基于SolidWorks仿真的同步机偏心磁极压板车胎设计

祁美强 等

介绍了磁极压板偏心车胎的设计过程。并基于SolidWorks三维仿真设计软件，分析改进了车胎的结构，增加减重孔使整个夹紧装置系统重心（带工件）与工装回转中心线同心，有效地保证了偏心磁极压板的加工质量。

关键词：增安型同步电动机 磁极压板 偏心 车胎 SolidWorks

0 引言

增安型同步电动机广泛用于石油、化工、化肥、制冷等行业具有爆炸危险气体的场所，用来拖动往复式压缩机[1]。增安型同步电动机磁极压板是极其重要的零部件，其制造质量的好坏直接影响转子磁极绝缘性能。而磁极压板腰部圆弧面加工精度直接影响到磁极铁芯与磁极线圈之间绝缘层的强度，进而影响到整个设备的安全。

随着计算机技术及其应用软件的发展[2]，仿真设计已经成为工业设计制造过程中的一个非常重要的辅助工具。借助于SolidWorks三维仿真[3]设计软件的支持，可将其应用于增安型同步电动机偏心磁极压板工装夹具设计中，指导设计结构更加合理的偏心车胎。

1 磁极压板结构及工艺分析[4]

磁极压板外形结构见图一所示，材料为ZG270-500铸钢，结合零件的形体特征，确定该零件的工艺流程为：车底面→铣上平面→线切割→钻铰、镗孔→车端部圆弧及槽→车腰部圆弧[4]。其中特别注意的是磁极压板腰部两侧R83.1圆弧的圆心高出底面10mm，构成向内偏心结构。

该零件是小批量、重复生产形式，为保证产品质量，满足设计及工艺要求，需设计专用工装夹具进行加工，如底面车胎、端部圆弧车胎、腰部圆弧偏心车胎等工装。其中，腰部圆弧偏心车胎的设计成为满足加工要求、提高加工效率，保证磁极压板质量的关键。2 车胎的设计

2.1 设计思路[4]。根据磁极压板腰部为圆弧的结构特点，设计一能带动磁极压板绕腰部圆弧中心转动的车胎，在小型数控卧车上采用一卡一定的工艺进行腰部外圆圆弧加工。

2.2 定位装置的设计[4]。根据磁极压板的结构特点及工艺流程，我们在设计时采用了“一面二孔”的定位结构[5]，即使用磁极压板已加工底平面和端部两阻尼孔进行定位。首先考虑设置底胎（图三中项一），将磁极压板已加工下底面平放在底胎平面上，面面接触后可以限制X、、三个方向自由度；在底胎上设计与磁极压板端部阻尼孔配合的定位销（图三中项三，可以限制Y、Z方向自由度；定位销（图三中项三）与削边销（图三中项四）配合可以限制方向自由度，从而实现了工件的六点定位（见图二）定了工件在工装内的装夹工位[1]，确保了工件在加工时腰部圆弧位置尺寸的一致性。

2.3 夹紧装置的设计。夹紧装置的设计或选用是否正确、合理，直接影响到加工质量、生产效率、生产成本及工人的劳动强度等[5]。因此，夹紧装置的设计应符合以下基本要求：①夹紧时不能破坏工件定位后获得的正确位置[5]。②夹紧力大小要合适，既要保证工件在加工过程中不产生松动、振动，又不能使工件产生过大的夹紧变形和表面损伤[5]。③夹紧装置应结构紧凑，且操作方便、安全、省力[5]。

因磁极压板偏心车胎为小型专用工装，设计时应力求结构简单，夹紧可靠[5]，所以我们选择了螺栓夹紧机构。如图三所示，我们在底胎上加工出四个M20-6H的螺纹通孔，通过四个压紧螺栓（图三中项二）的螺旋运动将工件压紧。这样既不会使工件移动又不会使工件变形，且操作简单方便。2.4 偏心结构的设计。根据磁极样板的结构（见图一），腰部两侧R83.1圆弧的圆心高出底面10mm，构成向内偏心结构，故车胎设计时不能采用2件工件对称装卡的方式进行加工，只能设计偏心车胎单件装卡进行加工。

