这一期中我们会对电机的静力学分析，疲劳寿命分析解决方案做介绍。
1 静力学分析
由于工艺上的需要，电机转轴几何模型上有许多倒角等特征，可使用ANSYS DesignModeler或ANSYS SpaceClaim对其进行几何修复。
2 疲劳寿命分析
电机在运行时，往往会受到交变载荷，由于疲劳而导致断裂。因此，在进行结构设计时，需对电机转轴进行疲劳寿命分析。ANSYS Mechanical Enterprise中自带了疲劳寿命分析的工具，用户还可以选择更加专业的疲劳寿命分析软件ANSY nCode DesignLife进行分析。
ANSYS nCode DesignLife是集成在ANSYS Workbench平台上的高级疲劳分析模块，为客户提供先进的疲劳分析解决方案。包括应力寿命，应变寿命和Dang Van求解器。其主要功能如下：
电机 CAE 结构及振动噪声仿真解决方案:
必要性分析及研究现状
1.1 电机结构仿真的必要性
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电机作为电能生产、传输、使用和电能特性变换的核心装备，在现代社会各个行业和部门中占据着越来越重要的地位。
电机设计是一个复杂的过程，针对具体情况采取不同的解决方法。电机的各项性能之间以及技术指标和经济指标之间，经常存在矛盾，因此必须全面照顾。结构设计的任务是确定电机的机械结构、零部件尺寸、加工要求与材料的规格及性能要求。由于工作原理和结构的复杂性，电机在研发过程中涉及到电磁、强度、刚度、通风散热等多方面的工程问题和物理问题。借助CAD建模及仿真技术，可以克服传统设计方法过于依赖经验和试验、成本高、周期长的不足，全面提升电机的研发设计水平。
在电机设计中，通过应力的计算，可以判断结构的强度是否满足设计要求，通过位移的计算，可以判断结构的变形是否满足设计及使用要求，通过固有频率的计算，可以判断电机在运行过程中是否会出现共振以及在何转速下会发生共振，这些参数的确定对于电机设计是至关重要的。
传统衡量齿轮传动性能的两个主要因素是：负载能力和疲劳寿命，往往将传动噪音与传动精度忽略掉。随着ISO14000、ISO18000两项标准的相继颁布，控制齿轮传动噪音这一因素的重要性日趋明显，工业发展与需求对高精密设备的传动误差的要求也越来越严格（齿轮传动侧隙）。目前已知的齿轮噪音形成因素，大致可从设计、制造、安装、使用维护等几个方面分析。
国家标准对齿轮用齿轮副规定了13个精度等级。分别用阿拉伯数字0、1、2……12表示，其中0级精度最高，其余各级依次递降，12级精度最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取成相同等级，也允许取成不同等级，此时应按其中精度较低者确定齿轮副的精度等级。
13个精度等级中，目前0、1、2级精度的加工工艺水平和测量手段尚难达到，有待发展。3-5级为高精度等级，6-8级为中等精度等级，9-12级为低精度等级。其中6级是基础级，也是设计中常用等级，它是滚齿、插齿等一般常用加工方法在正常条件下所能达到的等级，可用一般计量器具且进行测量。
设计原因及对策
1. 齿轮精度等级
工业领域内，中小型三相异步电机是目前应用最广泛的电机产品，不同的电机有不同的应用场合，随着电机制造技术的不断发展和对电机工作原理研究的不断深入，目前还出现了许多新型的电机，包括稀土永磁电机，开关磁阻电机，同步磁阻电机等。
一、 各类电机简单介绍
中小型三相异步电机是目前工业应用最广泛的电机产品。因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大的一种。各国的以电为动力的机械中，约有90%左右为异步电动机，其中小型异步电动机约占70%以上。在电力系统的总负荷中，异步电动机的用电量占相当大的比重。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷的60%多。
稀土永磁电机是70年代初期出现的一种新型永磁电机，稀土永磁材料的磁性能优异，它经过充磁后不再需要外加能量就能建立很强的永久磁场，用来替代传统电机的电励磁场所制成的稀土永磁电机不仅效率高，而且结构简单、运行可靠，还可做到体积小、重量轻。既可达到传统电励磁电机所无法比拟的高性能（如特高效、特高速、特高响应速度），又可以制成能满足特定运行要求的特种电机，如电梯曳引电机、汽车专用电机等。稀土永磁电机的应用范围极为广泛，几乎遍及航空、航天、国防、装备制造、工农业生产和日常生活的各个领域。
所谓国产机器人发展到什么水平，主要是指技术水平。简单的做出相差多少年的判断是不切实际的。事实上，关于机器人发展水平的问题应该从这以下几个方面进行分析。
控制系统方面
1.控制芯片以及基础软件方面
从使用的控制系统芯片和基础软件来讲，全世界的机器人，甚至扩大到控制产品都没有多大不同，甚至中国的控制系统开发厂家使用的系统芯片和基础软件还要优于国外品牌所采用的芯片或基础软件。原因很简单，因为国外的产品开发比较早，国产品牌起步晚使用的技术都会比较新。
