电磁直线换挡执行器结构设计
本文拟设计一种电磁直线换挡执行器以替代现有的的电控机械式自动变速器的换挡驱动装置，从而缩短常规变速器的换挡时间，提升汽车的换挡品质进而满足人们对汽车性能更高的要求。在本文的设计过程中，先对电磁直线换挡执行器的类型进行分析，综合评估并选择符合本课题目标要求的电磁直线换挡执行器的类型。然后在确定的电磁直线换挡执行器的基础上，对其结构和工作原理进行了阐述，最后根据电磁理论与机械原理，对影响其目标要求的几个结构组成部分如永磁体、内磁轭、线圈及线圈骨架等进行了选材分析，选择最合适的磁性材料，并在了解了变速器对电磁直线换挡执行器要求的基础上，初步确定电磁直线换挡执行器的尺寸、目标推力及行程，最后在保证换挡执行器的电，机，磁三个系统耦合性能最佳的条件下，用磁路法进行计算并确定其各个部分的具体参数。关键词 AMT，电磁直线换挡执行器，动圈式，永磁体，海尔贝克阵列
目 录
1 绪论..................................................................1
1.1 课题的研究背景及意义................................................1
1.2 课题的国内外发展状况................................................1
1.3 本文的主要研究内容及结构............................................2
2 电磁直线换挡执行器的方案设计..........................................3
2.1 电磁直线执行器的分类................................................3
2.2 电磁直线换挡执行器的方案评估........................................4
3 动圈式电磁直线换挡执行器的结构和工作原理..............................5
4 动圈式电磁直线执行器的设计............................... *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
.............6
4.1 执行器设计的要求....................................................6
4.2 永磁体材料的选择及设计..............................................7
4.3 内外磁轭材料的选择及设计...........................................12
4.4 线圈及骨架材料的选择及设计.........................................13
4.5 有限元仿真结果分析.................................................15
结论...................................................................18
致谢...................................................................19
参考文献...............................................................20
1 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
随着我国汽车工业的飞速发展，中国正在崛起为国际上最大的汽车制造国。目前，世界上各个国都对能源的问题越来越重视而且人民的生活水平也在不断的提高，人们对汽车舒适性，经济性等各方面性能的要求也越来越高。
随着自动变速技术的发展，电控机械式自动变速器（AMT）因其具有高传动效率，低成本，简单的结构和精确的控制系统也越来越被人们关注，其发展与成熟也越来越被重视。然而，由于AMT换挡需要中断动力，所以不仅会造成严重的动力损失，而且在换挡过程中也会产生强烈的冲击感，同时它还存在使用寿命较短，换挡体积较大等多种不足。
所以，为了进一步提高AMT的换挡品质和缩短动力中断的时间，本课题对换挡执行器进行了研究。而电磁直线执行器是一种能将电能直接转换成直线运动机械能的装置而且它不须要任何的中间转换机构，它又被称为“直线电机”或“线性电机”[1]。近年来,由于市场对运动定位精度要求的越来越高,再加上它具有具有结构简单、响应快和精度高等优点，人们就逐渐把目光转移到了电磁直线执行器上。所以，在本次的设计中，我们想要利用电磁直线换挡执行器来实现AMT的换挡过程，并在其基础要求上进行它的结构设计。
1.2 课题的国内外发展状况
电磁直线执行器的发展经历了一个很长的过程。电磁直线执行器的发展历史大约可以分为三个阶段。第一阶段是电磁直线换挡执行器的探索实验和部分实验应用阶段。在1845年，英国物理学家惠特斯顿（Wheatstone）就最早提出了电磁直线执行器，并且还制作了它的原形。但是在一方面，这种执行器由于气隙过大而导致其效率低下，在成本设计的技术中也没有发展性的进展。所以，在和同时期旋转电机的互相竞争中，电磁直线换挡执行器失去了在成本和效率上的优势。而另一方面，在当时的很多场合下，直接利用旋转电机就能解决问题，不需要再去研究其他的替代产品，而且只有利用电磁直线执行器才能解决问题的运用场合还没有能够找到。因此在这一阶段，电磁直线换挡执行器由始至终都没能获得过真正的运用。但是在这一阶段中，大量的试验数据和技术经验被被研究的人获取，在理论方面人们有了更深层次的认知，这些为后来人员对电磁直线执行器的研究运用奠定了基础[2]。
第二阶段是电磁直线换挡执行器全面的开发阶段。在这一期间,英国莱思韦特教授带领着它的研究小组获得了许多关于它的基础研究成果。从1956年到1966年，莱思韦特开始相继发表了关于电磁直线换挡执行器结构机理分析的文章，还有他的专著《Induction Machines for Special Purposes》在当时也引起了不少的轰动，在当时那个时期，有如此的成果也是相当的了不起。所以这些理论的奠基都给后来电磁直线换挡执行器的发展领域起到了一个推动作用,而且也提供了巨大的贡献,也使中断了研究的电磁直线换挡执行器再一次受到人们的关注。
