ansys的塑磁定子模具的优化设计(附件)【字数：18981】
摘 要摘 要随着现代化电动机技术的发展，家电市场对电动机的平稳性降噪性有着越来越高的要求。塑磁定子电动机是一种典型的电动机，该电动机定子部分是塑料与磁粉混合填充由注塑模具加工生产的一种高效性能的电动机，具有高转速低噪音的优点。本课题研究内容是对现有的定子实物分析其外观结构，依据相关注塑模理论知识，设计其注塑模具的成型零件并建模，再对其成型零件进行有限元分析，根据应力分布状况，优化结构缺陷，改善不足之处。本课题的研究方法是，根据现有塑磁定子外观结构，先使用UG软件对塑磁定子模具的型腔与型芯进行结构设计，然后在ANSYS环境中对模具型腔与型芯进行有限元分析，改善型腔表面的应力分布，根据分析结果做出相应结构的优化设计。完成模具型腔与型芯结构改善后，再给出不同的体积参数在ANSYS中求解出最佳的零件体积，以降低模具的制造成本。优化后的模具成型零件由原先的整体式型腔改变成镶嵌式型腔，增加型芯个数，并对型腔内部关键受力部分改为镶条，这样的结构极大的改善了模具型腔内表面的应力分布状况，保证产品的质量，开模后定子产品也更加容易取出，并可延长模具使用寿命。关键词定子模具；塑磁定子电机；注塑模；有限元分析；结构优化
Keywords: stator mold; plastic magnetic stator motor; injection mold; CAE; structural optimization 目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2课题研究目的与意义 2
1.3塑磁定子模具国内外研究现状 3
1.4本文研究内容、方法及步骤 3
第二章 塑磁定子模具概述 5
2.1塑磁定子模具的结构及工作原理 5
2.1.1塑磁定子模具结构 5
2.1.2塑磁定子模成型零件结构 6
2.2塑磁定子模具材料选用 7
2.2.1塑磁定子产品材料分析 7
2.2.2塑磁定子模具材料分析 8
2.3塑磁定子模具成型过程 10
2.3.1模具成型零件与成型过程 10
2.3.2模具成型工艺参数 11
第三章 塑磁定子模具的成型零件结构设计及三维建模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
12
3.1塑磁定子模型结构分析及设计方案 12
3.1.1塑磁定子模型结构分析 12
3.1.2 确定型腔数量 13
3.1.3 确定模具分型面 15
3.2塑磁定子模具成型件结构设计及三维建模 16
3.2.1塑磁定子模具型腔内部尺寸设计 16
3.2.1塑磁定子模具型腔外部尺寸设计 17
3.2.1塑磁定子模具型芯设计 19
3.4铁芯放置位置的设计 21
3.5顶杆位置及数量的选择 21
3.6成型零件的装配 23
第四章 塑磁定子模具成型零件初始模型的静力学分析 24
4.1 ANSYS 简介及ANSYS WORKBENCH与 UG 连接 24
4.2 简化分析模型及网格划分 24
4.3 选择载荷种类、大小和施加方式 26
4.4 塑磁定子模具型腔变形和应力应变仿真 26
4.5 初始模型问题点分析 30
第五章 塑磁定子模具型芯型腔结构优化 31
5.1 优化方案简介 31
5.2 修改模型缺陷 31
5.3 对比优化前后应力应变 34
5.4 拓扑优化分析 36
5.5 效果展示 38
结 论 41
致 谢 43
参考文献 44
第一章 绪论
1.1选题背景
随着现代化电器技术的发展，电动机在人类的生活中随处可见。电动机将电能高效转化为机械能，极大的方便人类生活。但人类依旧对电动机的性能有着极高的要求，这也推动了电动机定子与转子生产方式的技术革新。比如先在家庭使用的高档滚筒洗衣机就已经开始使用一种新型塑磁定子电动机，真正做到了低噪音，高效能的优越性能。
