動態(tài)分析法法蘭電動機機座加工工藝

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

動態(tài)分析法法蘭電動機機座加工工藝

郝奉孝

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

利用高級CAE軟件ANSYS對法蘭電動機機座做模擬化運算，得到法蘭電動機機座在加工過程中的振動曲線，分析不同工藝狀態(tài)下，工裝夾具對加工變形的影響規(guī)律及應(yīng)力變動趨勢，結(jié)合當(dāng)前工藝，探索適合法蘭電動機加工的裝夾方式及加工方法。

動態(tài)分析法；法蘭電動機；機座；工藝；裝夾

0 引言

由于法蘭電動機的特殊結(jié)構(gòu)，存在的振動幾率比普通電機高，因此在電動機機座加工過程中，行業(yè)內(nèi)采用了多種工藝方法。近年來，生產(chǎn)企業(yè)也在有針對性的進行工藝改造，采用了一次裝夾的加工工藝模式，用于解決法蘭電動機機座加工難題。但在實際操作過程中，此問題仍處于探索、研究階段，本文將通過CAE分析，用數(shù)據(jù)深入分析研究加工過程的難點，對比不同裝夾方式對裝夾質(zhì)量的影響，更加徹底的了解法蘭電動機機座加工過程，為選擇更好的工藝方法提供理論支持。同時，對不同機座加工工藝進行對比分析，為生產(chǎn)過程提供指導(dǎo)。

1 模擬分析

1.1 建模過程

適用于機械機構(gòu)分析的建模方式有很多種，最常用的就是有限元建模法，且根據(jù)足夠樣本量的試驗結(jié)果，在實際操作時，對加工性能有影響的只有低階模態(tài)，因此，本次建模分析也以低階模態(tài)為主。機座形狀為筒狀薄壁不均勻殼體，所用材料為HT200。在工藝選擇上，采用一次裝夾法，單側(cè)端面定位，分別對出線側(cè)和非出線側(cè)斷面進行建模分析，選擇圓形臺座式夾具，對X/Y/Z向自由度均可限制，其中Z向是移動自由度，X/Y向是轉(zhuǎn)動自由度。實體單元選擇solid92，彈性模量選擇E=1.13×105MPa，密度選擇ρ=7.4×10-9tonne/mm3，設(shè)機座為彈性體，夾具為非彈性體，在Pro/E導(dǎo)入時將底角和出線孔刪除，采用10節(jié)點四面體進行網(wǎng)格劃分，建模完成。

1.2 定解條件

一次性裝夾分出線端裝夾和非出線端裝夾兩種方式，區(qū)別在于其裝夾面的選擇，通過對以上兩種裝夾方式的分析，可以為工藝選擇提供更全面的數(shù)據(jù)支撐。裝夾過程用升降裝置固定內(nèi)圓，用螺栓拉緊緊固機座，同時限制其X/Y向移動，用靠近出線端的均勻四孔限制Z向移動。通過自由度的限制，可以為分析數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確基礎(chǔ)。

1.3 結(jié)果分析

靜力學(xué)分析將旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力疊加后，再進行模態(tài)分析，利用Lanczos凝聚技術(shù)，可計算出不同裝夾方式下六階頻率，見表1。

表1 不同裝夾方式下的機座前六階固有頻率

機座加工過程中，主要使用時低階模態(tài)對應(yīng)的裝夾方式，兩種裝夾方式前四階均以徑向振動為主，可得出徑向剛度偏低的結(jié)論，因此，加工過程中的徑向裝夾效果遠遠不如軸向裝夾。從表2數(shù)據(jù)分析，出線端裝夾和非出線端裝夾的小位移均出現(xiàn)在第七階，出線端裝夾方式位移明顯小于非出線端裝夾。同時，調(diào)整轉(zhuǎn)速后，在40r/min和100r/min條件下，位移差異微乎其微，說明離心力對機座加工過程中的徑向位移影響偏弱見表3。

表2 角速度固定時兩種裝夾方式的最大相對位移表(4.187rad/s)

表3 轉(zhuǎn)速不同時出線端裝夾徑向最大相對位移表

2 難點分析及結(jié)果

2.1 不考慮熱處理過程，機座切削加工過程中對機座性能和質(zhì)量的影響，引起機座形變的原因，主要有三種

(1)機座設(shè)計剛性。在對機座的設(shè)計過程中，要充分考慮其剛性對加工過程的影響。

(2)裝夾應(yīng)力。主要是裝夾壓緊點的應(yīng)力較大，易在加工后引起變形。

(3)切削應(yīng)力。加工點集中，熱量不易揮發(fā)，也易引起變形。

以上三種原因，通過建模動態(tài)分析后，已經(jīng)可以有效降低裝夾方式引起的應(yīng)力變形。不考慮其設(shè)計剛性，解決后兩種應(yīng)力變形，是機座加工的重點和難點。

