CN110427658A - 一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，包括以下步骤：建立电机定子系统模型并进行网格划分；进行水冷套与电机壳体上下止口焊接区域强度分析；进行水冷套与定子铁芯最大过盈量分析；进行水冷套与定子铁芯最小过盈量分析；确定水冷套与定子铁芯实际过盈量；进行水冷套与电机壳体间隙量分析并确定实际间隙量。本发明的优点是：采用有限元分析方法对水冷套与电机壳体上下止口焊接深度、水冷套与定子铁芯过盈量及水冷套与电机壳体间隙量进行分析，保证水冷套与电机壳体焊接区域满足强度要求，同时考虑了工艺精度对实际过盈量和实际间隙量的影响，获得的实际过盈量和实际间隙量更为精准，能够缩短研发时间周期，节省研发成本。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，特别是涉及一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法。
背景技术
电机定子系统配合公差包含电机定子与水冷套的配合公差及水冷套与电机壳体的配合公差,其中定子与水冷套是采用过盈配合方式通过过盈接触传递扭矩,而水冷套与电机壳体目前大多也采用过盈配合的方式,电机轴轴承安装在水冷套轴承座上，而过盈配合必然会导致壳体的过盈接触挤压变形，导致安装轴承中心孔发生位移，过度的变形使得电机轴承孔同轴度变差，进而影响电机转子的效率并产生高速转动不稳后的噪声问题。
通过水冷套与电机壳体采用间隙配合可以减少壳体的变形量,所以需要确定水冷套与电机机壳间隙量以及水冷套与定子的过盈量,由于需要确定两组配合公差，所以真正的配合公差组合方式很多，而通过试验的方法找到最佳的配合公差组，控制壳体变形在合理范围内，即保证高温膨胀时定子能够满足扭矩输出，同时在低温时又要能够保证壳体在冷缩后不被胀裂，这种方式既不经济也没有时效性,而通过有限元分析能够很好的控制研发时间周期,并节省研发成本.
发明内容
本发明主要解决了现有电机定子系统配合公差确定方法耗费时间长，成本高的问题，提供了一种能够有效缩短研发时间周期,并节省研发成本的基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是,一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，电机定子系统包括电机壳体、水冷套和定子铁芯，电机壳体与减速器壳体相连，包括以下步骤：
S1：建立电机定子系统模型并进行网格划分；
S2：进行水冷套与电机壳体上下止口焊接区域强度分析；
S3：进行水冷套与定子铁芯最大过盈量分析；
S4：进行水冷套与定子铁芯最小过盈量分析；
S5：确定水冷套与定子铁芯实际过盈量；
S6：进行水冷套与电机壳体间隙量分析并确定实际间隙量。
本发明有限元分析方法确定水冷套与电机壳体焊接区域焊接深度，确定水冷套与定子铁芯最大最小过盈量及确定水冷套与电机壳体最大最小间隙量，在根据加工工艺公差确定实际的过盈量和间隙量的取值范围，最终得到最佳的配合公差组，将壳体变形控制在合理范围内，即保证高温膨胀时定子能够满足扭矩输出，同时在低温时又要能够保证壳体在冷缩后不被胀裂,有效缩短研发时间周期,并节省研发成本。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S2中水冷套与电机壳体上下止口焊接区域强度分析包括以下步骤：
S21：去除定子铁芯模型，保留水冷套和电机壳体模型；
S22：将定子铁芯与水冷套接触区域网格分布耦合到定子铁芯轴线中心区域，获得分布耦合中心点；
S23：约束电机壳体与减速器壳体接合面安装螺栓孔节点的3个自由度；
S24：在水冷套与电机壳体处于间隙状态下给分布耦合中心点施加轴线极限工况扭矩；
S25：利用Abaqus软件求出上下止口的von mises应力，若von mises应力小于上下止口材料屈服极限，则判定焊接区域强度满足要求，反之，则判定焊接区域强度不足，需要加深焊接区域深度直至满足要求。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S3中水冷套与定子铁芯最大过盈量分析包括以下步骤：
