高速永磁电机转子护套过盈配合量计算及应力分析

高速永磁电机的永磁体抗拉强度很小,不能承受转子高速旋转产生的离心力,因此需要一个过盈配合的高强度防护套对永磁体进行保护。主要分析了转子护套和永磁体间过盈配合量及应力的计算方法,对一台额定转速60 000 r/mim的高速永磁电机,计算了过盈量的值以及护套和永磁体的应力,并根据计算的过盈量采用ANSYS Workbench12.1分析了护套和永磁体的应力。结果表明,理论计算值与ANSYS的仿真结果接近,能够满足高速下保护永磁体的要求。     

永磁电机转子中永磁体与护套的过盈量分析

高速永磁电机转子中表贴式永磁体与高强度非导磁合金护套过盈装配,护套与永磁体之间通过过盈配合产生压应力,其中的一部分过盈压应力用于抵消由于电机转子高速旋转而产生的对永磁体的离心拉应力,同时必须剩余一定的过盈压应力以保证永磁体在电机运行时的工作稳定和安全。以一种高速永磁电机转子为例,计算了电机转子护套和转子永磁体之间的过盈压应力,以及各转速下的合理过盈量,为高速永磁电机转子设计及护套与永磁体的过盈装配提供有价值的理论参考。     

高速永磁同步电机的转子结构强度分析研究

针对高速永磁同步电机转子结构设计及强度问题,对转子结构形式和永磁体材料的选择、轴径尺寸的确定、护套与永磁体之间的过盈配合、转子强度分析方法等方面进行了研究。开展了护套与永磁体之间过盈量的理论分析,使用解析法建立了转子动态过盈量的计算公式,提出了高速永磁同步电机转子的结构强度校核方法。在理论分析的基础上,利用ANSYS-workbench有限元软件对一台最高转速为7 2000 r/min的10 k W高速永磁同步电机的转子进行了热-结构耦合强度分析计算。研究结果表明,永磁体与护套之间的动态过盈量决定了转子的强度,该电机转子的过盈量最佳值为0.03 mm~0.05 mm,该转子设计合理可靠,可以满足设计要求;该有限元仿真方法能够方便地实现内嵌式转子的结构强度分析,为转子的结构优化设计提供一定的依据。     

空压机电机性能与损耗数值计算研究

为了提高电机性能,本文对一款功率为10kW,转速为100krpm的空气压缩机的永磁电机进行了设计和分析。针对电机的设计指标,选择电机材料并计算出电机的性能和尺寸参数。对转速与电流、效率以及力矩的性能曲线来分析所选择的电机设计参数,同时利用有限元分析电机的定转子损耗。最后通过分析转子护套材料、以及转子与护套间过盈量的应力,分析过盈量范围对电机安全系数的影响。研究结果表明,采用水循环的定子,电流密度可以比普通电机偏大。同时,保护套与芯轴边缘损耗较大。     

超高速永磁电机转子机械强度的实验研究

在超高速永磁电机运行时，电机中的永磁体会因难以承受巨大的离心力而破损。为了解决这一问题，基于1台超高速永磁电机，对电机转子的机械强度进行了仿真分析和实验研究。首先，基于1台超高速永磁电机，对其进行了应力有限元仿真，分析了护套厚度、过盈量、温度、旋转速度对转子应力的影响程度及其灵敏性；然后，基于上述分析结果获得了高机械强度转子的设计方案，并对不同运行工况下的超高速电机转子的应力进行了校核；最后，加工出了1台额定功率为7 kW、额定转速为150 000 r/min的超高速永磁电机，并对其进行了机械强度运行实验和空载特性测试。实验测试结果表明：永磁体应力在不同工况下均表现为压应力，其最大值为109 MPa,安全系数大于6,尚有较高的裕量；而护套应力的最大值为967 MPa,安全系数大于2,说明与永磁体相比，护套更易达到极限机械强度；同时，样机测试的空载反电势为362 V,与计算值的吻合度在98%以上，且该转子在超速运行数小时后，未见任何损坏。研究结果表明：所设计的电机转子具有高可靠性，可以满足电机超高速运行的需要。     

接触应力对飞轮转子动力特性的影响

飞轮储能系统中转轴与其过盈配合部件之间的接触应力对转子动态特性有十分重要的影响.以600Wh飞轮储能系统为研究对象,通过理论计算得到各配合处过盈量的范围,并运用有限元分析工具AnsysWorkbench建立有限元模型,通过在轴上各过盈配合处设置过盈量,分析了不同过盈量下对转子系统的应力和模态振型的影响.仿真结果表明,过盈量的选取满足系统的性能要求,不同的过盈量对转子系统的模态和应力有很大的影响,接触应力在同类型飞轮储能系统有限元分析时不能忽略.     

