基于高频感应加热电源的热装配工艺参数分析研究

摘要

摩托车发动机曲轴箱孔与轴承一般采用小过盈量的过渡配合，通常采用人工敲打或机具进行装配，而采用高频感应加热技术的加热法是将曲轴箱孔膨胀达到装配条件，从而实现其无损装配的方法，由于具有高效、节能、无污染等优势，正逐渐受到企业的欢迎。但是，曲轴箱孔在高频感应加热装配时，缺少合理的热装配工艺参数(加热功率、电流频率、加热时间)，无法判断曲轴箱孔温度、变形量的变化情况，使得装配质量得不到保证。因此，需要研究不同加热功率、电流频率、加热时间等热装配工艺参数对曲轴箱孔高频感应加热装配效果的影响，明确出合理的热装配工艺参数，可为日后不同装配工件的热装场合提供一定的数据指导。　　1.通过对电磁场、温度场基本理论的深入研究，建立了曲轴箱孔高频感应加热装配电磁场、温度场的有限元数学模型；针对曲轴箱孔在高频感应加热装配过程中涉及到的多场耦合，简要介绍了耦合场实现的方法。　　2.确定了曲轴箱孔高频感应加热装配过程中多场耦合的分析方法：间接法(载荷耦合法)，并利用APDL建立了曲轴箱孔高频感应加热装配电磁-热-结构耦合场的参数化模型。考虑到材料物理参数对温度的依懒性，采用查表法解决了材料物理参数随温度变化的问题。　　3.采用VB.NET开发了曲轴箱孔热装配分析计算界面，设有主界面、数据参数设置界面、ANSYS计算界面和计算结果显示界面等，详细的阐述了这些界面的开发方法、操作方法及具体功能。　　4.利用开发的曲轴箱孔热装配分析计算界面后台调用ANSYS，高效地分析了不同加热功率、电流频率、加热时间热装配工艺参数对曲轴箱孔高频感应加热装配过程中涡流、温度、变形量的影响。根据计算结果及相关经验，制定了一组合理的曲轴箱孔热装配工艺参数(加热功率、电流频率、加热时间)，并在此合理热装配工艺参数下，分析了曲轴箱孔热装配温度与热变形之间的关系，得出在相同热变形量下，合理热装配工艺参数模拟分析出的曲轴箱孔热装配温度值与理论计算值几乎一致的结论，从而一定程度上说明了合理热装配工艺参数模拟出的温度数据用于高频感应加热电源温度控制模块的合理性。　　5.为了把合理热装配工艺参数模拟出的温度数据从PC机传输给高频感应加热电源温度控制模块作为设定温度，利用串行通信技术，从硬件和软件两方面入手，最后通过串行调试助手实现了温度数据的传输。　　本文根据高频感应加热技术在热装领域上的应用特点，通过曲轴箱孔热装配分析计算界面后台调用ANSYS，分析研究了不同热装配工艺参数对曲轴箱孔高频感应加热装配效果的影响，对实际生产具有一定的指导及参考意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文选题的背景及意义

1.1.1 论文选题的背景

1.1.2 论文选题的意义

1.2 国内外感应加热装配发展趋势

1.2.1 国外研究发展趋势

1.2.2 国内研究发展趋势

1.3 论文主要框架内容和章节布置

1.3.1 主要框架内容

1.3.2 章节布置

1.4 本章小结

2 高频感应加热装配基本理论和数学模型

2.1 高频感应加热装配基本理论

2.1.1 高频感应加热装配技术原理

2.1.2 高频感应加热装配的工艺要求

2.2 电磁场的有限元数学模型

2.2.1 电磁场基本方程

2.2.2 电磁场中常见的边界条件

2.3 温度场的有限元数学模型

2.3.1 温度场基本理论

2.3.2 感应加热装配温度场有限元方程

2.4 耦合场实现方式

2.5 本章小结

3 曲轴箱孔高频感应加热装配电磁-热-结构耦合场参数化建模

3.1 参数化技术

3.2 参数化设计语言APDL

3.3 曲轴箱孔高频感应加热装配过程建模

3.3.1 研究模型

3.3.2 材料物理参数

3.3.3 基于APDL语言的曲轴箱孔高频感应加热装配建模过程

3.3.4 模拟研究的边界条件

3.4 本章小结

4 曲轴箱孔热装配分析计算界面的设计

4.1编程软件Visual Basic.NET

4.2 VB.NET程序设计方法

4.3 曲轴箱孔热装配分析计算的框架和界面设计

4.3.1 框架设计

4.3.2 界面设计

4.4 本章小结

5 曲轴箱孔高频感应加热装配工艺参数分析

5.1 曲轴箱孔高频感应加热装配模拟方案

5.2 加热功率对曲轴箱孔高频感应加热装配的影响

5.3 电流频率对曲轴箱孔高频感应加热装配的影响

5.4 加热时间对曲轴箱孔高频感应加热装配的影响

5.5 加热功率和加热时间对曲轴箱孔高频感应加热装配的影响

5.6 曲轴箱孔热装配温度与热变形关系分析

5.7 本章小节

6 PC机与高频感应加热电源温度控制模块的串行通信设计

6.1 串行通信技术

6.2 高频感应加热电源温度控制模块串行接口

6.3 高频感应加热电源温度控制模块与PC机串行通信的实现

6.3.1 硬件设计

6.3.2 软件设计

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录1 参数化设计部分APDL程序

附录2 参数化设计VB.NET程序

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果