电机设计及其CAD-第8章

⼯程机械CAD_CAM课后习题答案第⼀章概述1．简述产品设计制造的⼀般过程。

答：CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它主要研究对象描述、系统分析、⽅案优化、计算分析、⼯艺设计、仿真模拟、NC编程以及图形处理等理论和⼯程⽅法，输⼊的是产品设计要求，输出的是零件的制造加⼯信息。

2．简述CAD/CAM技术的概念、狭义和⼴义CAD/CAM技术的区别与联系。

答：CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，综合计算机科学与⼯程、计算机⼏何、机械设计、机械加⼯⼯艺、⼈机⼯程、控制理论、电⼦技术等学科知识，以⼯程应⽤为对象，实现包括⼆维绘图设计、三维⼏何造型设计、⼯程计算分析与优化设计、数控加⼯编程、仿真模拟、信息存贮与管理等相关功能。

区别：⼴义的CAD/CAM技术，是指利⽤计算机辅助技术进⾏产品设计与制造的整个过程，及与之直接和间接相关的活动；狭义的CAD/CAM技术，是指利⽤CAD/CAM系统进⾏产品的造型、计算分析和数控程序的编制联系：⼴义的CAD/CAM技术包容狭义的CAD/CAM技术3．传统的设计制造过程与应⽤CAD/CAM技术进⾏设计制造的过程有何区别与联系？答：区别：传统的设计与制造⽅式是以技术⼈员为中⼼展开的，，产品及其零件在加⼯过程中所处的状态，设计、⼯艺、制造、设备等环节的延续与保持等，都是由⼈⼯进⾏检测并反馈，所有的信息均交汇到技术和管理⼈员处，由技术⼈员进⾏对象的相关处理。

以CAD/CAM技术为核⼼的先进制造技术，将以⼈员为中⼼的运作模式改变为以计算机为中⼼的运作模式，利⽤计算机存贮量⼤、运⾏速度快、可⽆限期利⽤已有信息等优势，将各个设计制造阶段及过程的信息汇集在⼀起，使整个设计制造过程在时间上缩短、在空间上拓展，与各个环节的联系与控制均由计算机直接处理，技术⼈员通过计算机这⼀媒介实现整个过程的有序化和并⾏化。

联系：制造过程的各个环节基本相同。

4．简述我国CAD/CAM技术发展的过程与特点。

电 机 CAD 报 告J 电气1103 吴敏霞 4111127067Ansoft Maxwell 作为世界著名的商用低频电磁场有限元软件之一，在各个工程电磁场领域都得到了广泛的应用。

它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解。

该软件包括二维求解器、三维求解器和RMxprt 旋转电动机分析专家系统这3个主要模块，不仅可以进行静磁场、静电场、交直流传导电场、瞬态电场、涡流场、 瞬态磁场等不同的基本电磁场的特性分析，还可以通过RMxprt 电动机模块仿真多种电动机模型，为实际电动机设计提供帮助。

