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摘要：球磨机转子是分瓣结构，在用户现场与球磨滚筒进行连接，需要分瓣进行卧式安装，转子的吊运存在困难，需设计出合适的吊具来吊运分瓣转子，吊装时的安全尤为重要，因此吊具的结构设计和力学性能的优化成为关键，本文在传统设计方法的基础上，利用Solidworks和Ansys分别对吊具进行参数化设计和有限元分析，根据分析的情况，优化吊具的结构，最终实现了吊具的结构优化，满足了吊运的安全要求。
关键词：分瓣转子 吊具 结构优化 有限元分析
前言：
云南锡业公司磨机改造项目，需更换电机，但磨机的滚筒不能拆卸（滚筒相当于常规电机的转轴），因此，电机定子、转子需设计成分瓣结构，才能保证转子安装到滚筒上，其中上下部分定子都设计有吊耳，能满足现场安装吊运要求，转子是永磁结构，整个转子由三瓣组成，不能直接用吊索吊运转子，需设计专用吊具来吊运分瓣转子，而且需吊运分瓣转子成卧状态（转子轴线水平），才能保证转子顺利安装到滚筒上。
1.吊具结构简介
分瓣转子结构示意图见图1，整个转子由三瓣组成。为保证电机转子安全、顺利的安装到滚筒上，需设计一副能吊运转子水平的专用吊具，在吊具设计过程中还需对吊具的强度和刚度进行分析，在满足起吊安全需要的同时，也要减轻吊具自身的重量，便于操作。
根据安装的需要，结合分瓣转子的结构特点，吊具的起吊位置必须在分瓣转子的外侧，而且吊点需设计在重心线上，才能保证分瓣转子水平。所以将吊具设计成C型结构，吊具结构示意图见图2所示，本吊具的额定载荷按分瓣转子的重量进行设计，吊具上部设计有3个吊耳孔，图示右边的吊耳孔是用于吊具自身吊运用，保证吊具自身水平，便于安装到分瓣转子上;中间的吊耳孔是用于吊运转子用，吊耳孔的位置设计在分瓣转子和吊具的综合质心线上，可保证将分瓣转子吊运水平;考虑电机转子和吊具的制造误差，左边设计了一个吊耳，主吊耳孔左右两边都有吊耳孔，根据实际吊运的需要，选择一个用于吊运时调节转子水平，吊运分瓣转子的示意图见图3。因转子是永磁结构，有很强的磁性能，在C型吊具内侧安装有两块不锈钢板，用于隔磁，便于吊具的安装和拆卸。
2.参数化设计
在进行吊具设计过程中，按照图4的思路进行设计，吊具方案确定后，结合分瓣转子的结构特点和安装要求，确定吊具的安装尺寸，利用材料力学知识初估结构尺寸，计算吊具的强度，并根据计算结果调整尺寸，使得吊具满足强度要求，从而确定基本尺寸;再利用SolidWorks建立吊具的三维模型，并倒入ANSYS Workbench进行有限元分析，若分析的强度、刚度不满足要求，则修改吊具尺寸;若分析结果满足要求，则确定各零部件具体尺寸，完成整个吊具的设计。利用参数化设计吊具与传统设计方法相比，能更优化吊具的结构，避免不必要的浪费，而且可减少设计周期，提高效率。
3. ANSYS Workbench有限元分析
ANSYS Workbench是ANSYS公司提出的一種新的仿真环境。采用SolidWorks建立吊具模型，再导入到ANSYS Workbench中，对吊具进行强度、刚度的分析。
3.1吊具参数
3.1.1吊具材料参数
吊具的材料为 Q355，在常温下的屈服极限为355MPa，弹性模量为2.1XPa，泊松比取0.3，密度为7800kg/。
3.1.2吊具起吊工况
吊具按3t的载荷进行设计，按吊具和被吊工件的综合质心在吊具中间的吊耳孔的中心线上，即一个吊点起吊。
3.2吊具有限元网格划分
吊具主要由钢板焊接而成，选择吊具主结构划分粗网格，在焊缝连接处进行网格细化处理，吊具共划分了4576个单元，2134个节点，划分有限元网格后的模型如图5所示。
3.3吊具分析结果
静力分析是工程设计人员经常使用的一种分析手段，它主要是计算固定的载荷在结构上所引起的应力和应变等。对吊具的结构进行静力学分析，主要是计算分析其结构的静强度和静刚度。
从图6可以看出吊具的最大应力值为143.8MPa，大于需用应力值，不能满足要求，需对吊具进行优化。将吊具两侧的板厚度由20mm改为了25mm。
优化后重新进行应力分析，分析结果如图7和图8所示，从图7吊具应力云图可以得到吊具的最大应力为114.6MPa，最大应力值小于许用应力。从图8吊具变形云图，可以得到吊具的最大变形为1.06mm。根据分析，吊具的强度和刚度符合设计要求。
4.结论
该吊具解决了没有合适吊点的分瓣转子的吊运问题，操作方便。而且通过SolidWorks和ANSYS软件并结合吊具实际使用工况，对吊具结构进行静力学分析，得出吊具在静态下的应力云图和变形云图，为吊具的安全性提供了依据。防止分瓣转子吊运和安装过程中安全事故的发生。
参考文献
【1】吴宗泽 机械零件设计手册 机械工业出版社
