基于ANSYS仿真平台的斜齿轮螺旋式感应加热的模拟方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010147694.7 (22)申请日 2020.03.05 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北 大街西段438号 (72)发明人 刘志亮张天雄 (74)专利代理机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 代理人 李馨 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种基于ANSYS仿真平台的斜齿轮螺旋式感 应加热的。

2、模拟方法 (57)摘要 本发明提供一种基于ANSYS仿真平台的斜齿 轮螺旋式感应加热的模拟方法， 对几何模型中各 段仿形线圈数量和间距进行调整， 并导入局部坐 标系DO循环命令对其变换过程自动控制， 实现了 斜齿轮相对于仿形线圈的柔性变速运动过程的 模拟， 模拟更加贴近现实。 同时， 本发明整个仿真 过程以ANSYS软件为平台， 模拟过程自动化运行， 操作简单， 方便工厂技术人员掌握和使用。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 111353250 A 2020.06.30 CN 111353250 A 1.一种基于ANSYS仿真平台的斜齿轮螺旋式感应加热的模拟方法， 其特征在于， 包括。

3、： 步骤1、 确定感应加热过程中所用斜齿轮和仿形线圈的几何参数， 使用CAD软件建立斜 齿轮所有加热位置的几何模型， 并将几何模型中仿形线圈总数量记做N， 保存为相应格式后 导入ANSYS软件； 步骤2、 导入仿形线圈局部坐标系DO循环命令， 根据不同加热位置的局部坐标， 编写相 应DO循环对仿形线圈局部坐标系变换过程进行控制， 使其整体自动旋转相应角度， 所述DO 循环的自变量n为加热位置编号； 步骤3、 设置材料物性参数和单元类型， 杀死除加热位置n外的所有单元， 划分网格， 施 加载荷和边界条件， 初始温度赋值为25， 求解计算加热位置n的节点温度； 步骤4、 求解完成后将加热位置n所有。

4、节点温度数据存入数据库； 若nN， 则令nn+1， 激活更新后加热位置n的所有单元， 仿形线圈局部坐标系旋转相应角度， 从数据库中提取上 一加热位置的所有节点温度数据作为初始温度条件赋予斜齿轮， 杀死除加热位置n外的所 有单元， 划分网格， 施加载荷和边界条件， 进一步求解计算更新后加热位置n的节点温度； 步骤5、 重复步骤4， 直至nN， 即仿形线圈完成对斜齿轮所有加热位置的感应加热， 实现 对斜齿轮螺旋式感应加热过程的动态仿真。 2.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS仿真平台的斜齿轮螺旋式感应加热的模拟方 法， 其特征在于： 所述步骤3中求解时， 先对斜齿轮的电磁场进行计算， 并将所得。

5、结果作为温 度场计算的初始载荷， 以此达到电磁-热耦合计算。 3.根据权利要求1所述的一种基于ANSYS仿真平台的斜齿轮螺旋式感应加热的模拟方 法， 其特征在于： 所述几何模型中， 利用沿齿轮轴向均匀分布的A、 B、 C、 D、 E五个点将齿轮等 分为四段， 其中AB段仿形线圈数量记为n1、 BC段仿形线圈数量记为n2、 CD段仿形线圈数量记 为n3、 DE段仿形线圈数量记为n4， 1n1n2n3n4N， 即仿形线圈完成对斜齿轮所有加热位置的感应加热， 实现对斜齿轮螺旋式感应加热过程的动态仿真。 0013 较现有技术相比， 本发明具有以下优点： 0014 1、 本发明可对斜齿轮螺旋式感应加热过。

6、程进行动态仿真， 通过调整不同加热位置 仿形线圈数量， 模拟斜齿轮相对于仿形线圈的柔性变速运动， 模拟更加贴近现实。 0015 2、 利用本发明研究人员可通过温度场预测淬硬层深度， 有效地解决了传统的材料 热处理通过大量试验筛选一种较好的工艺所带来的高成本和费时费力等问题。 0016 3、 本发明在整个仿真过程中以ANSYS软件为平台， 模拟过程自动化运行， 操作简 单， 方便工厂技术人员掌握和使用。 附图说明 0017 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，。

7、 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下， 还可以 根据这些附图获得其他的附图。 0018 图1是本发明感应加热过程有限元模拟流程图。 0019 图2是本发明有限元模型网格划分示意图。 0020 图3是本发明不同加热位置示意图。 0021 图4是本发明斜齿轮转速曲线图。 0022 图5a为本发明感应加热温度第一阶段分布模拟图。 0023 图5b为本发明感应加热温度第二阶段分布模拟图。 0024 图5c为本发明感应加热温度第三阶段分布模拟图。 0025 图5d为本发明感应加热温度第四阶段分布模拟图。 具体实施方式 0026 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案， 下面将。

8、结合本发明实施例中的 附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是 本发明一部分的实施例， 而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人 员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都应当属于本发明保护的范 说明书 2/4 页 4 CN 111353250 A 4 围。 0027 如图1-5所示， 本发明提供了一种基于ANSYS仿真平台的斜齿轮螺旋式感应加热的 模拟方法， 包括： 0028 步骤1、 确定感应加热过程中所用斜齿轮和仿形线圈的几何参数， 使用CAD软件建 立斜齿轮所有加热位置的几何模型， 并将几何模型中仿形线。

