高速电机转子冲片的强度设计（二）——考虑转子轴与冲片过盈配合内应力的计算方法（上）

⾼速电机转⼦冲⽚的强度设计（⼆）——考虑转⼦轴与冲⽚过盈配合内应⼒的
计算⽅法（上）
⼀、前⾔
在上节中，已借助ANSYS官⽅案例的原⼏何模型，建⽴了适合强度分析的薄⽚状简化的⼏何模
型及有限元模型，并得出旋转离⼼⼒作⽤下冲⽚内应⼒的基本规律。

由于离⼼⼒是径向向外的，受⼒状态较为简单，且由于离⼼⼒随线速度的平⽅关系规律，将主
要对冲⽚隔磁桥附近的局部应⼒，影响较为明显。

⼀般为径向隔磁桥受拉伸，外圈的周向隔磁
桥受弯曲。

其强度设计的难度相对较低。

某些电机产品中，还需考虑冲⽚与轴过盈配合引起的内应⼒。

其主要为从冲⽚内孔，向圆周的
环向，存在拉伸应⼒，且影响范围较⼤，强度设计的难度更⾼。

当其与离⼼⼒组合作⽤后，冲
⽚内应⼒的分布规律，会变得更为复杂，以⾄于更不易控制。

过盈配合，即依靠轴与孔的过盈量，在装配后使零件表⾯间产⽣弹性压缩摩擦⼒，以实现紧固
联接的⼀种连接设计形式。

⼀般⽤于电机转⼦与冲⽚间的摩擦连接，以抵抗扭矩等外载。

过盈配合的处理⽅式⼀般有以下⼏种：
1、对于⼿⼯计算⽽⾔，可借助《机械设计⼿册》或相关设计规范的算法，进⾏简化计算；
2、对于强度仿真⽽⾔，可采⽤带有初始缺陷及⼏何⼲涉的⼏何模型+摩擦接触+在接触中闭合间
隙的⽅法；或完美⼏何+摩擦接触+接触偏置的⽅法等，实现过盈效果。

前者⼀般适⽤于密封条的压紧装配过程等，拥有较⼤初始过盈量的⾮线性⼤变形情况，或对过
盈压装过程的模拟等。

在电机转⼦冲⽚强度性能开发中，过盈量相对总体尺⼨⽽⾔极⼩，且为
探索内应⼒的极限范围，⼀般需反复多次调整过盈量进⾏计算，以及⼀般应保证过盈贴合⾯附
近，处于⼩变形、线弹性、不超过材料屈服强度等要求的范围内。

如采⽤后者的解决⽅案，只
需建⽴⼀次⼏何模型，有利于提⾼综合计算效率；
3、对于制造⽽⾔，过盈效果的实现，有压装、热装、冷装、锥孔螺栓拉紧等四种常⽤⽅法。

在
新能源汽车电机上，常采⽤热装或压装的⽅式。

⽽配过程与临界压装⼒的仿真计算⽅法，将在
本⽂后续章节中进⾏专题介绍；
4、对于实验⽽⾔，⼀般采⽤准静态扭转或准静态的轴向推⼒逐渐加载的⽅式，验证临界失效
⼒。

本⼩节的第⼀部分，将采⽤《机械设计⼿册》中的⼿算公式，概略计算转⼦冲⽚在扭矩作⽤下
所需的过盈量范围；
第⼆部分，与上⼀节中，转⼦冲⽚与转⼦轴，采⽤绑定接触⽅式进⾏连接不同，通过完美⼏何
模型+摩擦接触+接触偏置的⽅法，介绍并计算过盈配合内应⼒的基本规律与强度优化思路，为
后续章节更详细的进⾏强度性能优化与减重设计，提供基础参考。

⼆、考虑转⼦轴与冲⽚过盈配合内应⼒的计
算⽅法
本节主要技能点：
1、介绍过盈配合的特征特点，以及利⽤《机械设计⼿册》的算法，对冲⽚圆环形模型，进⾏
简化的过盈量及热装温度等参数的⼿⼯计算操作；
2、介绍转⼦冲⽚过盈配合仿真策略与案例操作；
⾸先进⾏⼿⼯计算。

