1、 年第期第 卷（总第）（）基于参数化的牵引电机端盖轻量化设计李德金董志冉，王长江（中车株洲电机有限公司，湖南株洲；中国铁路广州局集团有限公司株洲机务段，湖南株洲）摘要根据最短传力路径理论和铸件工艺要求建立端盖初始优化模型。对初始模型的主要结构尺寸进行参数化，通过进行静强度和模态分析。在满足强度和模态要求的所有参数模型中，得到了端盖最佳优化模型，使得端盖质量减轻了。关 键词参数化；牵引电机端盖；：中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，；？，）？，；引言牵引电机发展到现在，￥量化已经成为其中一个主要鏡方向牵引：車机壤叢作悬主要结构件，也有着自己轻逢？勺需求？传统端盖结销计多依纖變计人员的经验和
2、請隸程度，但是着结构轻暈要求的曰益重视，传统设计方法已无淺纖？十需求本袁用有限元仿真抜灌，对结的主要尺寸进抒参数化分析降低设计人员对祕驗儀度，在满足安全使用 的前提下实现结極轻量化。设计思路的功無和机出變盘进行分析。首先是满足结构安装的功能性霧敢，作为支，端盖要能起到轴承装配支撑转子的作用；：其次是轴向通风功能？本电机是轴向通风冷耀结构，所以端盖上还需要开通风孔？最后，则甚濟遞机性能的宴求。机械性分两撞；分，一部分是振动冲击强度要求。端盖同电机一样，也要承受来自柷运行过程中的冲击与振动，其结构在承受振劫冲击时，要態够安全可靠，不发生事故。另一部分則是固有频率要求。繼裳爾有频率嬰避开转子频率的，
3、避免端盖与转速频率发生共。图某牵引电机定位端端盖絲牵引电机定？端端盖？在鼠中篇二阶圆为轴承止口，其前后位置为 内年第期（）第卷（总第期）止口？图上个孔和内個卿一个突出圆环驛且成了 电机的鋪顚风风道在图中可以看出轴承装配和通风结构区，没有明显的优化空间？錄去读部分，剩下的部分为通风孔与安装止口间的平板部分，这部分在工程中也基端吉构的主要量化设计点。平板部分主薺优化路为变化板 厚、挖减重孔、加加纖等方機？传统设计时，在每个方选取前，设计师通常还識裉据受力工况先对结构进行一髮分析，然后苒在安全系教较大？区域结合旣的工程验进行减薄、挖？加窈等操作这种方法效率较，缝乏较为推确的量化，不利于后期衍伸设计，
4、且对设！帀经验麗求較高？本文樂根据力機路径據建立偉真模型，再臀模型主要尺寸嫌行化，最后采用析计鑑来保雜酷构的可靠性雜对经验的依赖程度。初始模型与优化参数奉！始模型：謖作为￥子与定子之间的连犠结构工作中承受着重力及外在冲击，其本质上还是力和！递的载体端盖结构上的材枓或者说是质量的分布，就是力 的传遂路径。稂裾文献力流最短路径理论，在固定羲翁下，当物质结构的形态与力酿迹“致时河以便得材的 力学性龜得到最大有效利用。沖击试蘧拟囊求是，裏够承受垂直正交三个：方向：爵加度冲击，正反各三有限元仿真模拟则是根据实际工况进微束，将转子及轴雜細廳齡到轴承止口位置，綠后在交三个方向上旭：義正威的冲击。萁中作龙定位
5、端端篕在承受插向（电机轴向）冲击的时？健，需要纖懒子的）量，其他方向冲击时子的重量则是两个端盖平分。本戈允化设计的对象就是定位端端盖。根据典力学可盖在承受另外商个肖獅向冲击时，冲击的方向就是此时的最短传力路整。虽缓水平冲击方向有重力加速度的影响但相对影响鉸小？既往电机端盖在标准冲击计算时，垂直和水平冲击声生的应力國在受为方间上从内圓向外呈扇形分布，也很好兑明了这一点。根据力径法，在正交垂直方向上主痛承力部分，然后在其他位置进行挖孔设计，建立端盖的始仿真模型，如图所示。后期 优化则通在此基础上进行板厚和孔洞的参纖设计。图初始优化模型劍为 了节约计算效￥，避免 化參？过多，造成计算复杂化，先根繼最
6、优传力和最食逾界对初始模郵迕行边界设定？主要承力部分沿逋风口位置程礙形向外展开沖间孔洞，铸件工艺要求的最小边界尺寸，象设置孔齒贏大外圆和最小内圆，并在径向中间位置加一个眞？具：在两个主碧承为：鄭分中间增加二个径向均分筋板，如图所示。通过对同中间加虽筋的宽度及整个板面的厚度的参数化来实现平板部分？！构的糧卜。再利用：分析每个拓扑鐵￥击振动的議鐵度和结构的槁态频率来筛选出所有可行性结最后，在确保安全可靠性的前提下，德出工望和师满意的觸證结构有限元计算建立参數化有限元在遍減室内圆面耦合轴承装配和转子质量。在静强度计算财，遇取刀一标准中最恶劣的機向冲击（电机輸向）工合整个专子的质量；在攙态计麵，鑛含子
