基于SolidWorks仿真的同步機偏心磁極壓板車胎設計

祁美強 等

介紹了磁極壓板偏心車胎的設計過程。并基于SolidWorks三維仿真設計軟件，分析改進了車胎的結構，增加減重孔使整個夾緊裝置系統重心（帶工件）與工裝回轉中心線同心，有效地保證了偏心磁極壓板的加工質量。

關鍵詞：增安型同步電動機 磁極壓板 偏心 車胎 SolidWorks

0 引言

增安型同步電動機廣泛用于石油、化工、化肥、制冷等行業具有爆炸危險氣體的場所，用來拖動往復式壓縮機[1]。增安型同步電動機磁極壓板是極其重要的零部件，其制造質量的好壞直接影響轉子磁極絕緣性能。而磁極壓板腰部圓弧面加工精度直接影響到磁極鐵芯與磁極線圈之間絕緣層的強度，進而影響到整個設備的安全。

隨著計算機技術及其應用軟件的發展[2]，仿真設計已經成為工業設計制造過程中的一個非常重要的輔助工具。借助于SolidWorks三維仿真[3]設計軟件的支持，可將其應用于增安型同步電動機偏心磁極壓板工裝夾具設計中，指導設計結構更加合理的偏心車胎。

1 磁極壓板結構及工藝分析[4]

磁極壓板外形結構見圖一所示，材料為ZG270-500鑄鋼，結合零件的形體特征，確定該零件的工藝流程為：車底面→銑上平面→線切割→鉆鉸、鏜孔→車端部圓弧及槽→車腰部圓弧[4]。其中特別注意的是磁極壓板腰部兩側R83.1圓弧的圓心高出底面10mm，構成向內偏心結構。

該零件是小批量、重復生產形式，為保證產品質量，滿足設計及工藝要求，需設計專用工裝夾具進行加工，如底面車胎、端部圓弧車胎、腰部圓弧偏心車胎等工裝。其中，腰部圓弧偏心車胎的設計成為滿足加工要求、提高加工效率，保證磁極壓板質量的關鍵。2 車胎的設計

2.1 設計思路[4]。根據磁極壓板腰部為圓弧的結構特點，設計一能帶動磁極壓板繞腰部圓弧中心轉動的車胎，在小型數控臥車上采用一卡一定的工藝進行腰部外圓圓弧加工。

2.2 定位裝置的設計[4]。根據磁極壓板的結構特點及工藝流程，我們在設計時采用了“一面二孔”的定位結構[5]，即使用磁極壓板已加工底平面和端部兩阻尼孔進行定位。首先考慮設置底胎（圖三中項一），將磁極壓板已加工下底面平放在底胎平面上，面面接觸后可以限制X、、三個方向自由度；在底胎上設計與磁極壓板端部阻尼孔配合的定位銷（圖三中項三，可以限制Y、Z方向自由度；定位銷（圖三中項三）與削邊銷（圖三中項四）配合可以限制方向自由度，從而實現了工件的六點定位（見圖二）定了工件在工裝內的裝夾工位[1]，確保了工件在加工時腰部圓弧位置尺寸的一致性。

2.3 夾緊裝置的設計。夾緊裝置的設計或選用是否正確、合理，直接影響到加工質量、生產效率、生產成本及工人的勞動強度等[5]。因此，夾緊裝置的設計應符合以下基本要求：①夾緊時不能破壞工件定位后獲得的正確位置[5]。②夾緊力大小要合適，既要保證工件在加工過程中不產生松動、振動，又不能使工件產生過大的夾緊變形和表面損傷[5]。③夾緊裝置應結構緊湊，且操作方便、安全、省力[5]。

因磁極壓板偏心車胎為小型專用工裝，設計時應力求結構簡單，夾緊可靠[5]，所以我們選擇了螺栓夾緊機構。如圖三所示，我們在底胎上加工出四個M20-6H的螺紋通孔，通過四個壓緊螺栓（圖三中項二）的螺旋運動將工件壓緊。這樣既不會使工件移動又不會使工件變形，且操作簡單方便。2.4 偏心結構的設計。根據磁極樣板的結構（見圖一），腰部兩側R83.1圓弧的圓心高出底面10mm，構成向內偏心結構，故車胎設計時不能采用2件工件對稱裝卡的方式進行加工，只能設計偏心車胎單件裝卡進行加工。

