趙英豪， 呂 杰， 朱一喬

（中車永濟電機有限公司， 陜西 西安 710016）

引言

為了滿足地鐵電機輕量化、標準化要求，中車永濟電機有限公司的電機風扇和測速齒輪設計為一體結構，采用鋁內鋼外的設計模式，本文就風扇與測速齒輪的配合方式進行分析來說明新型風扇結構的優(yōu)越性。

1 兩種風扇配合方式的對比

1.1 改進前設計結構（如圖1）

圖1 改進前結構圖

改進前結構主要存在如下問題。

1）圖1中測速齒輪與風扇雙止口配合，加工難度大。

2）防止測速齒輪與風扇在熱態(tài)下由于熱膨脹系數不一樣導致的分離，Φ3彈性圓柱銷的鉆孔節(jié)圓在鋁和鋼的結合處，加工精度差。

3）Φ3彈性圓柱銷有掉落風險。

4）風扇與測速齒輪裝配后才可加工，工序繁瑣。

1.2 改進后設計結構（如圖2）

改進后結構主要優(yōu)點如下。

1）風扇與測速齒輪單止口配合，加工簡單。

2）風扇與測速齒輪加工后可直接裝配。

3）改變連接方式，采用鑄鋁風扇鑲嵌鋼絲螺套與測速齒輪連接固定。徹底解決了由于熱膨脹系數不一樣導致的分離現象。

圖2 優(yōu)化后結構圖

2 分析、試驗驗證

2.1 分析模型

應用ANSYS Workbench有限元分析軟件進行分析，如圖3所示。

圖3 風扇模型圖

2.2 網格劃分（如圖4）

圖4 網格圖

2.3 約束條件

對風扇與轉軸配合面約束其徑向與軸向位移。

2.4 材料屬性

1）風扇鑄鋁 ZL101A-T6。E=70 000 MPa，μ=0.33，ρ=2 710 kg/m3。

2）測速齒輪 Q390E。E=206 000 MPa，μ=0.3，ρ=7 850 kg/m3。

3）螺釘 GB/T M6（10.9 級）。E=206 000 MPa，μ=0.3，ρ=7 850 kg/m3。

2.5 應力與變形結果（見表1）

表1 各部件的應力及位移

圖5 超速轉速下風扇的綜合應力

圖6 超速轉速下測速齒輪的綜合應力云圖

2.6 材料屬性及安全系數

圖7 超速轉速下螺釘綜合應力云圖

材料屬性：風扇 σb≥225 MPa，σs≥180 MPa；測速齒輪 σb≥490MPa，σs≥390MPa；螺釘 σb≥1000 MPa，σs≥900 MPa。

強度要求：σmax≥σs。

2.7 試驗結論

強度方面，風扇整體最大應力，滿足應力要求；測速齒輪整體最大應力，螺釘整體最大應力，滿足應力要求。

2.8 運行驗證

上述優(yōu)化設計技術已經按IEC61373—2010標準的2類轉向架要求進行沖擊振動試驗，風扇結構緊固，試驗結果合格。

上述優(yōu)化設計技術已經在重慶地鐵車輛主牽引電機上進行驗證，已安全運行3年。

以上試驗及實際運行結果表明，本文所述的地鐵牽引電機風扇結構效果理想，運行可靠，大大提高地鐵列車的運行可靠性。

3 結語

通過本次設計優(yōu)化解決了由于熱膨脹系數不一樣導致的分離現象，縮短產品加工時間，提高產品可靠性。在當今市場激烈競爭的環(huán)境下，實用可靠的產品必將獲得更多的合同。

圖8 超速轉速下螺釘最大剪切應力云圖

[1]陳世坤.電機設計：第2版[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

[2]閻治安，崔新藝，蘇少平.電機學：第2版[M].西安：西安交通大學出版社，2008.

[3]機械工程手冊編輯委員會.機械工程手冊：第2版[M].北京：機械工業(yè)出版社，1997.