Y2-315型电机三维设计与仿真

毕业设计(论文)开题报告题目：Y2-315型电机三维设计与仿真学生姓名：章学良学号：070501426专业：机械设计制造及其自动化指导教师：杨松林（教授）2011年03月30日1文献综述1.1课题立项背景三相异步电动机是各种运动机械的主要动力设备，广泛应用于工业、商业、公用设施和家用电器等各个领域。

众所周知，CAD／CAM技术不仅大幅度提高设计效率和产品质量，改善劳动条件，更为重要的是它已成为现代工业中必不可少的主要技术手段。

许多大型企业从事三维设计的软件以工作站上运行大型软件为主，如Pro／E、CAXA 和UG等，随着微机三维CAD／CAM系统的日趋完善及Window操作平台的普及和微机性能价格比的不断提高，企业使用三维CAD技术时机已经成熟。

随着知识经济及全球经济一体化进程的到来，企业必须具备快速的新产品开发和生产能力，才能在激烈的市场竞争中生存下来。

实践证明，三维CAD／CAM技术对加速新产品开发、提高产品质量、降低成本起着重要作用，是支持企业增强创新设计，提高市场竞争力的强有力的手段。

当前国内外电机先进技术向着专用化、集成化、智能化、信息化、高性能、高可靠性、高效节能和环保的方面发展。

异步电动机种类繁多，特别是专用电动机越来越多，电动机新产品设计任务越来越重，因此，应用CAD技术于异步电动机设计越来越重要, 三维造型设计和运动仿真对电动机的设计、生产、动态模拟、产品展示都有非常重要的意义，在本课题的研究中也会显得十分重要。

1.2课题研究的目的和意义1.2.1课题研究的目的面临激烈的市场竞争,每个企业都将产品设计这一环节作为企业的生命线,没有适销对路的创新产品,即使企业设备再先进,管理再科学,也会在竞争中败下阵来。

创新产品的开发与研制离不开先进的设计技术,作为先进设计技术核心的CAD 技术正从传统CAD 技术向现代CAD 技术发展。

可以说,市场竞争促进了CAD 技术的发展。

现代CAD 技术不再仅仅是代替手工绘图的一种工具,而是包含了产品方案决策、结构设计、性能分析、功能仿真,直至工艺设计的全部过程,由二维绘图发展为今天基于特征的三维参数化和变量化造型技术。

本课题使用三维设计技术更能反映电机的设计、构造及制造过程,同时利用CAD 软件对电机进行运动仿真与分析,对设计中可能出现的问题做出预测和改进,有利于实现自动化设计,加快电机更新换代的速度,提高企业市场竞争力。

1.2.2课题研究的意义三相异步电动机（Y2-315）三维设计与仿真这一课题涉及到它的结构分析，电磁计算，以及它的热体分析，在这过程中都要借助于CAD技术。

利用计算机软件进行三维设计已经成为研究些课题的趋势，它能够提高设计自动化程度，不仅能够节省人力物力和设计周期，而且也提高了设计的质量和精确性。

对于电动机而言，它作为各种机械的动力设备，能满足国民经济各部门的不同需要，设计研究它的意义非常重大。

1.3电动机三维设计与仿真国内发展概况20世纪40年代以前，我国电机制造工业及其落后。

中华人民共和国成立以后，电机工业得到了迅速发展，产品的种类数量不断增加，技术水平不断提高，50年代以仿制国外产品为主，60年代起即走向自行设计的路线，此时对它的设计比较落后，而且都以二维设计为主。

随着CAD技术的不断发展，对它的设计越来越多，人们逐步的利用三维软件对它进行分析计算，对电机的发展起了很关键的作用。

a) 浙江大学电机研究所的母果姿和叶云岳提出了基于SolidWorks的电机三维CAD 系统开发的总体框架和实现方法,实现了电机的参数化三维建模、GB工程图输出、电机零件库的科学管理,极大的避免了设计人员的重复劳动,提高了电机设计的效率,具有很大的实用意义。