因磁極壓板為小批量、重復生產形式，故安排在小型數控臥車上采用“一卡一定”工藝進行加工。車胎設計時在兩端設計了兩段同軸心帶中心孔的圓柱形夾頭，滿足臥車“一卡一定”加工要求（見圖四）。根據磁極壓板的工藝性，選擇以已加工面底面為基準面，故車胎設計一平面為基準面支撐平面（見圖四）。根據磁極壓板部圓弧中心線向底部平面內部偏離10mm的結構，故車胎設計基準面支撐平面與兩端夾頭中心軸線間距為10mm，使磁極壓板腰部圓弧中心線與車胎兩端夾頭軸線重合，加工時只需對兩端夾頭進行找正即可定位出腰部圓弧中心線。

2.5 基于SolidWorks三維仿真[3]設計軟件，對整個夾緊裝置系統重心（帶工件）與工裝回轉中心線同心的設計：

2.5.1 根據前面的設計理念，我們對整個夾緊裝置系統用SolidWorks三維軟件進行了仿真設計，發現整個系統質量重心在Z軸方向上與工裝回轉中心偏離-2.17mm，即整個系統下半部分質量較大，具體見圖五所示。

2.5.2 此增安型同步電動機磁極壓板為小批量產品，在小型數控臥車上采用“一卡一定”工藝進行重復生產。如數控臥車在整個夾緊裝置系統重心（帶工件）與工裝回轉中心線不同心的情況下高速旋轉重復生產，必將對設備造成損傷。再加上系統重心偏心產生不平衡的因素，在高速旋轉加工磁極壓板腰部圓弧時會產生顫動，將嚴重影響金加工面的粗糙度甚至產生顫紋，影響產品質量，也會大大的降低刀具使用壽命。2.5.3 鑒于上述情況，必須在偏心車胎底面胎體部位進行去重，即在胎體上增加多個在與工裝回轉中心線對稱的去重孔。在傳統的二維設計軟件下，基本上不可能讓整個夾緊裝置系統重心（帶工件）與工裝回轉中心線同心，故我們借用SolidWorks三維仿真設計軟件，對整個系統進行了仿真設計，模擬系統的真實狀況，在不影響車胎底胎強度的情況下逐步增加去重光孔的數量及大小（具體見圖六），最終確定合適的光孔數量及尺寸以滿足了整個夾緊裝置系統重心（帶工件）與工裝回轉中心線同心的要求，具體見圖七。3 結束語

磁極壓板偏心車胎的設計優劣是影響磁極壓板加工質量的一個重要因素[1]，其加工質量的好壞，將直接影響磁極的絕緣性能及轉子動平衡質量，從而影響電機性能。此磁極壓板偏心車胎加工的磁極壓板，尺寸穩定[4]，金加工面粗糙度合格，兩側圓弧對稱度合格，外形美觀[4]，非常理想的滿足了磁極壓板的小批量生產要求。實踐證明：SolidWorks三維仿真設計技術在工裝夾具設計中的應用是成功的，具有較高的準確性和前瞻性，是新技術應用于工裝設計的成功事例[2]。在計算機及其應用軟件不斷發展的今天，大力推廣該技術在工裝設計中的應用是非常必要的[2]。

參考文獻：

[1]苗青豪，張東波，祁美強，馬帥波. 增安型同步電動機主機磁極阻尼環鉆模的設計[J].電氣防爆，2011（2）：18.

[2]閆峰，黃敏，李艷麗.結構分析技術在礦用隔爆型水冷電機生產中的應用[J].電氣防爆，2010（2）：27.

[3]謝溪凌，王然，汪俊亮，鄭衛剛.基于SolidWorks仿真設計的鏜床單桿多刃刀具[J].機械制造，2013（2）：73.

[4]吳勇斌.磨削端面楔形扇面油槽工裝設計[J].金屬加工，2013（11）：43.

[5]盧秉恒.機械制造技術基礎[M].北京：機械工藝出版社，2010：98-105.

作者簡介：

祁美強（1983-），男，四川達州人，助理工程師，大學本科，2007年畢業于西南大學機械設計制造及其自動化，主要從事發電機產品工藝工作。