方 磊 张洪信＊ 赵清海 王 东

（1.青岛大学机电工程学院，山东青岛 266071；2.青岛大学动力集成及储能系统工程技术中心，山东青岛 266071）

电磁力互动柱塞泵是一种可以直接提供往复直线动力的机构，避免了传统系统中旋转动力变为直线动力时造成的能量损失，在工程中具有广泛应用。柱塞与衔铁相连接，电磁线圈交互的通断电使得柱塞往复运动[1-2]，为了提高电磁泵的整体性能，需要对衔铁结构进行优化[3]。

1 基于Isight平台的衔铁优化设计

电磁力互动柱塞泵三维模型与样机如图1、图2所示。

图1 电磁力互动柱塞泵模型与样机

图2 电磁力互动柱塞泵样机

电磁泵衔铁模型直径为35 mm。

（1）优化目标函数。目标函数是衔铁的体积，即：

式中：mi——衔铁划分网格后某单元质量；ne——衔铁网格划分后单元总数。

衔铁模型如图3所示，设计变量选取示意图如图4所示。

图3 衔铁模型

图4 设计变量选取示意图

此外，还有五个量需要确认，应使用Isight、SolidWorks和COMSOL进行优化[3-4]。

（2）设计变量。首先要考虑趋肤效应，并且能够体现衔铁结构。选取的变量及初始值如表1所示[5]。

表1 设计变量初始值 单位：mm

（3）约束条件。衔铁与柱塞相连接，传输电磁泵产生的电磁力，承受高频率的拉压交变应力载荷，其最先产生的失效形式是疲劳断裂。优化之后，衔铁的连接杆直径会进一步缩小，其疲劳强度的约束就更为重要[6]。刚度约束条件是为了能保证衔铁在恶劣的工作环境中依然能正常工作[7]。

①疲劳强度约束。

式中：σ-1——疲劳应力的极限；[n]——疲劳计算安全系数，一般取值为1～2.5，本文取σ-1=410 MPa，取[n]=1.5。……