S-電機(jī) 有限元
S-電機(jī) 有限元,S-電機(jī),有限元,電機(jī),機(jī)電
寧
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
電機(jī)定轉(zhuǎn)子有限元分析
所在學(xué)院
機(jī)械與電氣工程學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
2015 年 3 月 31 日
摘 要
電機(jī)（英文：Electric machinery，俗稱“馬達(dá)”）是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。在電路中用字母M（舊標(biāo)準(zhǔn)用D）表示。它的主要作用是產(chǎn)生驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，作為用電器或各種機(jī)械的動力源。發(fā)電機(jī)在電路中用字母G表示。它的主要作用是利用機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，目前最常用的是，利用熱能、水能等推動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子來發(fā)電。電氣工作者把分布參數(shù)系統(tǒng)問題歸結(jié)為集中參數(shù)系統(tǒng)問題求解是屢見不鮮的。有限元數(shù)值解法就是這種相同的思考方法。但是有限元問世后在電工行業(yè)中卻遠(yuǎn)不及力學(xué)領(lǐng)域等應(yīng)用得充分。 有限元法的特點(diǎn)是適用于求解各種形式幾何上、物理上復(fù)雜的問題精度高通用性強(qiáng)對問題的處理既徹底又系統(tǒng)適用于采用電子計(jì)算機(jī)方式。它本是線性問題的解法但通過迭代法如牛頓-拉裴森迭代法也能巧妙地解決非線性問題。用來求解電磁場問題遠(yuǎn)較電工行業(yè)中常用的圖解法、電解槽法等優(yōu)越。因此隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展各類超高壓、大容量、高精度的電工產(chǎn)品的研制其磁場等的精確計(jì)算直接關(guān)系到該產(chǎn)品的優(yōu)異性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。有限元法這一有力工具在電工行業(yè)中在電磁研究領(lǐng)域里越來越有廣泛的應(yīng)用。 用有限元法對異步電動機(jī)性能進(jìn)行分析的方法在實(shí)際電機(jī)產(chǎn)品中得到驗(yàn)證。在磁場中向量場函數(shù)B的旋度
關(guān)鍵詞：飼料裝置；； 改進(jìn)設(shè)計(jì)
Abstract
The development direction of harvester will be to high-tech direction, making out the applicability of harvester is the development of the market, is very promising for different regions developed different harvester. Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, The development direction of harvester will be to high-tech direction, making out the applicability of harvester is the development of the market, is very promising for different regions developed different harvester. Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field Thus, the corresponding manufacturing combine high performance is the development of foreign harvester. The rice combine harvester can complete harvesting, threshing, separation and bagging operations at one time. The machine has the advantages of small volume, light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.light weight, flexible operation, through and good adaptability, can better solve the problem of big, medium-sized harvester to harvest in the hilly, mountainous and paddy field.
.
Key Words: rice thresher threshing; improved design;
23
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
目 錄 V
第1章 緒論 1
第2章 定轉(zhuǎn)子類型確定 3
2.1 超聲電機(jī)概況 6
2.2電機(jī)定轉(zhuǎn)子總體設(shè)計(jì) 8
2.2.1電機(jī)定轉(zhuǎn)子的類型定位 10
2.2.2 電機(jī)定轉(zhuǎn)子的整機(jī)結(jié)構(gòu)及選擇 12
2.2.3 電機(jī)定轉(zhuǎn)子的主要承載 13
第3章 電機(jī)原理 15
3.1 定子工作原理 18
3.2 轉(zhuǎn)子工作原理 20
第4章 力學(xué)分析 21
4.1 有限元簡介 22
4.2 模型處理 23
4.3 前處理 24
4.4 工況設(shè)定 25
4.5 后處理 26
4.6 結(jié)果分析 27
結(jié)論 28
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
第2章 總體方案確定
第1章 緒論
