CN113449455B - 削薄衔铁的切削阈值确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种削薄衔铁的切削阈值确定方法，所述方法包括如下步骤：S1：建立继电器电磁系统参数化改进设计模型；S2：建立静态特性仿真参数化模型，进行静态特性仿真，计算不同切削条件下电磁吸力随切削量变化的端部吸力曲线；S3：将吸力曲线与继电器反力曲线进行对比，得到吸反力设计差值曲线；S4：理论计算得到最低力学性能保障曲线；S5：将吸反力设计差值曲线与最低力学性能保障曲线进行比较，曲线交叉点对应的切削量即为切削阈值。该方法能够使研究者在优化改进设计当中更为准确的确定削薄衔铁对继电器性能的影响，避免了对衔铁改进过多造成继电器力学性能等其它性能下降，甚至无法达标的问题，使改进设计更为可靠、有效。

Description

削薄衔铁的切削阈值确定方法
技术领域
本发明属于继电器技术领域，涉及一种削薄衔铁的切削阈值确定方法，具体涉及一种密封电磁继电器旋转衔铁式电磁系统衔铁减薄设计切削阈值确定方法。
背景技术
电磁系统是电磁继电器的重要组成部分。在继电器电磁系统改进设计过程当中，常常会由于继电器的分断速度不足或吸合过程中回跳严重导致继电器的性能不达标。如何增加分断速度的同时不至于影响继电器其它性能成为设计中必须注意的关键设计点。设计人员通常会在原有设计的基础上根据新的技术指标要求(寿命提升、负载能力提升等)，采用减薄衔铁的方式来降低可动部件质量，进而增加分断速度，实现电弧快速分断，从而提升产品寿命或负载能力的提升。减薄设计过程中，由于磁通容量的降低(间接导致吸力下降)和本身质量的变化，继电器的耐力学性能将相应降低；因此在不改变反力系统的前提下，衔铁的质量并非无限制减少的，需要提供衔铁切削的设计阈值。目前缺少在改进设计中衔铁切削设计阈值的确定方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种削薄衔铁的切削阈值确定方法。该方法能够使研究者在优化改进设计当中更为准确的确定削薄衔铁对继电器性能的影响，避免了对衔铁改进过多造成继电器力学性能等其它性能下降，甚至无法达标的问题，使改进设计更为可靠、有效。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种削薄衔铁的切削阈值确定方法，包括如下步骤：
步骤S1：根据衔铁减薄设计方式，使用CAD软件建立与实际切削方式一致的继电器电磁系统参数化改进设计模型；
步骤S2：将CAD模型导入有限元分析软件中，根据衔铁削薄程度的不同，使用有限元软件建立静态特性仿真参数化模型，进行静态特性仿真，计算不同切削条件下电磁吸力随切削量变化的端部吸力曲线；
步骤S3：将计算得到的吸力曲线与继电器反力曲线在同一坐标系中进行对比，将吸力值减去反力值，得到吸反力设计差值曲线；
步骤S4：根据产品力学指标要求与衔铁切削变化量，理论计算得到最低力学性能保障曲线，具体步骤如下：
(1)根据冲击振动试验的国家标准或依照产品需求，获得保证产品不失效的最低稳态加速度；
(2)根据力学公式计算出吸力下限随切削量变化函数，画出最低力学性能保障曲线，其中，力学公式如下：
F＝a(m-mΔ)；
式中，m为可动部件(衔铁、动簧片、推杆)总质量，mΔ为切削减少的质量，a为保证产品不失效的最低稳态加速度；
步骤S5：将吸反力设计差值曲线与最低力学性能保障曲线放在同一坐标中进行比较，曲线交叉点对应的切削量即为电磁系统衔铁减薄设计切削阈值。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
本发明给研究者提供了一种针对旋转衔铁密封电磁继电器电磁系统，采用切削衔铁方式改进的阈值设计方法，避免了改进过程中，因衔铁切削设计造成继电器其它性能下降的情况，为继电器衔铁的改进设计提供了可以遵循的设计阈值确定方法，避免出现过度改动与差错改动设计，使继电器电磁系统优化设计更加可靠、高效。
附图说明
图1为衔铁切削阈值确定方法流程图；
图2为密封电磁继电器旋转衔铁式电磁系统结构示意图；
图3为衔铁切削位置示意图；
图4为吸反力设计差值曲线与最低力学性能保障曲线比较示意图。
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。
本发明提供了一种密封电磁继电器旋转衔铁式电磁系统衔铁减薄设计切削阈值的确定方法，如图1所示，所述方法包括如下步骤：
步骤S1：根据衔铁减薄设计方式，使用CAD软件建立与实际切削方式一致的继电器电磁系统参数化改进设计模型(图2)。
步骤S2：将CAD模型导入有限元分析软件中，根据衔铁削薄程度的不同，使用有限元软件建立静态特性仿真参数化模型(以图3为例，切削深度为H，H的范围为零至衔铁厚度，设定参数为H，参数化变化间隔为0.05mm)进行静态特性仿真，计算不同切削条下电磁吸力随切削量变化的端部吸力曲线(横坐标为切削量、纵坐标为不同切削量对应的衔铁吸合至端部的吸力值)。如图3所示，切削条件具体指：从衔铁端部以不同的切削深度(例如：不切削、切削0.01mm、切削0.02mm......)来减薄衔铁的方法，随着切削程度的加深，吸合时衔铁端部吸力值会因磁通减少而略有下降。
步骤S3：将计算得到的吸力曲线(电磁系统设计过程中反力曲线不变)与继电器反力曲线在同一坐标系中进行对比，将吸力值减去反力值，得到吸反力设计差值曲线，如图4中实线所示。
步骤S4：根据产品力学指标要求与衔铁切削变化量，计算得到继电器可动部件总质量(衔铁、动簧片、推杆)m，根据继电器力学性能指标要求(加速度100g)，理论计算(质量乘以加速度：100g×m)得到不同切削量情况下实现力学性能的端部最低吸力值，从而得到一条最低力学性能保障曲线，如图4中虚线所示。
步骤S5：将吸反力设计差值曲线与最低力学性能保障曲线放在同一坐标中进行比较，曲线交叉点对应的切削量(如图4中h0)即为电磁系统衔铁减薄设计切削阈值。
例如：在CAD建模软件中计算得切削量为0.15mm后质量为4.12e-3Kg，通过Flux仿真可以得到衔铁端部吸力减去反力值为4.14N，根据力学指标(加速度100g)计算，要求其最小端部吸力为4.04N。此时仍然满足最低力学指标。
同理求得切削量为0.20mm时，衔铁质量为4.05e-3Kg，衔铁端部吸反力差值为3.96N，最低力学指标约为3.97N。画出衔铁端部吸反力差值曲线以及最低力学性能指标曲线，可知其交点位于切削量0.15mm至0.20mm之间h0处，可以确定h0即为切削下限阈值。
综上所述，本发明的密封电磁继电器旋转衔铁式电磁系统衔铁减薄设计切削阈值确定方法，能够结合实际对继电器衔铁尺寸提出修改方案。

