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原文传递大型曲轴在红套过程中的关键技术研究

论文题名：	大型曲轴在红套过程中的关键技术研究
关键词：	感应加热;船用曲轴;红套过程;耦合场
摘要：	“十一五”时期，我国船舶工业高速发展，2010年我国造船完工量6560万载重吨。在主流船型、高技术船舶、海洋工程装备领域科技创新取得重大突破，主要船用设备本土化配套能力快速提升，造船周期明显缩短，经济运行质量显著改善。对于推动几万吨到几十万吨船舶进行远洋航行的船用低速柴油机，用于传递巨大扭矩的曲轴更是一个制造要求极高的关键零部件，这种半组合式曲轴整体质量大，材质要求特殊，冷热工序多，加工精度高，因此有极大的制造难度。红套作为其中的关键工艺步骤，会极大的影响曲轴质量。在船用曲轴红套的实际加工中,研究发现为达到设计使用要求存在很多的制造难题和加工局限，为此本文依据常用的电磁感应加热原理,研究解决这些问题的方法，借此提高曲轴红套工艺的操作速度和成型质量，改善工人的劳动环境,并节约能源。　　因此，本文用ANSYS14.0软件，对特定型号的船用曲轴进行感应加热仿真。研究曲轴红套过程中温度场变化与曲轴受力及变形的关系。通过数值模拟，分析影响曲轴红套质量的关键要素。基于 ANSYS分析，寻求曲轴红套过程质量控制策略，最后通过实例对研究工作进行样本实验。从而提高红套质量，缩短红套时间，为曲轴红套工艺的制定提供参考。同时通过对一种机型曲轴的计算分析，过渡到其他机型曲轴的计算分析，逐步建立和完善曲轴有限元分析与研究的专家知识库，最终实现曲轴红套参数化设计，为工程设计开发人员的开发设计提供便利的手段与方法。　　本论文课题源于上海电气船用曲轴研究项目，通过理论、数值模拟与试验相结合的方法，针对以下内容进行研究: 　　(1)船用曲轴红套工艺过程及要求分析。对曲轴的红套流程进行了探讨，分析工艺要求达到的精度以及红套过程难点。结合电磁感应加热原理，加热过程中影响能量的参数以及这些参数对红套温度的影响，对感应加热电源的选择做了详细的分析。　　(2)曲轴电磁感应加热的电磁场和温度场数值模拟计算。为了从理论角度分析并掌握电磁感应加热的机理，对曲轴电磁感应加热模型进行数学建模，并建立相应的数值分析模型,同时利用有限元方法对相应模型进行数值计算，得出电磁场分布和温度场的分布。　　(3)影响加热的参数主要有电流密度、电流频率和加热时间，通过对不同参数组合分别进行电磁一热耦合场数值模拟计算，分析各参数对曲轴加热后温度分布的影响关系。根据分析结果,选定合适的数据组合得到温度分布，分析温度分布的均匀性。　　(4)感应加热过程中曲臂膨胀变形，冷却过程中曲臂收缩变形。研究改善由于红套孔周围几何不对称引起的结构变形的措施。理论上虽然无法彻底消除这些不利影响。但运用有限元分析软件分析曲臂和红套孔的不规则形变，针对某一些型号的曲轴寻找一定的形变与温度，采取一系列的办法优化设计从而尽可能的消除不理影响。
作者：	付淑漫
专业：	机械设计及理论
导师：	吴子岳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海海洋大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文