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电机机座压定子CAE分析

8XCt_sim_ol 来源:仿真秀App 2023-03-23 11:19 次阅读

导读:大家好,我是仿真秀专栏作者扶工CAE,先前我在B站创作并分享,2022年我受邀入驻仿真秀,分享这些年来我在企业工程仿真过程中积累宝贵经验,目前分享了多套电机相关CAE分析视频教程,深受用户的喜爱,欢迎试看。

我本科毕业于大连理工大学机械专业,后在韩国国立昌原大学硕士。目前从事CAE行业二十余年,在各大企业开展CAE一线工作,涉足的行业有航空,汽车发动机,汽车零部件,电机,电梯,橡胶塑料,电子显示模组等。我擅长的领域有Ansys Mechanical, LS-Dyna, Fluent, CFX,Flotherm XT, Dynaform, Hyperworks, Moldflow, Solidworks Simulation, Marc等。欢迎大家关注我和进一步威廉希尔官方网站 交流

一、电机机座压定子CAE分析

电机机座与定子铁芯通过冷压或热套进行装配,由于是过盈配合,很容易导致机座变形与开裂,特别是铸铁机座。如何确定合理的过盈量,既能承担一定的扭矩,又能避免变形过大和开裂,都可以通过CAE仿真进行预测。

1、几何处理

定子铁芯要进行简化,去除齿部,铁芯外径要比机座内径大一些,也就是要加上最大的过盈量。

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机座要进行简化,去除一些小特征,比如一些不影响结构强度的小孔和圆角等。

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2、材料特性

定子铁芯是叠片结构,是各向异性材料,可以在Ansys 里面设置。同时我们要导入机座材料铸铁HT200的材料特性,弹性模量为1.1e5 MPa,泊松比0.31,密度 7100 kg/m^3。

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要确保分析模型中铁芯的方向,和材料特性中的各向异性的方向对应,如果方向不对,可以在Ansys中旋转模型,如下:

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3、CAE模型设置

由于机座是圆筒结构,需要使用柱坐标,便于加载或查看结果,我们可以在机座中心建立一个柱坐标系。

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接触设置很关键,这里可以采用摩擦接触,摩擦系数为0.1。关于接触算法,要确保穿透量最小。说到这里,拉格朗日嘴角露出微笑,我可以确保没有穿透,我一直以来没有被各位使用过,原来我也是有用的,天生我材必有用。

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全局网格尺寸可以设为15mm,配合面的网格尺寸加密到5mm,后续可以根据分析结果,来进一步进行局部网格加密。

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4、边界条件

关于约束,可以采用远程位移,约束6个自由度。远程位移这个工具,会给大家带来很多的惊喜;如果你还没有经常用到这个工具,说明你在仿真方面要进步的空间还很大。

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设置两个载荷步,第一步施加过盈配合,第二步在机座上施加扭矩,看多大扭矩的时候,机座会发生旋转。

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在四个地脚孔施加扭矩,扭矩要通过坐标系来定义轴线,通过表格施加扭矩,最大扭矩为10000N.m, 要注意Ansys中的扭矩单位为N.mm。

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5、结果与后处理

接下来,就可以保存模型后,进行计算了,收敛曲线如下。我们看到第一步的过盈配合很快收敛,第二步在1.95s以后就不收敛了,说明机座发生了转动,过盈配合产生的摩擦力已经不足以承担这么大的扭矩了。

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我们看一下变形曲线,时刻1.6s以后,变形就急剧上升,说明机座已经开始旋转了,此时对应的扭矩为6000N.m,说明过盈配合产生的摩擦力,能承担约6000N.m的扭矩。

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我们还有一个办法来评估过盈量能承担多大的扭矩,就是通过接触工具,来提取过盈配合面的平均压力,再乘以配合面的面积,就可以得出总的正压力了。取摩擦系数0.1,就可以得出能承受的摩擦力。摩擦力再乘以配合面的半径,就可以得出摩擦力能承受多大的扭矩了。因此,下次我们就不需要设置两个载荷步,通过旋转机座来得出能承受多大的扭矩了。

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接下来,我们可以通过柱坐标系,来评估止口位置的径向变形了。如果径向变形量太大,会影响两个端盖的同心度,从而导致气隙不均,产生电磁噪声。当然径向变形量的大小,也是有评估标准的,不同的机座尺寸有不同的评估标准。

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如何评估压定子时机座是否会开裂?我们知道,铸铁是脆性材料,抗压不抗拉,因此要用拉应力,也就是第一主应力来评估。评估标准可以取铸铁抗拉强度的0.8倍,这样HT200的评估标准为160MPa。下图所示机座的最大应力为126MPa, 满足强度的标准,不会开裂。

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二、Ansys电机整机结构CAE威廉希尔官方网站 进阶

通过机座与定子铁芯之间的非线性接触分析,可以评估机座是否开裂,止口变形是否满足要求,以及过盈配合能承担多大的扭矩。本文施加的是最大的过盈量,我们还可以施加最小过盈量,计算一下最小能承受多大的扭矩,来确定合理的过盈量范围。

这样的案例在我的独家原创精品课《Ansys电机整机结构CAE威廉希尔官方网站 进阶课12讲》还有很多,旨在让读者获得整机疲劳强度刚度、NVH和流固耦合分析能力。强烈推荐电机结构设计工程师、机械仿真工程师和理工科院校学生及教师学习。

审核编辑 :李倩

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原文标题:除了特朗普,没人比我更懂电机仿真!以电机机座压定子CAE分析为例

文章出处:【微信号:sim_ol,微信公众号:模拟在线】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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