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高速电机转子冲片的强度设计(七)——磁钢与转子冲片磁钢孔间不同连接关系设置对冲片应力的影响(下)

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4 方式5、6、7的详细计算方法与计算结果对比

本节主要技能点:

1、方式5:磁钢胶 磁钢外圈与冲片绑定接触;
2、方式6:磁钢胶 磁钢外圈与冲片摩擦接触;
3、方式7:去掉磁钢胶 磁钢外圈及侧面与冲片摩擦接触。

方式5相对方式4可适当减少磁钢胶水的固定作用。方式6则相对方式5进一步降低固定连接关系。方式7则最为薄弱,但其由于摩擦接触数量较多,将在一定程度上增加计算量并增加磁钢飞出的刚体 位移问题的发生,则可提前对磁钢与冲片间,添加少量刚度较弱的连接关系,如较细的梁单元或刚度较低的弹簧单元等辅助连接关系,或对冲片轴向方向两侧表面,增加无摩擦约束或仅压缩约束等边界条件。

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共需重复设置16次新增的绑定接触。其他部分的设置与方法与前文一致。下面为0.3小时计算后,得到的结果部分。

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与前文1.63载荷步时发生接触突变不同,本次为1.57载荷步,对应0.57x45000=25650RPM。

下图为过盈配合接触面的接触压力结果。其依然提取25650RPM时结果,其接触压力在1.57载荷步之前迅速下降。

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下图为总体变形结果。其随着转速载荷的增加,存在逐渐缓慢增大的变化规律。

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下图为应力结果,其应力主要集中于径向隔磁桥附近。

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下图为塑性应变结果。其增长变化规律与总体变形的结果接近。同样的,主要塑性应变集中于径向隔磁桥附近。

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方式6:磁钢胶 磁钢外圈与冲片摩擦接触;

方式6为表达磁钢外圈与冲片连接关系,采用了外圈摩擦接触方式进行连接,其他部分设置与以往案例相同。


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下面为1.5小时计算后,得到的结果部分。

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与前文1.63载荷步时发生接触突变不同,本次为1.6载荷步,对应0.6x45000=27000RPM。

下图为过盈配合接触面的接触压力结果。其依然提取27000RPM时结果,其接触压力在1.6载荷步之前迅速下降。

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下图为总体变形结果。其随着转速载荷的增加,存在逐渐缓慢增大的变化规律。

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下图为应力结果,其应力主要集中于径向隔磁桥附近。

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下图为塑性应变结果。其增长变化规律与总体变形的结果接近。同样的,主要塑性应变集中于径向隔磁桥附近。

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方式7:去掉磁钢胶 磁钢外圈及侧面与冲片摩擦接触;

方式7与方式6类似,但增加更多位置的摩擦接触,从而计算量略多。


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由于本方法摩擦接触设置较多,将在很大程度上增加磁钢发生刚体 位移问题的概率,为减少问题发生,一方面在分析设置中提前开启弱弹簧功能,另一方面对磁钢外径一侧与上图中冲片设置一个直径极小,本案例采用0.1mm的梁单元,用于辅助固定磁钢。

下面为10小时计算后,得到的结果部分。

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与前文1.63载荷步时发生接触突变不同,本次为1.72载荷步,对应0.72x45000=32400RPM。

下图为过盈配合接触面的接触压力结果。其依然提取32400RPM时结果,其接触压力在1.72载荷步之前迅速下降。

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下图为总体变形结果。其随着转速载荷的增加,存在逐渐缓慢增大的变化规律。

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下图为应力结果,其应力主要集中于径向隔磁桥附近。

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下图为塑性应变结果。其增长变化规律与总体变形的结果接近。同样的,主要塑性应变集中于径向隔磁桥附近。

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至此,本文7种计算方法介绍完成。下面开始总结。

方式1:去掉磁钢胶 去掉磁钢;

方式2:磁钢与磁钢胶,均以质量点方式加载;

方式3:去掉磁钢胶 磁钢外圈与冲片绑定接触;

方式4:磁钢胶 磁钢四周与冲片绑定接触;

方式5:磁钢胶 磁钢外圈与冲片绑定接触;

方式6:磁钢胶 磁钢外圈与冲片摩擦接触;

方式7:去掉磁钢胶 磁钢外圈及侧面与冲片摩擦接触。

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1:下表中所有数据均为求解不收敛时的结果。

2:计算用CPUIntel志强8272,包含52线程。仿真时关闭超线程技术,并开启12个物理核心。所有计算文件均保存至M2接口的消费旗舰级固态硬盘之中。

由此上表可知,采用不同连接关系无论计算成本、分析设置复杂度、结果数值与分布规律等,存在云泥之别。本文不对具体设置及结果的合理性与工程计算精度做评判及推荐。笔者希望读者以实际的超速爆裂实验转速及使用工况为基准,进行多次全场景全工况对比分析,并适当调整及校准仿真设置,从而将仿真结果调试至符合实际。

以上7种方法仅为较为常用,且易于实现的一些思路,读者可根据实际情况,以结果导向强化认知进行扩展与丰富。笔者坚信科学是属于全世界的,技术是私有化的。真正的核心技术,一定是被保密协议层层防护的。当读者借助各种资源,探索、获取、总结归纳为独有的、低成本、简单易行、合理精度的计算方法与流程时,则是将仿真技术从彩云之南的飘忽云端之上,真正落地实现产品性能优化赋能的实践之中,从而实现从对初级CAE用户的降维打击。

在此过程中,寄希望于打破技术壁垒,串联碎片化技术细节,重组分析方法与流程,围绕开拓全场景量化输出,并细分兼容异常特殊工况,提炼并抽象化具体玩法,拆解并聚合关键技术细节,沉淀并倒逼产业赋能,梳理关键路径形成技术链路与建立范式,死磕实验数据与仿真结果的积累与对标,集成表象与抽象数据,合理进行数据整合,持续观察快速响应的发力,不同技术细节间的联动与复用,最终实现端对端的能力闭环,从而试图创造一堵无与伦比的技术护城河壁垒之万丈高墙。

至此,本节全文完。

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首次发布时间:2022-05-29
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刘笑天
本科 | 电驱动系统强... 笑看天云谈,选择比努力更重要
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