一种电机转子叠片强度仿真分析方法与流程

本技术涉及电机转子强度仿真，尤其涉及一种电机转子叠片强度仿真分析方法。

背景技术：

1、电机转子叠片是驱动电机的核心传力与电磁功能部件，转子铁芯由多层硅钢冲片叠压装配而成，支撑永磁体、平衡板等结构，并承受高速旋转产生的离心载荷与转轴传递的扭矩，以实现电机的能量转换与动力输出，满足整车动力系统的性能需求。转子叠片是电机转子总成上最核心的承载部件，高效准确地计算其强度，可以及时对叠片结构进行优化设计，有利于节约研发成本，缩短产品开发周期。

2、产品设计过程中，通常采用两种技术手段获得电机转子叠片的强度。一是试验技术手段，其依赖于物理样机与专用高速试验台架，试验周期长，相对产品开发进程滞后，需要试制多套叠片试样及配套装夹工装，成本较高，且难以全面覆盖极限转速、高低温等多工况测试，不能完全满足产品快速迭代开发的需要。二是仿真技术手段，其通过搭建转子叠片强度有限元模型，加载额定工况下的离心载荷、过盈配合载荷等边界条件进行仿真计算，获得叠片结构的塑性应变分布。当最大塑性应变值低于要求的材料延伸率阈值时，判断转子叠片强度满足要求。

3、然而，当前转子叠片强度计算存在显著局限性。分析过程普遍忽略材料塑性本构模型与叠片-转轴过盈配合的作用效应，线弹性分析假设存在固有应用局限，且未纳入温升引起的热应力与材料性能变化影响。同时，键槽、通风孔、磁钢槽等局部特征的应力集中效应，进一步提升了全参数精细化建模的实现难度。受上述因素共同作用，采用简化模型得到的转子叠片强度结果浮动较大，计算精度偏低。

4、例如，《电机转子冲片及其仿真验证方法》（cn120414954a）通过建立转子叠片有限元分析模型，提供了一种电机转子冲片及其仿真验证方法。但该方法仅采用线弹性材料本构进行仿真计算，仅依靠等效应力与预设性能阈值的比对开展强度评价，忽略了材料屈服进入塑性阶段后应力重分布、塑性变形累积对结构真实承载能力的影响，强度评价方法较为单一，在载荷接近或超过材料屈服极限的工况下，评价结果与实际力学行为存在较大偏差。

5、《一种电机转子结构强度验证系统》（cn110736925a）提供的方法是一种试验测试方法，测试周期长，样机与工装投入成本高，不利于设计初期快速验证方案、节约成本与缩短研发周期。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电机转子叠片强度仿真分析方法，以解决现有技术在转子叠片强度仿真中存在的计算精度低、强度评价方法单一、无法真实考虑弹塑性本构与过盈配合作用的问题。

2、本发明提供了下述方案：

3、一种电机转子叠片强度仿真分析方法，包括：

4、获取转子总成各零部件几何模型，并对所述零部件几何模型进行几何处理，所述转子总成各零部件包括转子叠片、磁钢和转子轴；

5、对几何处理后的零部件几何模型进行网格划分，建立转子叠片强度有限元模型；

6、基于预定义的部件连接关系对所述转子叠片强度有限元模型进行装配，并定义所述转子叠片强度有限元模型中各零部件的材料属性；

7、设置所述转子叠片强度有限元模型的边界条件与载荷，并基于所述边界条件与所述载荷定义静强度工况；

8、对所述转子叠片强度有限元模型进行求解计算，得到所述静强度工况的计算结果，并根据所述计算结果生成转子叠片强度分析结果。

9、在一种可选的实施方式中，所述获取转子总成各零部件几何模型，并对所述零部件几何模型进行几何处理，包括：

10、对所述转子叠片、所述磁钢和所述转子轴几何模型进行切片切割，使切片切割后的所述几何模型厚度为单层叠片厚度；

11、基于所述转子总成的对称特性，对切片切割后的所述转子叠片、所述磁钢和所述转子轴的几何模型进行对称切割；

12、以所述转子叠片、所述磁钢和所述转子轴的几何模型的接触区域边线为基准，沿所述接触区域边线的法线方向向非接触区域平移第一预设距离进行切割，使切割线与所述接触区域边线之间形成过渡区域。

