定子屏蔽套装配效果影响分析

摘  要：分析了定子铁芯槽宽与摩擦系数对大型电动机定子屏蔽套装配效果的影响：利用ABAQUS的PYTHON参数化建模建立了定子屏蔽套的装配模型，以装配后定子屏蔽套的最大应力、残余应力、最小壁厚、残余应力标准差作为装配效果的评价指标。结果表明：摩擦系数为0.1时装配效果最好;槽宽尺寸为20mm时装配效果最好。

关键词：定子屏蔽套;摩擦系数;槽宽;装配

中图分类号：TL353         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）08-0049-03

Abstract： The effects of the slot width and the friction coefficient on the assembly of stator can of the large motor are analyzed. Firstly， the parametric model of stator can assembly is developed with ABAQUS software using the PYTHON program. Then the maximum stress， the residual stress， the minimum thickness， the standard deviation of residual stress are chosen as the evaluation index to assess effects. The results show that： the best assembly effects are obtained with the friction coefficient as 0.1 and the slot width as 20mm.

Keywords： stator can; friction coefficient; slot width; assembly

1 概述

定子屏蔽套作为一种保护定子铁芯及线圈的重要部件广泛存在于屏蔽电机中。由于定子铁芯与定子屏蔽套作为独立部件独立加工，待电机组装时需要通过特定的装配方法将其装配，因此，装配方法成为一项重要研究内容。本文基于作者提出的基于内高压成形法的装配方法[1-2]，对定子屏蔽套的装配效果进行进一步研究。由于定子铁芯内部有槽且结构复杂，定子屏蔽套超薄（核主泵定子屏蔽套厚度大约为0.381mm）[3-4]，因此，设计参数及装配工艺参数都会对定子屏蔽套的装配效果产生影响。本文通过ABAQUS参数化建模有限元分析研究摩擦系数与槽宽对定子屏蔽套装配效果的影响，以确定最优参数，以指导定子屏蔽结构的设计及装配工艺的实施。

2 装配模型、边界条件及装配过程

2.1 装配模型及参数

某屏蔽电机定子屏蔽套装配简化模型如图1所示，是多次运算及试验得到的最优模型，可以较准确的得到装配结果，具体建模过程及分析见文献[5-6]。该模型基本参数为：选取1/4（圆周方向）定子屏蔽套装配模型为研究对象;加载胀形液压力为12MPa;定子铁芯外半径为315mm;定子铁芯内半径为279mm; 定子屏蔽套半径为275mm;定子屏蔽套厚度为0.6mm;定子铁芯槽边倒角半径为1mm;定子槽深4mm;定子槽宽为17mm;摩擦系数为1.0。

2.2 边界条件

在定子屏蔽套的两端施加固定约束;周向方向，两边分别施加XSYMM（关于X轴对称）YSYMM（关于Y轴对称）的对称约束边界条件。网格划分情况如图1所示。

2.3 装配过程

为增加定子屏蔽套装配模拟运算结果与实际的符合性，对每组参数进行两次分析：加载装配与卸载回弹。增加卸载回弹分析过程是因为塑性金属材料的冷成形存在弹性变形，卸载后将会弹性恢复，导致冷塑成形的金属材料的形状与加载终了时不同，考虑弹性回弹后的定子屏蔽套装配效果是准确的。

3 参数对定子屏蔽套装配效果的影响

通过分析选取加载后定子屏蔽套最大应力、最小壁厚，卸载后最大残余应力、应力标准差作为评价定子屏蔽套装配效果的评价要素，评价装配效果的影响。

3.1 摩擦系数对装配效果的影响

加载后，装配效果随摩擦系数变化的规律如图2所示，可知，随着摩擦系数从0增加到0.2：定子屏蔽套最大应力先降低后增大，摩擦系数为0.05时最小约为565MPa;定子屏蔽套最小壁厚先增大后减小，摩擦系数为0.1时最大，约为0.5681mm。

卸载后，装配效果随摩擦系数变化规律如图3所示，可知，随着摩擦系数从0增加到0.2：定子屏蔽套最大残余应力增大-减小-增大-减小的变化规律，摩擦系数为0.1时最小，约为434MPa，此时装配效果最好;残余应力标准差先减小后增大，摩擦系数为0.1时最小，约为74MPa，此时装配效果最好。

3.2 槽宽对装配效果的影响

加载后，装配效果随槽宽变化的规律如图4所示，可知，随着槽宽从10mm增加到26mm：定子屏蔽套最大应力呈现增大-减小-增大的变化规律;定子屏蔽套最小壁厚呈现减小-增大-减小的规律。

卸载后，装配效果随槽宽变化的规律如图5所示，可知，随着槽宽从10mm增加到26mm：定子屏蔽套最大残余应力呈现波动变化，槽宽为20mm时最小为427.8MPa，装配效果最好;定子屏蔽套残余应力标准差呈现波动变化规律，槽宽为20mm时最小为60.96MPa，装配效果最好。

4 结束语

利用建立的定子屏蔽套装配参数化数值模型对摩擦系数与定子槽尺寸对定子屏蔽套装配效果的影响进行了研究。通过对应力、残余应力、壁厚、回弹量等评价指标的分析可知：装配时使定子屏蔽套与定子铁芯之间的摩擦系数为0.1时可以得到最佳的装配效果;定子槽宽尺寸为20mm时装配效果最佳。

参考文献：

[1]Liu HH， Jiang W and Hao M. A new method used in assembly of the stator component and its limit fluid pressure determination. Nuclear Engineering Design 2013; 256： 256-263.

[2]劉华汉，蒋玮.内压法装配屏蔽构件与空槽定子铁芯的数值分析[J].中国机械工程，2014，25（14）：1967-1972.

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[4]冯颖慧，张继革，王德忠.屏蔽电机屏蔽套电磁力仿真分析[J].机械设计与制造，2012，4：26-28.

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