CN112883613A - 直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法，所述方法在接触器吸反力设计前期阶段给出了冲击能量下限，即实现无弹跳设计的最小吸反力差值，使得设计过程在给定吸力曲线的情况下可以迅速匹配反力曲线，大大减少了设计中后期阶段的计算量。相比于传统吸反力曲线反复计算配合达到设计目标的方法，有效提升了设计效率。使得接触器吸反力设计前期阶段给出了准确的接触器回跳下限阈值，吸反力匹配效果突出，减少了设计方案可能出现的吸合电压大或释放电压小问题，实现了更好的设计效果。直接针对回跳问题，在设计阶段即专注于寿命问题解决的核心，冲击能量下限设计方法直击问题关键点，针对性更强。

Description

直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法
技术领域
本发明属于接触器技术领域，涉及一种用于直动式电磁接触器冲击能量下限的设计方法。
背景技术
直动式电磁接触器在工业控制系统中有着广泛的应用，为了保证控制电路的长期、可靠运行，抑制或减少直动式电磁接触器回跳十分重要。传统抑制或减少回跳的仿真方法，是在接触器吸反力设计初期，通过吸反力曲线反复计算配合达到抑制或减少接触器回跳的目的，这种方法需要反反复复的调整仿真模型，耗时较长，设计阈值不明确；而传统抑制或减少回跳的装配方法，是调整接触器样机的吸反力匹，这种方法要求设计人员对接触器本体有足够的了解，同时又具有装配经验，调整人员的要求高，设计成本高；两种传统方法的不足之处在于：由于匹配设计过程中设计阈值不明确，设计结果中会出现理论匹配而实际吸合电压大等问题，且存在相对设计周期较长、计算资源成本较高的问题。
发明内容
为了提高设计效率，减少设计成本，本发明提供了一种直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法，预先得到吸合冲击能量和回跳时间、回跳次数的关系，计算接触器回跳为零时的冲击能量下限值。本发明在接触器吸反力设计前期阶段，给出了冲击能量下限，即实现无弹跳设计的最小吸反力差值，减少了因吸反力匹配不佳造成的吸合电压大或释放电压小的问题，从而提升设计效率、降低设计成本。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法，包括如下步骤：
步骤S1：实测直动式接触器所有零件全部尺寸，并绘制CAD模型；
步骤S2：根据实测绘制的CAD模型，转换成静态电磁有限元仿真模型，得到电磁吸力仿真结果；
步骤S3：直动式接触器测绘零件装配的电磁系统，测试额定电压、吸合电压、释放电压下三条电磁吸力曲线；
步骤S4：利用测试的电磁吸力曲线，修正静态电磁有限元仿真模型，确保仿真结果的正确性，得到可用来准确计算电磁吸力的静态有限元仿真模型；
步骤S5：利用多体动力学仿真软件，建立反力系统的多体动力学仿真模型；
步骤S6：利用实测的复原弹簧刚度、超程弹簧刚度及辅助触点刚度，修正反力系统的多体动力学仿真模型，得到可准确计算回跳时间、回跳次数的修正后的多体动力学仿真模型；
步骤S7：根据步骤S4中得到的静态有限元仿真模型，仿真计算电磁吸力曲线(即图1中A处)，根据步骤S6中得到的多体动力学仿真模型(即图1中B处)，仿真计算反力曲线，进行吸反力配合，计算吸合冲击能量，所述吸合冲击能量为吸合电压曲线与反力曲线，从衔铁动作开始，到触头吸合位置合围的面积；
步骤S8：根据步骤S4中得到的静态有限元仿真模型，修改静态有限元仿真模型，得到多种电磁吸力曲线，根据步骤S6中得到的多体动力学仿真模型，修改复原弹簧刚度、超程弹簧刚度及辅助触点刚度，得到多种反力曲线，吸反力配合，得到不同的冲击能量，对多体动力学仿真模型给定不同的吸合冲击能量，仿真得到吸合冲击能量与回跳时间、回跳次数的关系；
步骤S9：分析吸合冲击能量和回跳时间、回跳次数的关系，得到回跳为零时冲击能量的下限值。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、在接触器吸反力设计前期阶段给出了冲击能量下限，即实现无弹跳设计的最小吸反力差值，使得设计过程在给定吸力曲线的情况下可以迅速匹配反力曲线，大大减少了设计中后期阶段的计算量。相比于传统吸反力曲线反复计算配合达到设计目标的方法，有效提升了设计效率。
2、使得接触器吸反力设计前期阶段给出了准确的接触器回跳下限阈值，吸反力匹配效果突出，减少了设计方案可能出现的吸合电压大或释放电压小问题，实现了更好的设计效果。
3、直接针对回跳问题，在设计阶段即专注于寿命问题解决的核心，与传统的单纯增加吸力、降低反力等吸反力曲线配合方法相比，冲击能量下限设计方法直击问题关键点，针对性更强。
附图说明
图1为直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计流程图；
图2为同类型直动式电磁接触器示意立体图；
图3为直动式接触器吸合冲击能量；
图4为直动式接触器吸合冲击能量与回跳时间、回跳次数关系图；
图5为测试直动式接触器所有零件全部尺寸数据；
图6为测试数据建立CAD模型转换成的静态有限元仿真模型；
图7为静态有限元仿真得到电磁吸力仿真结果；
图8为直动式接触器电磁系统额定电压、吸合电压、释放电压下三条电磁吸力曲线；
图9为建立多提体动力学仿真模型；
图10为仿真与实测反力对比曲线；
图11为吸反力曲线配合计算吸合冲击能量曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：实测直动式接触器所有零件全部尺寸，每个尺寸测试三次，取平均值，并绘制CAD模型，其中：如图2所示，直动式接触器运动方式为上下运动，具有衔铁行程、触点开距、触点超程，反力系统由复原弹簧、超程弹簧、辅助触点组成；
步骤S2：根据实测绘制的CAD模型，转换成静态有限元仿真模型，得到电磁吸力仿真结果；
步骤S3：直动式接触器测绘零件装配的电磁系统，测试额定电压、吸合电压、释放电压下三条电磁吸力曲线，每条曲线测试三次，取平均值；
步骤S4：利用静态有限元仿真结果与测试的电磁吸力曲线对比，修正静态有限元仿真模型，确保仿真结果的正确性，得到可准确计算电磁吸力的仿真模型；
步骤S5：测试直动式接触器复原弹簧刚度、超程弹簧刚度及辅助触点刚度；
步骤S6：利用多体动力学仿真软件，建立反力系统的多体动力学仿真模型；
步骤S7：利用实测的复原弹簧刚度、超程弹簧刚度及辅助触点刚度修正反力系统的多体动力学仿真模型，验证反力系统的多体动力学仿真模型的正确性，得到可准确计算回跳时间、回跳次数的修正后的多体动力学仿真模型；
步骤S8：利用给定的吸反力曲线计算吸合冲击能量，所述吸合冲击能量即吸合电压曲线与反力曲线，从衔铁动作开始，到触头吸合位置合围面积，具体如图3所示；
步骤S9：利用修正后的多体动力学仿真模型，按吸合冲击能量百分比计算给定不同的吸合冲击能量，输入仿真得到的不同的冲击能量与回跳时间、回跳次数的关系；
步骤S10：分析冲击能量和回跳时间、回跳次数的关系曲线，如图4所示，进而得到回跳为零时的冲击能量，该能量值即为冲击能量下限值。
实施例：
以某型号直动式电磁接触器为例，按照如下步骤进行直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计：
第一，实测直动式接触器所有零件全部尺寸，每个尺寸测试三次，取平均值，测试数据如图5所示，绘制CAD模型，根据实测绘制的CAD模型，转换成静态有限元仿真模型，如图6所示，得到电磁吸力仿真结果如图7；
第二，测试直动式接触器测绘零件装配的电磁系统额定电压、吸合电压、释放电压下三条电磁吸力曲线，如图8所示，利用静态有限元仿真结果与测试的电磁吸力曲线对比，修正静态有限元仿真模型，确保仿真结果的正确性，得到可准确计算电磁吸力的仿真模型；
第三，建立多提体动力学仿真模型，如图9所示，仿真得到反力仿真结果，测试直动式接触器复原弹簧刚度、超程弹簧刚度及辅助触点刚度，如图10所示，利用实测的复原弹簧刚度、超程弹簧刚度及辅助触点刚度修正反力系统的多体动力学仿真模型，得到可准确计算回跳时间、回跳次数的修正后的多体动力学仿真模型；
第四，利用给定的吸反力曲线计算吸合冲击能量，所述吸合冲击能量，即吸合电压曲线与反力曲线，从衔铁动作开始，到触头吸合位置合围面积的积分，如图11所示，图中阴影区域面积的积分，计算吸合能量数值为77.5N·mm时，回跳为0，即吸合能量下限值。

