电机转子冲片强度，计算怎么考核？

电机小学生

新能源汽车驱动电机 ，转速越来越高  ，对于IPM电机的冲片强度的考验也越来越苛刻  ，之前靠余量保证的那点“模糊”的地方，现在不分析研究透彻了 ，存在很大的风险点 ，现在这里和大家讨论一下  。

转子冲片强度，计算怎么考核？

对于IPM电机  ，转子冲片强度计算 ，怎么来定是否冲片强度满足要求  。这里面主要有3个事想讨论一下。

(1) 考核强度的转速怎么定 ？  一般根据GB18488的要求 ，考核转速按1.2倍最高转速来考核，但实际业内一些厂家的片子，按1.2倍最高转速去考核，是过了屈服强度的  ，于是又有一种说法，认为按1.2倍转速去考核的话，过屈服强度是没有问题的 ，只要小于抗拉强度就行了  。也就是说 考核指标被定为 1.2倍最高转速下，冲片强度小于片子抗拉强度，且1倍最高转速，片子强度小于屈服强度  ，您怎么看？


（2）硅钢片的抗拉强度与屈服强度的“典型值”和“保证值”

下图是论坛的“张老五”大哥发的一组数据，↓

但在于厂商具体沟通中 ，厂商反馈的屈服强度与抗拉强度要远小于这个数据 ，反馈区别的原因在于“典型值”和“保证值”，“保证值”要小于“典型值”好多 ，那么在计算冲片强度时，该采用“保证值”？  ，一般典型值还是比较容易得到的，但保证值相对困难，难度每组样，都要着样片自己测下？  大家怎么处理这个事的 ？


（3）硅钢片强度受温度的影响
下图是论坛的“张老五”大哥发的一组数据，↓

可以看到 ，硅钢片强度受温度的影响还是有一些的 ，之前强度没有用到极限 ，往往也不需要考虑温度对硅钢片的影响  ，现在高速片，要用到极限了，大家是怎么考虑温度对硅钢片的影响？


非常感谢大家的讨论 ，另，再次感谢张大哥提供的宝贵数据！

张老五

用了我这么多数据，不给点版权费么？

张老五

问题反过来解答。
先说温度的影响。硅钢片的强度，受到温度的影响是肯定的，温度升高，强度降低 ，但降到一定程度后，下降的幅度就变小了。
大体上，从常温升到200度，屈服强度是要下降70-80MPa的，当然不同的牌号，幅度也会有些差异，这个要按牌号去试验才能知道。

第二个问题，是考虑屈服强度还是抗拉强度。这个首先是要看两个强度的定义。所谓屈服强度，是指在材料中施加应力的过程中，刚开始时变形是和应力成正比的，而且此时变形量很小，表征这个变形量和应力的参数，就是弹性模量。
这一段的变形量，是弹性变形，一旦应力消除，材料会回复到原始状态。
当应力达到某个临界值时，变形量变突然增加，此时对应的应力强度，即为屈服强度。
如果再继续增加应力，材料会继续变形，此时的变形是不可恢复的，既然撤除了应力，变形只会部分回复，因此是塑性变形。
当应力增加到下一个临界点，材料彻底断裂，此时对应的应力强度，就是抗拉强度。
从定义出发就很清楚了，超过屈服强度是不可使用的，此时即使没有发生故障，但结构上会产生永久不可恢复的变形，这种变形会随着每次的运行而积累，最终发生断裂和故障

张老五

接着，要科普一下保证值和典型值的定义。
保证值，就是保证每一块材料，性能都能保证的性能。
那么典型值呢，标准定义是90%的的概率能达到的性能。
由于生产的波动性，有时保证值和典型值之间会有一个比较大的差异。比如某个牌号的屈服强度保证值是420MPa，保证值可能只有390MPa。
虽然性能处于保证值和典型值之间的可能只有不到10%的比例，但综合考虑检测和生产的成本，这个差异仍然是不可避免的。

张老五

最后说一下这个强度考核。
一般来说，需要考核强度的，主要是磁桥位置。从性能上来说，希望磁桥窄一点好，但又不能太窄，否则强度考核通不过。
那么，为啥是取1.2倍转速呢？因为影响应力的主要是离心力，而离心力大体上是跟转速成平方关系的。1.2倍转速考核，相当于是按1.44倍应力考核。当然，也有直接取个安全系数，比如1.5来保证强度的。

这个强度包括但不仅限于下列因素：
温度的影响（高温下材料的强度降低）
尺寸的公差（可能更宽，也可能更窄）
冲剪应力的影响（冲压后的窄边强度是会增加的）
材料本身强度的波动（应该说主要是指保证值和典型值之间的那部分）

目前想到这么多，欢迎拍砖

fengxingyun

个人不成熟的看法：
1.我了解的基本还是屈服强度作为标准；
2.业内应用还是典型值用的多，保证值用的少；
3.温度对强度这个东西，有一些厂家不在乎，有一些厂家在乎，貌似也没个定论。