参数化绘图子系统主要功能是实现电机结构化特征的参数化绘制,方便设计者完成电机各种零件的三维建模。

工程图绘制辅助子系统使生成符合厂家标准的工程图。

电机零件库子系统对电机零件及装配体的模型信息等集中进行管理,包括查询信息、输出图形等。

系统可以方便完成电机零件的结构设计、三维数据模型及工程图输出,并能在此基础上进行产品的数据管理,从而为后继的CAPP /CAM系统提供所需信息b) 广东工业大学控制工程专业的叶爱民用Pro／E三相异步电动机转子冲片和定子冲片建立3D零件图库。

从此零件图库中选出形状相似，但尺寸不同的零件图，可以通过修改此零件尺寸数据，零件自动改变成用户所需要的图形，即实现数字化绘图。

这样就大大节省了三相异步电动机的设计开发绘图时间。

此零件图以立体的形式表现零件外形，可以转化成图片形式打印出来。

也可以通过命令剖开零件，看到零件的所有内部结构。

若把所有零件的零件图全部组装在一个组装图中，则形成装配图。

此装配图可以做爆炸图，可以清楚的看到所有的零件：也可以把装配图剖视开来，可以清楚的看到零件之间的装配关系。

c) 郑州铁路职业技术学院的毛红军和吕维勇就提出了直流电机电枢线圈的三维辅助设计。

他们从理论计算、二维设计以及三维设计等方面对直流电机电枢线圈的设计进行了对比分析…，提出了线圈设计采用三维Pro/E结合理论计算，设计成型后投影生成二维平面设计图的可行性方案，解决了线圈设计中存在的一些问题。

采用三维Pro/E和简单的理论计算的结合方式，对线圈进行设计，直观的了解线圈结构，有预见性地避免设计中的诸多弊端，进行优化设计并有效缩短设计周期，提高线圈的一次成型率，达到一次设计、成型、下线的理想境界。

d) 皖南电机与CAXA合作的项目正式启动，决定应用CAXA A5 PLM解决方案来代替原先的PDM系统。

最后达到了1)对应用层2)对技术管理层3)对决策层(管总) ，都有不错的应用效果，同时也受到了人们的一致好评。

通过以上的例子说明，对于电机的三维设计与仿真已经成为社会的趋势，对于它的设计也越来越专业，从整体设计到某个零部件的设计，从各个知名的学者到一些不起名的公司，它的设计越来越完善，也越来越符合社会的要求。

2.本课题要研究的问题和采用的研究方法及途径2.1课题所要研究的问题本课题以企业横向课题“Y2-315型电机三维设计与仿真”为背景，拟用高级微机CAD软件系统CAXA实体设计平台，主要研究电机三维零件的造型、装配、渲染、投影及其动态的装配和爆炸；之后对电机进行虚拟仿真及动力学分析；还有对电机的轴及定转子等进行应力分析；最后进行热分析、流体分析、结构强度的分析。

分析之后对企业提出合理的建议，竭尽所能去优化电机。

2.2课题研究所采用的方法由于三维软件的种类较多，采用的方法也各不相同，我查阅了大量的资料，并进行了对比，对本课题的设计与研究拟用了以下几种方法1）以Pro/E为设计平台进行研究Pro/E主要的特征是以以参数化设计强大，它是参数化技术的最早应用软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

如果设计的机器结构复杂，而且种类多，利用此软件倒是一个不错的选择。

2）以Solid Edge为设计平台进行研究Solid Edge的核心主要是通过降低成本同时增加顶线收入来取得竞争优势。

独特的Solid Edge 洞察力技术把设计管理能力直接嵌入到CAD内部，向整个组织的设计意图提供洞察力，并加强协同。

Solid Edge 出色的核心建模和工作流程所补充的洞察力极大地缓解了设计越来越复杂产品的压力，以适应不断变化的市场需求。

3）以UG为设计平台进行研究UG主要特征是为产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。

该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能，而且在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性。