过盈配合的特征特点：
（1）、圆柱⾯过盈连接结合⾯，沿着轴向的压⼒分布⼗分不均匀。

其基本规律近似下图所⽰。

图-01 接触压⼒分布
本图上半部分为《机械设计⼿册》的⽰意图，其过盈配合⾯两端接触压⼒最⼤，呈现⼀定的应⼒集中，向中部呈较为平缓的曲线分布；下半部分为仿真分析得到的基本规律。

其两端接触压⼒更⼤，并向中间接触压⼒衰减曲率较⾼。

这也在⼀定程度上，暗⽰了仿真结果与实际值略有差异。

本图仅从思路上进⾏对⽐，不带表实际的分布规律差异；
（2）、当过盈引起的内应⼒，对转⼦内应⼒影响⼗分明显，以⾄于接近其屈服强度时，为了缓解过盈配合的应⼒集中效应，对于电机转⼦冲⽚与轴过盈配合⽽⾔，其受制于冲⽚不连续的多⽚薄⽚结构，⽆法通过对冲⽚开卸载槽等⽅式，释放内应⼒。

如需改善端部应⼒集中的应⼒⽔平，提⾼疲劳强度，宜在轴的两端，适当增加应⼒释放槽；
（3）、过盈配合连接结构的承载⼒，主要取决于连接件的摩擦⼒和强度。

其性能计算的已知条件为传递的荷载、被连接件的材料属性、摩擦系数、⼏何尺⼨、零件表⾯粗糙度等；
（4）、为避免冲⽚压装后与转轴发⽣黏着和擦伤等风险，转轴与冲⽚的材料硬度，应有⼀定的差异。

⼀般转轴表⾯，会进⾏淬⽕等热处理操作，以提⾼硬度增加耐磨性和静载疲劳寿命，从⽽相对较软⼀侧的材料，为铁芯冲⽚。

对于分段冲⽚⽽⾔，叠压时应保证冲⽚的⽑刺⽅向⼀致，且为逆着压装⽅向，以⽅便装配；
（5）、为⽅便装拆，转轴的端部，应加⼯出15度左右的倒⾓，且压装时应涂抹润滑油；
（6）、压装后，应保持⼏分钟的压装⼒。

组装后也应放置数⼩时才可承载，借以充分将内应⼒释放，并实现内应⼒的再平衡；
（7）、压装和卸载过程应缓慢，当压装困难时，可适当增加压⼒，但不应明显增加；
（8）、如设计过盈量较⼤，⾄使压装⼒过⼤时，可对叠⽚适当加热再压⼊；
（9）、对转轴进⾏深冷处理，以利⽤低温将其尺⼨缩⼩的⽅法，其⼯艺性能在⼀定程度上，⽐加热转⼦叠⽚法更好，但成本较⾼，⼀般较少应⽤。

在进⾏计算前，宜列举当前算法的各种假设，以⽅便了解其适应范围和优缺点。

过盈配合连接设计时的假设；
（1）、零件的应变，在线弹性范围内。

材料均匀、连续、各向同性、⽆初始内应⼒等（实际上，均或多或少的有所不同，如没有完美的线弹性材料，以及硅钢⽚冷轧后的正交各向异性模量，尤其是有硅钢⽚冲裁及叠⽚间互相焊接后等引起的内应⼒存在等）；
（2）、被连接件，为两个等长度的厚壁圆桶，其接触压⼒均匀分布（实际硅钢⽚为多组薄⽚贴合，轴向刚度较低，以及为两端⼤中间⼩的接触压⼒分布）；
（3）、连接件和被连接件之间，处于平⾯应⼒状态，即轴向应⼒为零（实际轴向应⼒存在，但相对较⼩）；
（4）、材料的弹性模量为常数（实际为受到温度、热处理、材料成分等影响，弹性模量略有变化）；
（5）、适⽤的强度理论，为第四强度理论（实际在材料⼒学性能试验时，为单向拉伸过程，以拉伸应⼒状态为主，辅助少量剪切应⼒。

