Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2021 - zeszyt 5

Wpływ parametrów materiałowych stali stopowych na proces hartowania indukcyjnego kół zębatych

10.15199/48.2021.05.04

Piotr LEGUTKO

nr katalogowy: 131562
10.15199/48.2021.05.04

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki sprzężonej symulacji modelu obwodowego przekształtnika rezonansowego z modelem MES układu grzejnego wzbudnik-wsad dla trzech wariantów nagrzewania indukcyjnego (niską-, wysoką- i podwójną-częstotliwością). Wsad w postaci koła zębatego został przesymulowany dla trzech różnych stopów stali konstrukcyjnej (C45, 41Cr4, 42CrMo4) używanej powszechnie do produkcji tego typu elementów mechanicznych. Przekształtnik energoelektroniczny o mocy 3 kW został zamodelowany w postaci mostkowego falownika rezonansowego zasilanego z sieci 3×400 V poprzez prostownik z filtrem RC i obciążonego szeregowo-równoległym obwodem rezonansowym. W wyniku badań symulacyjnych sprzężonych modeli uzyskano rozkłady pola magnetycznego i gęstości energii na fragmencie wsadu w zależności od częstotliwości pracy układu i rodzaju stopu stali konstrukcyjnej, charakterystyki gęstości energii w płaszczyźnie poprzecznej pojedynczego zęba oraz wartości temperatury zarejestrowane na wierzchołku zęba (w połowie jego wysokości) dla trzech różnych metod hartowania i trzech typowych stopów stali konstrukcyjnej.

Abstract

This paper presents a co-simulation FEM of induction heating of gears. The co-simulation was made in ANSYS used a circuit model (resonant inverter with MOSFET SiC transistors) and FEM model (coil and gear). The circuit model was built in a bridge structure of inverter with a series-parallel resonant circuit. The output power of inverter was 3 kW and the drain efficiency was equal to 96%. The co-simulation of models was made for three alloy steel of gear: C45, 41Cr4 and 42CrMo4, and three type of induction heating of gear: medium- (MF), high- (HF) and simultaneous dual-frequency (2F). Additionally, in this paper presents a distribution of magnetic induction in the gear, energy density in the gear, the characteristics of energy density in a single tooth on the length 8 mm and the temperature of tooth tip for three type of induction heating. (Influence of material parameters of alloy steels used for gears production on induction hardening process

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Barglik J., Induction hardening of steel elements with complex shapes, Przegląd Elektrotechniczny nr 4/2018, ISSN: 0033- 2097, str.51-54
[2] Barglik J., Smagór A., Smalcerz A., Induction hardening of gear wheels of steel 41Cr4, International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 2018 vol. 57 suppl.1, str.3-12
[3] Barglik, J., Smalcerz, A.: Influence of the magnetic permeability on modeling of induction surface hardening, COMPEL, 2017, 36, (2), pp. 555–564
[4] Bokota A., Parkitny R., Modelowanie zjawisk cieplnych, strukturalnych i mechanicznych procesów hartowania elementów stalowych. Informatyka w technologii metali. Monografia, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003
[5] Candeo A., Ducassy C., Bocher P., Dughiero F., Multiphysics Modeling of Induction Hardening of Ring Gears for the Aerospace Industry, IEEE Transactions on Magnetics 47 (5), 2011, p.918-921
[6] Davies E.J., Induction Heating handbook, Mc-Graw-Hill, New York 1979
[7] Dobrzański L. A., Podstawy nauki o materiałach i materiałoznawstwo, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2002 r.
[8] Esteve V., Jordan J., Dede E.J., Sanchis-Kilders E., Maset E., Induction Heating Inverter with Simultaneous Dual-Frequency Output, IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition 2006. APEC ‘06
[9] Frączyk A., Jaworski T., Urbanek P., Kucharski J., The design for a smart high frequency generator for induction heating of Leeds, Przegląd Elektrotechniczny nr 90 (2), 2014, ISSN: 0033- 2097, p.20-23
[10] Kasprzak M., Falowniki rezonansowe klasy D i DE o częstotliwościach pracy do 13,56 MHz, Monografia Habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, ISBN 978-83- 7880-037-8, Gliwice 2013
[11] Kasprzak M., Legutko P., Kierepka K., Przybyła K., Zimoch P., Falowniki dwuczęstotliwościowe do nagrzewania indukcyjnego, Śląskie Wiadomości Elektryczne nr 5/2019, ISSN: 1506-5758, str. 22-26
[12] Kierepka K., Jednoczesny, dwuczęstotliwościowy falownik do nagrzewania indukcyjnego o strukturze półmostka SiC MOSFET, Przegląd Elektrotechniczny nr 9/2018, ISSN: 0033- 2097, str.95-98
[13] Kierepka K., Legutko P., Szeregowy, dwuczęstotliwościowy falownik do nagrzewania indukcyjnego z pojedynczym mostkiem tranzystorowym typu H - problemy komutacji nieoptymalnych, Przegląd Elektrotechniczny nr 5/2018, ISSN: 0033-2097, str.169-172
[14] Skoć A., Świtoński E., Przekładnie zębate. Zasada działania. Obliczenia geometryczne i wytrzymałościowe., Wydawnictwo Naukowe PWN 2016r., ISBN: 9788301189006
[15] Smalcerz A., Modelowanie zjawisk zachodzących podczas procesu hartowania indukcyjnego kół zębatych, Monografia Habilitacyjna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, ISBN 978-83- 7880-341-6, Gliwice 2015
[16] Legutko P., Symulacje MES procesu nagrzewania koła zębatego dla jednoczesnego, dwuczęstotliwościowego falownika rezonansowego, Przegląd Elektrotechniczny nr 10/2020, ISSN: 0033-2097, str.1-8
[17] Dokumentacja techniczna tranzystora SCH2080KE dostępna pod adresem: www.rohm.com

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2021-5 , nr katalogowy 131562 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2021-5 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	55.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2021-5

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma