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轿车轮毂轴承法兰盘外圈双沟道表面超音频感应器设计
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:926

 轿车轮毂轴承法兰盘外圈是连接万向节输出轴与汽车轮毂的重要零件,其内部有两条沟道提供钢球的自转与公转的支承回转面,沟道淬火形状如图1阴影部分所示,法兰盘外圈选用钢材gcr15,要求成品淬硬区表面淬火硬度为59~64hrc。硬化层深度为1.8~3.0mm,零件经淬火、低温回火后(≤200ºc),金相组织为3~5级马式体。


 

 

1.感应器结构

 

由于法兰盘外圈双沟道属于内孔感应加热的情况,根据法兰盘外圈的两条沟道直径d2及两条沟道的挡边尺寸d1,把感应器用纯紫铜管弯制成回转的匚形,如图2所示,对两条沟道达到同时加热,汇流条与汇流板焊接在一起,汇流板与输出桥板通过螺栓联接。


 


为了减少对沟道外围附近淬硬范围,要把感应器工作截面两侧面打扁,也是为了好固定导磁体用,由于在加热的过程中感应器会发热,所以感应器的内部要通冷却水。感应器的上下两段导体,由于通过的电流是反方向的,在两相邻的匚形导体的内表面产生邻近效应,使到感应磁场加强,容易导致两沟道内侧倒角2、3处过热,淬硬层很厚,同时沟道外侧的1、4两点的淬硬层不够厚,沟道的淬硬层形状不能很好的仿形沟道曲率,根据实践经验要把的两相邻导体的中心距相对沟心距h1放大一点,才能达到淬硬层均匀仿形目的。为了使沟道有更好冷却效果,喷水头水孔取直径φ2.0mm与沟道是成30°的倾角,同时在工件的外面也有成30°倾角的附加喷水装置,喷射压力为0.2~0.3mpa,淬火液的温度范围一般为10°~45°,淬火液回流时用热交换器来降温,并配有温控调节装置,确保硬度在控制范围之内和防止淬火裂纹的发生。            


由于加热存在圆环效应使到轮毂轴承法兰盘外圈的内沟道加热效率低,必须要用∩形铁氧体的导磁体加在感应器上,用以克服导体的圆环效应,将电流驱逐到感应器的外表面,可强化内沟道加热的邻近效应,提高了内沟道加热效率,除此之外,感应器卡上导磁体后,磁力线将完全经过导磁体而形成闭合回路,从而在很大的程度上减少磁力线的逸散,与此同时由于导磁体具有较高的导磁系数,还可使磁通增加,所有这些因素,可以将内沟道感应器的效率提高到接近外圆表面感应器的水平。因此在匚形感应器的打扁处装上导磁效率高的铁氧体的导磁体,导磁体之间用耐高温的德邦密封胶3 3进行固定,为了防止导磁体整体移位在喷水头与导磁体之间还要填充耐高温的绝缘纸。


2.设计参数的选取


结合图1与图3对感应器的各个尺寸的参数按以下原则确定。 


(1)rc为感应器工作截面圆孤,rc=r-1.5,r为法兰盘外圈沟道曲率半径。


(2)r1感应器的工作直径外环的半径,r1=(d2-0.5)/2,d2为法兰盘外圈沟道直径。


(3)r2的工作直径内环的半径, r2=r1-rc。


(4)b2为感应器的最宽外形尺寸,b2=b1 2(rc-1), 但它的大小是受d1的尺寸影响(d1为沟道挡边尺寸),在设计时用1︰1作图的方法来模拟,使到感应器外形尺寸的过渡圆角ra到d1间隙为1.0,在保证前面的前提条件下尽量使b2尽量大。


(5)b1为放导磁体和设计喷水头的参考尺寸,越宽放的导磁体越多,感应效率会越高。


(6)h2为感应器的中心距,h2=h1 2.5,h1为法兰盘外圈的沟心距。

 

 

3.淬火工件加热动作过程及工艺参数


根据法兰盘外圈沟道截面积较小的情况,法兰盘外圈双沟道采用同时加热淬火的方法,冷却介质用5%~8%好富顿的水溶性淬火液aq251。淬火过程如下:先是把要淬火法兰盘外圈装夹在工作台上的弹簧夹头内,为了降低齿位外径的硬度,如图1所示,在该外径处套上一个铜套起屏蔽作用,工作台上升到的对应的位置,工作台偏移靠近到感应器的有效工作面上,间距一般取1.0mm,启动电源,感应器对旋转沟道进行加热到设定的时间,在断电的瞬间,喷水头对沟道喷水并持续到设定的时间,工件停转工作台偏移,工件下降到初始位置,弹簧夹头卸料,取出工件。以代号为dacf43.01法兰盘外圈双沟道为例,超音频淬火的工艺参数附表所示,淬火后沟道的硬度为59~64hrc。


法兰盘外圈双沟道超音频淬火工艺参数表

电压

/v

电流

/a

有效功

率/kw

变压器

匝比

频率

khz

硬化层

深度/mm

加热

时间/s

冷却

时间/s

加热

温度/℃

450

260

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