一种用于自由活塞式线性压缩机的仿真设计方法与流程

技术特征：

1.一种用于自由活塞式线性压缩机的仿真设计方法，仿真设计参数为活塞位移和活塞速度，其特征在于：仿真设计方法包括以下步骤：

(1)、气体阻尼力F_c计算表达式为：

$F_c=\frac{\mathrm{\Δ}p\·A_p\·sin\mathrm{\φ}}{\mathrm{\ω}\·X_c}\·v$

其中A_p为活塞面积，Δp为压力振幅，sinφ为压力位移相位角的正弦值，X_c为活塞位移s的最大值，v为活塞速度瞬态值；

(2)、机械阻尼力F_r计算表达式为

F_r＝c_r·v

其中c_r为机械阻尼系数，v为活塞速度瞬态值；机械阻尼系数主要由压缩机的装配工艺决定，取值范围为3N·s/m～20N·s/m；

(3)、阻尼力F_d＝F_c+F_r；

(4)、气体弹簧力F_g计算表达式为：

$F_g=\frac{\mathrm{\Δ}p\·A_p\·cos\mathrm{\φ}}{X_c}\·x$

其中A_p为活塞面积，Δp为压力振幅，cosφ为压力位移相位角的余弦值，X_c为活塞位移s能达到的最大值，x为活塞位移的瞬态值；

(5)、机械弹簧力F_m计算表达式为

F_m＝k_m·x

其中k_m为机械弹簧刚度，x为活塞位移的瞬态值；弹簧刚度范围为5000N/m～20000N/m；

(6)、弹性力F_s＝F_g+F_m；

(7)、外部负载代入电机设计模块；

所述的电机设计模块采用ANSYS Maxwell商业电磁软件，其中的激励电压源u为正弦规律变化的理想动态电压源，表达式为：

u＝U₀sin(ωt+ψ)

其中U₀为电压幅值，取值范围0～300V，ω为角频率，取值范围0～200π，ψ为初始相位角，取值范围0～180°；

所述电机设计模块在激励电压源和外部负载输入下，根据有限元数值仿真方法对电机模型进行动态迭代仿真；电机设计模块完成一次仿真计算后，输出活塞位移s与活塞速度v，当前后两次计算结果得出的活塞位移s相对偏差在1％范围内时，即判定仿真结果已经收敛，获得仿真结果：活塞位移和活塞速度；否则将活塞位移s与活塞速度v分别代入运算A和运算B中，进行下一次迭代计算。