電機(jī)強(qiáng)度
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2023-04-27
電機(jī)強(qiáng)度的視頻教程
ANSYS Workbench計算高速電機(jī)沖片參數(shù)化強(qiáng)度分析
高速電機(jī)沖片強(qiáng)度分析及參數(shù)化 1、CAD畫好沖片二維圖紙； 2、ANSYS直接導(dǎo)入CAD圖紙，并進(jìn)行編輯建模； 3、參數(shù)化轉(zhuǎn)速及沖片相關(guān)參數(shù)； 4、后期參數(shù)化計算最優(yōu)解。
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電機(jī)強(qiáng)度的實(shí)例教程
背景
電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容包括四個方面，一是確定電機(jī)的防護(hù)形式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式和數(shù)目、安裝方式和冷卻系統(tǒng)等；二是確定電機(jī)某零部件具體的結(jié)構(gòu)型式、形狀和具體尺寸，使用的材料；三是確定電機(jī)機(jī)械聯(lián)接的零部件之間的聯(lián)接方式；四是核算電機(jī)零部件的機(jī)械性能，包括強(qiáng)度、剛度、變形等的計算；而這幾部分內(nèi)容之間是有相互關(guān)系和相互影響，需要電機(jī)結(jié)構(gòu)工程師考慮充分及計算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等問題準(zhǔn)確，計算結(jié)構(gòu)相關(guān)問題準(zhǔn)確往往需要使用當(dāng)下有限元等仿真方法。
先進(jìn)的仿真平臺ANSYS Workbench是能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、模態(tài)、諧響應(yīng)、振動等仿真，Workbench獨(dú)特的項(xiàng)目圖形化界面把整個仿真過程緊密結(jié)合在一起，完成復(fù)雜的多物理場耦合分析，通過電磁場與電場、電磁場與熱場和電磁場與結(jié)構(gòu)等物理場相互耦合分析產(chǎn)品，可以在產(chǎn)品設(shè)計階段就能減少產(chǎn)品問題。特舉辦“ANSYS Workbench電機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模態(tài)、振動仿真實(shí)例”培訓(xùn)。詳情請參見第四部分“內(nèi)容大綱”。
時間地點(diǎn)
時間：2019年4月19日-4月22日（第一天報到，授課3天）
地點(diǎn)：江蘇*無錫
主講專家
該課程講師，具有13年電機(jī)設(shè)計及仿真分析經(jīng)驗(yàn)，具備電機(jī)結(jié)構(gòu)及電磁等多物理場耦合仿真分析能力，一直對外提供技術(shù)咨詢服務(wù)，具有扎實(shí)的數(shù)值計算理論基礎(chǔ)；熟練掌握ANSYS EM、Workbench、Matlab等軟件。培訓(xùn)40多場次，學(xué)員上千人。
內(nèi)容大綱
報名費(fèi)用
標(biāo)準(zhǔn)費(fèi)用：3980元/人，食宿可統(tǒng)一安排，費(fèi)用自理。
展開 https://mp.weixin.qq.com/s/xCvmodbLpmMBYlltObLk8w
新能源汽車驅(qū)動電機(jī)多為永磁同步電機(jī)，其轉(zhuǎn)子沖片為多片硅鋼疊壓而成，沖片中開槽用來放置磁鋼及減重設(shè)計。高速永磁同步電機(jī)，定轉(zhuǎn)子氣隙很小，0.5~1.0mm左右，尤其在高速運(yùn)行時，在磁鋼離心力的作用下，轉(zhuǎn)子沖片易產(chǎn)生變形，在隔磁橋等結(jié)構(gòu)薄弱位置，易出現(xiàn)變形過大，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦，致使電機(jī)損壞等故障。故對永磁同步電機(jī)在高速離心力作用下的轉(zhuǎn)子沖片強(qiáng)度進(jìn)行CAE評估顯得尤為必要。
以Prius2004款電機(jī)沖片模型為例，進(jìn)行高速離心力下的轉(zhuǎn)子沖片強(qiáng)度及剛度性能評估。
展開 1 分析內(nèi)容和目的
本項(xiàng)目是與某集團(tuán)電機(jī)廠合作對某型電機(jī)機(jī)座和法蘭盤部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度校核。
2 分析方案