但实际受⼒状态更为复杂）。

过盈配合设计流程如下（本⽂仅计算部分内容）：
（1）、根据所需的传递荷载，确定最⼩结合压强Pmin以及相应的最⼩过盈量δmin；
（2）、根据被连接件的材料和尺⼨，确定不产⽣屈服变形的最⼤结合压强Pmax以及相应的最⼤有效过盈量δmax；
（3）、根据最⼩过盈量δmin和最⼤有效过盈量δmax的计算结果，确定基本过盈量，并选择配合的最⼤过盈量和最⼩过盈量；
（4）、必要时，应做校核计算以及直径变化量的计算；
（5）、计算过盈配合的装拆参数；
（6）、确定被连接件的合理结构和装配⽅法。

假设各材料均为结构钢、不考虑温度效应、实⼼轴外径及冲⽚内径26mm、冲⽚外径32.5mm、传递扭矩500Nn·m、结合长度100mm、实⼼轴、包容件（硅钢⽚）屈服强度400Mpa、被包容件（转轴）屈服强度800Mpa。

由于电机转⼦主要受到扭矩作⽤，⽽轴向⼒、电磁⼒、外部震动及冲击⼒等相对可忽略，本次计算只考了扭矩作⽤下的过盈配合参数。

由于冲⽚结构复杂，且为多个单⽚叠装的形式，冲⽚外圈⼜开有磁钢槽，其刚度远⼩于实⼼材料。

为简化计算，未代⼊75mm实际外径尺⼨，⽽采⽤更接近磁钢槽底部尺⼨的32.5mm外径。

实际设计设计时，应根据实际情况与实验数据，验证等效的计算外径。

前期资料介绍完毕，下⾯进⾏公式计算。

计算项⽬：
（1）、传递荷载所需的最⼩结合压强Pmin；
传递扭矩
式中T=传递的扭矩，本次取500000n·mm；df=结合直径=26mm；lf=结合长度=100mm（⼀般取0.9~1.6倍的结合长度，本次取1.0）；µ=被连接件摩擦系数，见表1-1,本次取0.1及钢-结构钢⽆润滑条件下；
表1-1 材料间的摩擦系数
带⼊以上公式，得=
（2）、直径⽐；包容件为26/32.5=0.8；被包容件=0
（3）、传递荷载所需的最⼩直径变化量；
对于包容件e min=
式中Pmin=最⼩结合压强=47.1Mpa；dr=轴径=26mm；C1需查阅表1-2，本次取4.255及0.75；Ei为被连接件（转轴）弹性模量=200Gpa，Ea为连接件（硅钢⽚）弹性模量160Gpa。

表1-2 C1值
带⼊以上公式，得包容件Ca=47.1x26x4.255/160000=0.0326mm=32.6µm
以及被包容件C1=47.1x26x0.75/200000=0.0046mm=4.6µm
（4）、传递荷载所需的最⼩有效过盈量δmin=32.6+4.6=37.2µm（双边过盈量）
（5）、不产⽣塑性变形所允许的最⼤有效过过盈量
①、不产⽣塑性变形所允许的最⼤结合压强（接触压⼒）包容件
式中σa=包容件屈服强度=400Mpa、
其中qa=直径⽐=0.8，带⼊以上公式，得Pmax=0.1887x400=75.5Mpa
②、被包容件
式中σa=包容件屈服强度=800Mpa、、其中实⼼轴p=0.5
带⼊以上公式，得Pmax=0.375x800=300Mpa
取75.5Mpa与300Mpa的较⼩值，得不产⽣塑性变形所允许的最⼤结合压强为75.5Mpa。

（6）、不产⽣塑性变形所允许的最⼤直径变化量
①、包容件
式中，Pmax=75.5Mpa、Ca=查阅下表=4.855、Ci查阅下表=4.255、Ea=160Gpa
表1-3 Ca与Ci值
带⼊以上公式，得emaxa=75.5x4.855/160000=0.00229mm
②、被包容件
式中Ci=4.255带⼊以上公式，得emaxi=75.5x26x4.255/200000=0.0418mm （7）、被连接件不产⽣塑性变形所允许的最⼤有效过盈量
δmax=emaxa+emaxi=0.00229+0.0418=0.00647mm=64.7µm。

