CN117421966A - 一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法及系统，方法包括：采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理；前处理完成后，对建立的仿真模型依次进行模态分析、谐响应分析、整体变形分析，输出分析信息；对转轴样件进行现场试验验证并输出试验信息，根据分析信息、试验信息来验证仿真模型的准确性；根据仿真模型的计算结果，筛查转轴样件的风险部位，为优化调整转轴结构以及实现提高转轴寿命提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法及系统。
背景技术
永磁同步电机转子及转轴由于材料不均、加工误差以及安装偏差会产生偏心质量，当其在高速旋转时，偏心质量会产生偏心力矩，发生动不平衡，引起振动，动平衡不良引起的振动特征为振动频率跟转频相等，振动大小随转速升高而增大，与负载无关。电机转轴的设计，不仅需要有足够的强度和刚度，其超速转速以及额定转速都必须与转轴的临界转速保持充分的差值，否则可能发生共振，大大降低转轴的寿命。
在转轴投入应用前，利用ABAQUS有限元软件对转轴进行模态分析，以获得转轴的固有振动频率以及相对应的振型; 对转轴进行谐响应分析，以求解出转轴的最大位移频响函数曲线，并对转轴进行整体变形分析以得到对于转轴样件的风险评估，但是鉴于有限元仿真结果的不准确性，往往不能够对生产过程提供精确指导，现有的对转轴风险分析的方法，均具有其局限性，理论计算法存在准确性难以保证的问题，单一的仿真分析存在难以实现的问题，单一的现场试验法存在测试部位有限的问题，因此有必要改进现有的风险分析方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，并进一步提供一种能够运行并实现上述方法的永磁同步电机转轴样件风险分析系统，有效解决背景技术中提到的上述问题。
本发明的技术方案如下：
第一方面，提出一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，该方法包括如下步骤：
S1、采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理；
S2、前处理完成后，对建立的仿真模型依次进行模态分析、谐响应分析、整体变形分析，输出分析信息；
S3、对转轴样件进行现场试验验证并输出试验信息，根据分析信息、试验信息来验证仿真模型的准确性；
S4、根据仿真模型的计算结果，筛查转轴样件的风险部位。
本发明进一步的改进在于，所述S1中转轴样件的特征信息包括几何特征信息、材料特征信息、受力特征信息，所述几何特征信息包括转轴样件的几何尺寸；所述材料特征信息包括转轴样件的弹性模量、泊松比、密度；所述受力特征信息包括转轴样件表面的约束条件以及两端所受驱动力大小。
本发明进一步的改进在于，所述S1中对仿真模型进行前处理包括以下具体步骤：
S11：根据转轴样件的实际尺寸，在ABAQUS有限元软件中建立转轴部件；
S12：选择本构模型，在ABAQUS有限元软件的属性模块中添加材料并赋予材料属性，将材料属性指派给转轴部件；
S13：对转轴部件依次进行网格划分、装配操作，网格划分采用自由网格划分，单元类型选择C3D8R。
本发明进一步的改进在于，所述S12中的本构模型为弹性本构模型，材料为结构钢材料，材料属性包括弹性模量、泊松比、密度。
本发明进一步的改进在于，所述S2中模态分析包括以下具体步骤：
S201：在ABAQUS有限元软件中对前处理完成后的仿真模型设定求解器，设定分析类型为模态分析；
S202：对仿真模型进行共节点操作，构建连接关系；
S203：对仿真模型设定位移边界条件，对转轴两个端面进行固定约束，约束X、Y、Z三个方向的位移和转角；
S204：进行模态分析求解，获得前六阶模态下的变形云图；
S205：在前六阶模态下的变形云图中提取转轴样件前六阶模态的固有频率。
本发明进一步的改进在于，所述S2中谐响应分析包括以下具体步骤：
S211：根据完成模态分析的仿真模型，在求解器中增加谐响应分析步；
S212：在转轴两个端面沿轴向施加随时间变化的正弦荷载并设定扫频区间；
S213：在ABAQUS有限元软件后处理模块中输出幅频曲线，得到曲线中对转轴样件振动影响最大的模态及该模态的固有频率。
本发明进一步的改进在于，所述S2中整体变形分析包括以下具体步骤：
S221：提取输出的幅频曲线中对转轴样件振动影响最大的模态及该模态的固有频率f；
S222：在固有频率f下，对转轴进行整体变形分析，输出转轴样件的整体变形云图。
本发明进一步的改进在于，所述S3包括以下具体步骤：
S301：通过现场锤击试验，得到转轴样件前六阶模态的固有频率试验值；
S302：将六组试验值与仿真值进行对比，得到每一组的对比误差；
S303：设定误差阈值e，将每一组的对比误差与误差阈值e进行大小比较，当且仅当每一组的对比误差均不大于误差阈值e时，验证仿真计算结果的准确性。
第二方面，提出一种永磁同步电机转轴样件风险分析系统，该系统包括：
仿真模型建立模块、仿真分析模块、仿真模型验证模块、风险筛查模块；
