基于有限元法的电机定子铁芯卷绕变形规律的研究

论文摘要

本文首先介绍了电机铁芯的常见几种制造方法,并对其节材和铁芯性能的影响规律进行分析,得到卷绕工艺在材料利用、生产连续性和铁芯性能等方面具有优势的结论。文中对卷绕工艺进行展开,描述了卷绕工艺在卷绕参数探索上的不足。本研究试图利用有限元法在计算机上探索电机定子铁芯卷绕弯曲变形的规律,研究齿形钢带在弯曲变形时中性层的变化情况。对于定子铁芯的弯曲变形研究,主要是对两相邻两齿的齿距(节距)确定,即带状齿形带料弯曲变形成环状带料时中性层位置的确定。首先利用有限元软件ANSYS建立目标铁芯的有限元模型,并对其进行展开计算以获得一个初步卷绕齿距。其次,建立一个齿距为初步齿距的齿形带料有限元模型,并将其卷绕成定子铁芯。最后,判断卷绕是否成功,若卷绕成功,说明由展开计算所得到的初步齿距为卷绕所需的精确齿距;若卷绕失败,则计算其修正值并重新建模以进一步卷绕验证,直到得出正确结论为止。探索完对电机定子铁芯的卷绕齿距后,本文还在此基础上利用有限元法得出一系列数据,分析了不同形状的铁芯对卷绕齿距的影响,即对中性层位置的影响。得出了轭部内侧的圆角、齿根与轭部外侧的圆角、对中性层的影响规律。回弹问题一直都是板料成形所必须考虑的一个关键,对于铁芯的卷绕同样也不例外,本文通过对有限元单元的“死活”控制模拟带料卷绕后的卸载情况,并从模拟结果中读出带料卸载后的回弹情况。同时通过对不同直径定子铁芯的回弹模拟,得出铁芯带料回弹前后的关系曲线,再利用插值法可获得定子铁芯的回弹补偿值。采用Visual Basic 6.0编程软件开发了一套基于有限元命令流的参数化建模的辅助软件,实现建模计算过程的参数化操作,即输入带料的尺寸和材料参数就能完成模型的建立。最后用所设计的卷绕实验装置对有限元法计算结果进行验证。卷绕实验的节距与有限元计算所得节距比较,其误差在0.1%以内。实验结果表明通过有限元法所得到的卷绕参数对实际卷绕应用有良好的指导性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容和方法
• 第2章 电机定子铁芯制造工艺
• 2.1 传统片状冲裁工艺
• 2.2 单位铁芯制造工艺
• 2.3 先叠装后弯曲工艺
• 2.4 卷绕工艺
• 第3章 电机定子铁芯卷绕工艺有限元法研究
• 3.1 带料变形有限元理论
• 3.1.1 材料非线性问题
• 3.1.2 几何非线性问题
• 3.1.3 接触非线性问题
• 3.1.4 非线性问题的求解
• 3.2 有限元软件介绍
• 3.2.1 ANSYS
• 3.2.2 ADINA
• 3.2.3 ABAQUS
• 3.2.4 MSC.MARC
• 3.3 卷绕方法探索
• 3.3.1 条形带料齿距初步获取
• 3.3.1.1 模型建立
• 3.3.1.2 网格划分
• 3.3.1.3 加载求解
• 3.3.1.4 结果查看
• 3.3.2 卷绕验证
• 3.3.2.1 模型建立
• 3.3.2.2 网格划分
• 3.3.2.3 加载求解
• 3.3.2.4 结果查看
• 3.4 中性层和带料形状关系
• 3.4.1 大形状差异
• 3.4.2 细节差异
• 第4章 回弹规律研究
• 4.1 普通板料回弹规律
• 4.1.1 回弹理论分析
• 4.1.2 影响弯曲回弹的因素
• 4.2 电机定子铁芯带料回弹规律
• 4.2.1 电机定子铁芯带料卷绕回弹仿真
• 4.2.2 数据总结
• 第5章 参数化建模
• 5.1 辅助程序开发
• 5.2 命令流生成
• 第6章 实验验证
• 6.1 实验机构介绍
• 6.2 卷绕原理
• 6.3 实验结果
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