李鳳英，姜輝，郭子翔

(吉林石化公司乙烯廠，吉林省吉林市132002)

0 引言

目前國(guó)內(nèi)某些高、低壓電動(dòng)機(jī)鼠籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用銅條材質(zhì)，電動(dòng)機(jī)工作過程中，轉(zhuǎn)子端環(huán)受離心力的作用，出于安全考慮，轉(zhuǎn)子端環(huán)處均增加了護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。隨著端環(huán)制造工藝的改進(jìn)以及新材料的使用，鼠籠型銅條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子端環(huán)是否需要增加護(hù)環(huán)提出了質(zhì)疑，若能省去護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)，則即可以減少制造車間加工量，又可以減少電機(jī)的裝配時(shí)間。本文通過分析國(guó)內(nèi)某電機(jī)廠YKK630-4 電機(jī)，舉例說明了銅條轉(zhuǎn)子是否需要增加護(hù)環(huán)的方法。

1 銅條轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的理論分析

我們假設(shè)端環(huán)是單獨(dú)的厚度均勻環(huán)，即不考慮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)銅條對(duì)端環(huán)的影響，也不考慮電動(dòng)機(jī)工作時(shí)溫度的影響，只把超速時(shí)端環(huán)的離心力來計(jì)算端環(huán)的徑向拉伸應(yīng)力。

式中，ρ—材料的密度，銅的密度為8.85×103kg/m3;ω—角速度，ω=2×π×n/60≈n/10 弧度/秒;n—額定轉(zhuǎn)速r/min;g—重力加速度9.8m/s2;R1—端環(huán)外徑m;R2—端環(huán)內(nèi)徑m。

當(dāng)端環(huán)材質(zhì)為銅和銅合金的時(shí)候，超速情況下的平均徑向拉力δ 若超過4.2×106kg/m2時(shí)，就應(yīng)該增加護(hù)環(huán)，反之，就不需要增加護(hù)環(huán)。

YKK630-4 電動(dòng)機(jī)的具體參數(shù):銅條轉(zhuǎn)子端環(huán)外徑R1=0.316m，端環(huán)內(nèi)徑R2=0.2115m，n=1500rpm，取超速20%情況進(jìn)行計(jì)算，此時(shí)n 值取1 800rpm。則超速端環(huán)的徑向拉力為

通過以上計(jì)算可看出，平均徑向拉力δ=2.062×106kg/m2＜4.2×106kg/m2，符合不需要增加護(hù)環(huán)的條件，故通過理論算法此型號(hào)電機(jī)完全可以不用增加護(hù)環(huán)。

2 有限元分析

我們通過有限元的方法進(jìn)一步分析該型號(hào)電機(jī)是否需要增加護(hù)環(huán)，利用Ansys 軟件對(duì)端環(huán)進(jìn)行建模仿真。

仿真中，假設(shè)端環(huán)是單獨(dú)的厚度均勻環(huán)，不考慮溫度的影響，超速運(yùn)行。銅條轉(zhuǎn)動(dòng)過程中通過轉(zhuǎn)矩的方式傳遞給端環(huán)，電機(jī)自身的單邊磁拉力也以轉(zhuǎn)矩的形式施加在端環(huán)上，具體的仿真結(jié)果見圖1、圖2、圖3。

圖1 仿真的模型及約束施加

圖2 端環(huán)的超速情況下的形變量

圖3 端環(huán)的平均應(yīng)力分布

通過有限元仿真分析我們可以看出，在超速運(yùn)行的過程中，端環(huán)的最大形變量為0.024592mm，且發(fā)生的位置為端環(huán)的內(nèi)表面;端環(huán)的最大徑向應(yīng)力發(fā)生位置為端環(huán)的內(nèi)表面，最大徑向拉力值為23.567MPa，將其值折算到理論計(jì)算中的單位，此值應(yīng)為2.3567×106kg/m2＜4.2×106kg/m2，依然滿足經(jīng)典公式中的要求，同樣符合不需要增加護(hù)環(huán)的條件，故通過有限元分析法，此型號(hào)電機(jī)完全可以不用增加護(hù)環(huán)。

3 結(jié)語

通過以上理論公式計(jì)算及有限元分析得出結(jié)論:YKK630-4 電機(jī)可以在不加護(hù)環(huán)的基礎(chǔ)上，安全運(yùn)行。其后在電動(dòng)機(jī)的試制和運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，銅條轉(zhuǎn)子均未發(fā)現(xiàn)異常，證明了理論公式計(jì)算及有限元分析的結(jié)果完全符合電動(dòng)機(jī)實(shí)際工況。

通過以上計(jì)算和有限元仿真分析，為設(shè)計(jì)提供了鼠籠型銅條轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子端環(huán)是否增加護(hù)環(huán)的依據(jù)，同時(shí)，節(jié)省了生產(chǎn)車間的加工和裝配時(shí)間，降低了企業(yè)管理成本，提高了電機(jī)的可靠性，增強(qiáng)了企業(yè)同類型產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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