一种空气涡轮起动机用磁性齿轮的起动响应特性分析方法与流程

本发明属于空气涡轮起动机，具体涉及一种空气涡轮起动机用磁性齿轮的起动响应特性分析方法。

背景技术：

1、空气涡轮起动机以压缩空气作为动力源，带动航空发动机起动，其核心机主要由壳体总成、空气涡轮、减速机构和离合器等部分构成。空气涡轮起动机采用磁性齿轮的减速器作为传动机构，磁性齿轮具有过载保护、非直接接触、高功重比、低振动噪声、无需润滑等优点，其已成为传动领域的研究热点。因此，基于磁性齿轮的新型电磁减速器应运而生，其尺寸小、低转速下扭矩高、重量轻等优势更符合空气涡轮起动机小型化、轻量化的发展趋势。

2、基于磁性齿轮的减速器作为传动机构的重要部件，其动态特性直接决定空气涡轮起动机的起动性能。为了提升电磁减速器的性能和可靠性，有必要对其转子的传动性能和动力学特性进行深入研究，而对于电磁减速器，其起动时的动态特性分析尤为重要，故而应用合适的起动响应特性分析方法，对基于磁性齿轮的空气涡轮起动机的研究具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了一种空气涡轮起动机用磁性齿轮的起动响应特性分析方法，能够精确地分析获得电磁减速器的起动响应特性，为基于磁性齿轮的空气涡轮起动机的设计和优化提供重要依据。

2、本发明的一种空气涡轮起动机用磁性齿轮的起动响应特性分析方法，具体包括以下步骤：

3、步骤1：建立基于磁性齿轮的电磁减速器的有限元模型；确定电磁齿轮的主动转子和从动转子。

4、步骤2：设定主动转子的稳定转速、测试时长及步长值；基于主动转子的稳定转速、测试时长及步长值获得主动转子的速度时间曲线；将主动转子的速度时间曲线作为磁性齿轮的驱动条件；

5、步骤3：获取磁性齿轮输入角加速度的最大临界值，将输入角加速度临界值作为主动转子的角加速度；

6、步骤4：主动转子以步骤2获得的磁性齿轮的输入角加速度临界值从初始速度加载到步骤1设定的稳定转速，从动转子不加负载，获得磁性减速器的主动转子由初始状态加速至稳定转速的起动过程中，主动转子和从动转子的转速比与减速器传动比随时间的变化关系、主动转子和从动转子的转速随时间的变化关系，以及主动转子和从动转子的扭矩随时间的变化关系；由获得的磁性齿轮的主动转子由初始状态加速至稳定转速的起动过程中的所述变化关系获得磁性齿轮转子空载起动响应特性。

7、步骤5：以步骤1中设定的主动转子的稳定转速、测试时长和步长值起动主动转子，从动转子施加与其稳态额定转矩等值的负载转矩，获得磁性减速器带载起动过程中，主动转子和从动转子的转速比与减速器传动比随时间的变化关系、主动转子和从动转子的转速随时间的变化关系，以及主动转子和从动转子的扭矩随时间的变化关系；由获得的磁性齿轮带载起动过程中的所述变化关系获得磁性齿轮带载起动响应特性；

8、步骤6：主动转子以步骤2获得的磁性齿轮的输入角加速度临界值从初始速度加载到步骤1设定的稳定转速，从动转子不加负载；待转速稳定后，给外转子施加预设负载值，获得磁性减速器的主动转子由初始状态加速至稳定转速后，从动转子突然负载的起动过程中，主动转子和从动转子的转速比与磁性减速器传动比随时间的变化关系、主动转子和从动转子的转速随时间的变化关系，以及主动转子和从动转子的扭矩随时间的变化关系；由获得的磁性减速器的主动转子由初始状态加速至稳定转速后，从动转子突然负载的起动过程中的所述变化关系获得磁性齿轮突然加载起动响应特性；