2.2 分析結(jié)果

機座在法蘭電動機的機械結(jié)構(gòu)中，起核心支撐作用，是定子鐵心固定、內(nèi)部散熱、外部散熱、端蓋安裝及轉(zhuǎn)子支撐的重要部件，其同軸度和兩端面平行度直接對影響電動機性能，主要體現(xiàn)在溫升和機械損耗指標(biāo)上。因此利用上述結(jié)果的工藝選擇，主要也要考慮這兩個指標(biāo)。

3 模擬分析的工藝應(yīng)用

3.1 工藝選擇

根據(jù)上述分析，在已經(jīng)確定一次裝夾方式的基礎(chǔ)上，得出出線端裝夾優(yōu)于非出線端裝夾的結(jié)論。實際操作時，優(yōu)先選用出線端裝夾方式。裝夾方式選定后，仍可對加工設(shè)備、加工方式進行選擇、試驗。探討不同加工工藝，對機座加工質(zhì)量的影響，將是基于上述理論，在實踐過程中的重要應(yīng)用。

3.2 一次車削工藝

法蘭電動機機座加工最常用的加工方式就是立車加工，按照出線端一次裝夾方式，將機座前、后端面和3個內(nèi)孔一次車出，后端面和止口反刀車出。此加工工藝方式的選擇，使機座止口同軸度和端面平行度得到了有效保障，大大提高了機座加工質(zhì)量，降低電機機械損耗。

為防止車削過程中的機座變形，可配合采取一些小工藝方法。傳統(tǒng)的工藝方式是依據(jù)機座止口尺寸，配車車胎，車胎止口高度5～8mm，機座落下后，百分表對正，取壓板壓緊，由于壓緊點不受力，機座加工后易產(chǎn)生彈性變形，可選擇在壓緊點處增加支撐，防止變形。另外，在精車前，應(yīng)釋放應(yīng)力，待工件恢復(fù)室溫后再進行加工。

3.3 一次鏜削工藝

在車削工藝加工的基礎(chǔ)上，可采用一次鏜削工藝加工，裝夾方式基本同于車削工藝。裝夾后對后端面和內(nèi)孔一次成型，鏜削工藝也可以很好的解決同軸度問題，制造效率得到大幅提高。但一次鏜削工藝對材料要求高，材料不同會造成加工尺寸的偏差，且由于前端面在一次鏜削中無法實現(xiàn)，前端面跳動不易控制。

鏜削加工時，可選擇如下工藝

(1)粗車機座止口，可在普通立式車床上加工，預(yù)留單邊2mm，徑向2～3mm即可。

(2)機座底角也可利用立式車床，平面度控制在0.2～0.3mm之間即可。

(3)定子鐵心壓入后，選擇鐵心內(nèi)圓為基準(zhǔn)，對機座止口及兩斷面鏜削加工，此加工方式可減少變形量，同時因為用鐵心內(nèi)圓找正，消除了在鐵心加工、機座加工時的誤差，大大提高了加工精度。

此加工方式效率較低，只適合于加工對精度要求高的產(chǎn)品。本次鏜削與車削工藝對比時，未采用此方式，采用的是普通鏜削工藝，兩種加工工藝機械損耗對比見表4。

表4 鏜削與車削加工工藝機械損耗對比表

由表4可知，一次鏜削工藝在機械損耗方面的表現(xiàn)，明顯不如一次車削工藝，一次車削工藝結(jié)合出線端裝夾方式，明顯可以提高機座加工質(zhì)量。

4 結(jié)語

通過對機座進行建模，利用ANSYS軟件，對法蘭電動機機座加工過程進行動態(tài)分析，取得了在機座加工過程中的受力及形變規(guī)律，而且對不同裝夾方式進行了數(shù)據(jù)對比，以此為依據(jù)，對加工工藝進行分析探討，主要結(jié)論：(1)機座加工過程中，旋轉(zhuǎn)變形徑向大于軸向，優(yōu)先選用軸向裝夾；(2)出線端裝夾方式位移量明顯低于非出線端裝夾；(3)轉(zhuǎn)速變化對機座加工性能影響不大；(4)車削工藝明顯優(yōu)于鏜削工藝的加工質(zhì)量。

[1] 徐君賢.電機與電氣制造工藝學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2] 張朝暉.ANSYS12.0結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實例解析.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3] 吳星.電機機座加工的科學(xué)探究.北京：高等教育出版社，2011.

[4] 趙國紅.中小型電機機座加工工藝的探討.電機技術(shù)，2015.

DynamicAnalysisonManufactureTechnologyofFlangedMotorFrame

HaoFengxiao

(Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi 154002, China)

Simulation calculation of the flanged motor frame is carried out by the advanced CAE software of ANSYS, and vibration curve of the frame in manufacture process is obtained. The influence law of jigs and fixture on machining deformation and the stress change trend in different process condition are analyzed. Combining with the current technology, the clamping and machining methods which are suitable to machine the flanged motor are explored.

Dynamic analysis method;flanged motor;stator frame;technology;clamping

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.15

TM305.1

B

1008-7281(2017)05-0045-003

郝奉孝男1981年生；畢業(yè)于佳木斯大學(xué)，現(xiàn)從事電機制造工藝工作.

2017-04-24