應(yīng)用ANSYS Mechanical軟件對法蘭盤和機(jī)座進(jìn)行靜強(qiáng)度分析。在分析中考慮兩個零件是通過螺栓固定在一起，可采用ANSYS提供的接觸綁定的功能將兩個部件進(jìn)行固接。電機(jī)通過法蘭盤的端部的四個螺栓孔水平安裝在機(jī)構(gòu)上，在模擬中可將法蘭盤的端部固定約束。由于安裝的環(huán)境和電機(jī)發(fā)熱的影響，考慮溫度載荷的作用。電機(jī)自重作用可轉(zhuǎn)化為力加到重心上。轉(zhuǎn)矩可相應(yīng)轉(zhuǎn)化到機(jī)座上，通過機(jī)座將轉(zhuǎn)矩傳給法蘭盤。
依據(jù)上述分析思路，具體分析步驟如下：
第一步——零件裝配：基于客戶提供的三維幾何零件模型，在DM中進(jìn)行裝配和編輯。
第二步——網(wǎng)格劃分：對三維幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用ANSYS—MESH進(jìn)行自動網(wǎng)格劃分。
第三步——邊界條件設(shè)置：基于網(wǎng)格計算模型，施加各種邊界條件和載荷。
第四步——計算求解：提交上述調(diào)試通過的求解文件，實(shí)現(xiàn)求解分析。
第五步——撰寫計算結(jié)果分析報告：利用Workbench后處理功能，對計算結(jié)果文件進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，對法蘭盤的靜強(qiáng)度進(jìn)行校核。
3 定義材料屬性
在WORKBENCH的Engineering Data 中定義材料HT200屬性，包括楊氏模量和泊松比，以及材料熱膨脹系數(shù)和參考溫度，具體參數(shù)數(shù)值見下表
表5-1 材料參數(shù)
4 零件裝配與網(wǎng)格劃分
將由廠方提供的兩個單體零件在DM中進(jìn)行裝配，可充分利用DM強(qiáng)大的幾何建模和編輯功能，按照兩者的裝配關(guān)系進(jìn)行準(zhǔn)確定位。
展開 目前國內(nèi)對于電機(jī)設(shè)計的虛擬裝配已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，但虛擬設(shè)計以及虛擬實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用仍不充分。電機(jī)的虛擬設(shè)計與虛擬實(shí)驗(yàn)主要包括電磁、結(jié)構(gòu)、散熱三個方面。對于常規(guī)的電機(jī)設(shè)計方法，計算工作量非常大，只能得到各物理場的平均結(jié)果而難以獲得其分布，且很難考慮各物理場耦合的問題。
本文與大家分享某電機(jī)廠對于新開發(fā)的某款電機(jī)進(jìn)行的CAE多物理場分析方法，其中涉及電磁分析、結(jié)構(gòu)分析（強(qiáng)度、振動、噪聲等）和散熱分析(流體、熱)。通過分析，可以為電機(jī)廠商提供電機(jī)電磁、結(jié)構(gòu)、噪聲、流場和溫度等一系列參數(shù)的分布情況，使開發(fā)人員能夠有針對性的進(jìn)行改善，從而大大縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
本項(xiàng)目分析流程如圖1所示：
圖1 電機(jī)CAE多物理場分析流程
一、 電磁分析
以電機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)建立磁場有限元模型，基于電磁——熱雙向耦合建立軸向通風(fēng)各部件的電磁場數(shù)學(xué)模型和熱傳導(dǎo)方程，通過電磁——熱雙向迭代計算得到磁密分布、電磁力等結(jié)果。某電機(jī)的氣隙磁場磁力線分布如圖2所示。
圖2 某電機(jī)的氣隙磁場磁力線分布
二、 結(jié)構(gòu)分析
1. 應(yīng)力及應(yīng)變分析
通過電磁——結(jié)構(gòu)以及熱——結(jié)構(gòu)的耦合，對電機(jī)進(jìn)行了整機(jī)結(jié)構(gòu)分析（包括整機(jī)強(qiáng)度分析、定子與機(jī)座配合計算、吊環(huán)強(qiáng)度分析等）、整機(jī)模態(tài)分析和滑環(huán)強(qiáng)度分析。通過分析可以獲得電機(jī)的應(yīng)力及應(yīng)變分布，從而驗(yàn)證電機(jī)強(qiáng)度是否滿足設(shè)計要求。
圖3 某電機(jī)三階模態(tài)振型
2. 振動分析
通過電磁分析得到定子齒部節(jié)點(diǎn)的徑向及切向電磁力，映射處理至電機(jī)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格模型中，進(jìn)行振動分析。通過分析可以獲得電機(jī)的振動分布，并確認(rèn)是否滿足設(shè)計要求。
圖4 某電機(jī)振動位移云圖
3.
