电机壳体侧壁优化设计.pdf

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DOh 10 3969 J issn 1009 9492 2014 09 009 电机壳体侧壁优化设计 武文虎 李有生 王志林 李树龙 山西北方机械制造有限责任公司 山西太原030009 研究与 摘要 某型号电机外购机壳在测试过程中发现侧壁振动量较大 为保证该电机的实际使用效果及其寿命 对结构进行重新设 汁 并用Ansys对新结构进行强度分析 以保证工程实际需要及其使用寿命 关键词 电机 侧壁 优化设计 中图分类号 TP391 7 文献标识码 A 文章编号 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 公司研发的系列化高压永磁同步电动机具有 高效率 高功率因数 高自起动能力 低运行噪 声等性能优点 l于转子组件进行大幅改进 而 机壳采用外购的异步机壳体见图1所示 电机在 测试过程中发现侧壁振动量较大 可能影响电机 的实际使用寿命 为保证该电机的实际使用效果 及其寿命 对电机壳体进行重新设计 并采用 Ansys对新壳体进行强度分析 获取新机壳的强度 与位移量对其进行分析 以保证工程实际需要及 其使用寿命 1振动源分析 1 1单边磁拉力 电机运行时由于转子相对于定子偏心 容易 产生单边磁拉力 增加壳体振动 进而影响电机 的性能 南文献 l 获取单边磁拉力计算公式 知 式 1 中 卢为经验系数 同步电机采用 0 4 K 为磁拉力刚度 6为单边平均气隙 e 为初始偏心 同文献 2 中获取的单边磁拉力公式计算结果 对比获取其均值进行分析 收稿El期 2014 03 10 l 与开发 1 2转子质心偏心 由于电机转子与定子装配之间有一定的问隙 以及转子制造误差发生偏心情况 通过轴承座传 递至壳体发生振动 假设转子质心偏离旋转中心 r 转子总重为m 根据文献 3 获取转子偏心导致 轴承承受的径向力为F mzo r 其中L 为质 L 心与轴承的中心距离 1 3安装误差 电机转子在安装过程中由于制造公差限 制 无法保证转子与机壳完全满足同心 由此 获悉转子在转动过程中会发生在机壳的限制下 发生小幅度位移 加上单边磁拉力及转子偏心 容易对机壳进行冲击载荷 影响机壳的强度及 使用寿命 2分析计算 2 1模态分析获取振动特性 模态分析是设计机构或机器部件承受动载荷 结构设计中的重要参数 分块兰索斯法其特别适 用于大型对称特征值求解问题 根据机壳图纸获 取材料为20钢 设置网格划分等级为8级 采用分块兰索斯 法获取结构固有频率见表1所示 转子转动的固有频率为l6 7 Hz 与机壳的固 有频率无交合点 机壳不会发生共振 对机壳只 需进行瞬态分析获取其在运行瞬时的应力与位移 进行分析 表1 机壳固有频率 阶次 频率 Hz 阶次 频率 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瞬态分析 通过瞬态分析的完全法进行壳体的强度及其 位移量 从而获取侧壁的承载力并对其进行优化 分析 达到降低侧壁的振动量的目的 滚动轴承在工作中 在通过轴心线的轴向载 荷 作用下 可认为各滚动体平均分担载荷 即 各滚动体受力相等 当轴承在纯径向载荷 作用 下见图2 内圈沿 方向移动一距离6 上半圈滚 动体不承载 下半圈各滚动体由于个接触点上的 弹性变形量不同承受不同的载荷 处于 作用线 最下位置的滚动体承载最大 其值近似为5Fr z 点接触轴承 或4 6 FJz 线接触轴承 z为轴 承滚动体总数 远离作用线的各滚动体承载逐渐 减小 对于内外圈相对转动的滚动轴承 滚动体 的位置是不断变化的 因此 每个滚动体所受的 径向载荷是变载荷 F0 图2 滚动轴承径向载荷的分析图 公司研发该高压永磁同步电动机转子采用轴 承为6224深沟球滚子轴承 其滚子数目为1O 采 用轴承载荷分布情况对机壳进行过载瞬态分析 分析周期采取转子转动一周时间 对侧壁进行瞬 态分析 获取侧壁在某一瞬间的振动法向位移 图 节点应力图见图3和图4所示 该瞬时位移最 大点在整机运行时的法向位移见图5所示 应力 最大点在整机运行时的应力见图6所示 2 3结果分析 由图6得出节点在电机运行时最大应力远低 武文虎等 电机壳体侧壁优化设计 研究与 图4节点应力图 一 单位 mm J I l f 八 V I f V f I 1 f l I 7 V l V 单位 s 图5 法向位移图 于材料屈服应力 由于设置位移约束为可移动 0 0l mrn 因此由图3及图5可以得出侧壁的最大 位移量约为0 013 mm 分析计算得出剪切应力为 88 75 MPa 设置安全系数为 s S S S 1 35 2 式 2 中s 为材料可靠性 取值1 05 S 为零件重要程度 取值1 1 5 为计算精确性 取值1 2 该结构满足机械强度 侧壁设计合理 而原结构的机壳结构获取的最大位移量为 0 05 mm 最大应力为360 MPa 分析获取的结果 与原结构相比应力与位移量明显下降 重新设计 的机壳结构明显降低了振动量 提高了结构的可 靠性 图6 应力图 3结论 对该高压永磁同步电动机新机壳进行强度分 析获取了机壳的应力与位移图 通过实际测试使 用 发现该电机侧壁振动量明显下降 为该电机 的实际使用提供了足够的强度及使用寿命 新设 计机壳结构合理 强度满足 二程需求 参考文献 1 姜培林 虞烈 电机不平衡磁拉力及其刚度的计算 J 大电机技术 1998 4 32 34 2 陈世坤 电机设计 M 北京 机械工业出版社 2011 3 仇宝云 大型立式轴流泵导轴承载荷分析计算 J 煤矿机电 2006 5 92 93 4 闻邦椿 机械设计手册 M 北京 机械工业出版 社 2011 第一作者简介 武文虎 男 1986年生 山西吕梁人 硕 士 工程师 研究领域 高效高压永磁同步电机 已发表 论文2篇 编辑 阮毅 二