电磁阀设计中电磁力的工程计算方法-图文

万方数据万方数据万方数据万方数据44导弹与航天运载技术2007年应强度。参考文献【2】,电磁铁中用到的工业纯铁和软磁合金的磁化曲线如图5所示。2.21.8—_裔1.41.0O.6—55152535H/kA・lit一‘图5导磁材料的磁化吐线对于图2所示结构,采用轴对称磁位矢量分析模型,计算时分别考虑工业纯铁和精密导磁合金磁化曲线的非线性特征。为了得到较为精确的计算结果,取四节点双线性等三单元进行计算,考虑到气隙处结构较小,并且此处需要精密分析,有限元离散时在此处加密网格,得到的有限元计算模型如图6所示。对于图6a所示结构,左部边界为旋转轴,施加轴对称边界条件,线圈部位施加电流密度‘,边界条件(电流密度定义为线圈安匝数与线圈截面积之比,其余与外界接触的边界认为漏磁很少,假定最外面的磁力线与边界重合。图6b、图6c分别是采用有限元方法得到的磁力线和磁感应强度分布。a有限元模型b磁力线分布c磁感应强度B分布图6有限元计算模型及得到的计算结果以上计算过程考虑导磁材料非线性,如果按照恒定导磁率计算,分别取两种材料的导磁率为3.1×10刁H/A和1.5×10一H/A,得到的磁力线及磁感应强度分布见图7。图6、图7两种情况对应的电磁力分别为118.6N和165.8N,但通过磁场分析结果来看,衔铁和挡铁处的磁感应强度已经超过该材料的饱和磁感应强度,因此,采用线性模型计算得到的结果偏高。2.4各种计算结果的比较在电磁铁组件加工完毕后,通常采用测量砝码悬重的方法考核电磁力指标。一般情况下,为了保证设计可靠性,通常在极限电压下测量电磁铁吸力,表5为在24V条件下的试验和计算结果的对比。万方数据第１期娄路亮等电磁阀设计中电磁力的工程计算方法４５ａ）磁力线分布ｂ）磁感应强度Ｂ分布图７不考虑导磁材料的非线性得到的计算结果表５计算电磁力与实测数值比较经验公式工作状态实测值Ｋｒ＝２．５肛３．５１５４．９磁路分割法Ｋｒ＝４．５９３．９７有限元法线性模型１６５．８非线性模型１１８．６２４Ｖ、２０Ｑ、气隙０．５ｍｍ１１７．６３０３．６９３．７分布，计算结果的准确性也最高，适合在工程设计与通过表５的对比结果可以看出：采用非线性有限元模型计算得到的电磁力与实测值之间的误差最小，采用有限元方法同时可以得到整个空间的磁力线分布、磁路各处磁感应强度大小，有利于磁力计算与磁路优化。参考文献优化中推广使用。通过对型号产品的分析，发现套筒对磁路磁阻影响较大，如果能够将导磁材料与非导磁材料连接到一起，降低磁路的非气隙处磁阻，可以优化电磁铁结构。３结论本文介绍了３种工程上常用的计算电磁铁吸力的计算方法，就方法的难易程度来讲，经验公式估算最为简单，但是估算精度受参数选取影响非常大，对于有丰富电磁铁设计经验的技术人员可以采用；而磁路分割法物理意义明确，关键需要准确估算磁路各处的磁导及磁通，该方法能够确定磁势降低的主要部位，可以在电磁铁设计初期进行磁力估算，缺点是不能考虑磁性材料的非线性特征及精确计算磁阻及漏［１］林其壬，赵佑民．磁路设计原理［Ｍ】．北京：机械工业出版社，１９８７．【２】李泉凤．电磁场数值计算与电磁铁设计［Ｍ］．ｊＥ京：清华大学出版社，２００２．【３】钱家骊．电磁铁吸力公式的讨论ｆＪ】．电工技术，２００１（１）：５９－６０。［４】安琳，刘志珍，赵琳．电磁阀的有限元法磁场分析及吸力计算［Ｊ］山东大学学报（工学版），２００４，３４（６）：２７．３１．［５】付文智，李明哲，邓玉山．直流电磁铁磁场和牵引力的数值模拟【Ｊ】．机械学报，２００５，３６（２）：１００—１０３．【６】ＴａｏＧＣｈｅｎ，ＨＹＨｅＺＢ．Ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｏｆｆｉｅｌｄｏｆａｌｌｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ磁；