電機(jī)殼體側(cè)壁優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

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DOh 10 3969 J issn 1009 9492 2014 09 009 電機(jī)殼體側(cè)壁優(yōu)化設(shè)計(jì) 武文虎 李有生 王志林 李樹(shù)龍 山西北方機(jī)械制造有限責(zé)任公司 山西太原030009 研究與 摘要 某型號(hào)電機(jī)外購(gòu)機(jī)殼在測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)側(cè)壁振動(dòng)量較大 為保證該電機(jī)的實(shí)際使用效果及其壽命 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè) 汁 并用Ansys對(duì)新結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析 以保證工程實(shí)際需要及其使用壽命 關(guān)鍵詞 電機(jī) 側(cè)壁 優(yōu)化設(shè)計(jì) 中圖分類(lèi)號(hào) TP391 7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1009 9492 2014 09 0035一O3 The Optimization Analysis of Electromotor S Sidewall WU Wen hu LI You sheng WANG Zhi lin LI Shu long Shanxi NoAh Machine Building Co Ltd Taiyuan030009 China Abstract TIIr type of ele tromoh r chassis that is purehased found the sidewall have lage amount of vibration 1uring the lest in ellS1 1rl IJ pl a li al rfie Is antI natural life of the eleetromutor machinist redesign the stnle 1ure and analysis the sh uelure t I roj t tthe a tual llP ds and its servi e life Key words Pl ronloh r sidewall optimize design 0前言 公司研發(fā)的系列化高壓永磁同步電動(dòng)機(jī)具有 高效率 高功率因數(shù) 高自起動(dòng)能力 低運(yùn)行噪 聲等性能優(yōu)點(diǎn) l于轉(zhuǎn)子組件進(jìn)行大幅改進(jìn) 而 機(jī)殼采用外購(gòu)的異步機(jī)殼體見(jiàn)圖1所示 電機(jī)在 測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)側(cè)壁振動(dòng)量較大 可能影響電機(jī) 的實(shí)際使用壽命 為保證該電機(jī)的實(shí)際使用效果 及其壽命 對(duì)電機(jī)殼體進(jìn)行重新設(shè)計(jì) 并采用 Ansys對(duì)新殼體進(jìn)行強(qiáng)度分析 獲取新機(jī)殼的強(qiáng)度 與位移量對(duì)其進(jìn)行分析 以保證工程實(shí)際需要及 其使用壽命 1振動(dòng)源分析 1 1單邊磁拉力 電機(jī)運(yùn)行時(shí)由于轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子偏心 容易 產(chǎn)生單邊磁拉力 增加殼體振動(dòng) 進(jìn)而影響電機(jī) 的性能 南文獻(xiàn) l 獲取單邊磁拉力計(jì)算公式 知 式 1 中 盧為經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 同步電機(jī)采用 0 4 K 為磁拉力剛度 6為單邊平均氣隙 e 為初始偏心 同文獻(xiàn) 2 中獲取的單邊磁拉力公式計(jì)算結(jié)果 對(duì)比獲取其均值進(jìn)行分析 收稿El期 2014 03 10 l 與開(kāi)發(fā) 1 2轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏心 由于電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子裝配之間有一定的問(wèn)隙 以及轉(zhuǎn)子制造誤差發(fā)生偏心情況 通過(guò)軸承座傳 遞至殼體發(fā)生振動(dòng) 假設(shè)轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏離旋轉(zhuǎn)中心 r 轉(zhuǎn)子總重為m 根據(jù)文獻(xiàn) 3 獲取轉(zhuǎn)子偏心導(dǎo)致 軸承承受的徑向力為F mzo r 其中L 為質(zhì) L 心與軸承的中心距離 1 3安裝誤差 電機(jī)轉(zhuǎn)子在安裝過(guò)程中由于制造公差限 制 無(wú)法保證轉(zhuǎn)子與機(jī)殼完全滿足同心 由此 獲悉轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生在機(jī)殼的限制下 發(fā)生小幅度位移 加上單邊磁拉力及轉(zhuǎn)子偏心 容易對(duì)機(jī)殼進(jìn)行沖擊載荷 影響機(jī)殼的強(qiáng)度及 使用壽命 2分析計(jì)算 2 1模態(tài)分析獲取振動(dòng)特性 模態(tài)分析是設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)或機(jī)器部件承受動(dòng)載荷 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù) 分塊蘭索斯法其特別適 用于大型對(duì)稱(chēng)特征值求解問(wèn)題 