动态分析法法兰电动机机座加工工艺

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

动态分析法法兰电动机机座加工工艺

郝奉孝

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

利用高级CAE软件ANSYS对法兰电动机机座做模拟化运算，得到法兰电动机机座在加工过程中的振动曲线，分析不同工艺状态下，工装夹具对加工变形的影响规律及应力变动趋势，结合当前工艺，探索适合法兰电动机加工的装夹方式及加工方法。

动态分析法；法兰电动机；机座；工艺；装夹

0 引言

由于法兰电动机的特殊结构，存在的振动几率比普通电机高，因此在电动机机座加工过程中，行业内采用了多种工艺方法。近年来，生产企业也在有针对性的进行工艺改造，采用了一次装夹的加工工艺模式，用于解决法兰电动机机座加工难题。但在实际操作过程中，此问题仍处于探索、研究阶段，本文将通过CAE分析，用数据深入分析研究加工过程的难点，对比不同装夹方式对装夹质量的影响，更加彻底的了解法兰电动机机座加工过程，为选择更好的工艺方法提供理论支持。同时，对不同机座加工工艺进行对比分析，为生产过程提供指导。

1 模拟分析

1.1 建模过程

适用于机械机构分析的建模方式有很多种，最常用的就是有限元建模法，且根据足够样本量的试验结果，在实际操作时，对加工性能有影响的只有低阶模态，因此，本次建模分析也以低阶模态为主。机座形状为筒状薄壁不均匀壳体，所用材料为HT200。在工艺选择上，采用一次装夹法，单侧端面定位，分别对出线侧和非出线侧断面进行建模分析，选择圆形台座式夹具，对X/Y/Z向自由度均可限制，其中Z向是移动自由度，X/Y向是转动自由度。实体单元选择solid92，弹性模量选择E=1.13×105MPa，密度选择ρ=7.4×10-9tonne/mm3，设机座为弹性体，夹具为非弹性体，在Pro/E导入时将底角和出线孔删除，采用10节点四面体进行网格划分，建模完成。

1.2 定解条件

一次性装夹分出线端装夹和非出线端装夹两种方式，区别在于其装夹面的选择，通过对以上两种装夹方式的分析，可以为工艺选择提供更全面的数据支撑。装夹过程用升降装置固定内圆，用螺栓拉紧紧固机座，同时限制其X/Y向移动，用靠近出线端的均匀四孔限制Z向移动。通过自由度的限制，可以为分析数据提供准确基础。

1.3 结果分析

静力学分析将旋转预应力叠加后，再进行模态分析，利用Lanczos凝聚技术，可计算出不同装夹方式下六阶频率，见表1。

表1 不同装夹方式下的机座前六阶固有频率

机座加工过程中，主要使用时低阶模态对应的装夹方式，两种装夹方式前四阶均以径向振动为主，可得出径向刚度偏低的结论，因此，加工过程中的径向装夹效果远远不如轴向装夹。从表2数据分析，出线端装夹和非出线端装夹的小位移均出现在第七阶，出线端装夹方式位移明显小于非出线端装夹。同时，调整转速后，在40r/min和100r/min条件下，位移差异微乎其微，说明离心力对机座加工过程中的径向位移影响偏弱见表3。

表2 角速度固定时两种装夹方式的最大相对位移表(4.187rad/s)

表3 转速不同时出线端装夹径向最大相对位移表

2 难点分析及结果

2.1 不考虑热处理过程，机座切削加工过程中对机座性能和质量的影响，引起机座形变的原因，主要有三种

(1)机座设计刚性。在对机座的设计过程中，要充分考虑其刚性对加工过程的影响。

(2)装夹应力。主要是装夹压紧点的应力较大，易在加工后引起变形。

(3)切削应力。加工点集中，热量不易挥发，也易引起变形。

以上三种原因，通过建模动态分析后，已经可以有效降低装夹方式引起的应力变形。不考虑其设计刚性，解决后两种应力变形，是机座加工的重点和难点。

2.2 分析结果

机座在法兰电动机的机械结构中，起核心支撑作用，是定子铁心固定、内部散热、外部散热、端盖安装及转子支撑的重要部件，其同轴度和两端面平行度直接对影响电动机性能，主要体现在温升和机械损耗指标上。因此利用上述结果的工艺选择，主要也要考虑这两个指标。