電氣工作者把分布參數(shù)系統(tǒng)問題歸結(jié)為集中參數(shù)系統(tǒng)問題求解是屢見不鮮的。有限元數(shù)值解法就是這種相同的思考方法。但是有限元問世后在電工行業(yè)中卻遠(yuǎn)不及力學(xué)領(lǐng)域等應(yīng)用得充分。 有限元法的特點(diǎn)是適用于求解各種形式幾何上、物理上復(fù)雜的問題精度高通用性強(qiáng)對問題的處理既徹底又系統(tǒng)適用于采用電子計(jì)算機(jī)方式。它本是線性問題的解法但通過迭代法如牛頓-拉裴森迭代法也能巧妙地解決非線性問題。用來求解電磁場問題遠(yuǎn)較電工行業(yè)中常用的圖解法、電解槽法等優(yōu)越。因此隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展各類超高壓、大容量、高精度的電工產(chǎn)品的研制其磁場等的精確計(jì)算直接關(guān)系到該產(chǎn)品的優(yōu)異性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。有限元法這一有力工具在電工行業(yè)中在電磁研究領(lǐng)域里越來越有廣泛的應(yīng)用。 用有限元法對異步電動機(jī)性能進(jìn)行分析的方法在實(shí)際電機(jī)產(chǎn)品中得到驗(yàn)證。在磁場中向量場函數(shù)B的旋度 (1) 通常用向量位A來描述即 (2) 則磁場的基本方程 (3) 式中 B——磁感應(yīng)強(qiáng)度 μ——介質(zhì)常數(shù) J——電流密度 從電機(jī)中截出橫斷面在這里的磁場可視為平行平面場。 設(shè)選定坐標(biāo)使B和A在Z軸方向的分量為零向量磁位A、電流密度向量J只有Z軸方向的分量令磁阻率 于是方程3化為二維形式。 (4) 電機(jī)定、轉(zhuǎn)子為硅鋼片迭成由于鐵磁物質(zhì)受飽和影響?yīng)ゴ呕匦苑蔷€性,如圖1示磁阻是磁場強(qiáng)度H的函數(shù)所以方程4是一個(gè)偏微分方程直接求解這樣的非線性偏微分方程是比較困難的使用數(shù)值計(jì)算法——有限元法可得到較高精度的解。 圖1 DG41(厚度0.35mm)硅鋼片磁化曲線。
第2章 定轉(zhuǎn)子類型確定
2.1 超聲電機(jī)電機(jī)概況
1.按工作電源種類劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。
1）直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。
有刷直流電動機(jī)可劃分：永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。
電磁直流電動機(jī)劃分：串勵(lì)直流電動機(jī)、并勵(lì)直流電動機(jī)、他勵(lì)直流電動機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)。
永磁直流電動機(jī)劃分：稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。
2）其中交流電機(jī)還可劃分：單相電機(jī)和三相電機(jī)。
2.按結(jié)構(gòu)和工作原理可劃分：可分為直流電動機(jī)、異步電動機(jī)、同步電動機(jī)。
1）同步電機(jī)可劃分：永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同步電動機(jī)。
2）異步電機(jī)可劃分：感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。
感應(yīng)電動機(jī)可劃分：三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)等。
交流換向器電動機(jī)可劃分：單相串勵(lì)電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。
3.按起動與運(yùn)行方式可劃分：電容起動式單相異步電動機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)、電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)和分相式單相異步電動機(jī)。
4.按用途可劃分：驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。
1）驅(qū)動用電動機(jī)可劃分：電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機(jī)及其他通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機(jī)。
2）控制用電動機(jī)又劃分：步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。
5.按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可劃分：籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)）。
6.按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可劃分：高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。
調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無級變速電動機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)。
異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。
同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速。
2.2電機(jī)定轉(zhuǎn)子總體設(shè)計(jì)
定子是電動機(jī)靜止不動的部分。定子由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座三部分組成。定子的主要作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而轉(zhuǎn)子的主要作用是在旋轉(zhuǎn)磁場中被磁力線切割進(jìn)而產(chǎn)生（輸出）電流。定子通常由鐵心、線圈、骨架（有的沒有）、引線、拉簧等組成。定子有兩種接線方式，一種是4線式，轉(zhuǎn)子串連接在2個(gè)定子繞組之間，一種是2線式，2個(gè)定子繞組連接好后再與轉(zhuǎn)子串連接好后再與轉(zhuǎn)子串連接，（將4線式對角的2根引線接在一起）。兩種接線方式不同，但可以通用。引接線方式有兩種：一種是軟線引出；一種是靠骨架上的插接件引出，該種繞線時(shí)要保留骨架。
2.2.1電機(jī)定轉(zhuǎn)子的類型定位