根據(jù)機(jī)殼圖紙獲 取材料為20鋼 設(shè)置網(wǎng)格劃分等級(jí)為8級(jí) 采用分塊蘭索斯 法獲取結(jié)構(gòu)固有頻率見(jiàn)表1所示 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的固有頻率為l6 7 Hz 與機(jī)殼的固 有頻率無(wú)交合點(diǎn) 機(jī)殼不會(huì)發(fā)生共振 對(duì)機(jī)殼只 需進(jìn)行瞬態(tài)分析獲取其在運(yùn)行瞬時(shí)的應(yīng)力與位移 進(jìn)行分析 表1 機(jī)殼固有頻率 階次 頻率 Hz 階次 頻率 Hz 1 152 165 l1 346 2 l6O 225 l2 356 571 3 173 673 13 386 69 4 221 89 14 395 465 5 251 575 15 402 292 6 284 944 16 4l2 281 7 289 605 17 4l9 988 8 31O oo6 18 420 174 9 323 258 19 428 216 10 342 656 20 450 69 2 2瞬態(tài)分析 通過(guò)瞬態(tài)分析的完全法進(jìn)行殼體的強(qiáng)度及其 位移量 從而獲取側(cè)壁的承載力并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化 分析 達(dá)到降低側(cè)壁的振動(dòng)量的目的 滾動(dòng)軸承在工作中 在通過(guò)軸心線的軸向載 荷 作用下 可認(rèn)為各滾動(dòng)體平均分擔(dān)載荷 即 各滾動(dòng)體受力相等 當(dāng)軸承在純徑向載荷 作用 下見(jiàn)圖2 內(nèi)圈沿 方向移動(dòng)一距離6 上半圈滾 動(dòng)體不承載 下半圈各滾動(dòng)體由于個(gè)接觸點(diǎn)上的 彈性變形量不同承受不同的載荷 處于 作用線 最下位置的滾動(dòng)體承載最大 其值近似為5Fr z 點(diǎn)接觸軸承 或4 6 FJz 線接觸軸承 z為軸 承滾動(dòng)體總數(shù) 遠(yuǎn)離作用線的各滾動(dòng)體承載逐漸 減小 對(duì)于內(nèi)外圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承 滾動(dòng)體 的位置是不斷變化的 因此 每個(gè)滾動(dòng)體所受的 徑向載荷是變載荷 F0 圖2 滾動(dòng)軸承徑向載荷的分析圖 公司研發(fā)該高壓永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子采用軸 承為6224深溝球滾子軸承 其滾子數(shù)目為1O 采 用軸承載荷分布情況對(duì)機(jī)殼進(jìn)行過(guò)載瞬態(tài)分析 分析周期采取轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)間 對(duì)側(cè)壁進(jìn)行瞬 態(tài)分析 獲取側(cè)壁在某一瞬間的振動(dòng)法向位移 圖 節(jié)點(diǎn)應(yīng)力圖見(jiàn)圖3和圖4所示 該瞬時(shí)位移最 大點(diǎn)在整機(jī)運(yùn)行時(shí)的法向位移見(jiàn)圖5所示 應(yīng)力 最大點(diǎn)在整機(jī)運(yùn)行時(shí)的應(yīng)力見(jiàn)圖6所示 2 3結(jié)果分析 由圖6得出節(jié)點(diǎn)在電機(jī)運(yùn)行時(shí)最大應(yīng)力遠(yuǎn)低 武文虎等 電機(jī)殼體側(cè)壁優(yōu)化設(shè)計(jì) 研究與 圖4節(jié)點(diǎn)應(yīng)力圖 一 單位 mm J I l f 八 V I f V f I 1 f l I 7 V l V 單位 s 圖5 法向位移圖 于材料屈服應(yīng)力 由于設(shè)置位移約束為可移動(dòng) 0 0l mrn 因此由圖3及圖5可以得出側(cè)壁的最大 位移量約為0 013 mm 分析計(jì)算得出剪切應(yīng)力為 88 75 MPa 設(shè)置安全系數(shù)為 s S S S 1 35 2 式 2 中s 為材料可靠性 取值1 05 S 為零件重要程度 取值1 1 5 為計(jì)算精確性 取值1 2 該結(jié)構(gòu)滿足機(jī)械強(qiáng)度 側(cè)壁設(shè)計(jì)合理 而原結(jié)構(gòu)的機(jī)殼結(jié)構(gòu)獲取的最大位移量為 0 05 mm 最大應(yīng)力為360 MPa 分析獲取的結(jié)果 與原結(jié)構(gòu)相比應(yīng)力與位移量明顯下降 重新設(shè)計(jì) 的機(jī)殼結(jié)構(gòu)明顯降低了振動(dòng)量 提高了結(jié)構(gòu)的可 靠性 圖6 應(yīng)力圖 3結(jié)論 對(duì)該高壓永磁同步電動(dòng)機(jī)新機(jī)殼進(jìn)行強(qiáng)度分 析獲取了機(jī)殼的應(yīng)力與位移圖 通過(guò)實(shí)際測(cè)試使 用 發(fā)現(xiàn)該電機(jī)側(cè)壁振動(dòng)量明顯下降 為該電機(jī) 的實(shí)際使用提供了足夠的強(qiáng)度及使用壽命 新設(shè) 計(jì)機(jī)殼結(jié)構(gòu)合理 強(qiáng)度滿足 二程需求 參考文獻(xiàn) 1 姜培林 虞烈 電機(jī)不平衡磁拉力及其剛度的計(jì)算 J 大電機(jī)技術(shù) 1998 4 32 34 2 陳世坤 電機(jī)設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2011 3 仇寶云 大型立式軸流泵導(dǎo)軸承載荷分析計(jì)算 J 煤礦機(jī)電 2006 5 92 93 4 聞邦椿 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版 社 2011 第一作者簡(jiǎn)介 武文虎 男 1986年生 山西呂梁人 碩 士 工程師 研究領(lǐng)域 高效高壓永磁同步電機(jī) 已發(fā)表 論文2篇 編輯 阮毅 二