13、在一种可选的实施方式中，所述对几何处理后的零部件几何模型进行网格划分，建立各转子叠片强度有限元模型，包括：

14、基于所述转子总成的对称特性，建立1/12模型的六面体网格，并通过对称建立完整的所述转子叠片强度有限元模型；

15、对所述转子叠片、所述磁钢和所述转子轴的接触区域进行网格细化，对非接触区域进行网格粗化，并将所述接触区域边线与切割线所围成的几何面进行过渡网格划分，以确保过渡区域网格质量。

16、在一种可选的实施方式中，所述对几何处理后的零部件几何模型进行网格划分，还包括：

17、保证所述转子叠片、所述磁钢和所述转子轴的接触面上的网格节点一一对应。

18、在一种可选的实施方式中，所述基于预定义的部件连接关系对所述转子叠片强度有限元模型进行装配，包括：

19、基于所述转子总成的实际安装位置，创建所述转子叠片与转子轴之间接触，以及所述转子叠片与所述磁钢之间的接触。

20、在一种可选的实施方式中，所述定义所述转子叠片强度有限元模型中各零部件的材料属性，包括：

21、定义所述转子叠片、所述磁钢和所述转子轴的密度、弹性模量和泊松比；

22、将所述磁钢定义为线弹性材料；

23、将所述转子叠片和所述转子轴定义为弹塑性材料，并将所述转子叠片和所述转子轴各自的名义应力应变数据转化为真实应力和塑性应变数据，并分别赋给所述转子叠片强度有限元模型中的所述转子叠片和所述转子轴，当所述转子叠片或所述转子轴的塑性应变值小于1×10-5时，将该塑性应变值取为0。

24、在一种可选的实施方式中，所述设置所述转子叠片强度有限元模型的边界条件与载荷，包括：

25、固定所述转子轴内孔表面，以模拟所述转子轴对所述转子叠片的配合作用；

26、其中，固定所述转子轴内孔表面时，借助rbe3单元施加约束，所述rbe3单元的主点选择所述转子轴内孔表面单元节点，从点选择所述转子轴内孔表面几何中心，所述rbe3单元从点自由度全部约束。

27、在一种可选的实施方式中，所述设置所述转子叠片强度有限元模型的边界条件与载荷，还包括：

28、在所述转子叠片和所述转子轴接触面上施加半径方向最大过盈量载荷；

29、根据电机最高工作转速计算超速离心载荷，并将所述超速离心载荷施加到所述转子叠片强度有限元模型上。

30、在一种可选的实施方式中，所述基于所述边界条件与所述载荷定义静强度工况，包括：

31、将固定所述转子轴内孔表面的边界条件、施加在所述转子叠片与所述转子轴接触面上的半径方向最大单边过盈量载荷，以及根据电机最高工作转速计算得到的超速离心载荷，共同组成所述静强度工况。

32、在一种可选的实施方式中，所述对所述转子叠片强度有限元模型进行求解计算，得到静强度工况下的计算结果，并根据所述计算结果生成转子叠片强度分析结果，包括：

33、使用abaqus/standard求解器对所述转子叠片强度有限元模型进行求解计算；

34、在所述转子叠片上选择非接触位置的节点，提取所述非接触位置节点的塑性应变值，并以所述非接触位置节点的塑性应变值作为静强度评价依据；

35、当所述非接触位置节点的最大塑性应变值小于材料延伸率时，判定所述转子叠片的强度满足要求；反之，则判定所述转子叠片的强度不满足要求。。

36、通过上述方案，获得如下有益的技术效果：通过获取转子总成各零部件几何模型，并对几何模型进行几何处理，有助于消除局部特征对网格质量的不利影响，为后续网格划分提供合适的几何基础。通过对几何处理后的零部件几何模型进行网格划分，建立转子叠片强度有限元模型，能够实现对接触区域的精细化建模，提高关键区域的计算精度。通过基于预定义的部件连接关系对模型进行装配，并定义各零部件的材料属性，能够真实模拟转子叠片与转子轴、磁钢之间的接触关系，并考虑材料弹塑性本构特性，使其更符合实际受力状态。通过设置边界条件与载荷并定义静强度工况，能够同时考虑过盈配合载荷与超速离心载荷的联合作用，真实再现高速工况下的受力状态。通过对模型求解计算并生成转子叠片强度分析结果，能够获得高精度的塑性应变与变形分布，从而准确评价转子叠片强度，显著提升了转子叠片强度计算的精度和工程实用性。