Claims (1)

1.一种削薄衔铁的切削阈值确定方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤S1：根据衔铁减薄设计方式，使用CAD软件建立与实际切削方式一致的继电器电磁系统参数化改进设计模型；
步骤S2：将CAD模型导入有限元分析软件中，根据衔铁削薄程度的不同，使用有限元软件建立静态特性仿真参数化模型，进行静态特性仿真，计算不同切削条件下电磁吸力随切削量变化的端部吸力曲线；
步骤S3：将计算得到的吸力曲线与继电器反力曲线在同一坐标系中进行对比，将吸力值减去反力值，得到吸反力设计差值曲线；
步骤S4：根据产品力学指标要求与衔铁切削变化量，理论计算得到最低力学性能保障曲线，具体步骤如下：
(1)根据冲击振动试验的国家标准或依照产品需求，获得保证产品不失效的最低稳态加速度；
(2)根据力学公式计算出吸力下限随切削量变化函数，画出最低力学性能保障曲线，所述力学公式如下：
F＝a(m-mΔ)；
式中，m为可动部件总质量，mΔ为切削减少的质量，a为保证产品不失效的最低稳态加速度；
步骤S5：将吸反力设计差值曲线与最低力学性能保障曲线放在同一坐标中进行比较，曲线交叉点对应的切削量即为电磁系统衔铁减薄设计切削阈值。
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