夹持式电刷结构设计及有限元分析流程

                               夹持式电刷结构设计及有限元分析流程

1问题概述

本电刷疲劳分析报告的目的是证明电刷在正常工作条件下，电刷的应力情况。

此次分析采用国际上通用的ANSYS程序，该程序是全世界广泛应用的结构力学通用有限元计算程序，得到客户的认可。

2材料说明及工作原理

材质说明：

（1）3、5、7为H70(黄铜)；

（2）6为PEEK；

（3）2为45号钢；

（4）8为T2纯铜；

（5）9为不锈钢弹簧钢板。

工作原理说明：

（1）4号电刷固定在3、5件上，中间加持15mm 厚的H90直径为750mm的圆铜板转动；

（2）4号件再工作过程中，由于下面固定的弹簧钢板的作用，可以发生弹性变形。设定单测压缩量为1.5mm；

（3）6号件起到减少电刷磨损的作用；

（4）3、4、5、7为一体件，可以沿着2号件做微量补偿；

（5）8、9件二者视为绑定接触即Bond连接，不存在相对滑动。

3电刷单片载荷工况与边界条件

3.1电刷单片模型疲劳分析

因模型具有对称性且减少计算量，所以采取二分之一模型进行分析。采用四面体单元进行离散，将模型网格设置大小为0.0002m，共划分为95904个节点，61145个单元。如图1、2所示。

图1电刷二分之一单片模型

图2网格划分图

3.2静力分析边界条件

按照电刷实际固定状态，电刷下端部约束所有自由度。由于结构具有对称特征，为减少计算量，取模型的1/2进行分析，对称面施加对称约束。设置上部板材与弹簧片接触，摩擦系数为0.1。如图3、4、5所示。

图3模型表面竖直方向向下1.5mm位移载荷

图4模型下端面约束所有自由度

图5对称面施加对称约束

4 电刷单片有限元仿真结果及分析

4.1.静力分析结果

如图6所示，提取模型应力分布云图，最大应力出现在弹簧片与底端接触的位置，最大应力值为97.7MPa。弹簧片最大应力值为44.9MPa，底部钢板最大应力值为97.7MPa。通过应力分布云图看出，底部钢板承受较多的应力。

图6模型应力分布云图

图7模型弹簧片应力分布云图

图8模型底部钢板应力分布云图