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电机过盈设计(有限元)

电机技术 | 发布时间:2017-09-04 | 人气: | #评论# |本文关键字:电机,过盈,有限元
摘要:在实际工程中,依靠过盈来实现紧固、扭矩传递是非常常用的手段。 过盈设计时需要精确的计算确定过盈量,过盈量的大小直接影响装配工艺、紧固力、扭矩传递能力。过盈设计时,配

在实际工程中,依靠过盈来实现紧固、扭矩传递是非常常用的手段。过盈设计时需要精确的计算确定过盈量,过盈量的大小直接影响装配工艺、紧固力、扭矩传递能力。过盈设计时,配合在一起的零件可能材料不同、结构复杂,还要考虑实际工作时的工况(温度、速度等),很难通过经典的简析计算获得最佳的设计数值。通过有限元进行过盈量的设计是一种很快捷、准确的方法。

    利用有限元方法进行过盈量设计的流程一般如下:

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    这里以电机机壳和铁心的过盈为例进行分析。

1.工况和分析

机壳和铁芯形状是很不规则的,通过简析计算很难得到精确结果。并且电机工作时,整机最高温度会达到120℃,过盈量的设计需要同时考虑温度的影响。为了确保电机能在120℃时仍能稳定输出所需转矩,需要精确设计机壳个铁芯的过盈量,有限元法是最好的途径之一。

2.模型简化

    根据分析目的,我们主要的研究部分是中间过盈部分,为了获得质量更好的网格,我们将机壳上的3个出线孔和铁芯的焊槽、定位槽等简化掉,简化后如下图所示:

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3.材料数据

机壳的材料是铝合金,铁芯的材料为硅钢,硅钢性能和结构钢相当。

640.webp (2).jpg

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4.网格剖分

    六面体网格是目前推荐的计算精度最高的单元类型,为了获得六面体网格,我们先给端门划分四边形网格,然后轴向映射网格。为了提升仿真精度,将接触面的网格细化,将接触面对应的机壳内圆和铁芯外圆边布种子分成300段,轴向网格长度设置成5mm,并布下网格种子。生成网格如下:

640.webp (4).jpg

5.载荷与边界

    非线性接触,机壳内孔和铁芯外圆过盈渗透。整体温度120℃。约束铁芯内圆的旋转,根据力学原理,铁芯内孔在圆周方向是不会产生旋转的,为了加速收敛将铁芯内孔约束。

640.webp (5).jpg640.webp (6).jpg

6.求解

    需要进行求解设置,增加迭代步数。

640.webp (7).jpg

    开始求解之后可以查看收敛力

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    如果收敛特别缓慢,可能是模型有问题,可以手动终止求解,修正模型后再求解。

7.结果后处理

    变形结果:

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机壳内孔径向变形+0.181mm,定子铁芯外圆最大变形量+0.082mm。初始渗透量(过盈量0.1mm),0.1+0.082=0.1820.181,说明我们的仿真结果是正确的。也说明机壳和铁芯还是处于接触状态的,没有分离。要知道过盈状态还需要观察接触面的求解结果信息。

    接触面的特征:

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接触面特征,部分粘结,部分滑动。

接触面的气隙:

640.webp (11).jpg

可见接触面没有气隙费,过盈可靠。

通过仿真结果可以看出,0.1mm的过盈量能满足这台电机在120℃时的转矩输出要求。

过盈在电机结构设计中的应用还有很多,比如转轴与铁心、护套与转子、压板和转子等,都可以通过有限元进行精确设计。

有限元法在电机设计中的应用还有很多,结构方面有强度/模态/振动/噪音/疲劳等,电机的核心磁场可以利用磁场有限元/联合仿真,还有热流场等。



责任编辑:电气自动化网

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