显然相对于500N·M的扭矩⽽⾔，这是⼀个极⼩的数值。

（8）、配合选择
初选基本过盈量
式中，δmin=37.2µm，δmax=64.7µm
带⼊以上公式，得50.95µm
（9）、确定基本偏差代号根据δ及dr查阅下图计算
图-02 基本偏差代号
查图得，偏差代号为u
（10）、选定配合。

根据偏差代号u、δmin=37.2µm，δmax=64.7µm，并查阅G/T1801规范选⽤配合。

见图-03。

图-03 常⽤配合
查图得配合为U7/h6。

再据此查阅下表选择过盈量。

图-04 选⽤过盈量
查图表得，过盈量优选范围是35µm~76µm。

（11）、装拆参数。

需要的压⼊⼒
带⼊已有参数得F=75.5x3.1415x26x100x0.1/1000=61.7Kn≈6吨⼒
经计算，在等效转⼦外径32.5mm，内径26mm，在承担500N·M扭矩时，过盈量范围是
35µm~76µm（双边）。

由于本电机尺⼨较⼩，不可能出现500N`M的扭矩⼯况，⽽此⼯况下对应的过盈量范围，仅数⼗个微⽶量级，说明当前情况下，保证扭矩不松脱的过盈量，不需要太⼤。

在常见的新能源乘⽤汽车电驱动系统中，由于主流的电机转速度，在⼀万转左右甚⾄更⾼。

等效数百倍重⼒加速度的强⼤离⼼⼒，会明显的降低过盈后形成的接触压⼒，从⽽有丧失承载扭矩动⼒的风险。

这就需要采⽤相对较⼤的最⼩过盈量进⾏抵抗；
相反的，为降低加⼯精度、成本、进度等⽅⾯的要求，最⼤过盈量（加⼯公差）应越⼤越好。

但过⼤的最⼤过盈量，将显著增加转⼦冲⽚的内应⼒，以⾄于最⼤应⼒，可能很容易接近或超过材料屈服强度，甚⾄远远超过。

这就需要尽量降低最⼤过盈量。

另外，如果最⼤过盈量与最⼩过盈量的范围太过接近，将对机械加⼯精度及成本等，提出了更⾼的要求，⼜宜尽量将两者远离。

这是⼀个反复调整权衡利弊过程，⼀般通过仿真分析⽅法进⾏初步验证，⽽后进⾏样机⾼速强度实验，以考察设计合理性。

以上仅从机械强度⾓度进⾏考虑。

深⼊设计时，还应考虑电磁性能及温度应⼒的影响等，以综合选取最佳的强度设计⽅案。

⾄此，⼿⼯计算部分完成，下⾯进⾏仿真分析案例部分。

对仿真⽽⾔，理论知识是真正的核⼼竞争⼒。

其包含了告诉⽤户诸如，可以采⽤什么⽅案、什么是对的、⼀般是什么规律、应该是什么趋势、什么是错的、如何做是对的、出错后，原因在哪、如何排查修正等问题的各种知识，如材料⼒学、有限元⽅法、计算⽅法、计算机原理、材料的⼒学性能等。

⼀般⽽⾔，⼀个合格的仿真分析岗，或者说性能开发⼈员的知识架构中，宜50%左右的⽐例，⽤于积累各种仿真软件背后的理论知识、40%为了解⾃⼰及友商产品的结构与性能，现有及通⾏的设计加⼯制造⽅法与能⼒及知识、各种设计实验检测规范和技术规格书、实验及检测⽅式⽅法知识、仿真与实验对照⽅法等的⼯程经验⽅⾯的知识、⽽最后的约10%⽐例，为仿真软件的操作和使⽤。