7、的质量。涵鑛盖止口进行麗定约束端盖材料为，屈服强度为彡樹冲击下端盖各参数化模瘦愈齒力计算结如表所示：，濃频傘如表所示。冲击振动工况评判要求，最大应要低于材料屈服强度。嫌频畅施，考虑倍的避开傘，即一阶频率需要大于压。表和表中为各自满足浚力强度和槿态频率要求的丨吉。同时满足二者的参繁模型如表所示。表还给 年第期第 卷（总第）（）出了对应参歎撐型的轻量化百分比。表端盖冲击计算结果（单位：）筋宽 板厚 表端盖模态计算结果（单位：）筋宽 板厚 表端盖质量轻量化百分比 板厚 本电机鑛输件變靈的目标？。為了保证达到结构件的整体优化目，标本端盖？优化目标需要在平均值以上。端盖作为键件，由于其讨料和制作工艺的特
8、：慕难以避免的会出现一些嫉嫿，这握觖陷 有可編逢轉机事故成熟可靠作工艺就是纖費些綫陷的保证？端盖制作厂家，结合自身的工艺成熟性和可行性稹型轻量化要求，最轉推？的端盖结构为 板 厚筋宽，轻量化百分比为漆。圈是最终产品梅機型（板 厚纖宽晒）的變力云貫：（）轴向冲击：（）水平冲击图选用模型受力云图结语本女设计是鬼定了初台槿型德后在初始模型的基础上进行参歡化较计，如果初始檎型不同，也 会造成结构上的不同，但也能够达到最后的设计目标。本文在设计主要承力部分宽度的时鍵，也考虑了端盖板面上传處器等线衡的布置固定问题。此外，端盖作为一个零部伴，不光要在设计仿真中实现优：，更要在产品鐵产过程中实现优化。生产过程
9、优就需要生产厂家更加可靠成寅高的合本文对初输檍型盡敏化分祈，寻找出了较为 合端盖结，并且在具结强度、模兹和轻量化上都给出了齡清晰的量化，既满足了本电机端盖的轻量化设计（下转 页）年第期第 卷（总第）（）参考文献赵俊，徐大鹏，郭 浩，等发电机转子匝 间短路测试应用实例 分析集成电路应用，第 卷第期（总第 期）年月，李伟，杨晓辉，徐大鹏，等基于补偿短路的汽轮发电机转子匝 间短路测试方法内蒙古电力技术，年第卷第期，敖观佑大型发电机 转子绕组试验分析建材与装饰，年月，袁振亚检测发电机转子匝间短路的实验技术及其应用分析电气技术，年第期，刘辉，李冠胜，李广龙，等检测发电机转子绕组匝间短路 缺陷的试验山东电
10、力技术，年第期，名金決，王展宏，吕嘉琛，等重复脉冲法在发电机转子绕组一点接地故障中的应用年，第卷第期，孙浩，刘驰程，傅裕，等基于行波理论的检测技术在转子绕组故障诊断中的应用电工技术，年第期，隐极同步发电机 转子匝 间短路故障诊断导 则北京：中国电力出版社，（隐极同步发电机转子重复脉冲（）试验导则北京：中国电力出版社，作者简介：王凡予女 年生；毕业 于哈尔滨理工大学高 电压与绝缘技术专业，现从事电 力工作收稿日期（上接页）反 比 比损等于不变损耗与输出功率之比，它与负载系数成反比；正比 比损等于可变损耗与输出功率之比，它与负 载系数成正比。（）比损是负载系数的对勾 函数，其中反 比 比损是反比函
11、数；正比 比损是正比 函数。（）对勾 函数特征：在正比函数等于反 比函数时，对勾 函数取得极值。（）据对勾 函数特征直接（直观）可知：在正比比损等于反 比 比损时，比损取得最小值。（）比损最小时，效率最大。亦即，微观效率最大时，宏观效率亦最大。（）比损最小等价于可变损耗与不变损耗相等。参考文献 许实章电机学（上、下册）北京：机械工业出版社，、辜承林，等电机学武汉：华中科技大学出版社，汤蕴璆，等电机学北京：机械工业出版社，陈世元电机学北京：机械工业出版社，戈 宝 军，等电机学北京：中国电力出版社，王秀和电机学北京：机械工业出版社，刘慧娟，等电机学（英汉双语）北京：机械工业出版社，李发海，等电机学
12、北京：科学出版社，孙旭东，等电机学北京：清 华大学出版社，张广溢，等电机学重庆：重庆大学出版社，潘再平电机学杭州：浙江大学出版社，阎 治安，等电机学西安：西安交通大学出版社，作者简介：程小华男年生；毕业 于华中理工大学电 力系电机及控制专业，获博士学位，现任 华南理工大学电 力学院教授，主要从事电机教学和 电机基本理论研究收稿日期（上接页）要求，也 为生产厂家的生产优化提供了依据，更能为 后续此类型端盖的衍 伸设计提供了设计参考。参考文献张军峰连续体结构静力学拓扑优化研究北京：中国科学院大学，周克民结 构拓扑优化的一些基本概念和研究方法力学与实践，（）：张玉龙，蒋娟，张磊低压隔爆型电机端盖强度分析与结构优化电气防爆，（）：邓扬晨，邱克鹏，张卫红，等基于传力路径下结构优化设计研究机械科学与技术，（）：作者简介：李德金男年生；毕业 于武汉科技大学机械制造及其自动化专业，主要研究方向为牵引电机机械设计收稿日期