[發明專利]一種基于ANSYS仿真平臺的斜齒輪螺旋式感應加熱的模擬方法

有效

• 申請號: 202010147694.7
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111353250B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 劉志亮;張天雄
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發明提供一種基于ANSYS仿真平臺的斜齒輪螺旋式感應加熱的模擬方法，對幾何模型中各段仿形線圈數量和間距進行調整，并導入局部坐標系DO循環命令對其變換過程自動控制，實現了斜齒輪相對于仿形線圈的柔性變速運動過程的模擬，模擬更加貼近現實。同時，本發明整個仿真過程以ANSYS軟件為平臺，模擬過程自動化運行，操作簡單，方便工廠技術人員掌握和使用。

技術領域

本發明屬于感應熱處理研究領域，涉及一種基于ANSYS仿真平臺的斜齒輪螺旋式感應加熱的模擬方法。

背景技術

齒輪傳動方式是當前機械傳動領域應用較為廣泛的傳動方式之一，而斜齒輪以其傳動效率高、傳動平穩以及承載力強等特點，被廣泛應用于汽車工業、航空航天和船舶工業等領域。以重型車輛變速箱斜齒輪為例，由于重載和惡劣的道路條件，作為重要受力單元的變速箱將受到頻繁的撞擊，齒輪極易出現齒面磨損、齒根彎曲疲勞斷裂等失效形式。在這種情況下，重型車輛變速箱斜齒輪需要具備較高的表面硬度、耐磨性以及承載能力等性能，這就對熱處理提出了更嚴格的要求。

感應淬火作為一種先進的熱處理方法，以其節能環保、生產效率高、易于實現機械自動化等優點，在熱處理領域已經得到越來越廣泛地應用。在齒輪的感應淬火中，根據不同傳動系統中齒輪不一樣的特點，需要采取不同的加熱方式。比如，應用于重型車輛變速箱中的斜齒輪，其基體較厚且直徑較小，若采用整體淬火的方法，傳統的圓柱型感應器產生的磁場不能和斜齒輪齒面保持垂直，極易出現齒頂淬透，齒根溫度過低的現象；若采用沿齒槽逐齒淬火的方法，鄰齒齒面易發生過回火，使相鄰已淬硬區域的硬度下降，并且當感應器經過斜齒輪上、下端面時，由于端部效應，感應器——齒輪系統的阻抗不斷發生變化，使斜齒輪上、下端面與中間部位產生較大溫差，導致齒面硬度不均勻。由于斜齒輪螺旋角的影響，對其進行逐層加熱時，會出現局部位置加熱時間短的問題。導致斜齒輪在磨齒酸洗后，局部位置淬硬層被去除，齒面硬度與調質態的心部硬度相當的局部欠淬火層缺陷。因此，找到一種適合該類斜齒輪的加熱工藝是十分必要的。

ANSYS軟件具有強大的數值模擬功能，以有限單元法為基礎，通過計算機的準確計算，可以獲得接近實際的效果。研究人員可通過溫度場預測淬硬層深度，有效地解決了傳統的材料熱處理通過大量試驗篩選一種較好的工藝所帶來的高成本和費時費力等問題。

發明內容

根據上述提出的利用現有熱處理方法執行斜齒輪淬火效果不佳的技術問題，而提供一種基于ANSYS仿真平臺的斜齒輪螺旋式感應加熱的模擬方法，對幾何模型中各段仿形線圈數量和間距進行調整，并導入局部坐標系DO循環命令對其變換過程自動控制，實現了斜齒輪相對于仿形線圈的柔性變速運動過程的模擬。

本發明采用的技術手段如下：

一種基于ANSYS仿真平臺的斜齒輪螺旋式感應加熱的模擬方法，包括：

步驟1、確定感應加熱過程中所用斜齒輪和仿形線圈的幾何參數，使用CAD軟件建立斜齒輪所有加熱位置的幾何模型，并將幾何模型中仿形線圈總數量記做N，保存為相應格式后導入ANSYS軟件；

步驟2、導入仿形線圈局部坐標系DO循環命令，根據不同加熱位置的局部坐標，編寫相應DO循環對仿形線圈局部坐標系變換過程進行控制，使其整體自動旋轉相應角度，所述DO循環的自變量n為加熱位置編號；

步驟3、設置材料物性參數和單元類型，殺死除加熱位置n外的所有單元，劃分網格，施加載荷和邊界條件，初始溫度賦值為25℃，利用軟件求解計算加熱位置n的節點溫度；

步驟4、求解完成后將加熱位置n所有節點溫度數據存入數據庫；若n≤N，則令n＝n+1，激活更新后加熱位置n的所有單元，仿形線圈局部坐標系旋轉相應角度，從數據庫中提取上一加熱位置的所有節點溫度數據作為初始溫度條件賦予斜齒輪，殺死除加熱位置n外的所有單元，劃分網格，施加載荷和邊界條件，求解計算更新后加熱位置n的節點溫度；