回转支承滚道无软带感应加热数值模拟及淬火研究

摘要

回转支承是某些工程机械回转机构的重要组成部分，对其滚道淬火质量有很高的要求，一般要求其表面有较高的硬度和耐磨性，而滚道内部的材料仍保持原来的韧性组织。由于中频感应淬火具有加热速度快，效率高，无污染而被广泛应用于回转支承的表面感应淬火中。传统的滚道表面中频感应淬火机构虽然种类繁多，优点也各不相同，但始终无法解决感应淬火软带问题。本文在总结传统滚道表面淬火的基础上，设计了一种无软带淬火机构，不但提高了淬火效率，而且消除了淬火软带。
　　本文主要介绍了回转支承的结构特点，对现有的回转支承感应淬火设备及感应器进行分析，给出了它们的工作特点、适用类型及其主要优缺点等。在老式感应淬火机床的基础上设计出了无软带淬火机床的机构简图，介绍了无软带淬火机床的一般工作原理及其优缺点，并对无软带淬火机床的感应器装置和工作平台运动参数进行分析，得到了感应器装置和工作平台移动的数学表达公式。以公司的某一型号的回转支承为原型，建立了回转支承滚道表面感应加热的数学模型和物理模型，给出了电磁-热耦合场的初始条件和边界条件。通过有限元分析ANSYS软件对中频感应加热淬火进行模拟，分别分析了在三个不同等级的电流的情况下，回转支承内部的温度场分布，并获得了具体的加热时间，然后根据加热时间最终确定无软带淬火机构的工艺参数等。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 感应加热的原理及其特点

1．2．1 感应加热热处理原理

1．2．2 感应加热的分类

1．2．3 集肤效应及透入深度

1．2．4 邻近效应

1．2．5 圆环效应

1．2．6 感应加热方法的优点和应用范围

1．3 感应加热设备及数值模拟的发展概况

1．3．1 回转支承滚道感应加热设备研究概况

1．3．2 电磁感应加热数值模拟研究概况

1．4 课题主要的研究内容和方法

第二章 回转支承滚道表面无软带感应加热淬火机构的设计

2．1 回转支承感应加热淬火技术概况

2．1．1 回转支承的机构

2．1．2 回转支承的滚道表面淬火及软带要求

2．1．3 回转支承的感应淬火机构

2．2 回转支承滚道无软带淬火装置方案的设计

2．2．1 感应加热淬火设计思路

2．2．2 无软带感应加热淬火机构的简图

2．3 滚道无软带淬火机床的结构总设计

2．3．1 老式淬火机床的改造

2．3．2 回转支承无软带淬火机床的结构设计

2．3．3 滚道无软带感应淬火机构的运动控制轨迹

2．3．4 回转支承滚道无软带感应淬火机床的优缺点

2．4 本章小结

第三章 感应加热电磁场与温度场的有限元数值模拟

3．1 感应加热电磁场有限元分析

3．1．1 电磁场的基本理论

3．1．2 涡流场的有限元分析

3．2 感应加热温度场有限元分析

3．2．1 热分析的基本知识

3．2．2 感应加热温度场边界条件和初始条件

3．3 ANSYS中电磁热耦合分析场简介

3．3．1 ANSYS耦合场分析的定义

3．3．2 ANSYS耦合场分析的类型

3．3．3 ANSYS耦合场分析类型的选择

3．4 本章小结

第四章 基于ANSYS的回转支承滚道感应加热模型

4．1 ANSYS软件简介

4．2 感应淬火的问题描述与假设

4．2．1 运动机构的简化

4．2．2 工件移动的影响及处理

4．2．3 分析模型的简化

4．3 计算模型的建立

4．3．1 模型的建立

4．3．2 材料特性

4．3．3 单元类型的选择

4．3．4 网格划分

4．3．4 边界条件和施加载荷

4．4 求解

4．5 本章小结

第五章 模拟结果的处理分析与加工参数的确定

5．1 ANSYS模拟实验电流密度的选择

5．2 不同电液密度实验结果对比分析

5．3 工艺参数的确定

5．3．1 滚道表面感应淬火电流密度的确定

5．3．2 感应器相对于滚道圆心切向速度的确定

5．3．3 感应器相对于半圆形滚道的移动轨迹的确定

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况