所述仿真模型建立模块，用于采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理；
所述仿真分析模块，用于前处理完成后，对建立的仿真模型依次进行模态分析、谐响应分析、整体变形分析，输出分析信息；
所述仿真模型验证模块，用于对转轴样件进行现场试验验证并输出试验信息，根据分析信息、试验信息来验证仿真模型的准确性；
所述风险筛查模块，用于根据仿真模型的计算结果，筛查转轴样件的风险部位。
第三方面，提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行时，实现上述任一项所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法。
第四方面，提出一种电子设备，包括存储器，用于存储指令；处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法。
本发明的技术效果如下：
构建了一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，克服了现有的对转轴风险分析方法的局限性，比如，理论计算法存在准确性难以保证的问题，单一的仿真分析存在难以实现的问题，单一的现场试验法存在测试部位有限的问题，因此有必要改进现有的风险分析方法。这种方法通过采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理、求解、后处理操作，并且结合现场锤击实验对仿真计算结果进行准确性验证，因而可操作性好、精确性高、稳定性好、灵活性高，对于提高电机转轴风险分析精度具有重大现实意义。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法的详细步骤示意图；
图3为本发明实施例2的一种永磁同步电机转轴样件风险分析系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明旨在提出一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，以解决现有的对转轴风险分析方法的局限性作为目标，构建了一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，克服了现有的对转轴风险分析方法的局限性，比如，理论计算法存在准确性难以保证的问题，单一的仿真分析存在难以实现的问题，单一的现场试验法存在测试部位有限的问题，因此有必要改进现有的风险分析方法。这种方法通过采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理、求解、后处理操作，并且结合现场锤击实验对仿真计算结果进行准确性验证，因而可操作性好、精确性高、稳定性好、灵活性高，对于提高电机转轴风险分析精度具有重大现实意义。
实施例1：
本实施例提出一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，如图1，并结合图2所示，包括以下具体步骤：
S1、采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理；
S2、前处理完成后，对建立的仿真模型依次进行模态分析、谐响应分析、整体变形分析，输出分析信息；
S3、对转轴样件进行现场试验验证并输出试验信息，根据分析信息、试验信息来验证仿真模型的准确性；
S4、根据仿真模型的计算结果，筛查转轴样件的风险部位。
在本实施例中，转轴样件的特征信息包括几何特征信息、材料特征信息、受力特征信息，所述几何特征信息包括转轴样件的几何尺寸；所述材料特征信息包括转轴样件的弹性模量、泊松比、密度；所述受力特征信息包括转轴样件表面的约束条件以及两端所受驱动力大小。
在本实施例中，对仿真模型进行前处理包括以下具体实现步骤：
S11：根据转轴样件的实际尺寸，在ABAQUS有限元软件中建立转轴部件；
S12：选择本构模型，在ABAQUS有限元软件的属性模块中添加材料并赋予材料属性，将材料属性指派给转轴部件；
S13：对转轴部件依次进行网格划分、装配操作，网格划分采用自由网格划分，单元类型选择C3D8R。
在本实施例中，本构模型为弹性本构模型，材料为结构钢材料，材料属性包括弹性模量、泊松比、密度。
在本实施例中，模态分析包括以下具体实现步骤：
S201：在ABAQUS有限元软件中对前处理完成后的仿真模型设定求解器，设定分析类型为模态分析；
S202：对仿真模型进行共节点操作，构建连接关系；
S203：对仿真模型设定位移边界条件，对转轴两个端面进行固定约束，约束X、Y、Z三个方向的位移和转角；
S204：进行模态分析求解，获得前六阶模态下的变形云图；
S205：在前六阶模态下的变形云图中提取转轴样件前六阶模态的固有频率。
在本实施例中，谐响应分析包括以下具体实现步骤：
S211：根据完成模态分析的仿真模型，在求解器中增加谐响应分析步；
S212：在转轴两个端面沿轴向施加随时间变化的正弦荷载并设定扫频区间；
S213：在ABAQUS有限元软件后处理模块中输出幅频曲线，得到曲线中对转轴样件振动影响最大的模态及该模态的固有频率。
在本实施例中，整体变形分析包括以下具体实现步骤：