根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，由軸承支撐的旋轉(zhuǎn)體稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子多為動力機(jī)械和工作機(jī)械中的主要旋轉(zhuǎn)部件。典型的轉(zhuǎn)子有透平機(jī)械轉(zhuǎn)子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、各種泵的轉(zhuǎn)子和透平壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子等。轉(zhuǎn)子在某些特定的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動時(shí)會發(fā)生很大的變形并引起共振，引起共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。在工程上，工作轉(zhuǎn)速低于第一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子，大于第一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子。由于轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以需要平衡。靜平衡主要用于平衡盤形轉(zhuǎn)子的慣性力。剛性轉(zhuǎn)子的動平衡可以通過通用平衡機(jī)來平衡慣性力和慣性力偶，消除轉(zhuǎn)子在彈性支承上的振動。柔性轉(zhuǎn)子的動平衡比較復(fù)雜，從原理上區(qū)分，有振型平衡法和影響系數(shù)法兩類。
轉(zhuǎn)子因換向困難、轉(zhuǎn)速高、各種故障多發(fā)。常見的故障有換向器損壞、軸承損壞、風(fēng)葉損壞、電刷磨損、轉(zhuǎn)子繞組燒毀等。
1、換向器損壞
換向器常見的故障是表面燒成洞、換向片飛出、換向片與換向片之間短路、換向器失圓、換向器磨損過度、云母片凸出、換向片與線圈引線虛接等。
換向器表面燒成洞、換向片飛出、換向片與換向片之間短路、換向器磨損過度的故障，要對換向器進(jìn)行更換，同時(shí)轉(zhuǎn)子繞組也需要更換。
對于換向器失圓的故障，用臥式車床進(jìn)行加工處理后，還可繼續(xù)使用。
換向片與線圈引起虛接的，視情況可對虛接的故障點(diǎn)進(jìn)行沖洗鉚接或焊接。如無法找到故障點(diǎn)的，只能對換向器進(jìn)行更換，同時(shí)轉(zhuǎn)子繞組也需要更換。
換向器云母片凸出的，可將鋼鋸條帶齒的一側(cè)打磨薄后，將云母片刻低，并進(jìn)行倒角和研磨處理。
2、軸承損壞
電動工具常用的軸承型號有608、629、101、102、200、201等。
軸承的常見故障是間隙過大、軸承碎裂、跑外套、跑內(nèi)套、抱死等。
對于軸承間隙過大、軸承碎裂、抱死等故障，需要換上新軸承。對于某些跑外套、間隙過大的，可墊薄鐵皮（如可用某些鐵制的飲料瓶）或更換機(jī)殼。而對于某些間隙不是特別大的，可涂AB萬能膠來解決。對于某些跑內(nèi)套的，可在轉(zhuǎn)軸上用沖麻點(diǎn)的方法來解決。
3、風(fēng)葉損壞
風(fēng)葉多見故障時(shí)風(fēng)葉碎裂、變形、松動，可拆舊件或換上新品。對于鐵質(zhì)風(fēng)葉變形的，也可用尖嘴鉗進(jìn)行校正。對于風(fēng)葉與軸之間松動的，也可涂AB萬能膠來粘牢。
4、電刷磨損
一般情況下，當(dāng)電刷的長度磨損到原長度的1/3時(shí)，應(yīng)進(jìn)行更換。電刷過短，很容易燒毀換向器而造成轉(zhuǎn)子報(bào)廢。電刷的尺寸，一般用長×寬×高表示，更換時(shí)除要求尺寸一樣外，還要用相同的牌號來更換。一般情況下，2個(gè)電刷應(yīng)同時(shí)更換。
2.2.2 電機(jī)定轉(zhuǎn)子的整機(jī)結(jié)構(gòu)及選擇
一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，由定子、轉(zhuǎn)子和其它附件組成。
（一）定子（靜止部分）
1、定子鐵心
作用：電機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。
構(gòu)造：定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。
定子鐵心槽型有以下幾種：
半閉口型槽：電動機(jī)的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機(jī)中。 半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機(jī)。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。
開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機(jī)中。
2、定子繞組
作用：是電動機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
構(gòu)造：由三個(gè)在空間互隔120°電角度、隊(duì)稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個(gè)線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。
定子繞組的主要絕緣項(xiàng)目有以下三種：（保證繞組的各導(dǎo)電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。
1）對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。
2）相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。
3）匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。
電動機(jī)接線盒內(nèi)的接線：
電動機(jī)接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個(gè)線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號為1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號為6（W2）、4（U2）、5（V2），.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時(shí)均應(yīng)按這個(gè)序號排列。
3、機(jī)座
作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用。
構(gòu)造：機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩端端蓋開有通風(fēng)孔，使電動機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱。
