基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法及系統，首先選取馬達制動器加載結構的優化對象，并分別對所優化對象選取相關的不同結構參數進行參數化建模，得到不同結構參數的馬達制動器模型；建立不同結構參數的馬達制動器模型的幾何模型，并對其進行仿真和后處理，然后提取幾何模型中摩擦片表面的壓力仿真數據，選取任意一條半徑上的若干個點，得到每個點對應的半徑和壓力值。最后以熱流密度趨近于恒值為優化目標，選擇最優的馬達制動器模型，得到對應馬達制動器加載結構的優化對象的結構參數。本優化方法及系統具有通用性、快速性和成本低等優點，對馬達制動器的制動性能與可靠性具有重要意義。制動性能與可靠性具有重要意義。制動性能與可靠性具有重要意義。

【技術實現步驟摘要】
基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法及系統


[0001]本專利技術屬于制動器
，具體涉及一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法及系統。

技術介紹

[0002]制動器是液壓馬達中重要的部件之一，通常借助于摩擦過程來實現制動，其中濕式多盤制動器由于其制動力矩大、制動性能穩定、可靠耐久等優點得以應用。制動器加載結構是制動器中的關鍵結構，其直接影響摩擦片的加載壓力分布，而摩擦片的加載壓力分布影響制動過程中制動器所傳遞的扭矩的大小，同時會對其表面的溫度場分布產生影響，然而，如果作用在摩擦片上的加載壓力分布不合理，會使得摩擦片的表面溫度分布不均勻，出現局部過熱從而導致局部產生較大的熱應力與熱變形，溫度場和應力場相互影響、相互作用，反之進一步加劇摩擦片表面溫度的不均勻分布，循環往復后會進一步導致摩擦片出現翹曲變形、磨損嚴重、局部溫度過高、油液易泄漏等失效問題，嚴重影響制動器的制動性能與使用壽命。因此，對制動器的加載結構進行優化設計顯得尤為重要。
[0003]現有關于制動器設計的相關研究，主要集中在摩擦盤的溫度場和應力場機理、分布規律和影響因素方面，針對摩擦片溫度場的研究重點圍繞其自身結構、材料和工藝的較多，大多研究從如何更好散熱的角度出發，忽略了如何避免不均勻產熱，對制動器加載結構的研究較為薄弱，然而對加載結構的優化設計是避免摩擦片表面的不均勻產熱的有效實現方式。