即以理论知识为指路明灯，以⼯程经验为落地选择，通过软件操作验证性能，并使⽤经过试验验证及对标校准后的仿真结果，指导产品改进优化的，所谓5-4-1定律。

在进⾏过盈配合的仿真分析时，需提前了解两个关键的理论知识：迭代计算⽅法及接触算法。

本节的前⾯部分，主要介绍其原理和基本规律，后续进⾏软件案例演⽰。

在有限元分析计算中，应⼒等计算过程，⼀般需构建总体的刚度矩阵，并求解它。

这个矩阵的结果，在考虑⾮线性计算时，如材料、⼏何、接触等引起的各种⾮线性⾏为。

⼀般是⽆法预知最终受⼒平衡时，外载与⽀撑处反作⽤⼒关系的。

⼀般借助迭代计算的⽅法，⼀点点的尝试，并试图逼近⼀个合理精度的结果。

这需要依靠让⽆数⼈疯狂，也让⽆数⼈痛苦的⽜顿先⽣，发明的微积分计算⽅法——⽜顿迭代法。

没错，就是中学物理课本上，那个发现万有引⼒定律，总结出三⼤⽜顿定律等的旷世奇才艾萨克·⽜顿。

某度百科有云：“⽜顿迭代法（Newton's method）⼜称为⽜顿-拉夫逊（拉弗森）⽅法（Newton-Raphsonmethod），它是⽜顿在17世纪提出的⼀种在实数域和复数域上近似求解⽅程的⽅法。

”；
“⽜顿迭代法解⾮线性⽅程，是把⾮线性⽅程线性化的⼀种近似⽅法（冯康院⼠总结的有限元核⼼思想之⼀，化繁为简、以简驭繁）。

”；
以及“多数⽅程不存在求根公式，因此求精确根⾮常困难，甚⾄不可能，从⽽寻找⽅程的近似根就显得特别重要。

⽅法使⽤函数的泰勒级数的前⾯⼏项来寻找⽅程的根。

⽜顿迭代法是求⽅程根的重要⽅法之⼀，其最⼤优点是在⽅程的单根附近具有平⽅收敛，⽽且该法还可以⽤来求⽅程的重根、复根，此时线性收敛，但是可通过⼀些⽅法变成超线性收敛。

另外该⽅法⼴泛⽤于计算机编程中。

”
在完全的⽜顿迭代法中，⼀般假设⼀个初始值，其在有限元中，对应了结构初始的刚度，并进⾏更新。

类似的在瞬态CFD计算中，也需要合理设置⼀个这种初始值。

⽽后让外⼒逐渐加载，从0%⽐例的外载，逐步增加到100%，并计算在各切线刚度及外载下，对应的结构受⼒等，并将其与⽀座处的反作⽤⼒进⾏⽐较（⾄少需要⼀个固定约束，或者合理的与⼤地的约束条件，即引⼊边界条件，以消除矩阵奇异）。

在静⼒学分析中，应随时维持作⽤⼒与反作⽤⼒，⼤⼩相等⽅向相反的基本规律。

这会使物体处于平衡状态（还是初中物理课的⼆⼒平衡后，保持静⽌或匀速运动。

对于静⼒学分析，就是保持静⽌或等效为静⽌）。

从⽽可以基于此状态，在逐渐的加载后，⼀点点的计算出，外载作⽤下，对应的应⼒等结果。

否则不平衡状态，将使模型发⽣刚体位移（初中物理课的匀加速直线运动），从⽽像在宇航员在太空漫步⼀样，⽆限飞⾏下去，以⾄于⽆法得到⼀个确定的位置解答⼀样，计算将失败。

