高速电机转子冲片的强度设计(一).docxVIP

高速电机转子冲片的强度设计(一).docx

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更换材料。由于硅钢片材料与软件默认的结构钢的物理属性略有不同,一般应根据实际新建一个材料。本节为简化计算,调用软件材料库中的通用非线性结构钢材料。而转轴和磁钢材料,暂时采用默认的结构钢。

具体的材料属性数据,应与材料供应商充分沟通交流。

打开静力学分析模块后,双击A1?工程数据模块,可看出其默认为结构钢材料。单击左上角进入材料库。如图-26所示。

图-26?进入材料库

单击通用非线性结构材料库,向下找到非线性结构钢材料,单击右侧黄色十字图标,以选取。如图-27所示。选取后,在十字图标右侧一行处,将出现蓝色书本状图标。

图-27?选取材料

在材料库非线性结构钢的正下方,显示了各个默认的材料属性,其包括了双线性等向强化模型,可用于简化的表达线弹性材料部分的刚度属性,如弹性模量等,以及屈服后的材料应变行为,如屈服强度等。

对于转子冲片强度设计而言,采用的材料模型及其应力结果,直接决定了最高工作转速的极限。

简化计算时,可采用弹性模量+泊松比的简化材料属性输入的方式,通过查看高应力的区域和范围,来判断可用的最高转速;

当进行较为深入的计算时,可采用非线性材料属性。本文使用的双线性等向强化模型。采用了以真实应力-应变为基准的应力数据。而一般的材料供应商提供的拉伸应力-应变曲线,为工程应力-应变数据。两者存在一定差异,需要换算后方可使用。

下图为工程应力-应变曲线中,对应的拉伸试样截面变化过程。其M点对应抗拉强度,F点对应断裂点。从M到F过程,为截面变细的缩径过程,其存在下降段;在真实应力-应变数据中,此部分仍为上升。

上图为工程应力-应变曲线与工程应力-应变曲线对比。

真实应力-应变数据,为根据实际材料变形处截面,随时刷新尺寸后,计算得出的应力结果;

工程应力-应变数据,为以变形前初始状态的截面计算出的应力。该方法测量与实验过程较为简便。如果材料塑性较为明显,缩颈时截面变化会较大,两者曲线数据将出现明显差异。较为直观的是,工程应力-应变曲线,存在下降段;而真实应力-应变曲线永远上升。

下面为换算关系的公式。如果考虑体积变化,则真实应力为:真实应力/工程应力=(1+?工程应变)/(1+工程应变?-2?工程应变?*?泊松比);

或者:真实应力/工程应力=1/(1-?工程应变?*?泊松比)^2。

具体材料属性,软件中采用了数据+图表方式显示,如图-28所示。本材料为软件默认值,实际数据应与材料供应商充分交流沟通。

图-28?默认的应力-应变曲线

材料选取完成,单击左上角A2工程数据中的X图标关闭材料库,回到项目目录,右键单击A3几何模型按钮,打开DesignModerler(DM)模块,对导入的模型进行适当的合并节点处理。如图-29所示。

图-29?打开DM模块

单击文件按钮中的导入模型功能,如图-30所示。找到并加载模型。

?图-30?导入外部几何模型

导入后的模型在左侧特征树,可以看见模型为26个part和26个body组成。其零件数量较多,如果不在DM模块中进行适当合并节点,则每一个body的交界面上,会被ANSYS默认添加绑定接触。其一方面增加计算量,一方面交界面处应力结果不连续,影响应力计算精度。

本模型冲片部分为1/8反对称圆周径向为8个局部的body,采用body选择过滤器,按住键盘Shift键,分别选取8个冲片模型,选中后会从透明变为金黄色,右键选取合并节点功能;同样的转轴部分,被切割为两个圆环组成,也进行合并操作,如图-31所示。

图-31?合并节点

合并后模型如图-32所示,已经将转轴的两个body,合并为一个part下属的2个body,同样的冲片部分,为8个body组成的一个part,其他16个body为磁钢模型。

图-32?合并后的模型

DM模块中的合并节点操作完成,关闭并保存。回到项目目录,双击A4进入静力学分析模块。打开后在Geometry中分别选取硅钢片的实体模型,左下角在详细信息中,更改为刚刚添加进材料库的非线性结构钢材料。其他零件采用默认结构钢。如图-33所示。

图-33?更改材料

在ANSYSWorkbench环境的19版本开始,新增了一个材料统计按钮,可较为方便的选取和识别采用的材料及主要属性信息等。如图-34所示。

图-34?新增的材料标签功能

下面进行接触设置。对于本文而言,主要有两个位置需要设置接触,一个是硅钢片与磁钢间;另一个为硅钢片内孔与转轴间。

对于前者,本文后续小节中将单独讨论硅钢片与磁钢不同连接设置的影响,本节采用简化的绑定接触进行连接。

默认情况下,由于硅钢片与磁钢未进行合并节点操作,软件自动在其四周的交接面处,设置绑定接触,以将所有贴合位置的节点进行连接。这显然是不符合实际的,应进行重新的手工设置。

默认的接触面位置和形式如图-35所示。

图-35?自动的接触

将所有接触删

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