随着材料学的发展和创新以及之前大量理论知识的积累，电磁直线换挡执行器进入了新的技术革新阶段。从1970年开始到现在这一阶段是电磁直线换挡执行器的第三阶段—独立应用时期。在这个时期,一条适合电磁直线执行器它自身发展的独特道路被研究人员发现并开发应用出来。由此各类电磁直线执行器的应用都迅速地得到了推广,市场上进而出现了许多具有实用价值的产品,如运煤机、空压机、冲压机等[3]。
目 录
1 绪论..................................................................1
1.1 课题的研究背景及意义................................................1
1.2 课题的国内外发展状况................................................1
1.3 本文的主要研究内容及结构............................................2
2 电磁直线换挡执行器的方案设计..........................................3
2.1 电磁直线执行器的分类................................................3
2.2 电磁直线换挡执行器的方案评估........................................4
3 动圈式电磁直线换挡执行器的结构和工作原理..............................5
4 动圈式电磁直线执行器的设计............................... *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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4.1 执行器设计的要求....................................................6
4.2 永磁体材料的选择及设计..............................................7
4.3 内外磁轭材料的选择及设计...........................................12
4.4 线圈及骨架材料的选择及设计.........................................13
4.5 有限元仿真结果分析.................................................15
结论...................................................................18
致谢...................................................................19
参考文献...............................................................20
1 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
随着我国汽车工业的飞速发展，中国正在崛起为国际上最大的汽车制造国。目前，世界上各个国都对能源的问题越来越重视而且人民的生活水平也在不断的提高，人们对汽车舒适性，经济性等各方面性能的要求也越来越高。
随着自动变速技术的发展，电控机械式自动变速器（AMT）因其具有高传动效率，低成本，简单的结构和精确的控制系统也越来越被人们关注，其发展与成熟也越来越被重视。然而，由于AMT换挡需要中断动力，所以不仅会造成严重的动力损失，而且在换挡过程中也会产生强烈的冲击感，同时它还存在使用寿命较短，换挡体积较大等多种不足。
所以，为了进一步提高AMT的换挡品质和缩短动力中断的时间，本课题对换挡执行器进行了研究。而电磁直线执行器是一种能将电能直接转换成直线运动机械能的装置而且它不须要任何的中间转换机构，它又被称为“直线电机”或“线性电机”[1]。近年来,由于市场对运动定位精度要求的越来越高,再加上它具有具有结构简单、响应快和精度高等优点，人们就逐渐把目光转移到了电磁直线执行器上。所以，在本次的设计中，我们想要利用电磁直线换挡执行器来实现AMT的换挡过程，并在其基础要求上进行它的结构设计。
1.2 课题的国内外发展状况
电磁直线执行器的发展经历了一个很长的过程。电磁直线执行器的发展历史大约可以分为三个阶段。第一阶段是电磁直线换挡执行器的探索实验和部分实验应用阶段。在1845年，英国物理学家惠特斯顿（Wheatstone）就最早提出了电磁直线执行器，并且还制作了它的原形。但是在一方面，这种执行器由于气隙过大而导致其效率低下，在成本设计的技术中也没有发展性的进展。所以，在和同时期旋转电机的互相竞争中，电磁直线换挡执行器失去了在成本和效率上的优势。而另一方面，在当时的很多场合下，直接利用旋转电机就能解决问题，不需要再去研究其他的替代产品，而且只有利用电磁直线执行器才能解决问题的运用场合还没有能够找到。因此在这一阶段，电磁直线换挡执行器由始至终都没能获得过真正的运用。但是在这一阶段中，大量的试验数据和技术经验被被研究的人获取，在理论方面人们有了更深层次的认知，这些为后来人员对电磁直线执行器的研究运用奠定了基础[2]。
第二阶段是电磁直线换挡执行器全面的开发阶段。在这一期间,英国莱思韦特教授带领着它的研究小组获得了许多关于它的基础研究成果。从1956年到1966年，莱思韦特开始相继发表了关于电磁直线换挡执行器结构机理分析的文章，还有他的专著《Induction Machines for Special Purposes》在当时也引起了不少的轰动，在当时那个时期，有如此的成果也是相当的了不起。所以这些理论的奠基都给后来电磁直线换挡执行器的发展领域起到了一个推动作用,而且也提供了巨大的贡献,也使中断了研究的电磁直线换挡执行器再一次受到人们的关注。
随着材料学的发展和创新以及之前大量理论知识的积累，电磁直线换挡执行器进入了新的技术革新阶段。从1970年开始到现在这一阶段是电磁直线换挡执行器的第三阶段—独立应用时期。在这个时期,一条适合电磁直线执行器它自身发展的独特道路被研究人员发现并开发应用出来。由此各类电磁直线执行器的应用都迅速地得到了推广,市场上进而出现了许多具有实用价值的产品,如运煤机、空压机、冲压机等[3]。
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