[发明专利]一种螺管式电磁阀的优化设计方法

权利要求书

1.一种螺管式电磁阀的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：利用经验公式对电磁阀的基本结构尺寸参数进行初步设计计算；其中，尺寸参数主要包括衔铁直径、衔铁长度、线圈内径以及线圈外径；

第二步，对电磁阀进行有限元仿真分析，包括构建电磁阀的有限元模型和对模型进行有限元仿真分析；

2.1构建电磁阀的有限元模型

(1)根据初算得到的电磁阀结构尺寸参数，构建电磁阀的二维有限元模型，构建模型时，在电磁阀稳态时的气隙边界额外绘制两条辅助直线，用于计算电磁阀气隙处稳态漏磁率；所述的二维有限元模型中，铁芯部件采用软磁材料进行模拟；

(2)根据有限元模型的尺寸大小和复杂程度确定仿真区域，划分有限元网格，其中网格的粗细和数量根据各部件的几何尺寸以及仿真所需精度要求确定；

(3)对电磁阀的动铁芯施加运动阻力，其中动铁芯的运动阻力主要来自于复位弹簧；根据所用复位弹簧的预紧量和弹簧材料的弹性系数，建立复位弹簧的弹簧力分段线性函数，所述的分段线性函数的X坐标代表弹簧压缩量减去弹簧预紧量的值，Y坐标代表弹簧在此压缩量时对应的弹簧力大小；调用弹簧力函数并将其作为运动阻力施加在动铁芯上；

2.2对模型进行有限元仿真分析

对电磁阀的线圈以及短路铜环施加激励，采用桥式整流电路作为电磁阀线圈的激励源，同时将短路铜环视为一个激励为零的单匝线圈处理，之后采用有限元分析的方法对上述二维模型进行仿真分析，并通过仿真分析获得电磁阀的响应时间、电磁阀衔铁受力情况以及电磁阀的稳态磁场强度分布情况；通过对步骤2.1中绘制的辅助直线上的磁通量进行积分来获得电磁阀气隙处的稳态漏磁率；

第三步，以在有限的电流激励下获得最大电磁力以及最小的响应时间为目标，对电磁阀结构优化设计；

依次将衔铁直径、衔铁长度、线圈内径以及线圈外径设置为参数变量，采用参数化扫描的方法改变有限元模型相应的尺寸，进行多次有限元仿真求解，最大电磁力以及最小的响应时间为目标找到上述参数的最优解；

第四步，对优化后的电磁阀结构进行实验验证；

根据第三步得到的优化后的电磁法结构尺寸制造样品并对样品的电磁性能进行测试，对优化后的电磁阀结构进行实验验证。

2.根据权利要求1所述的一种螺管式电磁阀的优化设计方法，其特征在于，第一步所述的尺寸参数计算方法如下：

由麦克斯韦方程组推导出的电磁吸力方程式推算出衔铁直径大小，推导出的电磁吸力方程式如下：

式中：F为初始电磁力大小、B_σ为气隙磁通密度、d_x为衔铁直径大小、l为导油槽深度、h为导油槽宽度、σ为衔铁有效行程；

根据式l_x＝σ+l₁+b₁+b₂计算出衔铁长度大小，式中：l_x为衔铁长度、l₁为初始位置衔铁伸入线圈的长度、σ为衔铁有效行程、b₁为线圈骨架在y方向上的厚度、b₂为导磁套在y方向上的厚度；

根据式d_n＝d_x+2(b₃+b₄)计算出线圈内径大小，式中：d_n为线圈内径、b₃为衔铁与线圈骨架的间隙、b₄为线圈骨架在x方向上的厚度；

根据式计算出线圈外径大小，式中：d_w为线圈外径大小。