9、圈总数量记做N， 保存为相应格 式后导入ANSYS软件。 在所述几何模型中， 利用沿齿轮轴向均匀分布的A、 B、 C、 D、 E五个点将 齿轮等分为四段， 其中AB段仿形线圈数量记为n1、 BC段仿形线圈数量记为n2、 CD段仿形线圈 数量记为n3、 DE段仿形线圈数量记为n4， 1n1n2n3n4N， 即仿形线圈完成对斜齿轮所有加热位置的感应加热， 实现对斜齿轮螺旋式感应加热过程的动态仿真。 0033 下面通过具体的应用实例， 对本发明的方案做进一步说明。 0034 本实施例中， 对规格为模数m8、 齿数z12、 螺旋角 10 、 齿宽b40、 材料为45 号钢的斜齿轮进行感应加热， 运用本。

10、发明方法实现对斜齿轮螺旋式感应加热过程进行动态 仿真。 本发明感应加热过程有限元模拟流程图如图1所示， 本发明的一种基于ANSYS仿真平 台的斜齿轮螺旋式感应加热的模拟方法， 该方法具体内容主要包括如下步骤： 0035 1)确定感应加热过程中所用斜齿轮和仿形线圈的几何参数， 使用CAD软件建立斜 齿轮所有加热位置的几何模型， 并将几何模型中仿形线圈总数量设置为26， 利用沿齿轮轴 向均匀分布的A、 B、 C、 D、 E五个点将齿轮等分为四段， AB段仿形线圈数量为4、 BC段仿形线圈 数量记为6、 CD段仿形线圈数量记为6、 DE段仿形线圈数量记为10， 且各段仿形线圈均为非等 距设置， 保存。

11、为相应格式后导入ANSYS软件； 0036 2)导入仿形线圈局部坐标系DO循环命令， 其中每个局部坐标系都包含有48个直角 坐标系和48个圆弧坐标系， 根据不同加热位置的局部坐标， 编写相应DO循环对其局部坐标 系变换过程进行控制， 使其整体自动旋转相应角度， 所述DO命令为循环命令， 自变量为n， 本 实施例中1n26； 说明书 3/4 页 5 CN 111353250 A 5 0037 3)设置材料物性参数和单元类型， 杀死多余单元， 划分网格， 施加载荷和边界条 件， 求解， 具体步骤如下： 0038 3.1)设置材料物性参数和单元类型， 杀死除加热位置n外的所有单元， 使其单元载 荷变。

12、为0， 从而不对载荷向量生效； 0039 3.2)如图2所示是本发明有限元模型网格划分示意图， 由于涡流的集肤效应， 仿形 线圈激励出来的涡流主要集中在集肤层内， 因此在对斜齿轮进行网格划分时， 靠近仿形线 圈的斜齿轮表层网格划分较密集， 远离仿形线圈的斜齿轮心部网格划分较稀疏， 以适应涡 流和温度在这部分区域的分布规律划分网格； 0040 3.3)求解时， 先对斜齿轮的电磁场进行计算， 并将所得结果作为温度场计算的初 始载荷， 以此达到电磁-热耦合计算； 0041 3.4)根据局部坐标系在仿形线圈内侧单元上加载电流密度矢量， 并指定谐响应分 析中的频率范围， 使电载荷可以沿仿形线圈均匀分布；。

13、 0042 4)求解完成后将加热位置n所有节点温度数据存入数据库； 若n26， 则令nn+1， 激活加热位置n的所有单元， 仿形线圈局部坐标系旋转相应角度， 从数据库中提取上一加热 位置的所有节点温度数据作为初始温度条件赋予斜齿轮， 杀死除加热位置n外的所有单元， 划分网格， 施加载荷和边界条件， 求解计算； 0043 5)重复步骤4， 直至n26， 即仿形线圈完成对斜齿轮所有加热位置的感应加热， 实 现对斜齿轮螺旋式感应加热过程的动态仿真。 0044 如图3和图4所示， 斜齿轮相对于仿形线圈做柔性变速转动， 其转速从加热开始到 结束逐渐增大。 在对进口位置AB段进行加热时， 斜齿轮转速较慢；。

14、 当由AB段移动到BC段时， 斜齿轮转速突然增大； 在BC段的前半部分时， 斜齿轮转速的增加速率相对较低； 当到达CD段 的后半部分和出口位置DE段时， 斜齿轮转速的增加速率变大， 转速逐渐增大， 使斜齿轮迅速 移出仿形线圈。 如此以来， 不仅补偿了由斜齿轮螺旋角带来的局部位置加热时间短的问题， 还便于研究人员对斜齿轮的运动精准控制、 定量分析， 极大提高了模拟的可靠性。 0045 最后应说明的是： 以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制； 尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解： 其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。 说明书 4/4 页 6 CN 111353250 A 6 图1 说明书附图 1/4 页 7 CN 111353250 A 7 图2 图3 说明书附图 2/4 页 8 CN 111353250 A 8 图4 图5a 说明书附图 3/4 页 9 CN 111353250 A 9 图5b 图5c 图5d 说明书附图 4/4 页 10 CN 111353250 A 10 。