因磁极压板为小批量、重复生产形式，故安排在小型数控卧车上采用“一卡一定”工艺进行加工。车胎设计时在两端设计了两段同轴心带中心孔的圆柱形夹头，满足卧车“一卡一定”加工要求（见图四）。根据磁极压板的工艺性，选择以已加工面底面为基准面，故车胎设计一平面为基准面支撑平面（见图四）。根据磁极压板部圆弧中心线向底部平面内部偏离10mm的结构，故车胎设计基准面支撑平面与两端夹头中心轴线间距为10mm，使磁极压板腰部圆弧中心线与车胎两端夹头轴线重合，加工时只需对两端夹头进行找正即可定位出腰部圆弧中心线。

2.5 基于SolidWorks三维仿真[3]设计软件，对整个夹紧装置系统重心（带工件）与工装回转中心线同心的设计：

2.5.1 根据前面的设计理念，我们对整个夹紧装置系统用SolidWorks三维软件进行了仿真设计，发现整个系统质量重心在Z轴方向上与工装回转中心偏离-2.17mm，即整个系统下半部分质量较大，具体见图五所示。

2.5.2 此增安型同步电动机磁极压板为小批量产品，在小型数控卧车上采用“一卡一定”工艺进行重复生产。如数控卧车在整个夹紧装置系统重心（带工件）与工装回转中心线不同心的情况下高速旋转重复生产，必将对设备造成损伤。再加上系统重心偏心产生不平衡的因素，在高速旋转加工磁极压板腰部圆弧时会产生颤动，将严重影响金加工面的粗糙度甚至产生颤纹，影响产品质量，也会大大的降低刀具使用寿命。2.5.3 鉴于上述情况，必须在偏心车胎底面胎体部位进行去重，即在胎体上增加多个在与工装回转中心线对称的去重孔。在传统的二维设计软件下，基本上不可能让整个夹紧装置系统重心（带工件）与工装回转中心线同心，故我们借用SolidWorks三维仿真设计软件，对整个系统进行了仿真设计，模拟系统的真实状况，在不影响车胎底胎强度的情况下逐步增加去重光孔的数量及大小（具体见图六），最终确定合适的光孔数量及尺寸以满足了整个夹紧装置系统重心（带工件）与工装回转中心线同心的要求，具体见图七。3 结束语

磁极压板偏心车胎的设计优劣是影响磁极压板加工质量的一个重要因素[1]，其加工质量的好坏，将直接影响磁极的绝缘性能及转子动平衡质量，从而影响电机性能。此磁极压板偏心车胎加工的磁极压板，尺寸稳定[4]，金加工面粗糙度合格，两侧圆弧对称度合格，外形美观[4]，非常理想的满足了磁极压板的小批量生产要求。实践证明：SolidWorks三维仿真设计技术在工装夹具设计中的应用是成功的，具有较高的准确性和前瞻性，是新技术应用于工装设计的成功事例[2]。在计算机及其应用软件不斷发展的今天，大力推广该技术在工装设计中的应用是非常必要的[2]。

参考文献：

[1]苗青豪，张东波，祁美强，马帅波. 增安型同步电动机主机磁极阻尼环钻模的设计[J].电气防爆，2011（2）：18.

[2]闫峰，黄敏，李艳丽.结构分析技术在矿用隔爆型水冷电机生产中的应用[J].电气防爆，2010（2）：27.

[3]谢溪凌，王然，汪俊亮，郑卫刚.基于SolidWorks仿真设计的镗床单杆多刃刀具[J].机械制造，2013（2）：73.

[4]吴勇斌.磨削端面楔形扇面油槽工装设计[J].金属加工，2013（11）：43.

[5]卢秉恒.机械制造技术基础[M].北京：机械工艺出版社，2010：98-105.

作者简介：

祁美强（1983-），男，四川达州人，助理工程师，大学本科，2007年毕业于西南大学机械设计制造及其自动化，主要从事发电机产品工艺工作。