利用Ansoft 软件进行仿真可以帮助我们了解电动机的结构特性。

设计一台电机时，必须确定许多尺寸，但其中起主要与决定作用的是电机的主要尺寸。

电机的主要尺寸是指电枢铁芯的直径和长度。

对于直流电机，电枢直径是指转子外径；对一般结构的感应电机和同步电机，则是指定子内径。

主要尺寸确定以后，其他尺寸也就可以大体确定。

电机的重量、价格、工作特性和运行可靠性等也都是和主要尺寸以及它们的比值有密切的关系。

所以确定主要尺寸是电机设计的第一步。

一、电机设计的一般步骤1、选取电机初始设计参量：① 冲片尺寸：1D 、1i D 、2i D 、δ、L 、1Q 、2Q 、槽形尺寸② 绕组参量：d 、1d 、t N 、Z 、a 、i ∆、连接法2、校核电机性能指标：T F 、E K 、η、st I3、调整电机有关参量：1i D 、L 、δ、s N 、转子槽形尺寸4、挑选最佳电机设计方案①磁路计算 m t t p E I F F H B F K →∑→→→⎥⎥⎦⎤→'Φ→'→,各段磁路②参数计算 E K I I x x r r →−−−→−⎥⎦⎤→'→Γ212121,,,,型电路η ③性能计算 m N fw Cu Fe T S p p p p →→→→∑→ϕηcos ,,④起动计算 st st st st T I Z st x st x st r I →→→⎥⎦⎤⎢⎣⎡→')(,)()(212电机的几何尺寸很多，有铁心尺寸、绕组尺寸、外形尺寸、安装尺寸，其它各种结构部件的尺寸。

motor cad绕组的平行路径Motor CAD是一款用于电机设计的软件工具，它可以帮助工程师们快速而准确地设计电机的绕组。

绕组是电机中起到关键作用的部分之一，它由导线组成，用来传导电流和产生磁场。

在电机设计中，绕组的平行路径是一个重要的概念。

绕组的平行路径是指绕组中相邻两根导线之间的间距。

在电机工作过程中，绕组中的电流会通过导线产生磁场，而相邻两根导线之间的间距决定了磁场的分布情况。

如果绕组的平行路径较大，那么相邻导线之间的间距也会较大，磁场的分布会比较均匀。

相反，如果绕组的平行路径较小，那么相邻导线之间的间距也会较小，磁场的分布会比较集中。

绕组的平行路径对电机的性能有着重要的影响。

首先，较大的平行路径可以减小绕组中导线之间的互感作用，降低电机的漏感应电势，从而提高电机的效率。

此外，较大的平行路径还可以减小绕组的电阻，减少电流的损耗，提高电机的功率输出。

因此，在电机设计中，合理选择平行路径是非常重要的。

如何选择绕组的平行路径呢？首先，需要考虑电机的工作要求和设计限制。

不同类型的电机对平行路径的要求会有所不同。

例如，对于高速电机来说，平行路径应该尽量小，以提高磁场的集中度，增强电机的输出功率。

而对于低速电机来说，平行路径可以适当增大，以减小漏感应电势和电阻，提高电机的效率。

还需要考虑绕组的结构和工艺。

绕组的平行路径会受到导线的直径和绕组的层数等因素的影响。

导线的直径越大，绕组的平行路径也就越大。

而绕组的层数越多，导线之间的间距也就越小。

因此，在设计绕组时，需要综合考虑这些因素，找到一个平衡点，以满足电机的性能要求。

还可以通过一些优化方法来改善绕组的平行路径。

例如，可以采用多层绕组的方式，将导线分布在不同的层中，从而增加平行路径的大小。

还可以使用特殊的导线形状，如扁平线或扁平线圈，来增加平行路径。

绕组的平行路径是电机设计中一个重要的概念。

合理选择平行路径可以改善电机的性能，提高效率和功率输出。

在使用Motor CAD进行电机设计时，工程师们可以根据电机的工作要求和设计限制，选择合适的平行路径，并通过优化方法来改善绕组的结构，以实现更好的设计效果。

第一章一种新的C语言学习方式1.一台能够工作的计算机包括？CPU （Central Processing Unit,中央处理单元，进行运算和控制，包括运算器和控制器等）、存储器（如RAM、ROM等）、输入设备、输出设备（包括串行/并行接口、USB等）。

其中，RAM （RandomAccess Memory,随机存储器）主要用于存储数据，ROM （RcadOnlyMemory, 只读存储器）主要用于存储程序。

2.单片机工作时需要什么？需要稳定的电源、晶振、外部存储器和编程调试接口，就像计算机工作时需要电源、晶振、硬盘或其他大容量外部存储器和操作系统一样。

微控制器是将单片机独立工作所需的电源适配器、晶振、外部存储器和串口转换电路等封装到一个模块上，这样就能直接与计算机连接并进行编程开发，不需任何其他芯片和电路。

3. AT89S52是一种什么样的单片机？是一种高性能、低功耗的8位单片机，内含8 KBISPdn-System Programmable系统在线编程）可反复擦写IOOO次的Flash只读程存器，采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术制造,兼容标准MCS51指令系统及其引脚结构。

