[发明专利]基于有限元的电机定子与壳体过盈配合许用传扭分析方法

说明书

本发明公开一种基于有限元的电机定子与壳体过盈配合许用传扭分析方法，包括建立电机定子与壳体有限元模型；选取约束位置作为施加有限元模型边界条件；有限元模型的求解；提取接触位置节点的接触压力；计算许用传扭；分析许用传扭；本发明提出的方法充分整合了理论计算法和有限元分析法两者的优势，首先通过有限元分析得到电机定子与壳体过盈配合接触结果，并对结果进行提取处理，可以快速有效地计算出两者之间的许用传扭，最大程度降低了主观性判断带来的计算结果离散度较大问题，提升了分析精度。同时，本方法可以充分考虑电机定子与壳体结构本身刚度带来的影响，同时引入材料非线性，可以大大提高分析精度。

技术领域

本发明涉及电机设计技术领域，尤其涉及一种基于有限元的电机定子与壳体过盈配合许用传扭分析方法。

背景技术

驱动电机是纯电动汽车的动力核心。车用驱动电机定子与壳体之间多采用过盈配合连接，通过一定的装配方法使定子与壳体间产生过盈，从而产生径向压力，工作时靠径向压力产生的摩擦力传递扭矩，过盈连接具有结构简单、对中性好、承载能力大的优点。但车用驱动电机实际工况复杂多变，需要不断进行启停、倒车以及加减速等。在运转过程中电机会出现较大的温差分布，电机壳体为了有效进行散热和轻量化，一般选择导热系数较大的铸铝材料，而定子多采用硅钢片，铸铝的热膨胀系数约为硅钢的2倍左右，这就导致当电机的温度升高时，壳体与定子之间的过盈量会随之减少，两者之间传递扭矩能力急剧下降。因此，需要建立一种能够准备计算电机定子与壳体过盈配合许用传扭的分析方法，以满足产品性能开发需要，这对于电机的连接结构设计具有重要的指导意义。

目前，对于电机定子与壳体过盈配合许用传扭分析主要有两种方法：

第一种是理论计算法，但是理论法均为基于一定的假设，假设被连接件是两个等长厚壁圆筒，配合面间的压强均匀分布，包容件与被包容件处于平面应力状态，这种理论算法无法考虑电机实际结构带来的刚度影响，尤其是考核温度载荷以后，理论方法只能按照均匀膨胀计算，无法考虑复杂的边界条件，通常计算结果与实际相差甚远，精度无法满足需求。

第二种是单纯的有限元分析法，这种方法通过有限元计算可以得出电机定子与壳体过盈配合面的接触压力分布，通过对接触压力分布进行分析可以得到极值位置，但这种分析方法无法准确计算出电机定子与壳体之间的许用传扭，且该分析方法具有很大程度的主观性，单纯从接触压力分布云图无法给出准确的判断，且现有方法中均未考虑电机定子与壳体材料非线性，分析精度也无法满足要求。

专利(CN110427658A)《一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法》，公布了一种基于有限元分析的电机定子系统配合公差确定方法，该专利采用有限元分析方法对水冷套与电机壳体上下止口焊接深度、水冷套与定子铁芯过盈量及水冷套与电机壳体间隙量进行分析，保证水冷套与电机壳体焊接区域满足强度要求，同时考虑了工艺精度对实际过盈量和实际间隙量的影响，获得实际过盈量和实际间隙量。该专利主要侧重对电机壳体强度的校核，未提及如何计算电机定子与壳体过盈配合许用传扭。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于有限元的电机定子与壳体过盈配合许用传扭分析方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于有限元的电机定子与壳体过盈配合许用传扭分析方法，包括：

建立电机定子与壳体有限元模型，对电机定子与壳体进行网格划分，调整电机定子与壳体接触位置处的网格，使得接触位置节点做到一一对应；

以电机定子与壳体的实际装配区域定义接触区域，并建立电机定子与壳体的接触关系；其中，其中电机定子侧定义为主面，命名为contact-m，电机壳体侧定义为从面，命名为contact-s，设置摩擦系数属性；

由接触从面上的节点建立节点集合，用于输出接触配合信息；其中，从面点集合命名为contact-slave-nodes；

定义电机定子与壳体材料性质；