同步器齿套感应加热仿真分析及其电源设计

发布时间：2017-09-30 12:26

  本文关键词：同步器齿套感应加热仿真分析及其电源设计

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【摘要】：虽然同步器齿套等薄壁零件的感应加热压力淬火处理工艺应用非常广泛,但对感应加热器及其电源的优化设计理论与技术的系统研究成果尚鲜见。目前对感应加热器及其电源的设计,如感应加热器结构、不同形态的零件所需的感应加热参数计算、电源结构等等,往往基于经验公式进行设计,难于发挥感应加热的优势。为此,本文针对赣州某汽车零部件制造公司的同步器齿套表面淬火工艺要求,对齿套感应加热过程的影响及其变化进行了数值仿真分析,优化感应加热模式、电源参数优化设计、感应加热模式对比,构建齿套加热能耗模型等,在此基础上,对齿套感应加热电源优化设计。本文首先以电磁热耦合理论为基础,分析了感应加热基本原理,选择了适合感应加热过程的数值模拟方法,建立了同步器齿套在优化加热模式下的有限元三维模型,对齿套温度分布规律及能源效率方面进行了数值模拟分析研究,为优化的感应加热模式设计的可行性提供了依据。其次,通过优化后感应加热模式进行变量参数化数值仿真,分析了电流频率和电流强度大小对齿套加热温度和加热效率的影响,并对具体电源参数进行了优化设计。在优化参数的基础上,对传统加热模式和优化加热模式进行感应加热过程数值模拟比较,通过齿套轴向和径向切片进行了温度云图分布、齿套温度分布规律、内花键齿加热以及能源效率进行对比分析,表明优化后的感应加热模式更能保证齿套内外层受热均匀、齿顶和齿槽温差较小,加热时间短等优点,保证了齿套表面淬火要求及高效节能。最后,针对优化电源参数,对感应加热电源进行优化设计,从主电路、硬件电路以及软件控制方案进行了合理分析设计,并通过MATLAB/simulink模块搭建了感应加热电源仿真模型,仿真得到了不同电流频率下的最大输出功率和负载电流大小,通过与有限元优化电源参数进行对比,验证了优化参数的正确性以及电源设计可行性。
【关键词】：感应加热 同步器齿套 感应加热器 数值仿真 感应加热电源
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.212.41;TG156.3;TN86
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 感应加热技术和设备的发展概况11-12
• 1.3 感应加热技术的数值仿真研究概况12-14
• 1.4 本文研究内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 感应加热原理及其过程仿真方法16-23
• 2.1 电磁热耦合理论16-18
• 2.1.1 电磁场数学模型16-17
• 2.1.2 温度场数学模型17-18
• 2.2 感应加热的基本原理18-20
• 2.2.1 电磁感应现象18-19
• 2.2.2 趋肤效应19
• 2.2.3 邻近效应19-20
• 2.2.4 环状效应20
• 2.3 感应加热过程计算仿真方法20-22
• 2.3.1 FLUX有限元软件功能20-21
• 2.3.2 FLUX磁热耦合仿真方法21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 同步器齿套感应加热过程仿真分析23-38
• 3.1 齿套感应加热器结构分析23-24
• 3.1.1 单圈感应加热器23
• 3.1.2 内外圈感应加热器23-24
• 3.2 本章仿真的目的24
• 3.3 感应加热仿真步骤24-32
• 3.3.1 模型建立24-26
• 3.3.2 材料物理属性26-30
• 3.3.3 网格划分30-31
• 3.3.4 边界条件31-32
• 3.3.5 计算参数设置32
• 3.4 仿真结果及分析32-37
• 3.4.1 温度分布云图32-33
• 3.4.2 温度变化规律分析33-35
• 3.4.3 加热功率和效率变化规律分析35-36
• 3.4.4 相对磁导率和功率密度变化规律分析36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 同步器齿套感应加热的影响因素分析38-52
• 4.1 影响齿套感应加热的电源参数分析及设计38-46
• 4.1.1 电源参数影响分析38-39
• 4.1.2 电流频率参数优化设计39-43
• 4.1.3 电流强度参数优化设计43-46
• 4.2 不同感应加热模式的仿真对比分析46-51
• 4.2.1 模型对比分析46-47
• 4.2.2 温度分布云图对比分析47-48
• 4.2.3 温度随时间变化规律分析48-50
• 4.2.4 内花键齿加热对比分析50-51
• 4.2.5 能源效率对比分析51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 感应加热电源设计52-72
• 5.1 感应加热电源框架结构52
• 5.2 主电路的设计52-59
• 5.2.1 主电路的选择52-54
• 5.2.2 主电路设计方案54
• 5.2.3 主电路参数设计54-59
• 5.3 外围电路设计59-64
• 5.3.1 采样电路59-60
• 5.3.2 IGBT驱动电路60-62
• 5.3.3 IGBT缓冲电路62
• 5.3.4 保护电路62-64
• 5.4 软件控制方案设计64-68
• 5.4.1 主程序设计64-65
• 5.4.2 功率控制设计65-67
• 5.4.3 频率跟踪控制设计67-68
• 5.4.4 故障保护设计68
• 5.5 MATLAB/Simlink系统仿真分析68-71
• 5.6 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间的研究成果78-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张月红;王马华;;感应加热参数对钢件温度分布的影响[J];金属热处理;2011年09期

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中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 齐海润;串联型IGBT感应加热电源的控制技术研究[D];华北电力大学;2011年

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6 韩逸冰;高频感应加热设备感应器的设计[D];郑州大学;2013年

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本文编号：948212