2.机器人操作系统方面
国外的机器人经过若干年的技术积累，往往都形成了自己的底层机器人操作系统（基于硬件的机器人控制软件系统）。国外很多二线品牌也不一定，很多也是基于通用的实时操作系统的，比如VxWorks、linux+rtruntime等。国内在这方面没有能够完成技术突破，基本上都是使用的第三方的实时内核操作系统，以裁剪linux最为普遍。这一点说明国内的机器人研发厂家的积累还不是非常充分，但是，并不能说，使用的技术落后。
3.机器人算法及底层驱动软件
微机电系统（MEMS，Micro-Electro-Mechanical System）是指集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。其尺寸通常在毫米或微米级，具有重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉等优点，是近年来发展最快的领域之一。下面让我们来领略一下应用MEMS技术的黑科技吧。
1、胶囊胃镜
重庆金山科技有限公司生产的胶囊胃镜，为消费者开创了安全、快速、卫生、无痛、无创的胃部舒适检查新时代。
传统胃镜检查对患有胃部疾病的人来说简直如同噩梦，而采用MEMS技术制作的胶囊胃镜，采用自然吞服的方式，极大减轻痛苦，其内置高清摄像头，可在体内全方位各角度的进行控制拍摄，15分钟左右完成整个胃部检查，之后自然排出体外。
伺服系统是机电产品中的重要环节，它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度，所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能，就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。
本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。
问题一 噪声，不稳定
客户在一些机械上使用伺服电机时，经常会发生噪声过大，电机带动负载运转不稳定等现象，出现此问题时，许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好，因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载，噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看，确实是伺服电机的原故，但我们仔细分析伺服电机的工作原理后，会发现这种结论是完全错误的。
电机对生产生活带来更多便捷的同时，其能耗问题也是不容忽视的，这就是事物的利弊方面。当然，面对购置机械产品成本的不断攀升，以及能耗的逐渐递增，高压电机维修厂家建议在选择节能型机械产品电机或是对原有电机进行改造节能都是企业节约成本的不错选择，因此我们给予以下建议：
一、企业计划新购电动机应首先考虑选用高效节能电动机，按需考虑其性能指标，以便节约电能。
二、提高电动机本身的效率，如将电动机自冷风扇改为它冷风扇，可在负荷很小或户外电动机在冬天时，停用冷风扇，有利于降低能耗。
三、将定子绕组改接成星三角混合串接绕组，按负载轻重转换星形接法或三角形接法，有利于改善绕组产生的磁动势波形及降低绕组工作电流，达到高效节能的目的。
四、采用其他连续调速运行方式。如使用调压调速器、变极电动机、电磁耦合调速器、变频调速装置等。
五、合理安装并联低压电容进行无功补偿，有效地提高功率因数，减少无功损耗，节约电能。
六、从接头处通往电能表及通往电动机的导线截面应满足载流量，且导线应尽量缩短，减小导线电阻，降低损耗。
总之，以上电机选择或改造措施可以分别采用，也可多项同时采用。
绕线式异步电动机的起动
绕线式三相异步电动机可以在转子回路中串入电阻进行起动，这样就减小了起动电流。一般采用起动变阻器起动，起动时全部电阻串入转子电路中，随着电动机转速逐渐加快，利用控制器逐级切除起动电阻，最后将全部起动电阻从转子电路中切除。
2.转子回路串接频敏变阻器起动。
频敏变阻器的电阻随线圈中所通过的电流频率而变。起动时，转差率S=1，转子电流（即频敏电阻线圈通过的电流）频率最高，等于电源频率。因此，频敏变阻器的电阻最大，这就相当于起动时在转子回路中串接一个较大电阻，从而使起动电流减小。随着电动机转速的加快转差率 S逐渐减小，转子电流频率逐渐降低，频敏变阻器电阻也逐渐减小，最后把电动机的转子绕组短接，频敏变阻器从转子电路中切除。
采用频敏变阻器起动，具有起动平滑、操作简便、运行可靠、成本低廉等优点，因此在绕线式电动机中应用较广。
对于电机控制来说，占空比是直接影响控制精度的关键参数，而如何快速分析出占空比变化的趋势正是问题的核心。
PWM占空比概述
脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。而占空比就是高电平持续时间与整个周期时间的比值，占空比越大，高电平持续的时间越长，模拟电路开通的时间就越长，如图1所示。
