隨著我國(guó)向裝備制造業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn),高速鐵路、航空、自動(dòng)化設(shè)備等裝備制造業(yè)高速發(fā)展,迫切需要提高齒輪等基礎(chǔ)零部件的工藝水平。齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的傳動(dòng)零件,其傳動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高、功率大、運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。中國(guó)制造2025中明確提出全面推行綠色制造,開(kāi)發(fā)清潔熱處理表面硬化技術(shù),提高制造業(yè)資源利用率。相對(duì)于齒輪滲碳淬火工藝,齒輪感應(yīng)淬火工藝綠色環(huán)保,易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,而且具有高疲勞強(qiáng)度、高耐磨性和畸變小的優(yōu)點(diǎn)。本文針對(duì)傘齒輪雙頻感應(yīng)淬火過(guò)程進(jìn)行了如下的研究工作:(1)在有限元軟件ANSYS中建立了傘齒輪三維有限元模型,選用分段雙頻感應(yīng)加熱的方法,采用APDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了雙頻電磁-熱耦合分析。并針對(duì)傘齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),根據(jù)齒輪感應(yīng)線(xiàn)圈設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)出用于傘齒輪雙頻感應(yīng)加熱工藝探究的“繞齒”形感應(yīng)線(xiàn)圈,并進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。(2)對(duì)單頻感應(yīng)加熱與雙頻感應(yīng)加熱進(jìn)行分析與對(duì)比,并對(duì)傘齒輪雙頻感應(yīng)加熱工藝進(jìn)行探究,分析中、高頻電流切換次數(shù)和電流密度比等參數(shù)對(duì)雙頻感應(yīng)加熱過(guò)程的影響。(3)利用DEFORM軟件對(duì)傘齒輪淬火冷卻過(guò)程進(jìn)行組織模擬,對(duì)傘齒輪表層組織分布情況進(jìn)行了量化分析。(4)利用實(shí)驗(yàn)室中、高頻感應(yīng)器搭建雙頻感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行傘齒輪雙頻感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn),并檢測(cè)記錄齒廓與齒寬方向外表面4點(diǎn)的溫升情況。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,并進(jìn)行誤差分析,驗(yàn)證有限元模擬的正確性。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TH132.41;TG156.3
【部分圖文】：

化溫度的單元的組織設(shè)定為奧氏體組織。 20o、齒寬 40mm 的大模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線(xiàn)傘熱淬火分析。因?yàn)閭泯X輪模型較復(fù)雜，用方便，為了簡(jiǎn)化建模過(guò)程，本文采用。ANSYS 軟件可以與很多三維建模軟件通RKS 軟件中建立傘齒輪三維幾何模型，然ANSYS 軟件中。為了節(jié)約計(jì)算時(shí)間，只選取兩個(gè)輪齒進(jìn)行傘齒輪模型如圖 3-2 所示，其軸孔中心線(xiàn)與輪模型的實(shí)體圖。

可以將網(wǎng)格劃分的粗糙些。本文主要是場(chǎng)變化及分布進(jìn)行分析，因此傘齒輪的熱影響雙頻感應(yīng)加熱過(guò)程數(shù)值模擬過(guò)程后，需要對(duì)傘電流密度等的分布情況進(jìn)行分析，為了提高模傘齒輪表層網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化處理。OLIDWORKS 軟件中導(dǎo)入到 ANSYS 軟件中的傘格模型。從圖 3-5 可以看出，傘齒輪的輪齒部位規(guī)則，是通過(guò)掃掠的方式劃分生成，而齒基體應(yīng)加熱計(jì)算，所以劃分的網(wǎng)格較為粗大，這樣值計(jì)算時(shí)出現(xiàn)不收斂的現(xiàn)象，應(yīng)該避免相鄰的將傘齒輪模型的齒廓表面到齒輪基體網(wǎng)格尺寸輪的網(wǎng)格模型整體圖。

圖 3-5 傘齒輪網(wǎng)格模型 圖 3-6 整體網(wǎng)格模型3.2.4 物理環(huán)境的創(chuàng)建生成物理環(huán)境文件需要對(duì)分析類(lèi)型、載荷和邊界條件等進(jìn)行定義，感應(yīng)加熱過(guò)程是電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)之間的耦合，所以需要為電磁諧波分析和熱分析生成相應(yīng)的物理環(huán)境文件。本文采用順序耦合物理文件法來(lái)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)加熱數(shù)值模擬過(guò)程中的電磁-熱耦合。由于本文進(jìn)行的雙頻感應(yīng)加熱過(guò)程的模擬，需要采用 ANSYS 參數(shù)化語(yǔ)言分別對(duì)中頻感應(yīng)加熱過(guò)程和高頻感應(yīng)加熱過(guò)程進(jìn)行物理文件設(shè)定。3.2.4.1 電磁分析物理環(huán)境在 ANSYS 軟件中進(jìn)行感應(yīng)加熱過(guò)程中的電磁場(chǎng)分析時(shí)，其求解類(lèi)型為固定頻率的諧波分析。電磁場(chǎng)分析時(shí)，空氣模型外邊界存在兩種邊界條件：磁力線(xiàn)平行邊界和垂直邊界。因?yàn)楸疚牡娜S數(shù)值模型存在對(duì)稱(chēng)邊界條件，還需要滿(mǎn)足垂直邊界條

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2811587