技术共享|离心力作用下电机转子强度仿真分析

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在电机结构中,转子冲板需要一个孔来嵌入磁体。转子正常运转时,处于高速旋转状态。此时,冲压板和磁钢都会受到离心力的影响。速度越高,离心力越大。当冲片上的开口越多越大时,孔之间的间隙就会相对较小。在较大离心力的作用下,冲压体的脆性部位可能强度不足,其变形也可能影响转子冲压板的正常运行。为了研究转子凸模的强度和刚度性能,利用有限元分析软件ANSYS Mechanical模块分析了转子凸模在最高800rad/s速度下的应力和变形分布,以及最大应力和变形随转速的变化情况。

转子冲片的模拟过程

由冲床本体和镶嵌在冲床体内的磁铁组成,几何模型如下:

在冲床上均匀嵌入12块磁铁,分为6组,每组磁铁呈“8”字形分布。磁钢大部分与冲板紧密接触,但当靠近外环时,每个都有一个小孔。同时,为了防止转子旋转时的冲压运动,在开口处使用了一个小凸台。

从磁钢与冲压板的组装来看,磁钢嵌入冲压板中。为了准确反映这种装配关系,在磁钢可能与冲压板材接触的每个区域设置了摩擦接触,摩擦系数为0.15,并对接触算法进行了拉格朗日扩充。

从实际情况看,转子和冲板在正常工况下旋转。为了尽可能符合实际情况,在冲板内环的圆柱面上施加了固定的边界条件。同时,对整个结构的两侧施加无摩擦约束,将两侧的运动限制在侧面所在的平面内。

在计算分析中,为了防止大变形,打开了大变形开关。由于摩擦接触和大变形的影响是非线性的,在分析中,每个加载步长都选择了自动时间步长,初始载荷子步长为50,最小载荷子步长为10,最大载荷子步长为100。

模拟结果

离心力使磁钢向外移动,使其与冲压板紧密相连。除零件外,离轴越远,位移越大,最大为0.004 mm。在磁钢与冲压板相交的拐角处有较大的局部应力,最大应力为57.6 MPa。这种连接很窄,最窄处只有2.5毫米。另外,转子冲板穿孔处的凸台存在明显的应力集中现象。