工程上經常使用過盈、過渡及間隙三種裝配方式。過盈裝配后，軸孔之間存在較大正壓力，零部件相對運動的摩擦阻力較大，可以不借助鍵的輔助就傳遞較大載荷，且傳遞載荷比較平穩，在工業上運用廣泛。比如軸承內圈與安裝軸之間、軸承外圈與安裝孔之間，經常使用過盈裝配。過盈裝配主要通過機械壓裝、熱裝、冷裝等方式實現。機械壓裝工藝簡單，對設備要求低，但裝配困難，較大的裝配壓力存在損壞零部件的風險，壓入過程也可能誘發不可避免的磨損，降低過盈可靠性。熱裝與冷裝均通過熱脹冷縮原理實現過盈，裝配容易，過盈可靠，但工藝復雜，對設備與操作的要求較高。本文對某混合動力汽車用交流永磁同步電機轉子硅鋼片與轉軸之間的過盈裝配展開有限元分析研究。該電機采用了近年來運用廣泛的永磁體內置徑向式轉子磁路結構，裝配示意圖如圖所示。永磁體受到定子通電線圈的反作用力，產生扭矩，該扭矩通過轉軸傳遞。
      目前的設計方案基本在轉子硅鋼片與轉軸之間選擇間隙或過渡裝配，扭矩通過周向對稱的平鍵傳遞。在該電機設計過程中，轉子硅鋼片與轉軸間使用了過盈裝配。由于過盈后，相互接觸的軸孔間正壓力大，構件內的裝配應力較高，且轉子在旋轉過程中，離心力誘發較大集中應力，需要在設計階段通過CAE方法對轉子強度進行校核.司，避免使用過程中硅鋼片應力超過材料的抗拉極限。深入研究發現，合理的過盈量選擇，對降低轉子硅鋼片在不同轉速狀態下的應力波動，改善零部件的抗疲勞性能，也有積極作用。
      為摸清硅鋼片材料的力學性能，為CAE分析提供準確的材料參數，對硅鋼片樣件進行準靜態單向拉伸試驗。試驗發現：硅鋼片材料的真應力滇應變關系屬典型的雙線性硬化模型；硅鋼片材料在不同雜質方向呈明顯的各向同性。試驗得到的硅鋼片材料真應力－真應變關系曲線如圖所示，其屈服強度為381MPa，抗拉極限為476MPa。為簡化分析過程，CAE分析時選擇各向同性材料模型，并將真應力應變材料曲線簡化為雙線性硬化本構模型。電機轉子過盈裝配時，首先將0.35mm厚的硅鋼片疊到一定厚度并通過內圓預留的焊槽進行內圓焊接，然后對硅鋼片內圓加工，通過設計尺寸保證過盈量。接著裝入磁鋼并用膠水固定。最后對硅鋼片加熱，通過熱套方式實現硅鋼片與轉軸之間的過盈。硅鋼片磁橋等關鍵位置設計尺寸較小，最小位置的徑向寬度僅1.2mm。熱套后，這些位置可能存在較大的裝配應力，屬設計薄弱環節。
      為驗證裝配應力是否超過硅鋼片材料的抗拉極限，需通過CAE方法進行校核。本文所述電機的輸出峰值扭矩M為170Nm，硅鋼片與轉軸之間的設計過盈量s為0.1mm。由于對稱關系，分析只選用了轉子結構的模型。經過分析，得到電機轉子結構過盈后的裝配應力分布，如圖所示。分析結果顯示，過盈后整個裝配體的最大應力發生在硅鋼片磁橋根部位置，此處出現應力集中現象，最大von Mises應力為264.5MPa。對比試驗得到的屈服強度與抗拉極限，該電機轉子過盈裝配后，硅鋼片及轉軸上的裝配應力滿足使用要求。之所以在硅鋼片磁橋根部位置出現應力集中現象，是因為磁橋可以等效為兩端固支梁，而為了提高電機的電磁效率，磁橋根部位置設計尺寸較小。過盈后，徑向的擠壓載荷通過磁鋼傳遞到磁橋上，造成固支梁兩端出現集中應力。如果電機轉子硅鋼片與轉軸之間選過盈裝配，必須對薄弱位置的集中應力進行校核，判斷設計是否合理。僅僅計算過盈裝配應力，并判斷硅鋼片設計是否滿足使用要求是不夠的。電機在工作過程中，轉子會高速旋轉，磁鋼質量產生的離心力會全部施加到硅鋼片磁橋上。旋轉離心力在磁橋根部產生較大離心應力。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司m.yw15777.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！