伞齿轮双频感应淬火过程数值分析

发布时间：2020-09-03 14:48

　　随着我国向装备制造业强国迈进,高速铁路、航空、自动化设备等装备制造业高速发展,迫切需要提高齿轮等基础零部件的工艺水平。齿轮是现代机械中应用最为广泛的传动零件,其传动系统具有结构紧凑、传动效率高、功率大、运行平稳等优点。中国制造2025中明确提出全面推行绿色制造,开发清洁热处理表面硬化技术,提高制造业资源利用率。相对于齿轮渗碳淬火工艺,齿轮感应淬火工艺绿色环保,易于实现自动化,而且具有高疲劳强度、高耐磨性和畸变小的优点。本文针对伞齿轮双频感应淬火过程进行了如下的研究工作:(1)在有限元软件ANSYS中建立了伞齿轮三维有限元模型,选用分段双频感应加热的方法,采用APDL语言实现了双频电磁-热耦合分析。并针对伞齿轮的结构特点,根据齿轮感应线圈设计原则,设计出用于伞齿轮双频感应加热工艺探究的“绕齿”形感应线圈,并进行了参数优化。(2)对单频感应加热与双频感应加热进行分析与对比,并对伞齿轮双频感应加热工艺进行探究,分析中、高频电流切换次数和电流密度比等参数对双频感应加热过程的影响。(3)利用DEFORM软件对伞齿轮淬火冷却过程进行组织模拟,对伞齿轮表层组织分布情况进行了量化分析。(4)利用实验室中、高频感应器搭建双频感应加热实验平台,进行伞齿轮双频感应加热实验,并检测记录齿廓与齿宽方向外表面4点的温升情况。将实验数据和模拟数据进行对比,并进行误差分析,验证有限元模拟的正确性。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH132.41;TG156.3
【部分图文】：

伞齿轮,实体图

化温度的单元的组织设定为奥氏体组织。 20o、齿宽 40mm 的大模数标准渐开线伞热淬火分析。因为伞齿轮模型较复杂，用方便，为了简化建模过程，本文采用。ANSYS 软件可以与很多三维建模软件通RKS 软件中建立伞齿轮三维几何模型，然ANSYS 软件中。为了节约计算时间，只选取两个轮齿进行伞齿轮模型如图 3-2 所示，其轴孔中心线与轮模型的实体图。

分布情况,三维实体模型,伞齿轮

可以将网格划分的粗糙些。本文主要是场变化及分布进行分析，因此伞齿轮的热影响双频感应加热过程数值模拟过程后，需要对伞电流密度等的分布情况进行分析，为了提高模伞齿轮表层网格进行细化处理。OLIDWORKS 软件中导入到 ANSYS 软件中的伞格模型。从图 3-5 可以看出，伞齿轮的轮齿部位规则，是通过扫掠的方式划分生成，而齿基体应加热计算，所以划分的网格较为粗大，这样值计算时出现不收敛的现象，应该避免相邻的将伞齿轮模型的齿廓表面到齿轮基体网格尺寸轮的网格模型整体图。

伞齿轮,网格模型,感应加热

图 3-5 伞齿轮网格模型图 3-6 整体网格模型3.2.4 物理环境的创建生成物理环境文件需要对分析类型、载荷和边界条件等进行定义，感应加热过程是电磁场和温度场之间的耦合，所以需要为电磁谐波分析和热分析生成相应的物理环境文件。本文采用顺序耦合物理文件法来实现感应加热数值模拟过程中的电磁-热耦合。由于本文进行的双频感应加热过程的模拟，需要采用 ANSYS 参数化语言分别对中频感应加热过程和高频感应加热过程进行物理文件设定。3.2.4.1 电磁分析物理环境在 ANSYS 软件中进行感应加热过程中的电磁场分析时，其求解类型为固定频率的谐波分析。电磁场分析时，空气模型外边界存在两种边界条件：磁力线平行边界和垂直边界。因为本文的三维数值模型存在对称边界条件，还需要满足垂直边界条

【参考文献】