（二）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）
1、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心：
作用：作為電機(jī)磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。
構(gòu)造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動機(jī)（轉(zhuǎn)子直徑在300~400毫米以上）的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。
2、
2.2.3 電機(jī)定轉(zhuǎn)子的主要承載
三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組
作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。
構(gòu)造：分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。
1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導(dǎo)條和兩個(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對于100KW以上的電動機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。
2）繞線式轉(zhuǎn)子：繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個(gè)對稱的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯(lián)接。
特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動機(jī)廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機(jī)的起、制動性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車、電梯、空氣壓縮機(jī)等上面采用。
（三）三相異步電動機(jī)的其它附件
1、端蓋：支撐作用。
2、軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。
3、軸承端蓋：保護(hù)軸承。
4、風(fēng)扇：冷卻電動機(jī)。
二、直流電動機(jī)采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)，不僅空間利用率高，而且當(dāng)采用靜止整流器供電時(shí)，能承受脈動電流和快速的負(fù)載電流變化。直流電動機(jī)一般不帶串勵(lì)繞組，適用于需要正、反 電動機(jī)轉(zhuǎn)的自動控制技術(shù)中。根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵(lì)繞組。中心高100～280mm的電動機(jī)無補(bǔ)償繞組，但中心高250mm、280mm的電動機(jī)根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補(bǔ)償繞組，中心高315～450mm的電動機(jī)帶有補(bǔ)償繞組。中心高500～710mm的電動機(jī)外形安裝尺寸及技術(shù)要求均符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的機(jī)械尺寸公差符合ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。
第3章電機(jī)原理
3.1 定子工作原理
定子是電動機(jī)靜止不動的部分。定子由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座三部分組成。定子的主要作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而轉(zhuǎn)子的主要作用是在旋轉(zhuǎn)磁場中被磁力線切割進(jìn)而產(chǎn)生（輸出）電流。
3.2 轉(zhuǎn)子工作原理
據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，由軸承支撐的旋轉(zhuǎn)體稱為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子多為動力機(jī)械和工作機(jī)械中的主要旋轉(zhuǎn)部件。典型的轉(zhuǎn)子有透平機(jī)械轉(zhuǎn)子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、各種泵的轉(zhuǎn)子和透平壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子等。轉(zhuǎn)子在某些特定的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動時(shí)會發(fā)生很大的變形并引起共振，引起共振時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。在工程上，工作轉(zhuǎn)速低于第一
階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子，大于第一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子。由于轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以需要平衡。靜平衡主要用于平衡盤形轉(zhuǎn)子的慣性力。剛性轉(zhuǎn)子的動平衡可以通過通用平衡機(jī)來平衡慣性力和慣性力偶，消除轉(zhuǎn)子在彈性支承上的振動。柔性轉(zhuǎn)子的動平衡比較復(fù)雜，從原理上區(qū)分，有振型平衡法和影響系數(shù)法兩類。
轉(zhuǎn)子因換向困難、轉(zhuǎn)速高、各種故障多發(fā)。常見的故障有換向器損壞、軸承損壞、風(fēng)葉損壞、電刷磨損、轉(zhuǎn)子繞組燒毀等。
第10章 破碎裝置其他部分設(shè)計(jì)
第4章力學(xué)分析
本設(shè)計(jì)中模型參考現(xiàn)有電機(jī)定轉(zhuǎn)子建立。重點(diǎn)部分為機(jī)身，工作部分，鉆頭部分，也就是受力部分，為后續(xù)做分析做模型基礎(chǔ)。
建模如下圖所示
4.3有限元分析
4.3.1模型導(dǎo)入
1?ANSYS與Solidworks之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換??