在实际工程应用中，功能强大的AT89S52 已成为许多高性价比嵌入式控制应用系统的解决方案。

4. Progisp是一款什么样的软件？是一款免费下载的ISP软件，不需要专门的安装即可使用，非常方便。

使用该软件，读者可以将C语言程序生成的可执行文件下载到机器人单片机上。

使用时需要1根USBA转B 信号线。

5.简述串口调试工具的特点。

串口调试工具就是串行通信接口调试软件，集数据发送、数据接收、数据监控、数据分析等功能于一身，具有小巧精致、操作简捷、功能强大的特点，可以在串口通信监控、设备通信测试工作中有效提高效率。

6. pr i ntf （）函数称为？称为格式输出函数，其功能是按用户指定的格式，把指定的数据输出显示。

Print （）函数是C语言提供的标准输出函数，定义在C语言的标准函数库中，要使用它，必须包括定义标准函数库的头文件stdio. h o第二章最简单的C程序设计——机器人做算数1. C语言用什么整型变量？C语言用关键字imt定义整型变量。

MotorCAD⼿册什么是MotorCAD？MotorCAD是⽤于电机热设计的计算机辅助软件包，采⽤热路的⽅法对电机进⾏热分析和⽅案优化设计，是全球唯⼀⼀款基于热路分析的电机热设计软件。

MotorCAD可以给设计者提供快速的计算⽅法和精确的计算结果，不仅可以进⾏参数化计算，⽽且还能寻找对散热影响最⼤的变量，可参数化⼏何结构、物理属性等变量，功能⾮常强⼤。

MotorCAD使⽤⽅便、简单易懂，即使是⾮专业⼈员也可以很快掌握，⾮常适⽤于⼯程实际。

MotorCAD电机库类型：⽆刷永磁电机、⽆刷永磁外转⼦电机、感应电机、开关磁阻电机、直流电机、同步电机、⽖极电机、单相感应电机。

MotorCAD的热分析⽅法⽬前，电机热设计领域的主要⽅法包括经验法、数值⽅法（如FEA、CFD）、热路模型，MotorCAD采⽤热路计算⽅法。

经验法经验法⼀般是基于简单的估算、同⽐例的放⼤缩⼩、测试数据等，其优点是⽆需计算⼯具、计算速度快；但是其缺点也⼗分明显，精算精度差，特别是在设计新型电机的情况下，往往⽆经验数据可参考，并且经验法⽆法进⾏参数化设计，⽆法知道变量的权重⼤⼩。

数值计算⽅法数值计算法主要包括FEA和CFD两种算法，数值计算⽅法具有精度⾼、可参数化计算、后处理强⼤等特点，但是FEA和CFD软件学习困难、对计算机要求⾼、计算时间长，参数化计算需要⼤量的存储空间和很长的计算时间，计算效率低下。

热路计算法⽬前电机热设计的⼀个趋势是采⽤集总热路的计算⽅法，可对多种电机的稳态和瞬态热分布进⾏计算，最新的MotorCAD具有优秀的⼈机交互界⾯，操作简单，易于掌握，是电机热设计⾮常有效的⼯具。

第⼀章软件界⾯MotorCAD 提供8中电机类型，永磁⽆刷电机、感应电机、开关磁阻电机、⽆刷永磁外转⼦电机、永磁电机、同步电机、⽖极电机、单相感应电机等。

图1.1 电机类型选择图1.2 操作界⾯软件界⾯主要包括⼯具栏菜单及操作界⾯，操作界⾯如图1.2红线部分所⽰，包括⼏何设置、绕组设置、数据输⼊、温度计算、数据输出、瞬态计算、热路编辑、参数化计算和脚本编辑等。