结果为零，计算进度为零。

在仿真软件中，⼀般可提前在分析设置中，开启弱弹簧功能（在Solid works软件中，被翻译成软弹簧），以辅助控制刚体位移的发⽣。

并应逐步排查，引起刚体位移的各种原因。

但这个操作，会稍微增加计算量及降低计算精度。

如果两次迭代计算的作⽤⼒与反作⽤⼒差异较⼤，软件将在下⼀次试算中，适当调整切线刚度矩阵，并继续计算。

如差异较⼩，则在这个基础上，微调切线刚度矩阵继续计算。

如果随着计算的进⾏，多次尝试刚度后的结果，越来越接近理论上，作⽤⼒与反作⽤⼒相同的趋势，则意味着计算进程有效，为逐渐收敛的解，否则将是发散解。

计算时，需⼀点点的加载，并且每次加载后，反复⽐较与反⼒的偏差，其在仿真软件中，⼀般对应了⼒的收敛值。

但世界上没有完美的事情，任何⼀个计算不会是精确的⽆误差。

其实，只要反⼒的误差在合理范围内，如差异⼩于1%，即可得到⾜够收敛的结果。

在仿真软件的求解设置中，可以⾃动或⼿动设置，该误差的⽐例或限制值。

这种逐渐加载的过程，也从原理层⾯引发了⼀个问题，就是合理选择加载⽐例的问题。

假设最终需要计算100N的外⼒对应的结果。

最开始分为20次逐渐加载，分别计算每⼀个过程（20个荷载步），则每次加载为5%⽐例，即5N。

这个⽐例，⼀般⽽⾔可以认为是较⼤的。

这需要20次⼩的计算才可以完成，总体计算量为⼀次时的20倍。

每次加载⽐例较⼤的优点，是宏观计算量较⼩。

缺点是，容易引发作⽤⼒与反作⽤⼒不平衡，不利于实现收敛（步⼦⼤了容易扯到蛋定律）。

那就要多次试算，从⽽变相的增加了计算量。

如果试算不成功，软件⼀般会⾃动的将加载⽐例减半（即⾃动⼆分过程）。

如从每次增量5%，变成2.5%⼀次，继续计算。

如果⼏次试探后，成功收敛，则后续将恢复5%；如果不成功，会以2.5%增量继续计算直到收敛。

如依旧不成功，会再次⼆分为1.25%。

如果依然不收敛，软件⼀般会停⽌挣扎，终⽌计算。

这时应仔细检查出现不收敛的原因。

如果找到，可以继续计算；如果没找到，计算停⽌。

则总的计算进度，停留在最近⼀次收敛点处。

如果⼀切成功，则⼜恢复5%加载⽐例继续计算。

这种反复调整过程，也将时刻牵动着⽤户幼⼩的⼼灵。

好消息是，该过程可以随时暂停，随时查看中间结果以及判断计算中，可能出现的问题，并可继续进⾏计算。

在仿真软件中出现⼆分，⼀般也意味着当前加载⽐例过快，在收敛图中以红⾊表⽰。

依然是世界上没有完美的事情定律，适当的⼆分，不会明显影响结果和计算量，可以容忍。

以上规律也显⽰了，⼤量的⼆分，说明初始的加载⽐例过⼤，以⾄于很难收敛（单纯从加载增量的⽐例⾓度考虑）。

⽽如果增加加载的步数（在仿真软件中，⼀般称为⼦步数），如从20变成100。

则每次加载的增量减少为1%，其将以更平缓顺滑的⽅式加载（如某些巧克⼒或洗发⽔⼴告词中的纵享丝滑），那么每次加载后的⼒变化，就⽐较⼩，相对更容易形成⼆⼒平衡，从⽽有利于收敛。