9、步骤7：主动转子以步骤2获得的磁性齿轮的输入角加速度临界值从初始速度加载到步骤1设定的稳定转速，从动转子不加负载；待转速稳定后，给外转子施加超过其最大转矩的负载；获得磁性减速器主动转子由初始状态加速至稳定转速后，从动转子突然过载的过程中内转子和外转子的转速比与磁性齿轮传动比随时间的变化关系、内转子与外转子的转速随时间的变化关系，以及内转子和外转子的扭矩随时间的变化关系；由获得的磁性减速器主动转子由初始状态加速至稳定转速后的所述变化关系获得磁性齿轮突然过载起动响应特性。

10、可选地，步骤1中，将电磁减速器的内转子设置为主动转子，外转子设置为从动转子。

11、可选地，步骤2中，磁性齿轮输入角加速度的最大临界值的表达式为：

12、

13、其中，j为主动转子的转动惯量；为磁性齿轮输入角加速度的最大临界值；t为时间；f为阻尼系数；ω为最大角速度；t为最大电磁转矩；t′为负载转矩。

14、可选地，步骤3中，初始速度为0，获得主动转子由静止状态加速至稳定转速的起动过程中，主动转子和从动转子的速度、扭矩随时间的变化情况。

15、可选地，还包括步骤8：根据步骤4-7分别获得的对应的磁性齿轮的起动响应特性获得使用了基于该磁性齿轮的电磁减速器的传送机构的起动响应特性。

16、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

17、(1)本发明的方法对电磁减速器模型分别以内、外转子为主、从动转子，并将主动转子的速度时间曲线作为驱动条件，使得本方法能够对不同转速下磁性齿轮传动性能进行分析，方法的适应性强。

18、(2)本发明的方法采用转子运动方程，能够确定磁性齿轮呈现为过载状态时对应的输入角加速度临界值，进而对磁性齿轮承载范围内输出转子空载、带载、突然加载及突然过载的起动响应特性进行了分析，提高了分析结构的精确性和可靠性。

19、(3)本发明的方法通过对磁性齿轮起动响应特性进行分析，验证了电磁减速器的传动性能，为设计一种基于磁性齿轮的电磁减速器来替代传统的行星齿轮减速器应用到空气涡轮起动机中提供了依据。

技术特征：

1.一种空气涡轮起动机用磁性齿轮的起动响应特性分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的起动响应特征分析方法，其特征在于，步骤1中，将电磁减速器的内转子设置为主动转子，外转子设置为从动转子。

3.根据权利要求1所述的起动响应特性分析方法，其特征在于，步骤2中，磁性齿轮输入角加速度的最大临界值的表达式为：

4.根据权利要求1所述的起动响应特性分析方法，其特征在于，步骤3中，初始速度为0，获得主动转子由静止状态加速至稳定转速的起动过程中，主动转子和从动转子的速度、扭矩随时间的变化情况。

5.根据权利要求1-4任一项所述的起动响应特性分析方法，其特征在于，还包括步骤8：根据步骤4-7分别获得的对应的磁性齿轮的起动响应特性获得使用了基于该磁性齿轮的电磁减速器的传送机构的起动响应特性。

技术总结
本发明涉及一种基于磁性齿轮的电磁减速器的起动响应特性分析方法，属于空气涡轮起动机技术领域。本发明的起动响应特性分析方法基于磁性齿轮的输入角加速度临界值、以及主动转子的稳定转速、测试时长及步长值和从动转子的负载状态获取主动转子和从动转子的转速比与减速器传动比随时间的变化关系、主动转子和从动转子的转速随时间的变化关系，以及主动转子和从动转子的扭矩随时间的变化关系；从对应的所述变化关系获得对应的磁性齿轮的起动响应特性。本发明能够精确地分析获得电磁减速器的起动响应特性，为基于磁性齿轮的空气涡轮起动机的设计和优化提供重要依据。

技术研发人员：苏中亮,周煜,武顺天,刘晓静,马龙强
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13