使用ANSYS進(jìn)行有限元分析時(shí)，技術(shù)人員在進(jìn)行三維模型的建立過程中耗費(fèi)了大量的時(shí)間與精力。由于ANSYS自帶的建模功能非常有限，只能建立一些結(jié)構(gòu)簡單的模型。隨著ANSYS的應(yīng)用日益廣泛，在很多時(shí)候需要對非常復(fù)雜的模型進(jìn)行有限元模型的建立，其需要處理的模型也越來越復(fù)雜，ANSYS自帶的建模功能顯出很多的不足之處。??
Solidworks作為一款三維CAD軟件，其擁有強(qiáng)大的參數(shù)化建模能力，可以建立非常復(fù)雜的實(shí)體模型。因此，如果充分利用Solidworks快速準(zhǔn)確建模的特長，把在Solidworks建立好的模型導(dǎo)入到ANSYS中進(jìn)行分析就可以很好地解決ANSYS建模能力的不足?，F(xiàn)在，大多數(shù)的技術(shù)人員都是利用三維CAD軟件建模，通過ANSYS與三維CAD軟件之間的圖形接口將建立好的模型導(dǎo)入到ANSYS。了解ANSYS與Solidworks之間的導(dǎo)入接口，能有效提高模型質(zhì)量，簡化分析工作，對CAE分析人員有著非常重要的意義。將模型導(dǎo)入ansys軟件，如下圖所示：
進(jìn)入ansys界面，在model模塊中，點(diǎn)擊geometry拖進(jìn)project schematic界面，然后在analysis systems中點(diǎn)擊static structural模塊，將其拖到剛剛創(chuàng)建的geometry模塊上。
4.3.2模型特性定義
進(jìn)入分析模塊界面，如下圖所示
首先對模型進(jìn)行材質(zhì)定義，點(diǎn)擊model，彈出界面，如下，在assignment框后面選擇structural steel。結(jié)構(gòu)鋼，點(diǎn)擊確認(rèn)，對材料成功賦予材質(zhì)。如下圖
4.3.3網(wǎng)格劃分
使用ANSYS進(jìn)行有限元分析時(shí)，技術(shù)人員在進(jìn)行三維模型的建立過程中耗費(fèi)了大量的時(shí)間與精力。由于ANSYS自帶的建模功能非常有限，只能建立一些結(jié)構(gòu)簡單的模型。隨著ANSYS的應(yīng)用日益廣泛，在很多時(shí)候需要對非常復(fù)雜的模型進(jìn)行有限元模型的建立，其需要處理的模型也越來越復(fù)雜，ANSYS自帶的建模功能顯出很多的不足之處。??
Solidworks作為一款三維CAD軟件，其擁有強(qiáng)大的參數(shù)化建模能力，可以建立非常復(fù)雜的實(shí)體模型。因此，如果充分利用Solidworks快速準(zhǔn)確建模的特長，把在Solidworks建立好的模型導(dǎo)入到ANSYS中進(jìn)行分析就可以很好地解決ANSYS建模能力的不足。現(xiàn)在，大多數(shù)的技術(shù)人員都是利用三維CAD軟件建模，通過ANSYS與三維CAD軟件之間的圖形接口將建立好的模型導(dǎo)入到ANSYS。了解ANSYS與Solidworks之間的導(dǎo)入接口，能有效提高模型質(zhì)量，簡化分析工作，對CAE分析人員有著非常重要的意義。眾所周知，對于有限元分析來說，網(wǎng)格劃分是其中最關(guān)鍵的一個(gè)步驟，網(wǎng)格劃分的好壞直接影響到解算的精度和速度。在ANSYS中，大家知道，網(wǎng)格劃分有三個(gè)步驟：定義單元屬性（包括實(shí)常數(shù)）、在幾何模型上定義網(wǎng)格屬性、劃分網(wǎng)格。在這里，我們僅對網(wǎng)格劃分這個(gè)步驟所涉及到的一些問題，尤其是與復(fù)雜模型相關(guān)的一些問題作簡要闡述。?????
