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重型汽车变速器斜齿轮高频感应加热过程数值模拟与实验研究
| 论文题名： | 重型汽车变速器斜齿轮高频感应加热过程数值模拟与实验研究 |
| 关键词： | 汽车变速器;斜齿轮;高频感应加热;数值模拟 |
| 摘要： | 随着我国汽车工业的突飞猛进，重型汽车逐步向大功率、重型化的方向发展，对于变速器的使用性能需求也越来越高，变速器斜齿轮常处在高温、变载和润滑条件差等恶劣工况下，极易发生损坏而失效。齿轮的质量在很大程度上取决于其热处理工艺，设置合理的热处理工艺参数对提高重型汽车变速器斜齿轮的承载能力、耐磨性以及表面硬度有着至关重要的作用。感应加热淬火技术以其节能高效、清洁无污染、易于实现工业自动化等优点，现已成为齿轮表面硬化工艺的不二之选。 本文深入地研究了感应加热过程中涉及到的电磁场和温度场理论，利用有限元软件ANSYS模拟了斜齿轮的变速螺旋式高频感应加热过程，并通过数值模拟与实验相结合的方法，分析了各因素对斜齿轮感应加热质量的影响，涉及的研究工作有： 首先，基于感应线圈的设计原则，结合斜齿轮的结构特点，设计用于斜齿轮变速螺旋式高频感应加热的1/4齿宽仿形感应线圈，并对线圈整体结构参数进行优化。根据斜齿轮高频感应加热过程中电磁场与温度场的关系，建立电磁-热-运动耦合分析的三维有限元模型，提出“动态坐标系”法等效斜齿轮的变速螺旋式运动，并基于“动态坐标系”法进行几何建模、网格划分、加载及求解。 其次，利用ANSYS有限元软件，编写电磁场、温度场和运动场的APDL语言，实现斜齿轮高频感应加热过程的动态仿真，并详细地分析斜齿轮初始加热位置中间截面和沿齿宽方向上的温度分布特点。利用ANSYS有限元软件，对比分析整体加热法和逐层加热法对斜齿轮加热质量的影响，模拟1/4齿宽仿形感应线圈对斜齿轮的逐层加热过程，总结不同的几何参数、运动参数以及电参数对斜齿轮沿齿宽方向和沿齿廓方向上温度分布的影响规律。 最后，利用实验室的感应加热设备以及制作的1/4齿宽仿形感应线圈进行斜齿轮变速螺旋式高频感应加热实验，根据实验过程中使用的工艺参数进行相应的数值模拟，将数值模拟得到的温度数据与实验数据进行对比分析以验证数值模拟的准确性。 |
| 作者： | 张天雄 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘志亮;王贵国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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