以往的电动机构造为定子铁芯外加上定子绕组，定子绕组与定子铁芯对地绝缘，通电产生磁场，定子在磁场中切割磁感线运动。在其工作过程中，存在震动大，噪音大等缺陷，同时，传统电动机易产生高热量，对电机轴承润滑要求高，电动机使用寿命受其影响较大。随电动机科技技术的发展，传统定子与转子结构有了变化，如本课题研究的塑磁定子电动机。该电动机是将传统铁芯加线圈绕组的定子改变为铁芯外加上新型塑磁材料。由此种新型材料产生稳定强大的磁场，降低转子运动过程中发生的震动和噪音，同时也解决了线圈通电产生大量热量的问题。但是目前塑磁定子电动机处于科研与探索阶段，目前由注塑模具制造出的塑磁定子产品存在表面毛刺过多，生产精度不高，塑磁强度不高且工作中易产生裂缝等缺陷，不能满足市场化需求。一些发达国家也在研制塑磁定子电动机，在塑磁定子成型技术上也遇到国内相似的难题。因此，塑磁定子电动机生产技术还处于科研探索阶段。
1.2课题研究目的与意义
塑磁定子电动机用于日常家庭中的滚筒式洗衣机，随着日常生活对电动机性能要求的提高，塑磁定子电动机在生活中的应用也将越来越普遍。塑磁定子的制造方式日新月异变化，当今塑磁定子制造方式以注塑成型为主。本课题研究的是基于ANSYS环境中对塑磁定子模具进行优化设计，调整塑磁定子模具结构，改善型腔内部应力分布，以提高塑磁定子成品使用质量，降低塑磁定子在工作的噪音，避免定子表面开裂，延迟电动机的使用寿命，以达到最佳的使用效果。
本课题注重研究对塑磁定子模具成型零件的设计和建模，完成模具型腔型芯的结构设计。然后采用有限元分析方法，使用ANSYS Workbench软件对塑磁定子模具成型零件进行静力学分析。最后根据分析结果，对塑磁定子模具型腔内部应力过大处作结构的重新设计。并利用ANSYS自带优化设计模块对模具型腔体积最最优化参摄设计，减少模具成型零件使用材料。完成本课题优化设计后，原有模具型腔内部应力分布情况将得到改善，模具成型零件使用钢材减少。由此，塑磁定子成型状态将得到优化，塑磁定子表面出现裂纹的可能性减少，并节约模具型腔使用的优质钢材。
1.3塑磁定子模具国内外研究现状
现在生产制作塑磁定子的方式以注塑模具为主，利用3D打印技术也可制造高精度，良好性能的塑磁定子，但该技术目前尚未成熟，生产制造成本较大，不能大面积长期使用，所有塑磁定子注塑成型部分是本课题研究的方向和重点。
Keywords: stator mold; plastic magnetic stator motor; injection mold; CAE; structural optimization 目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2课题研究目的与意义 2
1.3塑磁定子模具国内外研究现状 3
1.4本文研究内容、方法及步骤 3
第二章 塑磁定子模具概述 5
2.1塑磁定子模具的结构及工作原理 5
2.1.1塑磁定子模具结构 5
2.1.2塑磁定子模成型零件结构 6
2.2塑磁定子模具材料选用 7
2.2.1塑磁定子产品材料分析 7
2.2.2塑磁定子模具材料分析 8
2.3塑磁定子模具成型过程 10
2.3.1模具成型零件与成型过程 10
2.3.2模具成型工艺参数 11
第三章 塑磁定子模具的成型零件结构设计及三维建模 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
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3.1塑磁定子模型结构分析及设计方案 12
3.1.1塑磁定子模型结构分析 12
3.1.2 确定型腔数量 13
3.1.3 确定模具分型面 15