3 模拟分析的工艺应用

3.1 工艺选择

根据上述分析，在已经确定一次装夹方式的基础上，得出出线端装夹优于非出线端装夹的结论。实际操作时，优先选用出线端装夹方式。装夹方式选定后，仍可对加工设备、加工方式进行选择、试验。探讨不同加工工艺，对机座加工质量的影响，将是基于上述理论，在实践过程中的重要应用。

3.2 一次车削工艺

法兰电动机机座加工最常用的加工方式就是立车加工，按照出线端一次装夹方式，将机座前、后端面和3个内孔一次车出，后端面和止口反刀车出。此加工工艺方式的选择，使机座止口同轴度和端面平行度得到了有效保障，大大提高了机座加工质量，降低电机机械损耗。

为防止车削过程中的机座变形，可配合采取一些小工艺方法。传统的工艺方式是依据机座止口尺寸，配车车胎，车胎止口高度5～8mm，机座落下后，百分表对正，取压板压紧，由于压紧点不受力，机座加工后易产生弹性变形，可选择在压紧点处增加支撑，防止变形。另外，在精车前，应释放应力，待工件恢复室温后再进行加工。

3.3 一次镗削工艺

在车削工艺加工的基础上，可采用一次镗削工艺加工，装夹方式基本同于车削工艺。装夹后对后端面和内孔一次成型，镗削工艺也可以很好的解决同轴度问题，制造效率得到大幅提高。但一次镗削工艺对材料要求高，材料不同会造成加工尺寸的偏差，且由于前端面在一次镗削中无法实现，前端面跳动不易控制。

镗削加工时，可选择如下工艺

(1)粗车机座止口，可在普通立式车床上加工，预留单边2mm，径向2～3mm即可。

(2)机座底角也可利用立式车床，平面度控制在0.2～0.3mm之间即可。

(3)定子铁心压入后，选择铁心内圆为基准，对机座止口及两断面镗削加工，此加工方式可减少变形量，同时因为用铁心内圆找正，消除了在铁心加工、机座加工时的误差，大大提高了加工精度。

此加工方式效率较低，只适合于加工对精度要求高的产品。本次镗削与车削工艺对比时，未采用此方式，采用的是普通镗削工艺，两种加工工艺机械损耗对比见表4。

表4 镗削与车削加工工艺机械损耗对比表

由表4可知，一次镗削工艺在机械损耗方面的表现，明显不如一次车削工艺，一次车削工艺结合出线端装夹方式，明显可以提高机座加工质量。

4 结语

通过对机座进行建模，利用ANSYS软件，对法兰电动机机座加工过程进行动态分析，取得了在机座加工过程中的受力及形变规律，而且对不同装夹方式进行了数据对比，以此为依据，对加工工艺进行分析探讨，主要结论：(1)机座加工过程中，旋转变形径向大于轴向，优先选用轴向装夹；(2)出线端装夹方式位移量明显低于非出线端装夹；(3)转速变化对机座加工性能影响不大；(4)车削工艺明显优于镗削工艺的加工质量。

[1] 徐君贤.电机与电气制造工艺学.北京：机械工业出版社，2000.

[2] 张朝晖.ANSYS12.0结构分析工程应用实例解析.北京：机械工业出版社，2010.

[3] 吴星.电机机座加工的科学探究.北京：高等教育出版社，2011.

[4] 赵国红.中小型电机机座加工工艺的探讨.电机技术，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；毕业于佳木斯大学，现从事电机制造工艺工作.

2017-04-24