含金属薄片的磁力齿轮稳定性分析

针对同轴磁力齿轮在传动过程中存在转矩脉动大、气隙磁密谐波含量高的问题,研究了一种含有金属薄片的磁力齿轮,该结构磁力齿轮是在内、外转子永磁体两外侧分别固定一层导电不导磁的金属材料。利用有限元建立了内转子为4对极,外转子为21对极的磁力齿轮模型。计算了该磁力齿轮的内、外气隙磁场和转矩,并对气隙磁密谐波和转矩脉动进行了分析。结果表明,含有金属薄片的磁力齿轮不仅可以减少气隙磁密的高次谐波,而且可以降低转矩脉动。为磁力齿轮传动稳定性的提高提供一种参考。     

齿轮与轴压装过程过盈配合研究

过盈配合由于连接承载能力强、结构简单等特点,被广泛应用于实际生产中。由于齿轮与轴之间装配过盈量直接影响着齿轮传动的工作性能,因而对齿轮与轴过盈配合研究具有重要的意义。从理论上详细地推导了齿轮和轴过盈配合过程,建立了过盈量计算公式,并采用有限元法对齿轮与轴之间的最大过盈量进行了数值计算,得到了应力分布和压装力变化,接触应力结果表明理论计算和有限元计算结果基本一致,可为齿轮与轴过盈设计提供一定的理论和依据,具有重要的实用价值。     

一种提高磁齿轮转矩新方法

相比机械齿轮接触式传动,磁齿轮是一种结构新颖、具有广阔发展前景的新型传动装置,它利用磁场调制原理实现大转矩传递。在传统磁齿轮结构基础上对内、外转子永磁体进行改进,内永磁体为三角形-扇形相间,内外永磁体均为Halbach阵列。运用二维有限元法对改进型磁齿轮模型进行仿真,并计算磁齿轮电磁场和电磁转矩,同时与传统磁齿轮磁场和转矩进行比较。仿真结果表明,改进型磁齿轮能有效增强气隙磁密幅值,减小气隙谐波含量,同时输出转矩较传统磁齿轮提高。这对同心式磁力齿轮转矩密度的提高研究及应用具有重要意义。     

曲轴齿轮过盈装配的有限元分析

本文针对某发动机曲轴齿轮的结构和承载特点,首先通过理论计算初步确定过盈量的上、下限;然后通过对曲轴齿轮过盈装配进行有限元接触分析分析了不同的装配过盈量下齿轮的应力分布情况,探讨曲轴齿轮装配过盈量对齿轮应力的影响规律。     

飞轮储能系统中高速电机转子的分析设计

为解决表贴式永磁电机在高速场合下运行的问题,针对高速发电/电动机的转子设计,对转子强度与转子涡流损耗两个问题进行了研究,对一台应用于飞轮储能系统中80 kW表贴式高速永磁无刷直流电机,使用解析法研究了过盈量、保护套筒厚度与转子机械性能之间的关系,开展了定子槽口宽度、气隙长度、护套厚度等参数对转子涡流损耗的影响,得出了减小定子槽口宽度、增加气隙长度、减小护套厚度可以降低涡流损耗的结论。在保证强度的前提下,进行正交分析,得出了一套可以降低转子损耗,提高材料利用率的优化的定转子方案。使用有限元法对方案进行了验证。研究结果表明,该转子设计合理可靠,可以满足设计要求。     

VC轧辊心轴与辊套过盈量的确定

辊套与心轴之间的过盈量δ,是VC(Variable Crown)轧辊系统的关键结构参数之一。从满足其使用性能要求出发,研究了δ的大小对VC轧辊的强度和密封性能的影响,提出了过盈量的选取原则和选取方法。根据该研究结果．心轴与辊套过盈装配后,配合区内端点处的相当应力最大;将在最大控制压力作用下,辊套获得等强度的配合内表面为过盈量的选取准则,可满足VC轧辊的强度、刚度和高压密封要求。     

调磁环材料性能对永磁齿轮损耗的影响研究

磁场调制型永磁齿轮作为一种新型永磁变速装置,易产生较大磁场损耗,降低永磁齿轮工作效率,限制其传递能力的进一步提升。提出整体成型动力传动式调磁环提高了扭矩传动能力,建立调磁环三维模型开展了强度、刚度和损耗计算,并结合永磁齿轮性能测试分析了调磁环骨架材料和调磁极片材料的损耗,研究三种不同调磁环承载骨架材料参数对永磁齿轮损耗和效率的影响,对永磁齿轮参数进行优化并确定最优扭矩骨架承载材料。结果表明,特种工程塑料调磁环骨架材料能大幅降低永磁齿轮损耗,有效提升传动效率,永磁齿轮实测传动效率可达93.8%。     

基于接触非线性理论的高速电机转子过盈配合分析计算

根据接触非线性理论,建立了某高速电机转轴、套筒和转子铁芯之间的过盈配合计算模型,较为精确地计算了多个配合接触面之间的接触压力和相应构件的应力与变形情况及从静止到旋转的变化过程,得出了一些有益的结论.为以后的高速电机多个配合面之间过盈量的设计提供了很好的理论依据.     