S31：约束电机壳体模型远离定子铁芯区域位置；
S32：设置温度为实际工况最低值；
S33：调整水冷套与定子铁芯的过盈量，直至水冷套von mises应力值小于且接近材料屈服极限。排除电机壳体的影响，在最低温度条件下，获得不会造成电机机壳胀裂的最大过盈量。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S4中水冷套与定子铁芯最小过盈量分析包括以下步骤：
S41：设置温度为实际工况最高值；
S42：获取定子铁芯中心耦合点；
S43：调整水冷套与定子铁芯的过盈量，设置定子铁芯中心耦合点的旋转位移，求得定子铁芯中心耦合点沿轴线旋转扭矩值，直至定子铁芯中心耦合点输出的最小扭矩值恰好高于极限扭矩值且水冷套与定子铁芯充分接触。采用步骤S3中同样的模型，即排水电机机壳的影响，在最高温度下，获得能够满足极限扭矩输出的最小过盈量。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S5中确定水冷套与定子铁芯实际过盈量包括步骤：
S51：确定工艺能够加工到的过盈量的公差值i；
S52：比较最大过盈量δ1、最小过盈量δ2和公差值i的关系，当δ2+i<δ1时，确定实际过盈量上限为δ2+i，下限为δ2；反之确定实际过盈量上限为δ1，下限为δ2。考虑实际工艺精度确定实际的最大最小过盈量。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S6中水冷套与电机壳体间隙量分析并确定实际间隙量，包括以下步骤：
S61：在步骤S3的模型的基础上增加水冷套与电机壳体的接触关系；
S62：设置温度为实际工况最高值；
S63：调整水冷套与电机壳体间隙量，直至水冷套与电机壳体接触压力为0；
S64：获取水冷套与电机壳体接触压力为0时的间隙值δ3，工艺加工公差i1,确定水冷套与电机机壳的间隙取值下限为δ3，上限为δ3+i1。考虑定子铁芯对水冷套的影响，使得水冷套与电机壳体间隙量的分析更为准确。
作为上述方案的一种优选方案，所述水冷套与定子铁芯过盈量为步骤S5得到的实际过盈量上限值。在实际过盈量上限值进行水冷套与电机机壳间隙量分析，使实际间隙量的确定更为准确。
本发明的优点是：采用有限元分析方法对水冷套与电机壳体上下止口焊接深度进行分析，保证水冷套与电机壳体焊接区域满足强度要求；采用有限元分析方法对水冷套与定子铁芯过盈量及水冷套与电机壳体间隙量进行了分析，同时考虑了工艺精度对实际过盈量和实际间隙量的影响，获得的实际过盈量和实际间隙量更为精准，同时能够有效缩短研发时间周期，节省研发成本。
附图说明
图1为实施例中电机定子系统的一种爆炸结构示意图。
图2为本发明的一种流程示意图。
图3为本发明中水冷套与电机壳体上下止口焊接区域强度分析的一种流程示意图。
图4为本发明中水冷套与定子铁芯最大过盈量分析的一种流程示意图。
图5为本发明中水冷套与定子铁芯最小过盈量分析的一种流程示意图。
图6为本发明中确定水冷套与定子铁芯实际过盈量的一种流程示意图。
图7为本发明中水冷套与电机壳体间隙量分析并确定实际间隙量的一种流程示意图。
1-电机壳体 2-水冷套 3-定子铁芯 4-减速机壳 5-安装螺栓孔节点。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：
本实施一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，对如图1所示的电机定子系统进行配合公差确定，该电机定子系统包括电机壳体1、水冷套2和定子铁芯3，电机壳体1与减速器壳体4相连，其中，水冷套与定子铁芯采用过盈配合，通过过盈接触输出扭矩，水冷套与电机壳体采用间隙配合，水冷套与电机壳体上止口和下止口之间采用深度摩擦焊连接，本实施例中水冷套和电机外壳采用铝合金，定子铁芯采用钢。