不⾄于出现，因为⼲⼲巴巴的，⿇⿇咧咧的，⼀点也不圆润，需要盘它的情况。

但因为总体上，变成了100次的逐渐加载，总的计算量，在加载⼦步数量的层⾯，相对之前的20次，增加了5倍，也会增加计算量，从⽽⼤⼤增加计算时间。

其对电脑CPU的浮点性能和整机稳定性的考验极⾼。

这需要权衡利弊。

加载⽐例的调节，在仿真软件中，⼀般在求解设置的⼦步菜单，进⾏调整。

⼀般需要设置初始⼦步、最⼤⼦步数、最⼩等。

应从较少的⼦步数（每次加载⽐例较⼤）开始试探，如⼆分过多，可适当增加。

也可也软件⾃动（默认）。

如此繁琐的过程和各种不完美的情况，也许也是为什么，强迫症患者或者完美主义者，不适合做仿真岗位的原因之⼀。

另外有⼀些特质的⼈，也明显不适合做此类岗位，如密集恐惧症。

其看到满屏幕细⼩密集的⽹格，会很崩溃；以及⾊盲或⾊弱⼈群，其将⽆法清晰的通过结果云图的颜⾊，定位和判断数据的量级与具体数值。

还有，缺乏耐⼼及脾⽓暴躁者，也明显不适合，⽐如在多次计算不收敛，或者需要沉下⼼学习软件背后的理论知识的时候，容易⼈神共奋。

在基于仿真技术的性能开发中，真正的难度，在需于对理论知识充分的理解和应⽤，以及对产品的充分熟悉。

这需要⼤量的积累，门槛极⾼。

否则，什么精度、效率、指导设计、优化提升等就⽆从谈起。

并且仿真计算的策略、⽅法、路线、解决⽅案等，没有标准答案，也⼏乎没有所谓的正确答案，标准模板等。

那么不确定因素很多，可以使⽤的⽅法，也就有很多。

这需要⽤户了解各种可能性，各种解决⽅案的优缺点、使⽤范围、效果趋势与结果规律、各种改进⽅案性能规律等，有⼀个充分的了解与认识，从⽽在多⽅案多条件限制下，综合利弊权衡优劣，并在合理的精度、难度、进度、计算量等条件下，从⽽选取最简单、⽅便、快速、低成本、适合⾃⼰当前状态的解决⽅案。

为了保证总体进度，建议先从最简化最基本的⽅案，开始尝试⽤最低的成本，满⾜⼀个基本堪⽤的计算。

如果成功并且还有⾜够的时间，再逐步尝试更加完善和⾼精度的⼀些⽅案。

⽽没有标准答案，只有最适合的，也许是对⼤部分，经历过应试教育后的⽤户，提出的⼀个巨⼤转变与挑战。

在完全的⽜顿迭代法过程中，结构的切线刚度矩阵，将随时更新，这个过程的计算量⼀般较⼤。

好处是，⼀旦计算过程出现了收敛趋势，其收敛速度将呈平⽅关系加快，有利于更快速找到合理结果，且适合计算刚度变化较⼤的情况。

同时，进⾏⾮线性迭代计算过程的计算量，将明显的⼤于普通的线性计算，因为后者中，只需要计算⼀次刚度矩阵即可。

由于每次需要更新切线刚度矩阵，计算量将⼤⼤增加。

有⼀种相对简单的⽅法，可在合理精度下适当加快计算，那就是改进的⽜顿迭代法。

其只在第⼀次计算中，⽣成初始的切线刚度矩阵，但在后续试算中，均基于这⼀个刚度矩阵，就⼤⼤节省了计算量。

只不过需要⽤户⾃⾏判断，结构受⼒前后的刚度，是否明显变化。

如变化较⼩，
以⾄于前后可以⽤⼀个看似不变的刚度矩阵进⾏等效，那么采⽤改进的⽜顿拉普森⽅法，将在⼀定程度上节约计算时间。

这个算法，也是在软件的求解设置中，可以⼿动调整的，默认⼀般为完全法。

同时，由于⾮线性计算，会有较⼤的概率出现不收敛，将明显的增加计算调试过程的次数，甚⾄在不合理的模型、材料、接触等情况下，不会得到收敛结果的情况，从⽽使得总体的计算量⼤⼤增加。

⼀般会增加⼗倍甚⾄百倍。

在极端情况下，⽆法收敛的结果，将不能⽤于后续计算。

意味着总体计算进度，为前⾯的局部；类似的，对于CFD计算，由于也是迭代过程，并且⽆论是否收敛，都可以随时暂停，随时查看中间过程，以⾄于如果进度不允许的话，完全可以⽤⼀个计算⼀半的结果拿去使⽤。

