電機殼體側壁優(yōu)化設計.pdf

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DOh 10 3969 J issn 1009 9492 2014 09 009 電機殼體側壁優(yōu)化設計 武文虎 李有生 王志林 李樹龍 山西北方機械制造有限責任公司 山西太原030009 研究與 摘要 某型號電機外購機殼在測試過程中發(fā)現(xiàn)側壁振動量較大 為保證該電機的實際使用效果及其壽命 對結構進行重新設 汁 并用Ansys對新結構進行強度分析 以保證工程實際需要及其使用壽命 關鍵詞 電機 側壁 優(yōu)化設計 中圖分類號 TP391 7 文獻標識碼 A 文章編號 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機具有 高效率 高功率因數(shù) 高自起動能力 低運行噪 聲等性能優(yōu)點 l于轉子組件進行大幅改進 而 機殼采用外購的異步機殼體見圖1所示 電機在 測試過程中發(fā)現(xiàn)側壁振動量較大 可能影響電機 的實際使用壽命 為保證該電機的實際使用效果 及其壽命 對電機殼體進行重新設計 并采用 Ansys對新殼體進行強度分析 獲取新機殼的強度 與位移量對其進行分析 以保證工程實際需要及 其使用壽命 1振動源分析 1 1單邊磁拉力 電機運行時由于轉子相對于定子偏心 容易 產(chǎn)生單邊磁拉力 增加殼體振動 進而影響電機 的性能 南文獻 l 獲取單邊磁拉力計算公式 知 式 1 中 盧為經(jīng)驗系數(shù) 同步電機采用 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 2 中獲取的單邊磁拉力公式計算結果 對比獲取其均值進行分析 收稿El期 2014 03 10 l 與開發(fā) 1 2轉子質心偏心 由于電機轉子與定子裝配之間有一定的問隙 以及轉子制造誤差發(fā)生偏心情況 通過軸承座傳 遞至殼體發(fā)生振動 假設轉子質心偏離旋轉中心 r 轉子總重為m 根據(jù)文獻 3 獲取轉子偏心導致 軸承承受的徑向力為F mzo r 其中L 為質 L 心與軸承的中心距離 1 3安裝誤差 電機轉子在安裝過程中由于制造公差限 制 無法保證轉子與機殼完全滿足同心 由此 獲悉轉子在轉動過程中會發(fā)生在機殼的限制下 發(fā)生小幅度位移 加上單邊磁拉力及轉子偏心 容易對機殼進行沖擊載荷 影響機殼的強度及 使用壽命 2分析計算 2 1模態(tài)分析獲取振動特性 模態(tài)分析是設計機構或機器部件承受動載荷 結構設計中的重要參數(shù) 分塊蘭索斯法其特別適 用于大型對稱特征值求解問題 根據(jù)機殼圖紙獲 取材料為20鋼 設置網(wǎng)格劃分等級為8級 采用分塊蘭索斯 法獲取結構固有頻率見表1所示 轉子轉動的固有頻率為l6 7 Hz 與機殼的固 有頻率無交合點 機殼不會發(fā)生共振 對機殼只 需進行瞬態(tài)分析獲取其在運行瞬時的應力與位移 進行分析 表1 機殼固有頻率 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 通過瞬態(tài)分析的完全法進行殼體的強度及其 位移量 從而獲取側壁的承載力并對其進行優(yōu)化 分析 達到降低側壁的振動量的目的 滾動軸承在工作中 在通過軸心線的軸向載 荷 作用下 可認為各滾動體平均分擔載荷 即 各滾動體受力相等 當軸承在純徑向載荷 作用 下見圖2 內圈沿 方向移動一距離6 上半圈滾 動體不承載 下半圈各滾動體由于個接觸點上的 彈性變形量不同承受不同的載荷 處于 作用線 最下位置的滾動體承載最大 其值近似為5Fr z 點接觸軸承 或4 6 FJz 線接觸軸承 z為軸 承滾動體總數(shù) 遠離作用線的各滾動體承載逐漸 減小 對于內外圈相對轉動的滾動軸承 滾動體 的位置是不斷變化的 因此 每個滾動體所受的 徑向載荷是變載荷 F0 圖2 滾動軸承徑向載荷的分析圖 公司研發(fā)該高壓永磁同步電動機轉子采用軸 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機殼進行過載瞬態(tài)分析 分析周期采取轉子轉動一周時間 對側壁進行瞬 態(tài)分析 獲取側壁在某一瞬間的振動法向位移 圖 節(jié)點應力圖見圖3和圖4所示 該瞬時位移最 大點在整機運行時的法向位移見圖5所示 應力 最大點在整機運行時的應力見圖6所示 2 3結果分析 由圖6得出節(jié)點在電機運行時最大應力遠低 武文虎等 電機殼體側壁優(yōu)化設計 研究與 圖4節(jié)點應力圖 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 于材料屈服應力 由于設置位移約束為可移動 0 0l mrn 因此由圖3及圖5可以得出側壁的最大 位移量約為0 013 mm 分析計算得出剪切應力為 88 75 MPa 設置安全系數(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 為計算精確性 取值1 2 該結構滿足機械強度 側壁設計合理 而原結構的機殼結構獲取的最大位移量為 0 05 mm 最大應力為360 MPa 分析獲取的結果 與原結構相比應力與位移量明顯下降 重新設計 的機殼結構明顯降低了振動量 提高了結構的可 靠性 圖6 應力圖 3結論 對該高壓永磁同步電動機新機殼進行強度分 析獲取了機殼的應力與位移圖 通過實際測試使 用 發(fā)現(xiàn)該電機側壁振動量明顯下降 為該電機 的實際使用提供了足夠的強度及使用壽命 新設 計機殼結構合理 強度滿足 二程需求 參考文獻 1 姜培林 虞烈 電機不平衡磁拉力及其剛度的計算 J 大電機技術 1998 4 32 34 2 陳世坤 電機設計 M 北京 機械工業(yè)出版社 2011 3 仇寶云 大型立式軸流泵導軸承載荷分析計算 J 煤礦機電 2006 5 92 93 4 聞邦椿 機械設計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版 社 2011 第一作者簡介 武文虎 男 1986年生 山西呂梁人 碩 士 工程師 研究領域 高效高壓永磁同步電機 已發(fā)表 論文2篇 編輯 阮毅 二