对于该电机定子系统的配合公差确定方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1：利用Abaqus软件建立电机定子系统模型并进行网格划分，定子铁芯采用一阶六面体单元C3D8R，水冷套与电机壳体采用修正二阶单元单元C3D10M，止口焊接区域，单独划分网格，根据实际焊接状况划分一阶四面体C3D8R单元，焊缝区域网格与周边连接部分节点重合；
S2：进行水冷套与电机壳体上下止口焊接区域强度分析，如图3所示，包括以下步骤：
S21：去除定子铁芯模型，保留水冷套和电机壳体模型；
S22：将定子铁芯与水冷套接触区域网格分布耦合到定子铁芯轴线中心区域，获得分布耦合中心点；
S23：约束电机壳体与减速器壳体接合面安装螺栓孔节点5的3个自由度；
S24：在水冷套与电机壳体处于间隙状态下(即不设置接触关系)给分布耦合中心点施加轴线极限工况扭矩；
S25：利用Abaqus软件求出上止口和下止口的von mises应力，若von mises应力小于上下止口材料屈服极限，则判定焊接区域强度满足要求，反之，则判定焊接区域强度不足，需要加深焊接区域深度直至满足要求，因本实施例中是水冷套和电机壳体均采用铝合金制作，所以此处上下止口材料屈服极限为铝合金的屈服极限；
S3：进行水冷套与定子铁芯最大过盈量分析，如图4所示，包括以下步骤：
S31：水冷套与电机壳体保持间隙状态并约束电机壳体模型远离定子铁芯区域位置，给定子和水冷套设置过盈接触关系；
S32：设置温度为实际工况最低值；
S33：调整水冷套与定子铁芯的过盈量，直至水冷套von mises应力值小于且接近材料屈服极限，在过盈量调整时，先根据以往的工程经验设置一个估计量进行分析，然后采用二分法进行过盈量的调整；
S4：进行水冷套与定子铁芯最小过盈量分析，如图5所示，包括以下步骤：
S41：保持步骤S3中的模型，设置温度为实际工况最高值；
S42：将定子铁芯内圈分布耦合到中心点，获取定子铁芯中心耦合点；
S43：调整水冷套与定子铁芯的过盈量，设置定子铁芯中心耦合点的旋转位移，求得定子铁芯中心耦合点沿轴线旋转扭矩值，直至定子铁芯中心耦合点输出的最小扭矩值恰好高于极限扭矩值且水冷套与定子铁芯充分接触。在过盈量调整时，先根据以往的工程经验设置一个估计量进行分析，然后采用二分法进行过盈量的调整，充分接触是指水冷套与定子铁芯50％以上的接触面的接触压力大于0.1Mpa；
S5：确定水冷套与定子铁芯实际过盈量，如图6所示，包括以下步骤：
S51：确定工艺能够加工到的过盈量的公差值i；
S52：比较步骤S3得到的最大过盈量δ1、步骤S4得到的最小过盈量δ2和公差值i的关系，当δ2+i<δ1时，确定实际过盈量上限为δ2+i，下限为δ2；反之确定实际过盈量上限为δ1，下限为δ2；
S6：进行水冷套与电机壳体间隙量分析并确定实际间隙量，如图7所示，包括以下步骤：
S61：在步骤S3的模型的基础上增加水冷套与电机壳体的接触关系，同时设置水冷套与定子铁芯之间的过盈量为步骤S5中得到的过盈量上限值；
S62：设置温度为实际工况最高值；
S63：调整水冷套与电机壳体间隙量，直至水冷套与电机壳体接触压力为0，在间隙量调整时，先根据以往的工程经验设置一个估计量进行分析，然后采用二分法进行间隙量的调整；
S64：获取水冷套与电机壳体接触压力为0时的间隙值δ3，获取工艺加工公差i1,确定水冷套与电机机壳的间隙取值下限为δ3，上限为δ3+i1。
步骤S5和步骤S6得到到实际过盈量上下限值和时间间隙量的上下限值即为电机定子系统的最佳配合公差组。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (7)
1.一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，电机定子系统包括电机壳体、水冷套和定子铁芯，电机壳体与减速器壳体相连，其特征是：包括以下步骤：
S1：建立电机定子系统模型并进行网格划分；
S2：进行水冷套与电机壳体上下止口焊接区域强度分析；
S3：进行水冷套与定子铁芯最大过盈量分析；
S4：进行水冷套与定子铁芯最小过盈量分析；
S5：确定水冷套与定子铁芯实际过盈量；
S6：进行水冷套与电机壳体间隙量分析并确定实际间隙量。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，其特征是：所述步骤S2中水冷套与电机壳体上下止口焊接区域强度分析包括以下步骤：