技術實現思路

[0004]本專利技術的目的是針對現有技術的不足，專利技術一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法及系統，通過優化碟簧的加載端直徑和碟簧分布圓半徑、制動器活塞凹槽的深度和寬度，獲得理想的加載壓力，使得加載過程中造成的摩擦片熱變形和應力集中等問題得以解決，優化了制動器的設計過程。
[0005]本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法，該方法包括以下步驟：
[0006]S1：以馬達制動器的摩擦片溫度均勻分布為目標，選取馬達制動器加載結構的優化對象，并分別對所優化對象選取相關的不同結構參數進行參數化建模，得到不同結構參數的馬達制動器模型；
[0007]S2：建立不同結構參數的馬達制動器模型的幾何模型，并對其進行仿真和后處理，提取幾何模型中摩擦片表面的壓力仿真數據，選取任意一條半徑上的若干個點，得到每個點對應的半徑和壓力值；
[0008]S3：根據步驟S2得到的半徑和壓力值，計算對應的馬達制動器模型的摩擦片熱流密度，以熱流密度趨近于恒值為優化目標，選擇最優的馬達制動器模型，得到對應馬達制動器加載結構的優化對象的結構參數，實現馬達制動器加載結構優化設計。
[0009]進一步地，步驟S1中，馬達制動器加載結構的優化對象分別為：碟簧的加載端直徑d
a
、碟簧的分布圓半徑r
b
、制動活塞凹槽的深度s
c
和制動活塞凹槽的高度h
d
，選取優化對象相關的不同結構參數，并進行排列組合，得到不同結構參數的馬達制動器模型；
[0010]進一步地，步驟S2中，將馬達制動器模型的幾何模型導入ANSYS Workbench仿真平臺，經過參數設置與仿真計算，得到對應幾何模型的壓力仿真結果；
[0011]進一步地，步驟S3中，熱流密度q根據下式計算：
[0012]q＝μpwR
[0013]其中，μ為摩擦系數，p為壓力值，w為角速度，R為半徑，由于μ、w為常數，因此，需使pR趨近于恒定值，即可實現馬達制動器加載機構的優化目標；
[0014]進一步地，步驟S3中，實際上pR是不斷變化的，因此以pR的方差最小值為優化目標，為便于計算分析，令：
[0015]X
i,j
＝p
i,j
R
i,j
[0016]其中，X
i,j
表示第i個馬達制動器模型中摩擦片上選取的第j個點處的pR值，p
i,j
表示第i個馬達制動器模型中摩擦片上選取的第j個點處壓力值，R
i,j
表示第i個馬達制動器模型中摩擦片上選取的第j個點處半徑，每個模型M
i
均對應n個X
i,j
值，計算X
i,j
的方差大小來判斷優化結構是否為最優，X
i,j
的方差可以通過下式計算：
[0017][0018]X
i,j
的方差最小值為加載結構的優化目標，n為步驟S2中選取的一條半徑上的n個點，表示第i個馬達制動器模型中摩擦片上選取的n個點的均值；將不同結構參數的馬達制動器模型依次計算得到不同的方差，最后對比所有方差，取方差的最小值對應的馬達制動器模型作為最優結構。
[0019]另一方面，本專利技術還提供了一種實現基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法的馬達制動器加載結構優化系統，該系統包括優化對象選擇模塊、壓力仿真模塊和最優模型選擇模塊；
[0020]所述優化對象選擇模塊用于以馬達制動器的摩擦片溫度均勻分布為目標，選取馬達制動器加載結構的優化對象，并分別對所優化對象選取相關的不同結構參數進行參數化建模，得到不同結構參數的馬達制動器模型；
[0021]所述壓力仿真模塊用于建立不同結構參數的馬達制動器模型的幾何模型，并對其進行仿真和后處理，提取幾何模型中摩擦片表面的壓力仿真數據，選取任意一條半徑上的若干個點，得到每個點對應的半徑和壓力值；
[0022]所述最優模型選擇模塊用于根據壓力仿真模塊得到的半徑和壓力值，計算對應的馬達制動器模型的摩擦片熱流密度，以熱流密度趨近于恒值為優化目標，選擇最優的馬達制動器模型，得到對應馬達制動器加載結構的優化對象的結構參數，實現馬達制動器加載結構優化設計。
[0023]本專利技術的有益結果是：
[0024]1、等熱流密度方法的應用使得摩擦片表面溫度分布較為均勻，可以避免摩擦片的
熱變形和應力集中。
[0025]2、優化對象和優化目標的明確，使得優化過程層層遞進、清晰明了，簡易化處理且可操作性強，設計成本降低。
[0026]3、通過仿真平臺的建模與參數設置，能夠在短時間內快速實現不同類型馬達制動器加載結構的批量優化，具有通用性和快速性。
附圖說明
[0027]下面將結合附圖來對本專利技術的優選實例進行詳細地描述；
[0028]圖1為一種基于等熱流密度的制動器加載結構優化設計方法的流程圖；
[0029]圖2為某型號馬達制動器的結構示意圖；
[0030]圖3為制動器上加載結構優化對象示意圖(a.碟簧分布圓半徑示意圖；b.碟簧加載端大小以及制動活塞凹槽的深度及高度示意圖)；
[0031]圖4為摩擦片沿半徑方向壓力變化示意圖；
[0032]圖5為摩擦片沿半徑方向溫度變化示意圖；
[0033]圖6為一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化系統示意圖；
[0034]附圖中，主要附圖標記如下：
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：S1：以馬達制動器的摩擦片溫度均勻分布為目標，選取馬達制動器加載結構的優化對象，并分別對所優化對象選取相關的不同結構參數進行參數化建模，得到不同結構參數的馬達制動器模型；S2：建立不同結構參數的馬達制動器模型的幾何模型，并對其進行仿真和后處理，提取幾何模型中摩擦片表面的壓力仿真數據，選取任意一條半徑上的若干個點，得到每個點對應的半徑和壓力值；S3：根據步驟S2得到的半徑和壓力值，計算對應的馬達制動器模型的摩擦片熱流密度，以熱流密度趨近于恒值為優化目標，選擇最優的馬達制動器模型，得到對應馬達制動器加載結構的優化對象的結構參數，實現馬達制動器加載結構優化設計。2.根據權利要求1所述的一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法，其特征在于，步驟S1中，馬達制動器加載結構的優化對象分別為：碟簧的加載端直徑、碟簧的分布圓半徑、制動活塞凹槽的深度和制動活塞凹槽的高度，選取優化對象相關的不同結構參數，并進行排列組合，得到不同結構參數的馬達制動器模型。3.根據權利要求1所述的一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法，其特征在于，步驟S2中，將馬達制動器模型的幾何模型導入ANSYS Workbench仿真平臺，經過參數設置與仿真計算，得到對應幾何模型的壓力仿真結果。4.根據權利要求1所述的一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法，其特征在于，步驟S3中，熱流密度q根據下式計算：q＝μpwR其中，μ為摩擦系數，p為壓力值，w為角速度，R為半徑，由于μ、w為常數，因此，需使pR趨近于恒定值，即可實現馬達制動器加載機構的優化目標。5.根據權利要求4所述的一種基于等熱流密度的馬達制動器加載結構優化方法，其特征在于，步驟S3中，實際上pR是不斷變化的，因此以pR的方差最小值為優化目標，為便于計算分析，令：X
i,j

【專利技術屬性】
技術研發人員：張超，段怡曼，趙旗，張小龍，張軍輝，徐兵，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：