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可调速异步盘式磁力联轴器的优化设计

2021-03-06 09:45:02

可调速异步盘式磁力联轴器的多目标优化设计

在对可调速异步盘式磁力联轴器引入层模型理论的基础上,以多种结构参数和性能参数(永磁体轴向厚度、气隙长度等)作为设计变量,减少材料成本和提高转矩性能为双优化目标,建立了数学优化模型。基于上述模型,建立了双目标函数各自的隶属函数,采用线性加权求和法将双目标函数转化为单目标函数;然后运用惩罚函数法把多约束问题转化为无约束问题,进而利用遗传算法对联轴器的各参数进行了优化。联轴器的总体积下降了,转矩提高了,该算法具有良好的优化效果。

可调速异步盘式磁力联轴器是一种轴系零件,其利用永磁材料所产生的磁力作用,实现了运动和转矩无接触传递。与传统联轴器相比,采用钕铁硼永磁材料作为励磁源的永磁联轴器,其传递转矩和效率均有及大提高。然而钕铁硼价格相对高昂,使得可调速异步盘式磁力联轴器的制造成本也较高,故需对永磁联轴器进行优化,用较少的永磁材料得到较强的磁场,传递较大的转矩

本研究以可调速异步盘式磁力联轴器(以下简称联轴器)为研究对象,以“钕铁硼用量较小化”和“输出转矩较大化”为研究目标,建立了实用和准确地数学模型,提出了体积—转矩双目标非线性规划模型。双目标非线性函数问题的求解一直是研究的焦点问题。下面将探讨利用遗传算法、隶属函数与惩罚函数相结合的方法,对含有多个约束条件的双目标函数进行全局优化。

联轴器采用两个主动永磁体盘,两个从动铜转子盘的复合式结构。永磁体盘固定于电机轴上,铜盘固定在负载轴上。永磁体盘由电机带动相对铜盘做旋转运动时,在铜导体表面会产生感应电流,此感应电流又将产生感应磁场与永磁场相互作用,从而实现转矩的传递通过对影响可调速异步盘式磁力联轴器生产成本和工作性能的研究基础上,建立了以体积较小化和转矩较大化的多约束双目标数学模型。针对模型中多目标、多非线性约束的特点,采用将遗传算法、隶属度函数与惩罚函数相结合的方法,构造了带惩罚项的适应度函数,对联轴器的结构参数和性能参数进行了优化,改良了遗传算法的局限性。优化结果表明,该算法在单目标函数和多目标函数情形下均搜索到全局较优解,具有良好的优化效果,为可调速异步盘式磁力联轴器的改进优化起指导意义。