大容量高轉(zhuǎn)速同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

翁祥玲, 蔡恒川 , 劉秀君, 李 良

(1. 山東齊魯電機(jī)制造有限公司，山東 濟(jì)南 250100；2. 山東彼岸電力科技有限公司，山東 章丘 250200)

0 引 言

同步電動機(jī)具有溫度低、運(yùn)行穩(wěn)定、輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)，能向電網(wǎng)發(fā)送無功功率，支持電網(wǎng)電壓，有利于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，在石油、化工、冶金等各行業(yè)的大型設(shè)備中得到廣泛使用。

本文主要針對在高轉(zhuǎn)速4320r/min下同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的齒部、槽楔和風(fēng)扇的應(yīng)力進(jìn)行分析。

1 有限元分析方法

有限元分析從結(jié)構(gòu)化矩陣分析發(fā)展而來，逐步推廣到板、殼和實體等連續(xù)體固體力學(xué)分析，其基本概念是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題求解。理論上已證明，只要用于離散求解對象的單元足夠小，所得的解就可足夠逼近于精確值。有限元分析不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段[ 1]。實踐證明這是一種非常有效的數(shù)值分析方法。本文采用Ansys11.0軟件有限元法分析轉(zhuǎn)子的齒部、槽楔和風(fēng)扇的應(yīng)力。

2 強(qiáng)度分析

2.1 建立物理模型

本文通過CAD軟件創(chuàng)建了物理模型。轉(zhuǎn)子本體的物理模型如圖1所示，轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的物理模型如圖2所示。

圖1 轉(zhuǎn)子本體的物理模型

圖2 轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的物理模型

2.2 網(wǎng)格劃分

所有網(wǎng)格的單元均采用四面體單元。轉(zhuǎn)子本體的模型共有8652個單元，56493個節(jié)點(diǎn)。轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的模型共有21287個節(jié)點(diǎn)，10054個單元。轉(zhuǎn)子本體的網(wǎng)格劃分如圖3所示，轉(zhuǎn)子槽楔的網(wǎng)格劃分如圖4所示，轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的網(wǎng)格劃分如圖5所示。

圖3 轉(zhuǎn)子本體的網(wǎng)格劃分

圖4 轉(zhuǎn)子槽楔的網(wǎng)格劃分

圖5 轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的網(wǎng)格劃分

2.3 計算結(jié)果

在超速狀況下，旋轉(zhuǎn)角速度ω=452rad/s，轉(zhuǎn)子各部分受力最大。轉(zhuǎn)子整體的應(yīng)力計算結(jié)果如圖6所示。

圖6 轉(zhuǎn)子整體的應(yīng)力計算結(jié)果

轉(zhuǎn)子齒部的最大應(yīng)力計算結(jié)果如圖7所示。

齒根處的最大應(yīng)力為

σ1=257MPa

齒頭處的最大應(yīng)力為

σ2=115MPa

根據(jù)上述應(yīng)力分析計算，合理選取轉(zhuǎn)子鍛件材料，滿足設(shè)計要求。

轉(zhuǎn)子槽楔的最大應(yīng)力計算結(jié)果如圖8所示。

槽楔的最大應(yīng)力為

σ=169MPa

根據(jù)上述應(yīng)力分析計算，合理選取轉(zhuǎn)子槽楔材料，滿足設(shè)計要求。

轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的最大應(yīng)力計算結(jié)果如圖9所示。

風(fēng)扇環(huán)的最大應(yīng)力為

σmax=268MPa

風(fēng)扇葉的最大應(yīng)力為

σmax=253MPa

根據(jù)上述應(yīng)力分析計算，合理選取轉(zhuǎn)子風(fēng)扇鍛件材料，滿足設(shè)計要求。

圖8 轉(zhuǎn)子槽楔的最大應(yīng)力計算結(jié)果

圖9 轉(zhuǎn)子風(fēng)扇的應(yīng)力計算結(jié)果

3 結(jié) 語

本文采用Ansys11.0 軟件有限元法分析了大容量、高轉(zhuǎn)速同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的齒部、槽楔和風(fēng)扇的應(yīng)力，對旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)子部分各主要部件的應(yīng)力分析作了詳細(xì)論述，得出轉(zhuǎn)子部分各主要各部件的應(yīng)力分布及最大應(yīng)力集中點(diǎn)分布。利用有限元計算方案求解工程結(jié)構(gòu)的理論應(yīng)力不受材料、結(jié)構(gòu)形狀等條件限制，不但省時、省力、節(jié)約費(fèi)用，而且通用、可靠、精確，是一種值得推廣的分析方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 梁醒培，王輝.應(yīng)用有限元分析[M].北京： 清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 張洪信，管殿柱.有限元基礎(chǔ)理論與ANSYS11.0應(yīng)用[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2009.