Effects of Prestressing of the Ring Gear in Interference Fit on Flexural Fatigue Strength of Tooth Root

When the gearbox body interference is connected to the ring gear, prestressing occurs in the ring gear, which has a significant impact on the strength and life of the gear. Research on the prestressing of the inner ring gear is in the preliminary stage, and the distribution rule of the prestressing and the influence of each parameter on the interference prestressing have not been derived. In this paper, based on the method of calculating the prestressing of the thick cylinder in interference fit, the ring gear is found to be equivalent to a thick cylinder, and the distribution rule of prestressing of the ring gear in the interference fit is inferred. Then, by modeling and analyzing the gearbox body and ring gear in the interference fit using ABAQUS, the distribution rule of prestressing the ring gear in the interference fit is obtained through a numerical simulation. Finally, the prestressing of the ring gear in the interference fit is measured using X-ray di raction, and the distribution rule of prestressing of the ring gear in the interference fit is obtained through analysis. Compared with the distribution rule of prestressing in theory, numerical simulation, and experiment, the theoretical distribution rule of prestressing is amended through a statistical method, and a more accurate formula of prestressing is obtained. Through the calculation of the stress and bending moment in the dangerous section of the ring gear through prestressing, the formula for checking the tooth root flexural fatigue strength in the interference fit prestressing is inferred. This research proposes a tooth root bending strength conditional formula for the inner ring gear of the interference fit, which serves as a guide for the design and production of the actual interference joint inner ring gear.     

基于Workbench的缩套式超高压缸体优化设计

某设备的缩套式超高压缸体存在内壁始终为应力最大位置,且缸体应力分布相当不均匀的问题。为满足缸体最大等效应力小于缸体材料的屈服极限,以内外缸体内壁剪应力相等为约束条件,结合过盈配合及设计要求,利用响应面法对缩套式超高压缸体进行优化设计。结果表明,缸体的过盈量从优化前的0.30 mm减小到优化后的0.2662 mm,降低了内外缸安装套合时的工作难度;内缸内壁到外缸内壁的等效应力的变化率从优化前的0.787 MPa/mm降为0.0568 MPa/mm,缸体的应力分布不均匀性较优化前有了较大的改观。     

基于子域法的双励磁双调制轴向式磁场调制永磁齿轮磁场分析

轴向式磁场调制永磁齿轮（AFMPMG）存在轴向及切向漏磁严重及转矩密度偏低等问题。在AFMPMG基础上引入了一个外调磁环,使之构成一种双励磁、双调制的AFMPMG（DEM-AFMPMG）结构,由于DEM-AFMPMG低速永磁转子夹在内、外两个调磁环之间,因此可将AFMPMG轴向及切向漏磁通转化成有用谐波,从而增大DEM-AFMPMG输出转矩及转矩密度。虽然3D有限元法计及了永磁齿轮端部漏磁,具有计算精度高等优点,但同时也使计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长,针对此,提出了一种基于子域法的计算DEM-AFMPMG气隙磁场及电磁转矩数学模型,该方法可将3D模型等效为2D模型,但包括了3D模型的所有因素。算例计算结果表明,基于子域法模型的计算精度与3D有限元法的计算精度相当（气隙磁通密度及电磁转矩的计算误差均不大于5%,转矩密度的计算误差不大于1.5%）,但子域法模型计算速度更快,且易于实现计算机程序化,更有利于DEM-AFMPMG的结构参数分析与优化。     

改进PCA算法及其在转子特征提取中的应用

为探索航空发动机轴承装配条件对支承刚度的影响，支撑发动机转子系统的动力学设计和整机振动控制，在动力学方程的基础上，建立了振动测试和理论计算相结合的支承刚度辨识方法，并以某型航空发动机的五号支点轴承为对象，试验研究了圆柱滚子轴承内、外环配合参数、锁紧螺母拧紧力矩等参数对支承刚度的影响规律。结果表明：建立的支承刚度辨识方法准确可行；轴承内、外环为过盈配合时，过盈量增大，支承刚度增大，支承刚度对锁紧螺母拧紧力矩不敏感；轴承内、外环为间隙配合时，转子出现非线性共振，支承刚度大幅度地随机跳动，不符合线性条件假设。设计时应合理考虑轴承内、外环配合参数，避免导致转子系统振动特性恶化。     

一种改善高速电机用永磁精密转子制作方法

目前在工程上常用的伺服电机主要有感应异步电机和永磁同步电机两种,而电机里所用大多采用稀土永磁精密转子。本试验转子由磁瓦与芯轴利用粘接剂连接而成。磁瓦粘接面不完全被镀层覆盖或没有镀层覆盖。芯轴由不锈钢材料整体带有特殊结构制作而成。此方法能提高粘接强度,磁瓦能承受较大的离心力,保护电机安全和延长电机使用寿命。