电机设计任务书三相笼型感应电动机电磁设计及其运行性能的计算周璟瑜2020年6月一、课程设计的性质与目的《电机课程设计》的是电气工程及其自动化专业电机电器及其控制方向（本科）、电机制造（专科）专业的一个重要实践性教学环节，通过电机设计的学习及课程设计的训练，为今后从事电机设计工作、维护的人才打下良好的基础。

电机设计课程设计的目的：一是让学生在学完该课程后，对电机设计工作过程有一个全面的、系统的了解。

另一个是在设计过程培养学生分析问题、解决问题的能力，培养学生查阅表格、资料的能力，训练学生的绘图和阅图能力，为今后从事电机设计技术工作打下坚实的基础。

二、设计内容1. 在查阅有关资料的基础上，确定电机主要尺寸、槽配合，定、转子槽形及槽形寸。

2. 确定定、转子绕组方案。

3. 完成电机电磁设计计算方案。

4. 画出定、转子冲片图。

5. 完成说明书（16开，计算机打印或课程设计纸手写，计算机打印需提供纸质计算原稿）6. 对已经完成的电磁设计方案建立有限元模型，利用ANSOFT软件进行运行性能的仿真计算，给出性能分析图表等。

三、课程设计的基本要求1．求每位同学独立完成一种型号规格电机的全部电磁方案计算过程，并根据所算结果绘出定、转子冲片图。

2．要求计算准确，绘出图形正确、整洁。

3．要求学生在设计过程中能正确查阅有关资料、图表及公式。

四、设计题目题目5：Y160M1-8 额定数据与性能指标1、电机型号Y160M1 -82、额定功率P N=4千瓦3、额定频率f N =50赫4、额定电压及接法U N=380 伏1-Δ5、极数 2P=86、绝缘等级 B7、力能指标：效率0.84η= 8、功率因数cos .72o ϕ=9、最大转矩倍数 2.0MT *= 起动性能：起动电流倍数 6.0stI *=,起动转矩倍数 2.0st T *= 主要尺寸10.26D m = 10.18i D m = 0.11l m = 0.4mm δ= 20.06i D d m ==；124844Z Z =定子槽形采用斜肩园底梨形槽： 01 3.2b mm = 010.8h mm = 1 5.3s b mm = 130o α=1 3.85s r mm = 111218.6s s h h mm += 转子采用斜肩平底槽：021b mm = 020.5h mm = 21 5.2s b mm =22 2.2s b mm = 0230α= 212219s s h h mm +=五、说明书格式1．课程设计封面；2．课程设计任务书；3．三相感应电动机电磁设计特点及设计思想； 三相感应电动机是由定子绕组形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用而产生电磁转矩驱动转子旋转的交流电动机。

第3章习题解答3.1 简述数控伺服系统的组成和作用。

数控伺服驱动系统按有无反馈检测元件分为开环和闭环（含半闭环）两种类型。

开环伺服系统由驱动控制单元、执行元件和机床组成。

驱动控制单元的作用是将进给指令转化为执行元件所需要的信号形式，执行元件则将该信号转化为相应的机械位移。

闭环（半闭环）伺服系统由执行元件、驱动控制单元、机床，以及反馈检测元件、比较环节组成。

位置反馈元件将工作台的实际位置检测后反馈给比较环节，比较环节将指令信号和反馈信号进行比较，以两者的差值作为伺服系统的跟随误差，经驱动控制单元驱动和控制执行元件带动工作台运动。

