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混合动力汽车电机转子www.mg4355cc.com手机版及寿命计算

发布于:2018-09-28 23:01
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      工程上经常使用过盈、过渡及间隙三种装配方式。过盈装配后,轴孔之间存在较大正压力,零部件相对运动的摩擦阻力较大,可以不借助键的辅助就传递较大载荷,且传递载荷比较平稳,在工业上运用广泛。比如轴承内圈与安装轴之间、轴承外圈与安装孔之间,经常使用过盈装配。过盈装配主要通过机械压装、热装、冷装等方式实现。机械压装工艺简单,对设备要求低,但装配困难,较大的装配压力存在损坏零部件的风险,压入过程也可能诱发不可避免的磨损,降低过盈可靠性。热装与冷装均通过热胀冷缩原理实现过盈,装配容易,过盈可靠,但工艺复杂,对设备与操作的要求较高。本文对某混合动力汽车用交流永磁同步电机转子硅钢片与转轴之间的过盈装配展开www.mg4355cc.com手机版研究。该电机采用了近年来运用广泛的永磁体内置径向式转子磁路结构,装配示意图如图所示。永磁体受到定子通电线圈的反作用力,产生扭矩,该扭矩通过转轴传递。
      目前的设计方案基本在转子硅钢片与转轴之间选择间隙或过渡装配,扭矩通过周向对称的平键传递。在该电机设计过程中,转子硅钢片与转轴间使用了过盈装配。由于过盈后,相互接触的轴孔间正压力大,构件内的装配应力较高,且转子在旋转过程中,离心力诱发较大集中应力,需要在设计阶段通过CAE方法对转子强度进行校核.司,避免使用过程中硅钢片应力超过材料的抗拉极限。深入研究发现,合理的过盈量选择,对降低转子硅钢片在不同转速状态下的应力波动,改善零部件的抗疲劳性能,也有积极作用。
      为摸清硅钢片材料的力学性能,为CAE分析提供准确的材料参数,对硅钢片样件进行准静态单向拉伸试验。试验发现:硅钢片材料的真应力滇应变关系属典型的双线性硬化模型;硅钢片材料在不同杂质方向呈明显的各向同性。试验得到的硅钢片材料真应力-真应变关系曲线如图所示,其屈服强度为381MPa,抗拉极限为476MPa。为简化分析过程,CAE分析时选择各向同性材料模型,并将真应力应变材料曲线简化为双线性硬化本构模型。电机转子过盈装配时,首先将0.35mm厚的硅钢片叠到一定厚度并通过内圆预留的焊槽进行内圆焊接,然后对硅钢片内圆加工,通过设计尺寸保证过盈量。接着装入磁钢并用胶水固定。最后对硅钢片加热,通过热套方式实现硅钢片与转轴之间的过盈。硅钢片磁桥等关键位置设计尺寸较小,最小位置的径向宽度仅1.2mm。热套后,这些位置可能存在较大的装配应力,属设计薄弱环节。
      为验证装配应力是否超过硅钢片材料的抗拉极限,需通过CAE方法进行校核。本文所述电机的输出峰值扭矩M为170Nm,硅钢片与转轴之间的设计过盈量s为0.1mm。由于对称关系,分析只选用了转子结构的模型。经过分析,得到电机转子结构过盈后的装配应力分布,如图所示。分析结果显示,过盈后整个装配体的最大应力发生在硅钢片磁桥根部位置,此处出现应力集中现象,最大von Mises应力为264.5MPa。对比试验得到的屈服强度与抗拉极限,该电机转子过盈装配后,硅钢片及转轴上的装配应力满足使用要求。之所以在硅钢片磁桥根部位置出现应力集中现象,是因为磁桥可以等效为两端固支梁,而为了提高电机的电磁效率,磁桥根部位置设计尺寸较小。过盈后,径向的挤压载荷通过磁钢传递到磁桥上,造成固支梁两端出现集中应力。如果电机转子硅钢片与转轴之间选过盈装配,必须对薄弱位置的集中应力进行校核,判断设计是否合理。仅仅计算过盈装配应力,并判断硅钢片设计是否满足使用要求是不够的。电机在工作过程中,转子会高速旋转,磁钢质量产生的离心力会全部施加到硅钢片磁桥上。旋转离心力在磁桥根部产生较大离心应力。


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