自由網(wǎng)格劃分??
自由網(wǎng)格劃分是自動化程度最高的網(wǎng)格劃分技術(shù)之一，它在面上（平面、曲面）可以自動生成三角形或四邊形網(wǎng)格，在體上自動生成四面體網(wǎng)格。通常情況下，可利用ANSYS的智能尺寸控制技術(shù)（SMARTSIZE命令）來自動控制網(wǎng)格的大小和疏密分布，也可進(jìn)行人工設(shè)置網(wǎng)格的大小（AESIZE、LESIZE、KESIZE、ESIZE等系列命令）并控制疏密分布以及選擇分網(wǎng)算法等（MOPT命令）。點(diǎn)擊工程對話框的mesh選項(xiàng)，，并設(shè)置relvence選項(xiàng)值為100，這樣可以得到較高的網(wǎng)格區(qū)域，右擊，點(diǎn)擊mesh，軟件自動進(jìn)行網(wǎng)格劃分?；シ鄢晒笕缦聢D所示
4.3.4工況條件
對模型進(jìn)行工況設(shè)置，包括固定部分和受力部分。點(diǎn)擊supports下的fixed support定義固定載荷，本模型中，設(shè)定地面為固定。如下圖
設(shè)置受力載荷，由于西電機(jī)定轉(zhuǎn)子在工作過程中，受到與鉆頭相反方向的力，為向上和向后的力?？梢栽陔姍C(jī)定轉(zhuǎn)子支架上定義兩個(gè)分力，分別為向上和向后。如下圖所示：
4.3.5解析
對于某些結(jié)構(gòu)，從概念的角度看，可以認(rèn)為它是幾何不變的穩(wěn)定體系。但如果結(jié)構(gòu)相近的幾個(gè)主要構(gòu)件剛度相差懸殊，在數(shù)值計(jì)算中就可能導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算的較大誤差，嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的幾何可變性——忽略小剛度構(gòu)件的剛度貢獻(xiàn)。
如出現(xiàn)上述的結(jié)構(gòu)，要分析它，就得降低剛度很大的構(gòu)件單元的剛度，可以加細(xì)網(wǎng)格劃分，或著改用高階單元（BEAM->SHELL,SHELL->SOLID)。構(gòu)件的連接形式（剛接或鉸接）等也可能影響到結(jié)構(gòu)的剛度。
充分利用ANSYS MAP分網(wǎng)和SWEEP分網(wǎng)技術(shù)，盡可能獲得六面體網(wǎng)格，這一方面減小解題規(guī)模，另一方面提高計(jì)算精度。
工況條件設(shè)置完畢可以進(jìn)行解析，點(diǎn)擊solve按鈕，軟件進(jìn)入解析狀態(tài)。如下圖
解析最終結(jié)果包括應(yīng)力，應(yīng)變，位移。
近切取一個(gè)各平面都平行于坐標(biāo)平面的六面體。此六面體上三個(gè)互相垂直的三個(gè)平面上的應(yīng)力分量即可表示該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)[1]?。
為規(guī)定應(yīng)力分量的正負(fù)號，首先假設(shè)：法向與坐標(biāo)軸正向一致的面為正面；與坐 標(biāo)軸負(fù)向一致的面為負(fù)面。進(jìn)而規(guī)定：正面上指向坐標(biāo)軸正向的應(yīng)力為正，反之為負(fù)； 負(fù)面上指向坐標(biāo)軸負(fù)向的應(yīng)力為正，反之為負(fù)。三個(gè)正面上共有九個(gè)應(yīng)力分量（包括三個(gè)正應(yīng)力和六個(gè)切應(yīng)力）。此九個(gè)應(yīng)力分量可寫成如下矩陣形式：
如果作用在某一截面上的全應(yīng)力和這一截面垂直，即該截面上只有正應(yīng)力，切應(yīng)力為零，則這一截面稱為主平面，其法線方向稱為應(yīng)力主方向或應(yīng)力主軸，其上的應(yīng)力稱為主應(yīng)力。如果三個(gè)坐標(biāo)軸方向都是主方向，則稱這一坐標(biāo)系為主坐標(biāo)系。
應(yīng)力張量不變量
在求解主應(yīng)力的過程中會得到以主應(yīng)力為未知數(shù)的三次方程，叫做狀態(tài)方程[2]?。