利用UG NX技术来开发，是极具潜力的一种开发手段。

4）以CAXA为设计平台进行研究CAXA是具有全功能一体化集成的三维设计环境，在同一个集成环境下提供了解决产品创新全流程的概念设计/总体设计、零件设计/详细工程设计（实体与特征设计、复杂曲线曲面设计、钣金设计等）、虚拟装配与设计验证、产品的虚拟展示与评价（真实效果渲染与动画模拟仿真）、二维工程图生成、设计借用/重用、标准件/参数化图库应用和扩展、跨平台数据文件的共享交换等应用需求的方案。

它的功能齐全，是本次课题的首选使用平台。

通过以上4种方法的比较，我决定采用以CAXA为研究平台，作为研究本次课题的使用方法，其主要原因有以下几点：a)本次课题的设计是企业性质的，企业要求我们以CAXA为平台，进行电机的设计与研究b) CAXA的功能比较全面，本次课题的研究非常符合以其为平台。

c) CAXA的运动仿真和分析虚拟样机等功能非常易于实现，从而能使我更好的改进电机的性能d) CAXA具有直观的可交互的特征操控面板，容易学会，也大大提高了我的操作效率。

e) CAXA与各种CAD工具（包括相关数据交换）和业界标准数据格式兼容，生成模型文件的通用性高，便于我与企业里相关技术人员的技术交流。

综上所述,就本课题而言，CAXA的功能能够很好的实现本课题的要求，因此我选择了运用CAXA来开发本课题。

2.3课题研究的途径经过上面表述，本课题我所采用的研究方法主要是以高级微机CAXA实体设计为平台，对Y2-315型电机进行三维设计与运动仿真等内容的研究，具体的研究途径如下所示：a) 学习CAXA三维软件各项功能，如造型、钣金、装配、动画、渲染、仿真等系列电机的书籍、文献、标准、资料、图纸等，了解它们的b) 全面收集有关Y2结构以及技术参数等c) 运用CAXA三维造型、装配和仿真功能对电动机的各个零件进行造型和装配，并对其整机进行仿真e) 绘出电机重要零部件的二维工程图，并对电机图形进行二维和三维的修改，直到完善为止。

d) 对电机关键零部件，如轴、定转子进行应力强度等的分析，并进行电机的结构设计，电磁计算以及热体分析g) 进行整个课题的后续处理并与企业交流，完善不足的地方，顺利结束课题。

参考文献1．史红,姜文龙,杨晓燕,刘洪波. CAXA实体设计在三维设计软件中的应用.科技资讯，2008(1):85 2．叶爱民. 异步电动机计算机辅助绘图[学位论文].广东:广东工业大学, 20073．余思佳,黄松波,雷毅. CAXA实体设计的专用化开发 .计算机辅助设计与图形学学报，2005-17(10) 4．母果姿,叶云岳. 基于SolidWorks的电机三维CAD系统的开发.机电工程,2005-22(5)5．毛红军,吕维勇. 直流电机电枢线圈的三维辅助设计.郑州铁路职业技术学院学报,2010-22(2) 6．胡国骏. 基于Pro/E 的电机转子片与定子片多工位级进模设计.模具制造,2005(5):32-347．傅丰礼,李文正,虞修忍,李秀英. Y2 系列三相异步电动机设计要点.中小型电机1996-23 (4):13-23 8．吕崇德, 姜学智.仿真技术在中国电力工业中的发展及应用. 系统仿真学报,1999-11(4)9．廉哲满,李裕谨,李精华. 基于Pro/ E 的专用减速电机的设计与研究. 延边大学学报,2009-35(2) 10. 郑伯学,吴俊海.基于Pro/E 的三维机械设计与运动仿真[学位论文]. 辽宁:辽宁工程技术大学职业技术学院, 2007指导教师意见：指导教师：年月日。