Claims (3)

1.一种直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤S1：实测直动式接触器所有零件全部尺寸，并绘制CAD模型；
步骤S2：根据实测绘制的CAD模型，转换成静态电磁有限元仿真模型，得到电磁吸力仿真结果；
步骤S3：直动式接触器测绘零件装配的电磁系统，测试额定电压、吸合电压、释放电压下三条电磁吸力曲线；
步骤S4：利用测试的电磁吸力曲线，修正静态电磁有限元仿真模型，确保仿真结果的正确性，得到可用来准确计算电磁吸力的静态有限元仿真模型；
步骤S5：利用多体动力学仿真软件，建立反力系统的多体动力学仿真模型；
步骤S6：利用实测的复原弹簧刚度、超程弹簧刚度及辅助触点刚度，修正反力系统的多体动力学仿真模型，得到可准确计算回跳时间、回跳次数的修正后的多体动力学仿真模型；
步骤S7：根据步骤S4中得到的静态有限元仿真模型，仿真计算电磁吸力曲线，根据步骤S6中得到的多体动力学仿真模型，仿真计算反力曲线，进行吸反力配合，计算吸合冲击能量，所述吸合冲击能量为吸合电压曲线与反力曲线，从衔铁动作开始，到触头吸合位置合围的面积；
步骤S8：根据步骤S4中得到的静态有限元仿真模型，修改静态有限元仿真模型，得到多种电磁吸力曲线，根据步骤S6中得到的多体动力学仿真模型，修改复原弹簧刚度、超程弹簧刚度及辅助触点刚度，得到多种反力曲线，吸反力配合，得到不同的冲击能量，对多体动力学仿真模型给定不同的吸合冲击能量，仿真得到吸合冲击能量与回跳时间、回跳次数的关系；
步骤S9：分析吸合冲击能量和回跳时间、回跳次数的关系，得到回跳为零时冲击能量的下限值。
2.根据权利要求1所述的直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法，其特征在于所述直动式接触器运动方式为上下运动，具有衔铁行程、触点开距、触点超程。
3.根据权利要求1所述的直动式电磁接触器动触头冲击能量下限设计方法，其特征在于所述反力系统由复原弹簧、超程弹簧、辅助触点组成。
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