第1期 2017年1月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)01005004
D0I:10.13462/j. cnki. mmtamt.2017.01.014
基于 nCode Design-Life的永磁同步
电机主轴的疲劳特性分析于慎波，李红，翟风军，钟双双，夏鹏澎（沈阳工业大学机械工程学院，沈阳110870）
No.1 Jan.2017
摘要：针对某型号永磁同步电机主轴局部出现裂纹或断裂现象展开了分析研究。首先用解析法和数值法对电机主轴进行了二维电磁力计算分析，确定了作用在主轴上的载荷谱。然后利用nCodeDe-sign-Life中的S-N分析方法，对永磁同步电机的主轴进行疲劳特性分析。得到主轴的疲劳损伤云图，结果显示在主轴输出端第一变截面处出现了应力集中。在瞬态电磁力和输出脉动转矩循环作用下，存在断轴隐患。提出了在变截面处采用凹圆角的加工方法，可有效的减少应力集中，提高主轴寿命。
为永磁同步电机的可靠性设计提供了参考。关键词：疲劳分析：永磁同步电机；电磁力
中图分类号：TH166；TG506
文献标识码：A
Fatigue Characteristic Analysis of the Rotor of Permanent Magnet
Synchronous Motor Based on nCode Design-Life
YU Shen-bo, LI Hong,ZHAI Feng-jun,ZHONG Shuang-shuang,XIA Peng-peng
(School of Mechanical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)
Abstract : This paper researches the phenomenon of the crack and the break appearing on the rotor of Perma nent Magnet Synchronous Motor (PMSM). Firstly, 2D electromagnetic force on the rotor is analyzed and computed by analytical and numerical method. Load spectrum on the rotor is defined. The fatigue character-istics of the rotor are analyzed by using S-N analysis method of nCode Design-Life. The stress concentration appears on the first section on the output side of the rotor from the fatigue damage distributing. The danger of broken shaft is hidden under the cycle action of transient electromagnetic force and output ripple torque Based on this, the paper introduces the machining method of concave fillet at the variable section, which can effectively reduce the stress concentration and increase the life span of rotor. The achieved results can pro-vide the reference of reliability design of PMSM.
Key words: fatigue analysis; permanent magnet synchronous motor; electromagnetic force
0引言
永磁同步电机作为驱动元件具有维护方便、可控
性强、受环境影响小、电机效率及功率因数高等诸多优点，被广泛的应用于工业及生活中[12]。然而，由于电机转子要安装永磁体，其转轴结构尺寸受到限制。加之转轴在瞬态电磁力和输出脉动转矩循环作用下，常常会产生疲劳损伤破坏，因此，永磁同步电机的可靠性问题倍受人们的关切。
在疲劳特性分析方面，很多专家学者对影响主轴的疲劳特性的因素进行了深入的研究。文献[3]对电
机的轴进行了静力学的疲劳分析，提出了在轴肩处增大圆角提高主轴疲劳强度的方法。文献[4]应用An sys软件中的疲劳分析模块对变速器主轴进行了结构疲劳分析，校核了轴的疲劳寿命满足设计寿命要求。文献[5]通过试验的方法证明了粗糙度对寿命的影响，得出粗糙度的增大，疲劳寿命会相应的减小的结论。
永磁同步电机内部定子绕组产生基波磁场和永磁体产生的谐波磁场相互作用，产生不断变化的径向电磁力和输出转矩。径向电磁力引起主轴的弯曲振动，
收稿日期：2016-09-21；修回日期：2016-11-02
*基金项目：国家自然科学基金项目（51175350）；沈阳市科技计划项目（F15-199-1-13）
作者简介：于慎波(1958一），男，沈阳人，沈阳工业大学教授，博士，研究方向为电机噪声与振动抑制技术，（E-mail）yushenbo@126.com；通讯作
者：李红（1989—），女，山东润博人，沈阳工业大学硕土研究生，研究方向为机械设计制造及其自动化，（E-mail)274709167@qq-com。万方数据