3.2 数控机床对伺服系统有哪些基本要求？数控机床对伺服系统的基本要求：⒈精度高；⒉快速响应特性好；⒊调速范围宽；⒋系统可靠性好。

3.3 数控伺服系统有哪几种类型？简述各自的特点。

数控伺服系统按有无检测装置分为开环伺服系统、半闭环伺服系统和闭环伺服系统。

开环伺服系统是指不带位置反馈装置的控制方式。

开环控制具有结构简单和价格低廉等优点。

半闭环伺服系统是通过检测伺服电机的转角间接地检测出运动部件的位移（或角位移）反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。

这种系统的调试十分方便，并具有良好的系统稳定性。

闭环伺服系统将直接测量到的位移或角位移反馈到数控装置的比较器中与输入指令位移量进行比较，用差值控制运动部件，使运动部件严格按实际需要的位移量运动。

闭环控制系统的运动精度主要取决于检测装置的精度，而与机械传动链的误差无关，其控制精度将超过半闭环系统。

3.4 简述步进电动机的分类及其一般工作原理。

从结构上看，步进电动机分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁和永磁式两种。

按定子数目可分为单段定子式与多段定子式。

按相数可分为单相、两相、三相及多相，转子做成多极。

在输入电信号之前，转子静止不动；电信号到来之后，转子立即转动，且转向、转速随电信号的方向和大小而改变，同时带动一定的负载运动；电信号一旦消失，转子立即自行停转。

电机设计课后答案陈世坤第二版电机的主要尺寸是指什么它们由什么决定答电机的主要尺寸是指电枢铁心的直径和长度。

对于直流电机电枢直径是指转子外径对于一般结构的感应电机和同步电机则是指定子内径。

它们由计算功率P’决定。

2电机的主要尺寸间的关系是什么根据这个关系式能得出哪些重要结论答电机的主要尺寸间的关系是D2lefn/P’=6.1/(αp’KNmKdpABδ).根据这个关系式得到的重要结论有:①电机的主要尺寸由其计算功率P’和转速n之比P’/n或计算转矩T所决定;②电磁负荷A和Bδ不变时相同功率的电机转速较高的尺寸较小尺寸相同的电机转速较高的则功率较大。