展開 幫助用戶預(yù)判熱點(diǎn)風(fēng)險區(qū)域、選擇合理的冷卻方式、優(yōu)化冷卻結(jié)構(gòu)，確保電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計方案的合理性。
功能模塊：
1、電機(jī)方案數(shù)字設(shè)計迭代模塊
1) 適用于電機(jī)的初期方案設(shè)計與優(yōu)化；
2) 內(nèi)置常用的電機(jī)全參數(shù)化建模模板，實(shí)現(xiàn)電機(jī)初期方案的快速構(gòu)建；
3) 基于等效磁路法分析電機(jī)在各種工況負(fù)載下的電磁性能、輸出特性以及效率等；
4) 輔助用戶在電機(jī)前期設(shè)計階段，快速評估迭代電機(jī)尺寸設(shè)計、繞組設(shè)計、電氣設(shè)計以及電機(jī)性能；
5) 快速生成有限元分析模型開展詳細(xì)設(shè)計與優(yōu)化。
2、電機(jī)電磁性能數(shù)字模擬計算模塊
1） 電機(jī)電磁場求解
? 靜電場、瞬態(tài)電場、靜磁場、時諧磁場、瞬態(tài)磁場與場路耦合等。
2） 電機(jī)運(yùn)動問題
? 旋轉(zhuǎn)電機(jī)的2D/3D旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；
? 直線電機(jī)的2D/3D直線運(yùn)動。
3） 電機(jī)電磁場量計算
? 磁場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁力線、磁場能量、損耗密度、電流密度、電磁力密度等。
4） 電機(jī)電磁特性計算
? 電感矩陣、電容矩陣、電阻；
? 渦流損耗、鐵芯損耗；
? 電磁力、電磁力矩；
? 三相電流、電壓與D、Q軸電流、電感等
3、電機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與NVH數(shù)字模擬分析模塊
1） 電機(jī)結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析
? 線性\非線性靜力分析：靜載荷作用；
? 模太分析：各階模態(tài)頻率、振型，確定振動特性；
? 諧響應(yīng)分析：電磁力諧波作用的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)、受迫振動；
? 瞬態(tài)動力分析：準(zhǔn)靜力載荷的時域分析；
? 隨機(jī)振動分析：功率譜密度載荷、響應(yīng)的概率分布。
展開 
電機(jī)強(qiáng)度的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
電機(jī)強(qiáng)度的最新內(nèi)容
2.頻繁振動與沖擊：船舶航行時受海浪、機(jī)械振動影響，電機(jī)需具備高強(qiáng)度抗振能力，防止內(nèi)部零件松動或損壞。
3.寬溫度范圍：熱帶海域高溫（可達(dá)50℃）與極地低溫（-30℃）交替，要求電機(jī)具備寬溫適應(yīng)性及高效散熱設(shè)計。
4.防爆與高防護(hù)等級：機(jī)艙內(nèi)可能存在可燃?xì)怏w，需滿足防爆標(biāo)準(zhǔn)；外殼防護(hù)等級需達(dá)到IP55及以上，抵御水浪、粉塵侵入。
2、船用電動機(jī)的基本特點(diǎn)
1.
