導(dǎo)讀：大家好，我是仿真秀專欄作者扶工CAE，先前我在B站創(chuàng)作并分享，2022年我受邀入駐仿真秀，分享這些年來我在企業(yè)工程仿真過程中積累寶貴經(jīng)驗，目前分享了多套電機相關(guān)CAE分析視頻教程，深受用戶的喜愛，歡迎試看。

我本科畢業(yè)于大連理工大學(xué)機械專業(yè)，后在韓國國立昌原大學(xué)碩士。目前從事CAE行業(yè)二十余年，在各大企業(yè)開展CAE一線工作，涉足的行業(yè)有航空，汽車發(fā)動機，汽車零部件，電機，電梯，橡膠塑料，電子顯示模組等。我擅長的領(lǐng)域有Ansys Mechanical， LS-Dyna， Fluent， CFX，F(xiàn)lotherm XT， Dynaform， Hyperworks， Moldflow， Solidworks Simulation， Marc等。歡迎大家關(guān)注我和進一步技術(shù)交流。

一、電機機座壓定子CAE分析

電機機座與定子鐵芯通過冷壓或熱套進行裝配，由于是過盈配合，很容易導(dǎo)致機座變形與開裂，特別是鑄鐵機座。如何確定合理的過盈量，既能承擔(dān)一定的扭矩，又能避免變形過大和開裂，都可以通過CAE仿真進行預(yù)測。

1、幾何處理

定子鐵芯要進行簡化，去除齒部，鐵芯外徑要比機座內(nèi)徑大一些，也就是要加上最大的過盈量。

機座要進行簡化，去除一些小特征，比如一些不影響結(jié)構(gòu)強度的小孔和圓角等。

2、材料特性

定子鐵芯是疊片結(jié)構(gòu)，是各向異性材料，可以在Ansys 里面設(shè)置。同時我們要導(dǎo)入機座材料鑄鐵HT200的材料特性，彈性模量為1.1e5 MPa，泊松比0.31，密度 7100 kg/m^3。

要確保分析模型中鐵芯的方向，和材料特性中的各向異性的方向?qū)?yīng)，如果方向不對，可以在Ansys中旋轉(zhuǎn)模型，如下：

3、CAE模型設(shè)置

由于機座是圓筒結(jié)構(gòu)，需要使用柱坐標，便于加載或查看結(jié)果，我們可以在機座中心建立一個柱坐標系。

接觸設(shè)置很關(guān)鍵，這里可以采用摩擦接觸，摩擦系數(shù)為0.1。關(guān)于接觸算法，要確保穿透量最小。說到這里，拉格朗日嘴角露出微笑，我可以確保沒有穿透，我一直以來沒有被各位使用過，原來我也是有用的，天生我材必有用。

全局網(wǎng)格尺寸可以設(shè)為15mm，配合面的網(wǎng)格尺寸加密到5mm，后續(xù)可以根據(jù)分析結(jié)果，來進一步進行局部網(wǎng)格加密。

4、邊界條件

關(guān)于約束，可以采用遠程位移，約束6個自由度。遠程位移這個工具，會給大家?guī)砗芏嗟捏@喜；如果你還沒有經(jīng)常用到這個工具，說明你在仿真方面要進步的空間還很大。

設(shè)置兩個載荷步，第一步施加過盈配合，第二步在機座上施加扭矩，看多大扭矩的時候，機座會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

在四個地腳孔施加扭矩，扭矩要通過坐標系來定義軸線，通過表格施加扭矩，最大扭矩為10000N.m， 要注意Ansys中的扭矩單位為N.mm。

5、結(jié)果與后處理

接下來，就可以保存模型后，進行計算了，收斂曲線如下。我們看到第一步的過盈配合很快收斂，第二步在1.95s以后就不收斂了，說明機座發(fā)生了轉(zhuǎn)動，過盈配合產(chǎn)生的摩擦力已經(jīng)不足以承擔(dān)這么大的扭矩了。

我們看一下變形曲線，時刻1.6s以后，變形就急劇上升，說明機座已經(jīng)開始旋轉(zhuǎn)了，此時對應(yīng)的扭矩為6000N.m，說明過盈配合產(chǎn)生的摩擦力，能承擔(dān)約6000N.m的扭矩。

我們還有一個辦法來評估過盈量能承擔(dān)多大的扭矩，就是通過接觸工具，來提取過盈配合面的平均壓力，再乘以配合面的面積，就可以得出總的正壓力了。取摩擦系數(shù)0.1，就可以得出能承受的摩擦力。摩擦力再乘以配合面的半徑，就可以得出摩擦力能承受多大的扭矩了。因此，下次我們就不需要設(shè)置兩個載荷步，通過旋轉(zhuǎn)機座來得出能承受多大的扭矩了。

接下來，我們可以通過柱坐標系，來評估止口位置的徑向變形了。如果徑向變形量太大，會影響兩個端蓋的同心度，從而導(dǎo)致氣隙不均，產(chǎn)生電磁噪聲。當然徑向變形量的大小，也是有評估標準的，不同的機座尺寸有不同的評估標準。

如何評估壓定子時機座是否會開裂？我們知道，鑄鐵是脆性材料，抗壓不抗拉，因此要用拉應(yīng)力，也就是第一主應(yīng)力來評估。評估標準可以取鑄鐵抗拉強度的0.8倍，這樣HT200的評估標準為160MPa。下圖所示機座的最大應(yīng)力為126MPa， 滿足強度的標準，不會開裂。

二、Ansys電機整機結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)進階

通過機座與定子鐵芯之間的非線性接觸分析，可以評估機座是否開裂，止口變形是否滿足要求，以及過盈配合能承擔(dān)多大的扭矩。本文施加的是最大的過盈量，我們還可以施加最小過盈量，計算一下最小能承受多大的扭矩，來確定合理的過盈量范圍。

這樣的案例在我的獨家原創(chuàng)精品課《Ansys電機整機結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)進階課12講》還有很多，旨在讓讀者獲得整機疲勞強度剛度、NVH和流固耦合分析能力。強烈推薦電機結(jié)構(gòu)設(shè)計工程師、機械仿真工程師和理工科院校學(xué)生及教師學(xué)習(xí)。

審核編輯 ：李倩