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(yàn)，目前分享了多套電機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)，汽車零部件，電機(jī)，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(jìn)一步技術(shù)交流。

一、電機(jī)機(jī)座壓定子CAE分析

電機(jī)機(jī)座與定子鐵芯通過冷壓或熱套進(jìn)行裝配，由于是過盈配合，很容易導(dǎo)致機(jī)座變形與開裂，特別是鑄鐵機(jī)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(jìn)行預(yù)測。

1、幾何處理

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

機(jī)座要進(jìn)行簡化，去除一些小特征，比如一些不影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(shí)我們要導(dǎo)入機(jī)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(duì)，可以在Ansys中旋轉(zhuǎn)模型，如下：

3、CAE模型設(shè)置

由于機(jī)座是圓筒結(jié)構(gòu)，需要使用柱坐標(biāo)，便于加載或查看結(jié)果，我們可以在機(jī)座中心建立一個(gè)柱坐標(biāo)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(jìn)一步進(jìn)行局部網(wǎng)格加密。

4、邊界條件

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

設(shè)置兩個(gè)載荷步，第一步施加過盈配合，第二步在機(jī)座上施加扭矩，看多大扭矩的時(shí)候，機(jī)座會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

在四個(gè)地腳孔施加扭矩，扭矩要通過坐標(biāo)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(jìn)行計(jì)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(jī)座發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，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(shí)刻1.6s以后，變形就急劇上升，說明機(jī)座已經(jīng)開始旋轉(zhuǎn)了，此時(shí)對(duì)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(gè)辦法來評(píng)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(gè)載荷步，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)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(biāo)系，來評(píng)估止口位置的徑向變形了。如果徑向變形量太大，會(huì)影響兩個(gè)端蓋的同心度，從而導(dǎo)致氣隙不均，產(chǎn)生電磁噪聲。當(dāng)然徑向變形量的大小，也是有評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的，不同的機(jī)座尺寸有不同的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

如何評(píng)估壓定子時(shí)機(jī)座是否會(huì)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(píng)估。評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)可以取鑄鐵抗拉強(qiáng)度的0.8倍，這樣HT200的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為160MPa。下圖所示機(jī)座的最大應(yīng)力為126MPa， 滿足強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)開裂。

二、Ansys電機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)進(jìn)階

通過機(jī)座與定子鐵芯之間的非線性接觸分析，可以評(píng)估機(jī)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(jì)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(dú)家原創(chuàng)精品課《Ansys電機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)CAE技術(shù)進(jìn)階課12講》還有很多，旨在讓讀者獲得整機(jī)疲勞強(qiáng)度剛度、NVH和流固耦合分析能力。強(qiáng)烈推薦電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師、機(jī)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