狀態(tài)方程的三個(gè)系數(shù)唯一由主應(yīng)力確定，而一點(diǎn)的主應(yīng)力是唯一的，這樣就得到了不隨坐標(biāo)變化的三個(gè)量，叫作應(yīng)力張量不變量
用一般應(yīng)力表示為
紅色部分代表最大的值。由彩虹圖可以看出每一部分的值，也可以通過軟件設(shè)定，看任何部位的分析結(jié)果
紅色部分代表最大的值。由彩虹圖可以看出每一部分的值，也可以通過軟件設(shè)定，看任何部位的分析結(jié)果
參考文獻(xiàn)
結(jié)論
一、總結(jié)
第一部分，文獻(xiàn)資料的搜集與整理。通過專利網(wǎng)、文獻(xiàn)庫和老師給的資料，了解了當(dāng)前主流的幾種機(jī)車轉(zhuǎn)向架助推器類型。然后根據(jù)文獻(xiàn)資料，綜合分析每種助推器的優(yōu)劣，綜合比較借鑒，初步確定采用撬棍杠桿式助推方式。
第二部分，確定局部和整體方案。進(jìn)一步分析撬棍式助推器的助推方式，及需要哪些相配合的機(jī)構(gòu)，將助推器分為執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)三部分。然后先對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論受力分析，分析其位移量。借此計(jì)算出傳動部分帶輪減速的傳動比和需要的電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而確定電機(jī)選型，至此傳動部分和驅(qū)動部分也同時(shí)確定下來。
第四部分，各部件具體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核。根據(jù)前面三章的內(nèi)容，確定執(zhí)行系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)各部件的具體結(jié)構(gòu)尺寸，確定軸上零件的定位和裝配方式，最后選擇合適的軸承并對各部件進(jìn)行校核。
二、設(shè)計(jì)的不足之處
這次的設(shè)計(jì)還只是階段性的，助推器的結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)行局部優(yōu)化，中間的傳動系統(tǒng)也有很多不同的方案可以選擇，比如選擇帶輪傳動代替鏈傳，
三、個(gè)人體會
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年期間最后一次正式的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了，可以說是跨出大學(xué)校園的最后一步。需要考察自己大學(xué)期間學(xué)習(xí)的各項(xiàng)專業(yè)技能和課程知識，并且要綜合運(yùn)用，對自己也是一次全面的提高。
因?yàn)榭佳械年P(guān)系，很多時(shí)間被占用了，所以畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間比較緊，中間過程略顯倉促。剛開始做課題使并沒有什么頭緒，不知道從哪里下手。就像無頭的蒼蠅，這里做一些，那里做一些，其中受力分析就做了很多遍，事實(shí)證明這些都是無用功。后來跟指導(dǎo)老師溝通了很多次，確定下來步驟。先綜合分析助推器的總體結(jié)構(gòu)，分成幾部分，比如驅(qū)動、傳動、執(zhí)行部分，這樣就有了一個(gè)大的方向。
因此，我體會到初步設(shè)計(jì)必須確定每一部分的工作，由大到小，先分析結(jié)構(gòu)，再對結(jié)構(gòu)的運(yùn)動和動力性能綜合分析，不斷的修正、不斷的改進(jìn)，這樣才能做出完整的設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
[1]楊穎萍，施俊俊，孫英彪.客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊修工藝的探討[A].第十四屆全國機(jī)械設(shè)計(jì)年會論文集[C].中國機(jī)械工程學(xué)會，2008.