</p><p><br></p><p>對于電機(jī)相關(guān)的仿真分析，主要是電機(jī)電磁仿真、電機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、電機(jī)NVH結(jié)構(gòu)振動、電機(jī)熱管理以及多物理場耦合等等。</p><p><br></p><p>高頻電磁主要用來協(xié)助進(jìn)行天線設(shè)計和布置，電磁EMC兼容，還有波的傳播和無線電規(guī)劃等。
三相感應(yīng)電機(jī)仿真APP通過更改模型尺寸、計算設(shè)置等選項(xiàng)，可計算得到磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、繞組電流等結(jié)果。
圖8 電機(jī)模型網(wǎng)格剖分
電磁仿真分析結(jié)果
1） 磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖
查看開關(guān)磁阻電機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖，如圖所示分別為8.5ms、9ms和9.5ms時刻的磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖。從這三個時刻的磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖可知，磁感應(yīng)強(qiáng)度主要集中在定、轉(zhuǎn)子的凸極上，且定、轉(zhuǎn)子凸極對應(yīng)位置磁感應(yīng)強(qiáng)度較大，這與磁阻最小原理相對應(yīng)。但是，在定、轉(zhuǎn)子凸極對應(yīng)位置可能存在局部磁飽和情況。
? 電機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及振動問題的分析與優(yōu)化。可模擬電機(jī)受外載荷、自身載荷以及兩者共同作用下的狀態(tài)，開展電機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的校核、振動問題的評估以及優(yōu)化。幫助用戶預(yù)判結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險點(diǎn)、發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)潛在共振問題、優(yōu)化結(jié)構(gòu)與振動響應(yīng)階次，確保電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案合理性。
? 電機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計分析與優(yōu)化。可用于自然散熱、強(qiáng)制風(fēng)冷、水冷和油冷的散熱性能模擬，可指導(dǎo)散熱翅片、風(fēng)冷參數(shù)、水冷/油冷管道以及參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化。
電機(jī)設(shè)計工作的特點(diǎn)要求設(shè)計工具需要具有以下幾方面特征：
● 兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業(yè)的前、后處理功能；
● 在電機(jī)全運(yùn)行工況范圍內(nèi)，需要實(shí)現(xiàn)電磁和熱的雙向耦合，而且算法必須快速高效以滿足產(chǎn)品研發(fā)周期的需求；
● 電機(jī)機(jī)械強(qiáng)度的分析需要在電磁設(shè)計階段同時進(jìn)行，以減少設(shè)計迭代。
圖4 靜態(tài)下電機(jī)磁力線分布
圖5 靜態(tài)下電機(jī)磁感應(yīng)強(qiáng)度云圖
由于空氣的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于選用機(jī)殼材料的磁導(dǎo)率，故認(rèn)為磁力線僅在于電機(jī)系統(tǒng)中流通，可以忽略流向空氣中的漏磁[5]。在設(shè)置仿真的邊界條件時，采用狄里克萊邊界條件。由圖6、圖7所示可看出，電機(jī)的內(nèi)外邊界邊緣處沒有磁力線穿越。
離心式空壓機(jī)在電機(jī)轉(zhuǎn)子強(qiáng)度、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)、高速軸承、冷卻系統(tǒng)與溫升設(shè)計以及控制器的研制等方面存在特殊關(guān)鍵問題，其設(shè)計是一個集計算流體力學(xué)、電磁場、轉(zhuǎn)子強(qiáng)度、轉(zhuǎn)子動力學(xué)、溫度場等多物理場多次迭代的綜合設(shè)計過程。
在保持電機(jī)機(jī)械強(qiáng)度的要求下，同時平均輸出轉(zhuǎn)矩基本保持不變，確定了改良參數(shù)，即轉(zhuǎn)子開孔距齒頂高度
h=1.5 mm
、開孔距齒邊寬度
m=2 mm
、孔直徑
d=2 mm
以及定子齒定開槽寬度為
3 mm
、開槽深度為
3 mm
。
4.1 瞬態(tài)分析
將傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與改進(jìn)之后的電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比分析，得到瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩特性曲線以及徑向力曲線如圖9所示。
圖 １ 非晶電機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布
從圖 １ 中可以看出:非晶電機(jī)的磁場分布與傳統(tǒng)電機(jī)一致，表明非晶合金作為定子鐵芯材料可以滿足電機(jī)在電磁性能方面的需求。