这表明提高转速可减小电机的体积和重量。

③转速一定时若直径不变而采取不同长度则可得到不同功率的电机。

④由于极弧系数αp’、KNm与Kd的数值一般变化不大因此电机的主要尺寸在很大程度上和选用的电磁负荷A和Bδ有关。

电磁负荷选得越高电机的尺寸就越小。

3磁路计算的目的? 答磁路计算的目的在于确定产生主磁场所必需的磁化力或励磁磁动势并进而计算励磁电流以及电机的空载特性。

通过磁路计算还可以校核电机各部分磁通密度选择是否合适。

4磁路计算所依据的基本原理答磁路计算所依据的基本原理是安培环路定理。

积分路径沿着磁场强度矢量取向磁力线则。

等式左边为磁场H在dl方向上的线积分所选择的闭合回路一般通过磁极的中心线等式右边为回路包围的全电流即等于每对极的励磁磁势。

5电机的磁路可分为几段进行为什么气隙磁压降占整个回路磁压降很大的比例答电机的磁路可分为如下各段空气隙定子齿或磁极转子齿或磁极定子轭转子轭。

因为空气隙的磁导率比铁的磁导率小得多所以气隙磁阻比铁心磁阻大得多,又因为Um=ΦmRm.所以气隙磁压降比铁心磁压降大得多,故气隙磁压降占整个回路磁压降很大的比例. 6在电机设计时通常对铁心磁密BFe取硅钢片磁化曲线的饱和点,为什么? 答:铁心磁密的饱和点为BFe=1.5T.当BFe小于1.5T时,材料利用不够.当BFe 大于1.5T时,过饱和点,上升幅度不大.而且又需要更大的励磁电流、损耗和成本都会增加.所以应取BFe=1.5T. 7计算交流电机齿联轭的轭部磁压降时一般取什么磁密为计算磁密?为什么引入轭部磁压降校正系数Cj这一概念? 答:计算交流电机齿联轭的轭部磁压降时,一般取轭部切向最大磁密Bj作为计算磁密.因为齿联轭磁密分布不均匀,齿联轭磁路全长上的磁压降为了简化计算,引用一个等效的均匀磁场代替不均匀磁场和Hj存在值不同,引入磁压降校正系数Cj=HjjavH来修正. 8在磁路计算中,当齿部磁密超过1.8T时,为什么要进行修正? 答:齿部磁密超过1.8T,此时齿部磁密比较饱和,铁的磁导率μ.比较低,使齿部的磁阻和槽部相比差别不是很大.这样,一个齿距内的磁通大部分将由齿部进入轭部,部分磁通通过槽部进入轭部.因而齿部中的实际磁通密度B 比通过公式Bδleft/(KeFbltt')小些.即实际的磁场强度及磁压降也会小一些,所以要进行修正. 9异步电机与同步电机绕组漏抗分别由哪几部分组成? 答:异步电机:槽漏抗,谐波漏抗,端部漏抗,斜槽漏抗. 同步电机:槽漏抗,谐波漏抗,齿顶漏抗,端部漏抗. 10交流电机定子单层整距绕组每槽漏感Ls'如何计算? 答:高度h.范围内全部槽中电流产生的漏磁链Ψs1=Ns(Bs1S)=Ns*S*μ.2INs/bs=N2s2Iμ.h.lef/bs.高度h1范围内距槽底X处高dx的范围内产生的漏磁链dΨs2=(Ns*x/h1)dΦx=(Ns*x/h1)22Iμ.lefdx/bs.高度h1范围内由槽中电流产生的漏磁链为槽漏磁链总和Ψs=Ψs1+Ψs2=N2s2μ。

motorcad电机电磁仿真基本流程MotorCAD是一款专业的电机电磁仿真软件，能够对不同类型的电机进行精确的设计和优化。

在实际应用中，设计工程师需要根据实际需求制定仿真流程，并对仿真结果进行分析和优化。

本文将介绍MotorCAD电机电磁仿真的基本流程，并对每个环节进行详细描述，以帮助读者更好地理解和应用MotorCAD。

一、MotorCAD电机电磁仿真基本流程MotorCAD电机电磁仿真的基本流程包括以下几个环节：建立电机模型、设定计算参数、运行仿真计算、分析仿真结果、进行优化设计。

下面将对每个环节进行详细描述。

1. 建立电机模型在MotorCAD中，电机模型是仿真的基础，也是设计工程师进行仿真分析和优化的基础。

建立准确的电机模型至关重要。

通常，电机模型包括电机的几何结构、材料属性、绕组参数、磁环和气隙的尺寸等信息。

如果模型不够准确，则会导致仿真结果与实际情况存在误差，无法满足设计要求。

2. 设定计算参数在进行电机电磁仿真前，需要先设定仿真计算的参数。

这些参数包括计算方式、仿真时间、电磁学模型、激磁电流、转速、电压等。

计算方式有时间步进法、瞬态有限元法、频域法等。

设定好这些参数后，才能开始电机电磁仿真计算。

如果参数不合理，则会影响仿真结果的准确性。

3. 运行仿真计算在设定好计算参数后，就可以进行仿真计算了。

MotorCAD允许用户进行多种类型的计算，如电磁场分布、磁通分布、感应电势、参数计算、扭矩计算等。

仿真计算的过程中，可以观察到电机的电磁、热、机械等方面的性能，并可以进行多种类型的尝试。

4. 分析仿真结果仿真计算完成后，需要对仿真结果进行分析。

这包括电机的电磁、热、机械等方面的性能分析。

针对不同类型的分析结果，设计工程师可以进行相应的分析和优化，以满足实际应用需求。

5. 进行优化设计在分析仿真结果后，设计工程师还需要对电机模型进行优化，以提高电机的性能和效率。

可以针对电机的电磁、热、机械等性能进行优化设计。