淬火力学——感应淬火的工艺

wangqinghua196

dhzhou888 发表于 2012-9-24 10:19
谢谢杨工提供信息，我在美国就能很方便找到该文。所以，列出文献的来源很重要，能方便大家。

《无锡热处理》2012年第三期已经刊登您的文章，我看很好！祝您在USA生活愉快！
什么时候回来参加五次会议？

真~诚

孤鸿踏雪 发表于 2012-9-23 14:04
我已得知，这篇文章原载于《热处理》（2008，No.3），正如汪版所讲，是刘又红和林信智合作的文章。 ...

这位大哥，本人完全没有耍脾气，我觉得我说的那句话完全没有情绪色彩。个人的理解不一样。觉得我侵权那就侵权把、

孤鸿踏雪

   建议楼主补充文献的来源。

真~诚

第五篇 淬火感应器的力学
        摘  要：淬火感应器在感应加热时，其有效导体上必须有高频或中频电流通过,这时导体要受到电磁力作用。本文将介绍有效导体上的电流和受力方向的判断及其数值大小的计算方法，以及对电磁力的防护等。
        关键词:感应器;电流; 电磁力
        我们在感应淬火的生产实践中，感受到感应器在感应加热时,有效导体上要受到电磁力的作用，但对电流和力的方向及数值大小说不清楚。作者现以载重汽车半轴的矩形感应器为例，试图判断其两根轴向导线上的电流和受力方向,并计算它们的数值。图1所示了汽车半轴、半轴感应器以及电流和电磁力的情况。
                     图1 汽车半轴上的感应电流及感应器导线受力
        图1中，1-汽车半轴；2-感应器；I1-感应器有效导体中的电流；I2-半轴表面层的感应电流；F-感应器有效导体所受的力。图中电流I2和力F的方向是假定的，是否正确尚需证明。
1． 关于感应电流I2的方向
        资料[2]给出了法拉第电磁感应定律，导体（半轴表面层）中的磁通变化，导体上就会产生感应电动势，其大小与磁通变化的速度成正比。其数学表达式为：
          e =—ΔФ/Δt                 (1)
式中  ΔΦ—磁通变化量，Wb；
      Δt—时间变化量，s；
       e—感应电动势，V。
        式(1)中的负号表示感应电动势的方向与磁通的变化趋势相反，即感应电流的方向总是反抗原有磁通的变化。因感应加热的零件基本是电阻性负载，所以感应电动势与感应电流I2基本同向。而磁通是原电流I1产生的，并且   Φ=µ0µrSIN/L      （2）
式中µ0 -真空磁导系数(磁场常数);
     µr -相对磁导系数(决定于磁场中的材料特性，中碳钢µr=500）;
S-磁通断面面积(对于某种感应器而言,它的S也是常数);
I-导线电流,对于半轴感应器而言I=I1;
N-线圈匝数,对于半轴感应器而言N=1;
L-磁力线平均长度,对于半轴感应器而言L也是常数。
通过（2）式分析，可知Ф与I成正比，而且方向是一致的。经此推理可知，I1与I2方向相反，因此图1的画法是对的。
2. 计算感应器有效导线上的电流I1大小
        计算有效导线的电流，有两种方法
        第一种方法：实际参数推算法
        已知半轴长度1m、感应器导线长度与半轴长度相等。中频加热功率500KW、中频电压650V、中频电流769A、淬火变压器匝比6/2=3/1、一般中频淬火振荡回路的品质因数Q值为2~4，本题选Q=3;于是振荡回路的电流为 769*3=2307A；进而求得淬火变压器副边电流即感应器有效导线电流I1=2307*3=6921A
        第二种方法:理论计算法
        已知振荡回路的补偿电容器是6箱、每箱电容器有4个小电容、容量为4µF，全部补偿电容的容量为C=4*6*6=144µF=144*10-6 F，工作频率f=4000HZ。
那末容抗  XC=1/2πfC=1/2π*4*103*144*10-6　=0.276Ω
振荡回路电容支路电流   IC=U/XC=650/0.276=2355A
因为振荡回路谐振，所以IC≈IL ，IL是淬火变压器原边的电感性电流。
进而得到感应器有效导体电流  I1=3IL=3*2355=7065A
        上面两种算法求得I1电流是接近的，误差仅≈2%，因此我们认为它是对的。为计算方便我们取I1=7000A
3． 计算感应器有效导体上所受的力
        从上面分析可知半轴上的感应电流I2与有效导体上的电流I1是方向相反的。现在假定有效导体的电流对半轴的电磁感应的耦合系数很高，而且k≌1的话，于是I2≌I1=7000A。现在我们研究处于感应电流I2的磁场中并通有电流I1的效有导体将会受到力的作用，资料[2]给出了判断该导体所受力的方向，见图2。有效导体所受到的力叫电磁力，是典型的载流导体在磁场中所受到地力。