[2]蒼松.動車組轉(zhuǎn)向架虛擬裝配技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].遼寧：大連交通大學(xué)，2009
[3]Http://www.easymover.it/en/pusher.php,5-20/2013-5-20
[4]Gregory James Newell. Materials handling device and system. [P].U.S. Patent No.7168514B2,Jan.30,2007
[5]Http://www.fetec-papier.de/Easy_Mover_-_Rllentransportger/Details_Easy_Mover/details_easy_mover.html,5-20/2013-5-20
[6]Http://www.mastermover.com,5-20/2013-5-20
[7]濮良貴，紀(jì)名剛，陳國定等.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].第八版.北京：高等教育出版社,2006,5
[8]王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1996
[9]馬明勛,王昆侖. 數(shù)控銑床微聯(lián)接加工工藝在鈑金制造中的應(yīng)用[J]機(jī)械工程師, 2001,(12):47-48
[10]談筱瑜.數(shù)控銑床加工工藝的改進(jìn)??[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床,2003,(01):69-71
[11]李偉; 李佳.數(shù)控沖剪復(fù)合機(jī)床在鈑金加工工藝中的應(yīng)用??[J].?科技資訊 ,2007,(17):80
[12] 馬明勛,王昆侖.數(shù)控銑床微聯(lián)接加工工藝在鈑金制造中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2001,(12):47-48
[13] 熊清平.數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢 [J].機(jī)電工程技術(shù),2004,(9):95-98
[14] 王張，馬明勛,. 數(shù)控銑床微聯(lián)接加工工藝在鈑金制造中的應(yīng)用 [7]談筱瑜.數(shù)控銑床加工工藝的改進(jìn)?
[15]李設(shè)定; 李分.數(shù)控沖剪復(fù)合機(jī)床在鈑金加工工藝中的應(yīng)用??[J].?科技資訊 ,2007,(17):80
[16]劉明完全昆侖.數(shù)控銑床微聯(lián)接加工工藝在鈑金制造中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師,2001,(12):47-48
[17] 熊讓，人控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展趨勢 [J].機(jī)電工程技術(shù),2004,(9):95-98
[18]華楚生主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999，ISBN 7-111-06755-X/TH.906
[19]吳宗澤主編，機(jī)械設(shè)計(jì)，北京：高等教育出版社，2001
[20]王昆，何小柏，汪信遠(yuǎn)主編，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊，北京：高等教育出版社，1991,ISBN 7-302-00683-0/TH.29
[21]喻子建，張磊，邵偉平，機(jī)械設(shè)計(jì)習(xí)題與解題分析，沈陽：東北大學(xué)出版社，2000，ISBN 7-81054-5612
[22]孔凌嘉，張春林主編，機(jī)械基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計(jì)，北京理工大學(xué)出版社， 2004，ISBN 7-5640-0093-7
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近尾聲了，也意味我在大學(xué)的生活就要?jiǎng)澤弦粋€(gè)句號?；剡^頭來看看自己做設(shè)計(jì)的過程，也有很多體會。助推器的助推方案不斷推倒，不斷重建。也讓我對專業(yè)技能有了更深的了解。
首先，誠摯感謝我的指導(dǎo)老師。每當(dāng)我有不懂的問題的時(shí)候，老師總是耐心為我解答，而且解答地很詳細(xì)，讓我對下一步的工作有了清晰的認(rèn)識。在我沒有頭緒的時(shí)候，老師總是適時(shí)地提出自己的建議，循循善誘，給我思考的空間，鍛煉了我的專業(yè)思維。老師總是抽出自己的時(shí)間來督促我論文的進(jìn)度，這是很無私的。在此，向老師表示崇高的謝意！
感謝四年來同學(xué)、老師的陪伴，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴暮蛯氋F的建議，有了他們的支持和鼓勵(lì)，才讓我度過了四年充實(shí)的大學(xué)生活。
收藏