Электродвигатели постоянного тока предназначены для непосредственного преобразования электрической энергии в механическую. В силу относительно небольших габаритов, простоты обслуживания, высокого КПД, они находят широкое применение в качестве приводов различных устройств и механизмов, как в промышленности, так и в быту.

Одной из самых важных деталей электродвигателей постоянного токая является якорь. Именно в нем возникает крутящий момент, под действием электрического тока. В качестве базовой детали якоря выступает вал.

Вал электрической машины является очень ответственной деталью. От жесткости конструкции вала и точности его обработки зависит равномерность воздушного зазора. Прочность вала определяет механическую надежность машины в эксплуатации.

К конструкции вала предъявляются следующие требования:

1.        Вал должен быть достаточно прочным, чтобы без появления остаточных деформаций выдержать все нагрузки, возникающие при эксплуатации машины, включая аварийные случаи (внезапные короткие замыкания). В машинах со знакопеременной нагрузкой необходимо учитывать усталостные явления в материале вала.

2.        Вал должен иметь достаточную жесткость, чтобы его прогибы при работе машины не достигали величин, при которых могут появиться недопустимые искажения равномерности воздушного зазора между ротором и статором.

При работе электродвигателя вал находится в сложном напряженном состоянии.

На него действуют следующие силы и моменты:

·               реакции в местах закрепления со стороны подшипниковых узлов;

·               крутящий момент со стороны сердечника;

·               крутящий момент со стороны полезной нагрузки;

·               реакция передачи;

·               сила тяжести всех установленных на нем деталей;

·               сила магнитного притяжения, которая возникает между статором и ротором.

Основной целью данной работы является исследование напряжений и перемещений, возникающих в процессе работы электродвигателя, для оценки прочности конструкции якоря и величины воздушного зазора.

Наиболее легкий и быстрый способ определения прогибов и напряжений вала дает аналитический метод. Но он не обладает высокой точностью, и не отражает полную картину напряженно-деформирован-ного состояния вала.

Используя программный пакет COSMOSWorks, можно решить поставленную задачу с более высокой точностью. Система COSMOS-Works применяет для решения задач метод конечных элементов. К достоинствам этого метода можно отнести его универсальность. Очевидное преимущество COSMOSWorks состоит в том, что между постановкой задачи (при наличии геометрической модели) и получением результатов проходит незначительное время. А так же, с использованием данного метода можно произвести расчёт деталей и сборок любой конфигурации и формы, что не всегда удаётся при использовании аналитического метода.