S221：提取输出的幅频曲线中对转轴样件振动影响最大的模态及该模态的固有频率f；
S222：在固有频率f下，对转轴进行整体变形分析，输出转轴样件的整体变形云图。
在本实施例中，验证仿真模型的准确性包括以下具体实现步骤：
S301：通过现场锤击试验，得到转轴样件前六阶模态的固有频率试验值；
S302：将六组试验值与仿真值进行对比，得到每一组的对比误差；
S303：设定误差阈值e，将每一组的对比误差与误差阈值e进行大小比较，当且仅当每一组的对比误差均不大于误差阈值e时，验证仿真计算结果的准确性。
实施例2：
本实施例提出了一种永磁同步电机转轴样件风险分析系统，如图3所示，包括：仿真模型建立模块、仿真分析模块、仿真模型验证模块、风险筛查模块；
所述仿真模型建立模块，用于采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理；
所述仿真分析模块，用于前处理完成后，对建立的仿真模型依次进行模态分析、谐响应分析、整体变形分析，输出分析信息；
所述仿真模型验证模块，用于对转轴样件进行现场试验验证并输出试验信息，根据分析信息、试验信息来验证仿真模型的准确性；
所述风险筛查模块，用于根据仿真模型的计算结果，筛查转轴样件的风险部位。
在本实施例中，转轴样件的特征信息包括几何特征信息、材料特征信息、受力特征信息，所述几何特征信息包括转轴样件的几何尺寸；所述材料特征信息包括转轴样件的弹性模量、泊松比、密度；所述受力特征信息包括转轴样件表面的约束条件以及两端所受驱动力大小。
在本实施例中，对仿真模型进行前处理包括以下具体实现步骤：首先根据转轴样件的实际尺寸，在ABAQUS有限元软件中建立转轴部件；然后选择本构模型，在ABAQUS有限元软件的属性模块中添加材料并赋予材料属性，将材料属性指派给转轴部件；最后对转轴部件依次进行网格划分、装配操作，网格划分采用自由网格划分，单元类型选择C3D8R。
在本实施例中，本构模型为弹性本构模型，材料为结构钢材料，材料属性包括弹性模量、泊松比、密度。
在本实施例中，模态分析包括以下具体实现步骤：首先在ABAQUS有限元软件中对前处理完成后的仿真模型设定求解器，设定分析类型为模态分析；
然后对仿真模型进行共节点操作，构建连接关系，设定位移边界条件，对转轴两个端面进行固定约束，约束X、Y、Z三个方向的位移和转角；最后进行模态分析求解，获得前六阶模态下的变形云图，在前六阶模态下的变形云图中提取转轴样件前六阶模态的固有频率。
在本实施例中，谐响应分析包括以下具体实现步骤：
S211：根据完成模态分析的仿真模型，在求解器中增加谐响应分析步；
S212：在转轴两个端面沿轴向施加随时间变化的正弦荷载并设定扫频区间；
S213：在ABAQUS有限元软件后处理模块中输出幅频曲线，得到曲线中对转轴样件振动影响最大的模态及该模态的固有频率。
在本实施例中，整体变形分析包括以下具体步骤：首先提取输出的幅频曲线中对转轴样件振动影响最大的模态及该模态的固有频率f；然后在固有频率f下，对转轴进行整体变形分析，输出转轴样件的整体变形云图。
在本实施例中，验证仿真模型的准确性包括以下具体步骤：首先通过现场锤击试验，得到转轴样件前六阶模态的固有频率试验值；然后将六组试验值与仿真值进行对比，得到每一组的对比误差；最后设定误差阈值e，将每一组的对比误差与误差阈值e进行大小比较，当且仅当每一组的对比误差均不大于误差阈值e时，验证仿真计算结果的准确性。
上述关于本发明的一种永磁同步电机转轴样件风险分析系统中的各个单元模块实现相应功能的步骤，可参考上文实施例1中关于一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法的实施例中的各参数和步骤。
实施例3：
本实施例提供一种电子设备，包括：处理器和存储器，其中，存储器中存储有可供处理器调用的计算机程序；处理器通过调用存储器中存储的计算机程序，执行上述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法。
该电子设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，能够包括一个或一个以上的处理器（Central Processing Units，CPU）和一个或一个以上的存储器，其中，该存储器中存储有至少一条计算机程序，该计算机程序由该处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法。该电子设备还能够包括其他用于实现设备功能的部件，例如，该电子设备还能够具有有线或无线网络接口以及输入输出接口等部件，以便进行数据的输入输出。本实施例在此不做赘述。
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件（包括固件、驻留软件、微代码等），还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和方框图中的每一流程或方框、以及流程图或方框图中的流程和方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (11)