图2半轴上的感应电流及其对有效导体的作用力F
        图2是半轴上的感应电流的磁场对有效导体的作用力F示意图。右图是左图的局部放大图。① 用右手定则确定I2的磁力线方向，为反时针方向。② 用左手定则确定有效导体的受力方向，判断结果力F的方向向下。同理可以证明半轴上侧的有效导体受到的作用力向上。现在可以证明了图1中力F方向的假定是正确的。
        关于力F大小的，可以利用资料[3]给出的以下公式进行计算：
F=(μ0/2π)*(l/r)*I1* I2
式中    μ0-真空导磁系数，μ0=4π*10-7（Vs/Am）
        l-有效导体长度，l=1m
        r-有效导体与半轴表面的距离，r=5mm=5*10-3m
        I1-有效导体上的电流，I1=7000A
        I2-半轴表面层上的感应电流，I2=7000A
F=［ 4π*10-7（Vs/Am）/2π］*(1m /5*10-3m)*（7000A）2≌1960N
        实际作用在有效导体上的力可能比这个值要小一些,原因是耦合系数k一定是小于1,可能是k=(0.8~0.6),这样I2≌（0.8~0.6）I1，当然F也随之减小。k值的大小与r有关，r越小k值越大，感应加热的效率越高。r值我们通常称为感应器的间隙，间隙越小效率越高，但是间隙太小，将带来操作不便和容易打火等问题。对于半轴感应器的常用间隙是5mm。
        关于矩形感应器的两根轴向导体在感应加热时受到向外的推力，我们在生产实践已经感受很多，有时会造成感应器的严重变形，为了克服电磁力对感应器的破坏和保持间隙的恒定，我们在两根有效导体上方加了4~5只胶木架，保证了感应器有效导体不变形(见图3)。
        矩形感应器的两根轴向导体在感应加热时受到电磁力的作用，是感应器受到电磁力的作用的范例，其实所有感应器在感应加热时都要受到电磁力的作用。
        感应淬火的生产实践，进一步证明了电磁感应理论的正确。
4． 感应器的加固办法
        为克服电磁力对感应器的作用,保持感应器的形状和精度，感应器必须采取一些技术措施。下面举例说明：
        ⑴ 半轴感应器加固用胶木架。为防止有效导体在电磁力的作用下,向外移动或者向外侧发生变形，将两条有效导体焊上定位螺栓，用胶木架固定，如图3所示。
       
        图3 半轴感应器有效导体的固定架
        ⑵ 双圈感应器用胶木板支持。不这样做，送电后有效圈将上翘（实际单圈感应器对具有法兰盘的轴类零件的圆角淬火时，也产生相同情况）,使有效圈与淬火零件之间隙增大，降低加热效率，甚至使圆角R处没有淬火层。如图4所示。
                  图4双圈感应器的有效圈用胶木板固定支撑
        ⑶ 圆环感应器有效圈的开口处用纤维线绳捆绑。圆环感应器在加热圆柱形零件时，电磁力有使有效圈劈开的趋势，为此多在有效圈的出口处用纤维线绳捆扎，如图5所示。
       
        图5圆环感应器的过渡导线的捆扎
5. 结束语
        ①  感应器在感应加热时,其有效导体上的电流方向是可以判断的，电流的大小也是可以计算的。
电磁力和感应电流相辅相成、如影随形地存在。感应器在感应加热时，其有效导体上将会受到电磁力地作用。电磁力方向可以判断、大小可以计算。
淬火感应器设计时必须考虑到电磁力地存在，并采取技术措施，确保感应器精度和淬火质量稳定。

真~诚

孤鸿踏雪 发表于 2012-9-20 14:55
建议楼主补充文献的来源。

怎么？我这是好的文章和大家一起分享、来源有必要告诉你么?

孤鸿踏雪

真~诚 发表于 2012-9-21 13:20
怎么？我这是好的文章和大家一起分享、来源有必要告诉你么?

    请不要误解！如果你觉得不方便告诉引文的出处，没有人可以强迫你。:lol

孤鸿踏雪

wangqinghua196 发表于 2012-9-23 11:17
根据我的看法，此文应该是内部教育/培训资料/书籍。只是猜测！
其实原文是刘又红和林信智所写。那天 ...

    我已得知，这篇文章原载于《热处理》（2008，No.3），正如汪版所讲，是刘又红和林信智合作的文章。

    楼主转载别人的科技文章不注明引用来源，不仅对作者构成侵权，而且对原刊一样构成侵权，居然还在这里耍点脾气，我无语......

wangqinghua196

;P

孤鸿踏雪 发表于 2012-9-21 14:02
请不要误解！如果你觉得不方便告诉引文的出处，没有人可以强迫你。

根据我的看法，此文应该是内部教育/培训资料/书籍。只是猜测！
其实原文是刘又红和林信智所写。那天开会，刘又红就坐在我的左手。
不过楼主脾气也大了一点。大家都不要介意。:lol

lihuashi

文章挺好的。在中国期刊网真的没有搜索到文章的来源，希望LZ能够全文发布，最好图文并茂，不甚感激

dhzhou888

孤鸿踏雪 发表于 2012-9-23 14:04
我已得知，这篇文章原载于《热处理》（2008，No.3），正如汪版所讲，是刘又红和林信智合作的文章。 ...

谢谢杨工提供信息，我在美国就能很方便找到该文。所以，列出文献的来源很重要，能方便大家。

真~诚

dhzhou888 发表于 2012-9-22 07:08
谢谢楼主的分享！您说明不是原创，为了体现对作者劳动成果的尊重，列出出处很重要。另外，您的分享也许不全 ...

各位，不好意思、个人的理解不一样。我完全没有你们所说的脾气。来源呢我是不会说的，我相信行内人士都知道文章的来源。文章我也只有这么全的信息。不好意思，望大家见谅。

dhzhou888

借楼主的帖子把刘又红，林信智的文章《淬火感应器有效导体上的电流和受力计算》发表在《热处理》2008年3期

dhzhou888

谢谢楼主的分享！您说明不是原创，为了体现对作者劳动成果的尊重，列出出处很重要。另外，您的分享也许不全，有兴趣的朋友可以通过您的介绍找到原文，进一步学习。