S21：去除定子铁芯模型，保留水冷套和电机壳体模型；
S22：将定子铁芯与水冷套接触区域网格分布耦合到定子铁芯轴线中心区域，获得分布耦合中心点；
S23：约束电机壳体与减速器壳体接合面安装螺栓孔节点的3个自由度；
S24：在水冷套与电机壳体处于间隙状态下给分布耦合中心点施加轴线极限工况扭矩；
S25：利用Abaqus软件求出上下止口的von mises应力，若von mises应力小于上下止口材料屈服极限，则判定焊接区域强度满足要求，反之，则判定焊接区域强度不足，需要加深焊接区域深度直至满足要求。
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，其特征是：所述步骤S3中水冷套与定子铁芯最大过盈量分析包括以下步骤：
S31：约束电机壳体模型远离定子铁芯区域位置；
S32：设置温度为实际工况最低值；
S33：调整水冷套与定子铁芯的过盈量，直至水冷套von mises应力值小于且接近材料屈服极限。
4.根据权利要求3所述的一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，其特征是：所述步骤S4中水冷套与定子铁芯最小过盈量分析包括以下步骤：
S41：设置温度为实际工况最高值；
S42：获取定子铁芯中心耦合点；
S43：调整水冷套与定子铁芯的过盈量，设置定子铁芯中心耦合点的旋转位移，求得定子铁芯中心耦合点沿轴线旋转扭矩值，直至定子铁芯中心耦合点输出的最小扭矩值恰好高于极限扭矩值且水冷套与定子铁芯充分接触。
5.根据权利要求1或3或4所述的一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，其特征是：所述步骤S5中确定水冷套与定子铁芯实际过盈量包括步骤：
S51：确定工艺能够加工到的过盈量的公差值i；
S52：比较最大过盈量δ1、最小过盈量δ2和公差值i的关系，当δ2+i＜δ1时，确定实际过盈量上限为δ2+i，下限为δ2；反之确定实际过盈量上限为δ1，下限为δ2。
6.根据权利要求3所述的一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，其特征是：所述步骤S6中水冷套与电机壳体间隙量分析并确定实际间隙量，包括以下步骤：
S61：在步骤S3的模型的基础上增加水冷套与电机壳体的接触关系；
S62：设置温度为实际工况最高值；
S63：调整水冷套与电机壳体间隙量，直至水冷套与电机壳体接触压力为0；
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7.根据权利要求6所述的一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，其特征是：所述水冷套与定子铁芯过盈量为步骤S5得到的实际过盈量上限值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 310051 1st and 6th floors, no.451 Internet of things street, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant after: Zhejiang Zero run Technology Co.,Ltd. Address before: 310051 1st and 6th floors, no.451 Internet of things street, Binjiang District, Hangzhou City, Zhejiang Province Applicant before: ZHEJIANG LEAPMOTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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