3.2塑磁定子模具成型件结构设计及三维建模 16
3.2.1塑磁定子模具型腔内部尺寸设计 16
3.2.1塑磁定子模具型腔外部尺寸设计 17
3.2.1塑磁定子模具型芯设计 19
3.4铁芯放置位置的设计 21
3.5顶杆位置及数量的选择 21
3.6成型零件的装配 23
第四章 塑磁定子模具成型零件初始模型的静力学分析 24
4.1 ANSYS 简介及ANSYS WORKBENCH与 UG 连接 24
4.2 简化分析模型及网格划分 24
4.3 选择载荷种类、大小和施加方式 26
4.4 塑磁定子模具型腔变形和应力应变仿真 26
4.5 初始模型问题点分析 30
第五章 塑磁定子模具型芯型腔结构优化 31
5.1 优化方案简介 31
5.2 修改模型缺陷 31
5.3 对比优化前后应力应变 34
5.4 拓扑优化分析 36
5.5 效果展示 38
结 论 41
致 谢 43
参考文献 44
第一章 绪论
1.1选题背景
随着现代化电器技术的发展，电动机在人类的生活中随处可见。电动机将电能高效转化为机械能，极大的方便人类生活。但人类依旧对电动机的性能有着极高的要求，这也推动了电动机定子与转子生产方式的技术革新。比如先在家庭使用的高档滚筒洗衣机就已经开始使用一种新型塑磁定子电动机，真正做到了低噪音，高效能的优越性能。
以往的电动机构造为定子铁芯外加上定子绕组，定子绕组与定子铁芯对地绝缘，通电产生磁场，定子在磁场中切割磁感线运动。在其工作过程中，存在震动大，噪音大等缺陷，同时，传统电动机易产生高热量，对电机轴承润滑要求高，电动机使用寿命受其影响较大。随电动机科技技术的发展，传统定子与转子结构有了变化，如本课题研究的塑磁定子电动机。该电动机是将传统铁芯加线圈绕组的定子改变为铁芯外加上新型塑磁材料。由此种新型材料产生稳定强大的磁场，降低转子运动过程中发生的震动和噪音，同时也解决了线圈通电产生大量热量的问题。但是目前塑磁定子电动机处于科研与探索阶段，目前由注塑模具制造出的塑磁定子产品存在表面毛刺过多，生产精度不高，塑磁强度不高且工作中易产生裂缝等缺陷，不能满足市场化需求。一些发达国家也在研制塑磁定子电动机，在塑磁定子成型技术上也遇到国内相似的难题。因此，塑磁定子电动机生产技术还处于科研探索阶段。
1.2课题研究目的与意义
塑磁定子电动机用于日常家庭中的滚筒式洗衣机，随着日常生活对电动机性能要求的提高，塑磁定子电动机在生活中的应用也将越来越普遍。塑磁定子的制造方式日新月异变化，当今塑磁定子制造方式以注塑成型为主。本课题研究的是基于ANSYS环境中对塑磁定子模具进行优化设计，调整塑磁定子模具结构，改善型腔内部应力分布，以提高塑磁定子成品使用质量，降低塑磁定子在工作的噪音，避免定子表面开裂，延迟电动机的使用寿命，以达到最佳的使用效果。
本课题注重研究对塑磁定子模具成型零件的设计和建模，完成模具型腔型芯的结构设计。然后采用有限元分析方法，使用ANSYS Workbench软件对塑磁定子模具成型零件进行静力学分析。最后根据分析结果，对塑磁定子模具型腔内部应力过大处作结构的重新设计。并利用ANSYS自带优化设计模块对模具型腔体积最最优化参摄设计，减少模具成型零件使用材料。完成本课题优化设计后，原有模具型腔内部应力分布情况将得到改善，模具成型零件使用钢材减少。由此，塑磁定子成型状态将得到优化，塑磁定子表面出现裂纹的可能性减少，并节约模具型腔使用的优质钢材。
1.3塑磁定子模具国内外研究现状
现在生产制作塑磁定子的方式以注塑模具为主，利用3D打印技术也可制造高精度，良好性能的塑磁定子，但该技术目前尚未成熟，生产制造成本较大，不能大面积长期使用，所有塑磁定子注塑成型部分是本课题研究的方向和重点。
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