軋鋼主機阻尼環優化探析

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本文作者：李偉、陳衛杰 單位：哈爾濱電氣動力裝備有限責任公司

為分析阻尼環產生變形的原因，我們對阻尼環及其連接部件建立物理模型，進行了有限元計算，分析其變形原因，找出其解決問題的辦法。

受力部件的物理模型

該電機的主要旋轉部件包括主軸、磁極沖片、磁極壓板、磁極線圈等。為提高主軸的抗沖擊和過負荷能力，磁軛與轉軸鍛成一體，在磁軛上加工出鴿尾槽以便安裝轉子磁極。磁極沖片是由1．5mm厚優質冷軋鋼板沖制而成，極身下部采用鴿尾結構。磁極線圈帶有普通匝和散熱匝，線圈匝間絕緣采用兩層0．13mm厚上膠Nomex紙，線圈的上、下表面和對地絕緣均使用Nomex紙固化成型。磁極線圈套入磁極鐵心后，用浸膠滌綸氈和環氧玻璃布板將端部和其它所有縫隙塞滿，加熱固化后使磁極線圈、磁極鐵心和托板成為一體，提高了轉子部分的電氣可靠性。電動機的阻尼繞組采用全阻尼系統，阻尼環之間采用特殊的連接結構，并在磁極之間裝有元寶形撐塊，將磁極線圈壓在磁極上。阻尼系統按電機工況的情況進行結構設計，為避免產生機械疲勞和有害變形，用阻尼環連接件將阻尼環直接固定在軸上，同時在阻尼環和磁極壓板上加工有止口，有效防止了高轉速下阻尼環變形。阻尼環連接結構如圖4所示。

在磁極沖片建模過程中，磁極沖片、螺桿、阻尼條和軸以及連接鍵均采用平面應變單元。考慮到軸結構的對稱性，轉軸取整體結構的1/6，約束兩端截面處結點的切向位移，由于螺桿和阻尼條的離心力作用于磁極沖片，而螺孔和阻尼條孔對沖片的剛度沒有貢獻，因此在有限元模型中，螺桿和阻尼條與磁極沖片采用公用節點連接，材料密度分別用鋼和銅的密度，彈性模量均取一個很小的值，即10000Nm/mm2;連接鍵與磁極沖片配合面采用間隙單元連接，軸和連接鍵的接觸面分別采用位移約束單元，以保證位移的一致性，線圈的離心力以力的形式加載在沖片的兩端。

強度計算

本文采用有限元程序I-DEAS6．0，對TBP7000-6電機的阻尼條和阻尼環進行了計算。計算模型包括磁極壓板、阻尼條、阻尼環、收縮環、螺桿孔、軸和連接鍵，計算參數如下額定轉速:nN=710r/min超速轉速:nN1=852r/min磁極壓板材料:鍛鋼D20Mn磁極壓板彈性模量:E=2．068×105MPa磁極壓板屈服極限:σs=450MPa泊松比:μ=0．29磁極壓板材料密度:ρ=7．82×103kg/m3軸的材料:34CrNi3Mo軸材料拉伸屈服極限徑向:σs≥490MPa縱向和切向:σs≥540MPa阻尼條材料T2紫銅阻尼條材料強度極限:σb=275MPa

改進后的阻尼條應力分布如圖5所示。φ20計算結果:根據實際受力情況，計算了超速轉速下852r/min時9根φ20阻尼條和磁極壓板、軸鴿尾槽以及阻尼環等的應力，其應力分布圖見圖5，計算結果見表1。由計算結果可以看出，阻尼條應力過大，已經接近其屈服極限。現將阻尼條面積加大，將φ20阻尼條換成φ25阻尼條，其計算后的應力分布圖如圖6所示。根據實際受力情況，在超速轉速852r/min時，9根φ25阻尼條和磁極壓板、軸鴿尾槽以及阻尼環等的應力分布圖如圖6所示，計算結果見表2。

由計算結果看到，將φ20阻尼條換成φ25阻尼條后，阻尼條的應力由207MPa降低到179MPa。阻尼條應力減小后，阻尼條的變形明顯減小，因此阻尼環的變形會等到改善。另外經過電磁核算，由阻尼條尺寸的變化而引起電機的電磁參數的變化不大，如:勵磁電流由622A增加到623A;勵磁電壓由79．9V增加到80V。

結語

通過對以上實例的分析，在以后精軋電機的設計中，要充分考慮阻尼環的變形。而阻尼環的變形，有可能是阻尼條的應力過大引起的，因此，要合理選擇阻尼條的直徑或改變阻尼環的結構。以防止阻尼環的變形。