原理推导建立了螺杆转子螺旋面与砂轮回转面的接触线方程式,从而计算得到成型砂轮截形曲线.详细论述了用分段累加弦长参数的数值计算方法,对砂轮截形进行计算,避开对转子截形曲线各离散点直接求导的困难,提高了计算效率.最后以某非对称型线螺杆阴转子为例,对砂轮截形进行计算绘制,并通过仿真加工检验计算的正确性,同时进行干涉判断.该方法也为螺杆转子后续的有限元分析和虚拟测试实验提供了精确的实体模型.

基于双转子电动机的混合四轮驱动系统

在研究现有混合动力驱动系统的基础上,提出一种基于双转子电动机的机一电桥间混合四轮驱动系统。该系统由机械桥和电动桥构成,通过桥间动力综合控制,两桥可以单独或共同驱动车辆行驶,其中电驱动桥由双转子电动机加上减速换向机构组成,可以实现驱动、差速、能量回收等功能。在分析双转子电动机工作原理的基础上,建立其数学模型,并进行模拟负载突变及车辆转弯下的性能仿真。以某运动型多功能汽车为例,利用Matlab/Simulink软件进行原型车和新方案的对比性能仿真。仿真表明:在保持动力性相当的前提下,新混合动力方案在经济性方面有较好的改善,百公里油耗比原型车在高速、城市工况下能够分别下降10.58%、21.87%。

外转子轮毂电机电磁场-温度场的耦合求解分析

采用有限元法对额定功率为8.5,kW的外转子永磁同步轮毂电机进行了电磁场-温度场的耦合仿真计算,研究了电机的发热以及电机内温度场分布情况,并对电机槽绝缘厚度和定子轭高度对电机温度场变化的影响做了定量分析.结果表明:当电机槽绝缘厚度降低到0.20,mm、定子轭高度增加5,mm时,电机温升问题得到了很好的改善,符合绝缘条件的要求.

注排液式砂轮在线动平衡技术研究

为有效抑制磨削过程中由砂轮失衡引起的振动,提出了一种新的注排液式砂轮在线动平衡方法,并设计了平衡装置。通过控制注入平衡腔内的液体与计算排出平衡腔的液体,控制平衡腔内残余液体质量,进而利用残余液体提供合适的平衡校正量。分析平衡腔内液体的离心力与腔内液位半径的关系,建立动态注液模型。采用打靶法对排液用的短孔型节流阀进行参数标定,分析了影响节流阀参数的因素,建立了流量控制模型,实现了平衡腔中残余液体量的精确计算。动平衡实验结果表明,在砂轮转速为2 700r/min时进行校正,使用注排液式砂轮动平衡方法,振动幅值下降达89.25%,验证了提出的在线动平衡方法的可行性和平衡效果,同时也表明该平衡方法具有持续的平衡能力,解决了现有注液式在线动平衡腔满而丧失平衡能力的问题。

双螺杆压缩机转子的精密磨削工艺研究

以螺纹磨削理论为依据,数控螺杆转子磨床为原型,砂轮直径变化量为关联尺寸,建立了螺杆转子磨削和砂轮修型的工艺尺寸链。利用该工艺尺寸链,可以精确计算出螺杆转子磨削用砂轮的精确廓形,同时可确定砂轮修型和螺杆转子磨削时机床运动参数,实现数控螺杆转子磨床的砂轮CNC精确修型和螺杆转子的精密磨削。对提高机床加工效率,保证螺杆转子加工质量具有实际意义。

双转子电机混合动力汽车驱动特性研究

双转子电机应用于混合动力汽车,可以方便地构建出集电机驱动、差速和能量回收等功能于一体的无差速器四轮混动驱动系统。以永磁无刷直流型双转子电机为例,分析了作为电驱动桥动力源的双转子电机的工作原理,并建立了在SUV混合动力电动车上应用的动力性和经济性仿真模型。最后,以欧洲城市工况为例,利用仿真模型进行了动力性和经济性对比仿真。结果表明,新型混合动力方案在动力性略有提高的基础上百公里油耗比原型车下降了21.09%。

螺杆转子成形磨削砂轮的修整

成形砂轮的修整质量直接影响着螺杆转子的齿形精度和表面质量。根据空间啮合原理,建立了螺杆转子磨削加工的数学模型,推导了成形砂轮与转子的接触线方程。针对转子端面齿形为离散点的情况,通过三次样条插值法、追赶法和MATLAB内置fsolve函数的衔接使用求解出了砂轮的轴向截形。介绍了CNC砂轮修整器的工作原理,根据计算结果设计了砂轮的修整方案,研究了砂轮截形与中心距的变化规律并提出了数控程序编制的简化方法。该修整方法简单可靠、精度高,适合复杂曲线廓形的加工。