轧钢主机阻尼环优化探析

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本文作者：李伟、陈卫杰 单位：哈尔滨电气动力装备有限责任公司

为分析阻尼环产生变形的原因，我们对阻尼环及其连接部件建立物理模型，进行了有限元计算，分析其变形原因，找出其解决问题的办法。

受力部件的物理模型

该电机的主要旋转部件包括主轴、磁极冲片、磁极压板、磁极线圈等。为提高主轴的抗冲击和过负荷能力，磁轭与转轴锻成一体，在磁轭上加工出鸽尾槽以便安装转子磁极。磁极冲片是由1．5mm厚优质冷轧钢板冲制而成，极身下部采用鸽尾结构。磁极线圈带有普通匝和散热匝，线圈匝间绝缘采用两层0．13mm厚上胶Nomex纸，线圈的上、下表面和对地绝缘均使用Nomex纸固化成型。磁极线圈套入磁极铁心后，用浸胶涤纶毡和环氧玻璃布板将端部和其它所有缝隙塞满，加热固化后使磁极线圈、磁极铁心和托板成为一体，提高了转子部分的电气可靠性。电动机的阻尼绕组采用全阻尼系统，阻尼环之间采用特殊的连接结构，并在磁极之间装有元宝形撑块，将磁极线圈压在磁极上。阻尼系统按电机工况的情况进行结构设计，为避免产生机械疲劳和有害变形，用阻尼环连接件将阻尼环直接固定在轴上，同时在阻尼环和磁极压板上加工有止口，有效防止了高转速下阻尼环变形。阻尼环连接结构如图4所示。

在磁极冲片建模过程中，磁极冲片、螺杆、阻尼条和轴以及连接键均采用平面应变单元。考虑到轴结构的对称性，转轴取整体结构的1/6，约束两端截面处结点的切向位移，由于螺杆和阻尼条的离心力作用于磁极冲片，而螺孔和阻尼条孔对冲片的刚度没有贡献，因此在有限元模型中，螺杆和阻尼条与磁极冲片采用公用节点连接，材料密度分别用钢和铜的密度，弹性模量均取一个很小的值，即10000Nm/mm2;连接键与磁极冲片配合面采用间隙单元连接，轴和连接键的接触面分别采用位移约束单元，以保证位移的一致性，线圈的离心力以力的形式加载在冲片的两端。

强度计算

本文采用有限元程序I-DEAS6．0，对TBP7000-6电机的阻尼条和阻尼环进行了计算。计算模型包括磁极压板、阻尼条、阻尼环、收缩环、螺杆孔、轴和连接键，计算参数如下额定转速:nN=710r/min超速转速:nN1=852r/min磁极压板材料:锻钢D20Mn磁极压板弹性模量:E=2．068×105MPa磁极压板屈服极限:σs=450MPa泊松比:μ=0．29磁极压板材料密度:ρ=7．82×103kg/m3轴的材料:34CrNi3Mo轴材料拉伸屈服极限径向:σs≥490MPa纵向和切向:σs≥540MPa阻尼条材料T2紫铜阻尼条材料强度极限:σb=275MPa

改进后的阻尼条应力分布如图5所示。φ20计算结果:根据实际受力情况，计算了超速转速下852r/min时9根φ20阻尼条和磁极压板、轴鸽尾槽以及阻尼环等的应力，其应力分布图见图5，计算结果见表1。由计算结果可以看出，阻尼条应力过大，已经接近其屈服极限。现将阻尼条面积加大，将φ20阻尼条换成φ25阻尼条，其计算后的应力分布图如图6所示。根据实际受力情况，在超速转速852r/min时，9根φ25阻尼条和磁极压板、轴鸽尾槽以及阻尼环等的应力分布图如图6所示，计算结果见表2。

由计算结果看到，将φ20阻尼条换成φ25阻尼条后，阻尼条的应力由207MPa降低到179MPa。阻尼条应力减小后，阻尼条的变形明显减小，因此阻尼环的变形会等到改善。另外经过电磁核算，由阻尼条尺寸的变化而引起电机的电磁参数的变化不大，如:励磁电流由622A增加到623A;励磁电压由79．9V增加到80V。

结语

通过对以上实例的分析，在以后精轧电机的设计中，要充分考虑阻尼环的变形。而阻尼环的变形，有可能是阻尼条的应力过大引起的，因此，要合理选择阻尼条的直径或改变阻尼环的结构。以防止阻尼环的变形。