1.一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
S1、采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理；
S2、前处理完成后，对建立的仿真模型依次进行模态分析、谐响应分析、整体变形分析，输出分析信息；
S3、对转轴样件进行现场试验验证并输出试验信息，根据分析信息、试验信息来验证仿真模型的准确性；
S4、根据仿真模型的计算结果，筛查转轴样件的风险部位。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，其特征在于：所述S1中转轴样件的特征信息包括几何特征信息、材料特征信息、受力特征信息，所述几何特征信息包括转轴样件的几何尺寸；所述材料特征信息包括转轴样件的弹性模量、泊松比、密度；所述受力特征信息包括转轴样件表面的约束条件以及两端所受驱动力大小。
3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，其特征在于：所述S1中对仿真模型进行前处理包括以下具体步骤：
S11：根据转轴样件的实际尺寸，在ABAQUS有限元软件中建立转轴部件；
S12：选择本构模型，在ABAQUS有限元软件的属性模块中添加材料并赋予材料属性，将材料属性指派给转轴部件；
S13：对转轴部件依次进行网格划分、装配操作，网格划分采用自由网格划分，单元类型选择C3D8R。
4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，其特征在于：所述S12中的本构模型为弹性本构模型，材料为结构钢材料，材料属性包括弹性模量、泊松比、密度。
5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，其特征在于：所述S2中模态分析包括以下具体步骤：
S201：在ABAQUS有限元软件中对前处理完成后的仿真模型设定求解器，设定分析类型为模态分析；
S202：对仿真模型进行共节点操作，构建连接关系；
S203：对仿真模型设定位移边界条件，对转轴两个端面进行固定约束，约束X、Y、Z三个方向的位移和转角；
S204：进行模态分析求解，获得前六阶模态下的变形云图；
S205：在前六阶模态下的变形云图中提取转轴样件前六阶模态的固有频率。
6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，其特征在于：所述S2中谐响应分析包括以下具体步骤：
S211：根据完成模态分析的仿真模型，在求解器中增加谐响应分析步；
S212：在转轴两个端面沿轴向施加随时间变化的正弦荷载并设定扫频区间；
S213：在ABAQUS有限元软件后处理模块中输出幅频曲线，得到曲线中对转轴样件振动影响最大的模态及该模态的固有频率。
7.根据权利要求6所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，其特征在于：所述S2中整体变形分析包括以下具体步骤：
S221：提取输出的幅频曲线中对转轴样件振动影响最大的模态及该模态的固有频率f；
S222：在固有频率f下，对转轴进行整体变形分析，输出转轴样件的整体变形云图。
8.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法，其特征在于：所述S3包括以下具体步骤：
S301：通过现场锤击试验，得到转轴样件前六阶模态的固有频率试验值；
S302：将六组试验值与仿真值进行对比，得到每一组的对比误差；
S303：设定误差阈值e，将每一组的对比误差与误差阈值e进行大小比较，当且仅当每一组的对比误差均不大于误差阈值e时，验证仿真计算结果的准确性。
9.一种永磁同步电机转轴样件风险分析系统，基于权利要求1-8中任一项所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法实现，其特征在于，包括：仿真模型建立模块、仿真分析模块、仿真模型验证模块、风险筛查模块；
所述仿真模型建立模块，用于采集转轴样件的特征信息，根据特征信息建立转轴样件的仿真模型，对仿真模型进行前处理；
所述仿真分析模块，用于前处理完成后，对建立的仿真模型依次进行模态分析、谐响应分析、整体变形分析，输出分析信息；
所述仿真模型验证模块，用于对转轴样件进行现场试验验证并输出试验信息，根据分析信息、试验信息来验证仿真模型的准确性；
所述风险筛查模块，用于根据仿真模型的计算结果，筛查转轴样件的风险部位。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被执行时，实现如权利要求1-8中任一项所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法。
11.一种电子设备，其特征在于，包括存储器，用于存储指令；处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现如权利要求1-8中任一项所述的一种永磁同步电机转轴样件风险分析方法。
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