定轉(zhuǎn)子沖片生產(chǎn)裝置

問題來源

在電機(jī)結(jié)構(gòu)中，需要轉(zhuǎn)子沖片上開孔來嵌入磁鋼。轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行時(shí)，處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。此時(shí)，沖片和磁鋼都會受到離心力的作用。轉(zhuǎn)速越高，離心力越大。當(dāng)沖片上的開孔較多較大時(shí)，孔之間的間隙就會比較小。在較大的離心力的作用下，沖片體脆弱部分的強(qiáng)度可能不足，其變形也可能會影響轉(zhuǎn)子沖片的正常工作。為考察轉(zhuǎn)子沖片的強(qiáng)度和剛度性能，采用有限元分析軟件ansys mechanical模塊進(jìn)行仿真，分析在最大800rad/s的轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子沖片的應(yīng)力和變形分布，以及最大應(yīng)力和變形隨轉(zhuǎn)速增加的變化規(guī)律。

仿真過程

轉(zhuǎn)子沖片由沖片體和嵌入沖片體中的磁鋼組成，其幾何模型如下：

沖片上一共均勻嵌入了12塊磁鋼，分為6組，每組均呈“八”字形分布。磁鋼與沖片的大部分都是緊密接觸在一起，只是在靠近外環(huán)時(shí)，各開有一個(gè)小孔。同時(shí)，為了防止在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)的沖片運(yùn)動，在開孔處，采用了一個(gè)小的凸臺。

從磁鋼和沖片的裝配來看，磁鋼是嵌入進(jìn)沖片的。為了準(zhǔn)確的反映這種裝配關(guān)系，在每個(gè)磁鋼與沖片可能發(fā)生接觸的區(qū)域，設(shè)置了摩擦接觸，摩擦系數(shù)設(shè)為0.15，接觸算法采用Augmented Lagrange。

從真實(shí)情況來看，轉(zhuǎn)子及沖片在正常工作狀態(tài)下是在旋轉(zhuǎn)的。為了盡量與實(shí)際情況相符，對沖片的內(nèi)圈的圓柱面施加了固定邊界條件。同時(shí)，在整個(gè)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)側(cè)面施加了無摩擦約束，將兩個(gè)側(cè)面的運(yùn)動限制在了側(cè)面所在的平面內(nèi)。

在計(jì)算分析時(shí)，為預(yù)防出現(xiàn)較大的變形，打開了大變形開關(guān)。由于摩擦接觸和大變形效應(yīng)都是非線性過程，因此在分析時(shí)，在每個(gè)載荷步中，都選用了自動時(shí)間步長，并設(shè)置計(jì)算時(shí)的初始載荷子步數(shù)為50，最小載荷子步數(shù)為10，最大載荷子步數(shù)為100。

仿真結(jié)果

離心力使磁鋼向外運(yùn)動到與沖片緊密相連，除局部外，整體遵循離軸線越遠(yuǎn)，位移越大的規(guī)律，最大為0.004mm。在磁鋼與沖片相交的拐角處，出現(xiàn)了相對較大的局部應(yīng)力，最大應(yīng)力為57.6MPa。這個(gè)連接部位較窄，最窄處只有2.5mm。另外，在轉(zhuǎn)子沖片開孔的凸臺處，顯然存在應(yīng)力集中。

正如前面在定義磁鋼與轉(zhuǎn)子沖片的接觸時(shí)所說，由于離心力的影響，磁鋼與轉(zhuǎn)子沖片的接觸狀態(tài)和區(qū)域會發(fā)生變化。下面接觸狀態(tài)的云圖說明了這一點(diǎn)：

從上圖可以看到，由于離心力引起變形的影響，最終磁鋼與轉(zhuǎn)子沖片的接觸僅僅只在凸臺與磁鋼的部位是牢牢接觸上的，其他部位相隔很近或處于滑移狀態(tài)。

從接觸的壓力圖上，也能很明顯的看到，磁鋼與轉(zhuǎn)子沖片牢牢接觸的部位僅限于凸臺處，其他部位的接觸壓力均為零。

結(jié)論

通過以上的分析，可以得到的結(jié)論為：

在800rad/s的轉(zhuǎn)速下，離心力引起的變形和應(yīng)力不會造成結(jié)構(gòu)的破壞；

相鄰磁鋼連接處的部位為結(jié)構(gòu)的脆弱部位，可考慮適當(dāng)增大此處的寬度。

文章來源：安世亞太

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