大型曲轴在红套过程中的关键技术研究

发布时间：2017-09-22 00:00

  本文关键词：大型曲轴在红套过程中的关键技术研究

  更多相关文章： 感应加热 红套 耦合场 船用曲轴

【摘要】：“十一五”时期，，我国船舶工业高速发展，2010年我国造船完工量6560万载重吨。在主流船型、高技术船舶、海洋工程装备领域科技创新取得重大突破，主要船用设备本土化配套能力快速提升，造船周期明显缩短，经济运行质量显著改善。对于推动几万吨到几十万吨船舶进行远洋航行的船用低速柴油机，用于传递巨大扭矩的曲轴更是一个制造要求极高的关键零部件，这种半组合式曲轴整体质量大，材质要求特殊，冷热工序多，加工精度高，因此有极大的制造难度。红套作为其中的关键工艺步骤，会极大的影响曲轴质量。在船用曲轴红套的实际加工中,研究发现为达到设计使用要求存在很多的制造难题和加工局限，为此本文依据常用的电磁感应加热原理,研究解决这些问题的方法，借此提高曲轴红套工艺的操作速度和成型质量，改善工人的劳动环境,并节约能源。 因此，本文用ANSYS14.0软件，对特定型号的船用曲轴进行感应加热仿真。研究曲轴红套过程中温度场变化与曲轴受力及变形的关系。通过数值模拟，分析影响曲轴红套质量的关键要素。基于ANSYS分析，寻求曲轴红套过程质量控制策略，最后通过实例对研究工作进行样本实验。从而提高红套质量，缩短红套时间，为曲轴红套工艺的制定提供参考。同时通过对一种机型曲轴的计算分析，过渡到其他机型曲轴的计算分析，逐步建立和完善曲轴有限元分析与研究的专家知识库，最终实现曲轴红套参数化设计，为工程设计开发人员的开发设计提供便利的手段与方法。 本论文课题源于上海电气船用曲轴研究项目，通过理论、数值模拟与试验相结合的方法，针对以下内容进行研究: (1)船用曲轴红套工艺过程及要求分析。对曲轴的红套流程进行了探讨，分析工艺要求达到的精度以及红套过程难点。结合电磁感应加热原理，加热过程中影响能量的参数以及这些参数对红套温度的影响，对感应加热电源的选择做了详细的分析。 (2)曲轴电磁感应加热的电磁场和温度场数值模拟计算。为了从理论角度分析并掌握电磁感应加热的机理，对曲轴电磁感应加热模型进行数学建模，并建立相应的数值分析模型,同时利用有限元方法对相应模型进行数值计算，得出电磁场分布和温度场的分布。 (3)影响加热的参数主要有电流密度、电流频率和加热时间，通过对不同参数组合分别进行电磁一热耦合场数值模拟计算，分析各参数对曲轴加热后温度分布的影响关系。根据分析结果,选定合适的数据组合得到温度分布，分析温度分布的均匀性。 (4)感应加热过程中曲臂膨胀变形，冷却过程中曲臂收缩变形。研究改善由于红套孔周围几何不对称引起的结构变形的措施。理论上虽然无法彻底消除这些不利影响。但运用有限元分析软件分析曲臂和红套孔的不规则形变，针对某一些型号的曲轴寻找一定的形变与温度，采取一系列的办法优化设计从而尽可能的消除不理影响。
【关键词】：感应加热 红套 耦合场 船用曲轴
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.121
【目录】：

• 上海海洋大学硕士学位论文答辩委员会成员名单3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 引言10-16
• 1.1 课题的研究背景10-12
• 1.2 红套及其关键技术的研究现状12-14
• 1.3 课题的提出和研究内容14-16
• 第二章 红套工艺过程中的关键技术16-23
• 2.1 红套流程分析17-18
• 2.2 感应加热温度分析18-21
• 2.2.1 加热温度的确定18-19
• 2.2.2 加热原理19-20
• 2.2.3 感应加热的能量参数20-21
• 2.3 红套变形控制技术21
• 2.4 本章小结21-23
• 第三章 曲轴温度场数值模拟分析23-33
• 3.1 耦合中的关键点23-25
• 3.2 曲臂感应加热数值仿真25-26
• 3.2.1 计算模型的构成25
• 3.2.2 单元类型选择及材料性能参数的设置25
• 3.2.3 网格划分25-26
• 3.2.4 边界条件说明26
• 3.3 温度场计算结果及分析26-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 曲轴三维应力场有限元分析33-50
• 4.1 热弹性理论基础33-35
• 4.2 有限元模型和接触问题35
• 4.3 热-力耦合数值模拟35-41
• 4.4 复套变形分析41-44
• 4.5 优化设计44-48
• 4.5.1 方案 144-45
• 4.5.2 不等高垫块优化45-48
• 4.6 本章小结48-50
• 第五章 曲轴温度场实验研究50-54
• 5.1 实验方案50-51
• 5.2 实验结果51-53
• 5.3 实验分析53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 总结54-56
• 6.1 总结54-55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 攻读学位期间申请的专利及发表的学术论文60

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