这与线性计算相反。

在线性计算中，由于不会遇到不收敛⽆法得到结果的问题。

那么⽆论如何，都会有⼀个结果，⽆论好坏对错。

但在⾮线性迭代的计算中，不收敛的结果⼀定是错的；⽽收敛的结果，却是正确的必要不充分条件。

并且带来了调试次数的不确定性，完成收敛时间的不确定性等。

那么意味着，总的计算进度⽆法保证，结果的质量也⽆法保证，这种或⽣或死的薛定谔的仿真结果，将⼗分挑战使⽤者的理论知识和抗压能⼒。

很明显，⽜顿迭代法是⼀个“瞎蒙”的算法。

在不能预先知道结果在那⾥的时候，通过合理
的“蒙”，确实也可以帮助找到⼀个相对适合的结果。

仿真计算过程中，⽤户会遇到各种各样的问题，⽽漫⽆边界的瞎蒙，却不是⼀个好的解决⽅案。

蒙对的概率如此之低，以⾄于绝⼤多数时候，没有理论依据和没有事实参考的瞎蒙，基本意味着⽩费努⼒，浪费时间。

所以推荐的解决⽅案是，⽤知识去武装⾃⼰，拒绝瞎蒙，⽤知识中的基本规律和基本⽅法告诉⾃⼰，如何做，怎么做是对的，什么才是合理的。

以上为对迭代法的⼀般认识，下⾯介绍接触计算。

接触算法，⼀般⽽⾔是典型的⾮线性计算，其属于多零件模型中，考虑状态⾮线性的⼀种计算技术。

其可⽤于考虑各种带有变化过程的计算，⽐如零件互相的碰撞触碰、分离与张开、胶⽔的撕裂、各种带有摩擦⼒的场合、摩擦⽣热、各种连接或联动的运动过程、磨损、螺纹连接的螺纹⽛受⼒（简化算法）、过盈配合（在Solid works软件的有限元模块中，其被翻译成冷缩配合）等各种各样的情况。

由于可以考虑的情况有很多，各种困难也较多，这也是为什么属于结构仿真中，难度相对较⾼的⼀种技术的原因。

另外两个典型的⾮线性问题，为材料⾮线性（如塑形变形等）和⼏何⾮线性（如屈曲等）。

除了ANSYS中的绑定接触（在Solid Works软件的仿真模块中，被翻译为结合；在ABAQUS软件中，类似的功能为tie）或不分离接触，为简化的线性计算。

其他的如摩擦、⽆摩擦、粗糙等，均为典型的⾮线性接触。

需要依赖上⽂介绍的迭代计算⽅法，以及各种接触算法进⾏计算。

（正如初中⽣物课的马卡洛夫条件反射实验告诉我们，学习的本质，是将原本看似毫⽆关联的知识与信息，连接起来。

）这将进⼀步带来理论知识的复杂度、调试难度、计算量、计算成功率的各种各样的，或收敛或不收敛的薛定谔的接触等问题。

进⼀步考验了使⽤者的理论知识和抗压能⼒。

在电机转⼦总成过盈配合计算中，由于过盈量相对总体尺⼨较⼩，且⼀般需要反复调整过盈量级，可使⽤摩擦接触的接触调整算法，进⾏表达。

流程是：⾸先建⽴完美尺⼨的模型，并适当划分⽹格，⽽后在摩擦接触中，开启接触调整功能，并输⼊过盈值。

软件将⾸先计算两个零件接触⾯（⼀般为转⼦⼀侧）和⽬标⾯（⼀般为硅钢⽚⼀侧）节点的位置。

然后根据输⼊的过盈值，在有限元模型层⾯，硬⽣⽣的把⽬标⾯⼀侧的节点，等间距的向外推出，过盈值对应的距离。

从⽽产⽣了，因为尺⼨过盈⽽形成的膨胀效果。

这个膨胀效果，将在⽬标⾯对应的硅钢⽚零件内部，产⽣以环向拉伸膨胀为主的内应⼒。

由于材料的弹性，也会对⽬标⾯，形成⼀个反作⽤⼒，其表现为接触压⼒。

对于过盈配合⽽⾔，实现零件间可靠抱紧，⽽⽤于抵抗电磁⼒扭矩、温度、离⼼⼒等外载的能⼒，主要依靠的，就是这个接触压⼒。

如果追求极限减重，有各种减重孔的存在，也会在⼀定程度上，降低接触压⼒。

⼀般⽽⾔，需要考虑最⼩过盈下的接触压⼒，加⼤到⼀定程度，以防⽌滑动。

由于转⼦总成的机械加⼯和装配等⽽⾔，都需要有⼀个合理的公差范围。

在合理的制造效率和成本等限制下，这个公差范围宜越⼤越好。