大型曲軸在紅套過程中的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、“十一五”時(shí)期，我國船舶工業(yè)高速發(fā)展，2010年我國造船完工量6560萬載重噸。在主流船型、高技術(shù)船舶、海洋工程裝備領(lǐng)域科技創(chuàng)新取得重大突破，主要船用設(shè)備本土化配套能力快速提升，造船周期明顯縮短，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量顯著改善。對于推動(dòng)幾萬噸到幾十萬噸船舶進(jìn)行遠(yuǎn)洋航行的船用低速柴油機(jī)，用于傳遞巨大扭矩的曲軸更是一個(gè)制造要求極高的關(guān)鍵零部件，這種半組合式曲軸整體質(zhì)量大，材質(zhì)要求特殊，冷熱工序多，加工精度高，因此有極大的制造難度。紅套作為其中的關(guān)鍵工

2、藝步驟，會(huì)極大的影響曲軸質(zhì)量。在船用曲軸紅套的實(shí)際加工中,研究發(fā)現(xiàn)為達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求存在很多的制造難題和加工局限，為此本文依據(jù)常用的電磁感應(yīng)加熱原理,研究解決這些問題的方法，借此提高曲軸紅套工藝的操作速度和成型質(zhì)量，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境,并節(jié)約能源。
　　因此，本文用ANSYS14.0軟件，對特定型號(hào)的船用曲軸進(jìn)行感應(yīng)加熱仿真。研究曲軸紅套過程中溫度場變化與曲軸受力及變形的關(guān)系。通過數(shù)值模擬，分析影響曲軸紅套質(zhì)量的關(guān)鍵要素。基于 A

3、NSYS分析，尋求曲軸紅套過程質(zhì)量控制策略，最后通過實(shí)例對研究工作進(jìn)行樣本實(shí)驗(yàn)。從而提高紅套質(zhì)量，縮短紅套時(shí)間，為曲軸紅套工藝的制定提供參考。同時(shí)通過對一種機(jī)型曲軸的計(jì)算分析，過渡到其他機(jī)型曲軸的計(jì)算分析，逐步建立和完善曲軸有限元分析與研究的專家知識(shí)庫，最終實(shí)現(xiàn)曲軸紅套參數(shù)化設(shè)計(jì)，為工程設(shè)計(jì)開發(fā)人員的開發(fā)設(shè)計(jì)提供便利的手段與方法。
　　本論文課題源于上海電氣船用曲軸研究項(xiàng)目，通過理論、數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，針對以下內(nèi)容進(jìn)行研

4、究:
　　(1)船用曲軸紅套工藝過程及要求分析。對曲軸的紅套流程進(jìn)行了探討，分析工藝要求達(dá)到的精度以及紅套過程難點(diǎn)。結(jié)合電磁感應(yīng)加熱原理，加熱過程中影響能量的參數(shù)以及這些參數(shù)對紅套溫度的影響，對感應(yīng)加熱電源的選擇做了詳細(xì)的分析。
　　(2)曲軸電磁感應(yīng)加熱的電磁場和溫度場數(shù)值模擬計(jì)算。為了從理論角度分析并掌握電磁感應(yīng)加熱的機(jī)理，對曲軸電磁感應(yīng)加熱模型進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并建立相應(yīng)的數(shù)值分析模型,同時(shí)利用有限元方法對相應(yīng)模型進(jìn)行數(shù)值

5、計(jì)算，得出電磁場分布和溫度場的分布。
　　(3)影響加熱的參數(shù)主要有電流密度、電流頻率和加熱時(shí)間，通過對不同參數(shù)組合分別進(jìn)行電磁一熱耦合場數(shù)值模擬計(jì)算，分析各參數(shù)對曲軸加熱后溫度分布的影響關(guān)系。根據(jù)分析結(jié)果,選定合適的數(shù)據(jù)組合得到溫度分布，分析溫度分布的均勻性。
　　(4)感應(yīng)加熱過程中曲臂膨脹變形，冷卻過程中曲臂收縮變形。研究改善由于紅套孔周圍幾何不對稱引起的結(jié)構(gòu)變形的措施。理論上雖然無法徹底消除這些不利影響。但運(yùn)用有限元