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鋁殼馬達之結構分析及補強設計

摘要"

馬達廣泛應用於日常生活,亦為工業發展中不可或缺的動力來源。近年來在全球提倡節能減碳之下,工業上的節能深受重視。臺灣在馬達能效的規範上,已於2016年7月實施IE3,與世界先進國家及地區達相同水準。能源效率在IEC法規及政府的政策要求下不斷提升,對於馬達的結構外型,各廠家在設計上各有獨到的特色及設計方式。近年來人們對於結構外觀,除了外型美觀,逐漸有輕量化、高強度的需求。
鋁合金由於具有重量輕及熱傳性高之特性,現今大量被使用於馬達之外殼,對馬達的使用場合而言,有些場合在使用鋁合金做為外殼就需要做一些補強措施。本文透過實際案例說明鋁殼馬達在實際使用上所遇到之問題,並闡述藉由有限元素分析及振動量測解決問題的過程。

關鍵詞:鋁殼馬達、有限元素分析

本文主要介紹某客戶反饋使用鋁殼馬達時所產生的問題,而設計單位接受問題處理,透過結構分析及振動量測,進而將問題改善。在此,本文將說明馬達設計時,機械工程師如何在馬達之結構強度與結構剛性找到平衡點。判斷結構強度的方法並非一味的追求材料強度,而是以結構受力變形及自然頻率做為結構設計好壞的判斷準則。
此篇改善手法是以有限元素分析法分析外觀結構對自然頻率的影響,再以頻譜分析儀實測自然頻率,並針對客戶裝機時程的需求訂定短期策略,以及整體品質改善的長期策略。

損壞真因探討及改善

問題說明:客戶端馬達使用方式如圖1所示,該客戶長期是本公司產品之愛用者,過去一直採用鑄鐵馬達,但近年因能效要求及輕量化的趨勢,改用鋁殼馬達。近期客戶從最終使用者反饋馬達風扇側之軸承易損壞的跡象,本公司接獲訊息即偕同設計單位展開調查,經統計如表1所示,在2015~2016年馬達發生故障比例偏高,大多為軸承損壞,將損壞的馬達帶回廠內進行相關量測及分析,透過如圖2及圖3所示之自然頻率量測,並比較他牌之機械尺寸,初步判斷應該馬達結構之剛性不足如表2所示。
藉由與其他牌馬達比較後,可發現本公司所提供之馬達產品框體較長、螺栓較細,因此判斷整體馬達剛性不足,自然頻率較低,由實驗結果表2顯示,本公司所提供之馬達產品自然頻率確實有較低的現象。如由結構觀察,框長及螺栓兩者的結構設計皆會影響馬達自然頻率,導致客戶裝機橫用時馬達整體剛性不足,使馬達整體壽命下降。...更多內容,請見《機械新刊》雜誌

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