行业方案 | CAE仿真技术在电动工具产品设计中的应用简介

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电动工具产品由机壳、电动机、传动机构、手把、电源开关、抗干扰元件、电源连接组件和工作头等部件组成，在产品研发过程中常涉及到强度、刚度、散热、噪声、疲劳寿命、通风流动、结构优化等多方面的工程问题。随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合，形成互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研发设计，节省产品开发成本，缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。下文是CAE仿真技术在解决电动工具产品研发过程中部分常见工程问题的简要介绍：

电动工具的强度、刚度问题

电动工具机身结构、传动机构、齿轮等强度分析
电工工具相关零部件校核
电动工具的电机部件强度、刚度分析

电动工具及主要零部件在结构设计中，需要对产品的机壳、传动机构、齿轮和电机的强度刚度进行分析，通过分析其实际受力状况考核其强度刚度风险。ANSYS软件可以帮助解决在不同的工况条件下，电动工具结构零部件的强度、刚度及稳定性问题。

电动工具的机构动力学问题

传动机构的多体动力学仿真
齿轮啮合运动
齿轮与钻头的运动
电机转子动力学分析

ANSYS软件可以仿真分析电动工具齿轮啮合运动，传动机构的运动情况等运动部件的多体动力学问题，通过输出零部件的位移、速度、加速度等运动曲线，了解机构的运动特性和受力情况。

电动工具的跌落问题

电动工具整机跌落仿真分析
电动工具电池包等部件变形受力情况
电动工具机壳、螺钉、连接处等位置的变形受力情况

在电动工具产品的概念设计阶段，就要把产品跌落要求考虑进去，对产品的跌落的强度、变形、破坏等做出评价，并进行多方案验证，尽可能在图纸设计阶段通过ANSYS分析，避免出现产品存在跌落试验无法通过的风险，从而改进结构并重新提交分析，使产品通过跌落试验。采用ANSYS LS-Dyna软件对电动工‍match‍具进行跌落仿真分析，可以得到整机跌落冲击时的受力、变形、破坏情况，也能获得螺钉、卡槽等连接件和电池包等部件在跌落冲击时的受力、变形和破坏等结果。

‍‍‍电动工具的疲劳耐久性问题

承受往复运动的传动机构疲劳分析
电机启动产生的瞬态激励作用下的疲劳寿命分析
电子定子、转子在交变电磁力作用下的疲劳寿命分析
电子转轴的疲劳寿命分析

电动工具的抗疲劳性能和可靠性会直接影响产品在市场竞争中的质量与成败。ANSYS高级疲劳分析和设计软件可以分析电动工具关键零部件由于反复运动引起的高、低周疲劳问题及电机的疲劳寿命问题。

电动工具的振动、噪声问题

整机、机壳、传动机构等关键部件的振动分析，如模态分析、瞬态响应分析
整机振动优化、共振分析
电机振动特性分析，如转子、定子和关键件的振型与频率
电机噪声分析

振动和噪声是电动工具普遍存在的问题。通过ANSYS软件分析，可以获知产品的振动特性，通过整机、机身、传动机构、电机等部件的模态分析等寻找结构的固有振动特性，经过优化设计，避免共振，降低振动，减少噪声。

电动工具的通风流动问题

电动工具冷却风的进出口设计
电动工具内部叶片的设计与优化
电动工具内部冷却流道的设计
电动工具冷却气流的组织
电动工具的防尘设计

大多数电动工具都需要电机来驱动，电机工作时需要空气散热，要设计进、排气口、气流冷却通道、叶片、防尘等，运用ANSYS流体动力学分析软件对这些部位的流体的流动效果进行分析，可以优化流道、减少流动损失、提高流动效率。

电动工具散热问题

电动工具散热片设计
电动工具线圈的工作温度分析
电动工具轴承温度分析
热-结构耦合场分析