【2】杨伯源 材料力学 北京工业出版社
【3】尹成湖 材料力学 北京工业出版社
【4】张朝晖 ANSYS工程应用范例入门与提高 清华大学出版社
作者简介：贺昭荣（1982-），男，湖南常宁人，本科，学士学位，工程师，主要从事电机产品工艺研究和吊索具设计工作。
关键词：分瓣转子 吊具 结构优化 有限元分析
前言：
云南锡业公司磨机改造项目，需更换电机，但磨机的滚筒不能拆卸（滚筒相当于常规电机的转轴），因此，电机定子、转子需设计成分瓣结构，才能保证转子安装到滚筒上，其中上下部分定子都设计有吊耳，能满足现场安装吊运要求，转子是永磁结构，整个转子由三瓣组成，不能直接用吊索吊运转子，需设计专用吊具来吊运分瓣转子，而且需吊运分瓣转子成卧状态（转子轴线水平），才能保证转子顺利安装到滚筒上。
1.吊具结构简介
分瓣转子结构示意图见图1，整个转子由三瓣组成。为保证电机转子安全、顺利的安装到滚筒上，需设计一副能吊运转子水平的专用吊具，在吊具设计过程中还需对吊具的强度和刚度进行分析，在满足起吊安全需要的同时，也要减轻吊具自身的重量，便于操作。
根据安装的需要，结合分瓣转子的结构特点，吊具的起吊位置必须在分瓣转子的外侧，而且吊点需设计在重心线上，才能保证分瓣转子水平。所以将吊具设计成C型结构，吊具结构示意图见图2所示，本吊具的额定载荷按分瓣转子的重量进行设计，吊具上部设计有3个吊耳孔，图示右边的吊耳孔是用于吊具自身吊运用，保证吊具自身水平，便于安装到分瓣转子上;中间的吊耳孔是用于吊运转子用，吊耳孔的位置设计在分瓣转子和吊具的综合质心线上，可保证将分瓣转子吊运水平;考虑电机转子和吊具的制造误差，左边设计了一个吊耳，主吊耳孔左右两边都有吊耳孔，根据实际吊运的需要，选择一个用于吊运时调节转子水平，吊运分瓣转子的示意图见图3。因转子是永磁结构，有很强的磁性能，在C型吊具内侧安装有两块不锈钢板，用于隔磁，便于吊具的安装和拆卸。
2.参数化设计
在进行吊具设计过程中，按照图4的思路进行设计，吊具方案确定后，结合分瓣转子的结构特点和安装要求，确定吊具的安装尺寸，利用材料力学知识初估结构尺寸，计算吊具的强度，并根据计算结果调整尺寸，使得吊具满足强度要求，从而确定基本尺寸;再利用SolidWorks建立吊具的三维模型，并倒入ANSYS Workbench进行有限元分析，若分析的强度、刚度不满足要求，则修改吊具尺寸;若分析结果满足要求，则确定各零部件具体尺寸，完成整个吊具的设计。利用参数化设计吊具与传统设计方法相比，能更优化吊具的结构，避免不必要的浪费，而且可减少设计周期，提高效率。
3. ANSYS Workbench有限元分析
ANSYS Workbench是ANSYS公司提出的一種新的仿真环境。采用SolidWorks建立吊具模型，再导入到ANSYS Workbench中，对吊具进行强度、刚度的分析。
3.1吊具参数
3.1.1吊具材料参数
吊具的材料为 Q355，在常温下的屈服极限为355MPa，弹性模量为2.1XPa，泊松比取0.3，密度为7800kg/。
3.1.2吊具起吊工况
吊具按3t的载荷进行设计，按吊具和被吊工件的综合质心在吊具中间的吊耳孔的中心线上，即一个吊点起吊。
3.2吊具有限元网格划分
吊具主要由钢板焊接而成，选择吊具主结构划分粗网格，在焊缝连接处进行网格细化处理，吊具共划分了4576个单元，2134个节点，划分有限元网格后的模型如图5所示。
3.3吊具分析结果
静力分析是工程设计人员经常使用的一种分析手段，它主要是计算固定的载荷在结构上所引起的应力和应变等。对吊具的结构进行静力学分析，主要是计算分析其结构的静强度和静刚度。
从图6可以看出吊具的最大应力值为143.8MPa，大于需用应力值，不能满足要求，需对吊具进行优化。将吊具两侧的板厚度由20mm改为了25mm。
优化后重新进行应力分析，分析结果如图7和图8所示，从图7吊具应力云图可以得到吊具的最大应力为114.6MPa，最大应力值小于许用应力。从图8吊具变形云图，可以得到吊具的最大变形为1.06mm。根据分析，吊具的强度和刚度符合设计要求。
4.结论
该吊具解决了没有合适吊点的分瓣转子的吊运问题，操作方便。而且通过SolidWorks和ANSYS软件并结合吊具实际使用工况，对吊具结构进行静力学分析，得出吊具在静态下的应力云图和变形云图，为吊具的安全性提供了依据。防止分瓣转子吊运和安装过程中安全事故的发生。
参考文献
【1】吴宗泽 机械零件设计手册 机械工业出版社
【2】杨伯源 材料力学 北京工业出版社
【3】尹成湖 材料力学 北京工业出版社
【4】张朝晖 ANSYS工程应用范例入门与提高 清华大学出版社
作者简介：贺昭荣（1982-），男，湖南常宁人，本科，学士学位，工程师，主要从事电机产品工艺研究和吊索具设计工作。