yayay2010

关于超速和高温可能都有考虑，不知道有考虑轴与铁芯过盈的么？

张老五

yayay2010 发表于 2018-6-21 06:58
关于超速和高温可能都有考虑，不知道有考虑轴与铁芯过盈的么？

强度考核的，应该不是过盈的位置吧

yayay2010

张老五 发表于 2018-6-22 08:41
强度考核的，应该不是过盈的位置吧

考虑过盈的话，下层的减重孔就不能很随意挖了。在过盈应力和高速离心力下，会存在风险。

电动无限

过盈肯定要考虑的，不过考虑过盈的分析要比单纯计算离心要复杂的多。

欧阳庆

有考虑轴过盈的分析也有不考虑轴过盈的分析，大部分写论文·的采用后面一种方式，不知工厂怎么考虑了。

欧阳庆

对于转子的强度考核肯定是采用屈服强度，这时材料以进入了塑性变形，也就是转子冲片已经产生屈服变形，转子也已经损坏了

电动无限

1.2倍最大转速无变形用的是屈服极限，1.4倍最大转速无零部件飞出用的是抗拉强度

电机小学生

电动无限 发表于 2018-7-4 22:46
1.2倍最大转速无变形用的是屈服极限，1.4倍最大转速无零部件飞出用的是抗拉强度

请问李总“1.4倍最大转速无零部件飞出用的是抗拉强度”  这个判据是根据什么得出的？  依据是？非常感谢！

15800567980

电驱动电机转子过盈配合的很少吧。。。

tanjunjield

尝试一下看可以手机发帖了吗？

liuxiaotian

材料部分老五叔叔已经说得很好了   部分产品是过盈配合离心力的工况 在考虑过盈配合以后 铁心内的应力分布规律非常不一样 这样缓解应力的方法就变得更复杂和有挑战性   既然说到转速越来越有挑战性 那么其实更考验自己的是应力设计的能力和理念 如何在高转速高性能的前提下 吧应力降低到最小 是更具有挑战性的部分了 因为降低到极限以后 再去考察这个应力是否合格比较有参考价值吧  转子过盈配合主要将铁心向圆周方向膨胀扩展 这样就有环向拉伸的变形趋势 部分结构的转子 在这个趋势作用下 有时候不加离心力 就能让部分关键位置应力接近屈服强度 这个时候就很危险了 那么缓解这种环向应力趋势 一般是吧关键位置的形状尽量向环向过度 让他们尽量收到环向拉伸 而不要转弯 这样能缓解一些应力集中 另外就是适当开减重孔 并且保证减重孔的边缘稍微远离环向最大应力点 减少两个应力集中因素叠加 再有一个思路就十分特别了 以前的设计一般是过盈配合整个圆环受膨胀 可以试验一下吧它断开 用一些细长的扇形开槽 吧过盈配合打断成几段 我们也试验过 效果非常好 当然都是经历过十几次优化的结论  另外就是外圈离心力作用下隔磁桥了 这里离心力产生弯曲变形 内侧拉伸 比较容易s形状弯曲或者拉伸 造成应力集中  一般是将隔磁桥内侧方向和形状改变到尽量顺应弯曲趋势 并且尽量减少弯曲部分长度的方法 但是也有极限 因为他是弯曲的 一半位置受拉力 一半位置压缩 相对来啊拉伸部分更危险 就尽量减少他们 也可以在磁铁两边开槽 让离心力引起的隔磁桥环向弯曲方向受力路径打断 变成局部的几个扇形区域 打断后 隔磁桥应力降低很多 可以比不加开槽减少一半的应力 还有就是径向隔离磁铁桥了。这里一般是径向拉伸 应力比较一致但是两头应力大 一般是尽量加大圆脚 并且靠近内圈一侧开槽尽量向环向扩展 都可以明显的降低内应力 剩下的是吧过盈配合附近开应力释放孔 尽量打断外圈离心力和内圈过盈配合应力的组合趋势 也可以减少内应力  内圈减重孔可以多挖点 减重了 但是最好是简单形状 方便保护模具寿命 并且尽量径向延伸 或者多组倾斜或者交叉的径向延伸 这样也能明显的减少磁铁附近的铁心内应力 综合来看 内置式磁铁设计 70米每秒以内 大部分一般的方案都能容易的应力降低 但是到100米后者更高线速度下 在过盈内应力加持下 铁心应力都很大 需要挑战性的朋友玩玩了 另外最大过盈最大转速下 应力比较大 是强度失效的考察点 在最大转速最小过盈下 是过硬面接触压力考核点。不能太小的接触压力 否则扭矩不够输出了 还要不断尝试最小可用过盈 这样高低过盈配合范围有时候又太小 不好加工了 可以用不断加大的扭矩 不停尝试最大松脱扭矩的计算 就能大概知道剩余过盈接触压力多大合适。因为转子复杂 没法手工计算需要的过盈亮 暂时是仿真和实验跑转速  时间的时候 应该测量内应力的变化和分布 这个暂时没发现太好的方法 因为缺少传感器空间。但是光弹性又需要单独的设备和样品 脆性涂层只能看最大变形。都不太好用实验来对标仿真 所以最好是吧结构调好 应力尽量降低 然后用超转实验去对标失效转速 因为要有塑性变形 这个极限工况要加入非线性材料 并且需要对标试验制定具体的材料设置   

熊猫叫胖的

考虑过盈这块，感觉还是很难得吧，我不知道其他工厂怎么生产转子，在我们工厂，我们一般考虑小间隙配合，但是冲片在叠片的时候还是很难放进去，所以工人都会采用工装去挤压，这样对内圈造成的损伤，不知道该如何仿真，所以，我们一般都仅对离心力进行考核，而不进行过盈量的考核。
希望有大神指导下如何对过盈量进行考核。

l9709

有一个问题向各位请教一下，做转子冲片强度仿真时，磁钢飞出，如何解决？设定的是摩擦接触，摩擦系数0.12-0.17，开启大变形。

JSJJXZM

可在外部加防护措施吗？