Моделирование индукционного нагрева шкафа для прессования подшипников

Индукционная катушка в этом случае расположена внутри нагреваемой детали. Поскольку геометрия почти симметричная, можно случай 3D упростить на модель 2D. Прежде всего проведём электромагнитный гармонический анализ. По нему рассчитывается, где возникает так называемое Джоулево тепло (Рис. 2). Плотность Джоулева тепла пропорционально второй степени плотности тока. В нагреваемом материале ток течёт в обратном направлении току катушки (закон Ленца). На рисунке можно видеть скин-эффект –наибольший ток протекает вблизи поверхности проводящей части детали. При этом токи, идущие в одном направлении, стремятся быть как можно дальше друг от друга, а токи, идущие в противоположном направлении приближаются друг к другу. В частности, в нижней части катушки с малым диаметром наблюдается заметное явление, когда ток старается течь кратчайшим путем, то есть по внутреннему диаметру катушки. Электрическая эффективность может быть рассчитана как отношение теплоты Джоуля в шкафу и общей теплоты Джоуля. Здесь электрическая эффективность составляет 40%. В катушке создается больше тепла, чем в шкафу. Необходимо учитывать,что низкое удельное электрическое сопротивление алюминия ухудшает эффективность индукционного нагрева. Кроме того, внутренние индукторы имеют эффективность хуже, чем обычно используемые внешние индукторы. Шкаф нагревается хуже внизу, потому что между катушкой и шкафом слишком большой зазор из-за диаметра шкафа.

Электромагнитного анализа обычно достаточно для оптимизации формы катушки. Если мы хотим знать температуру, то необходимо добавить термический анализ. При этом необходимо определить тепловые свойства материалов, время нагрева и потери тепла в окружающую среду. Так как рассчитан случай 2D, то влияние охлаждаемых рёбер не может быть подсчитано, но его можно приблизительно заменить кратным увеличением коэффициента теплопередачи на поверхности шкафа. На рис.3 показано распределение температуры после 60 секунд нагрева. Тепло, возникающее локально на небольших площадях, быстро распределяется по всему шкафу благодаря высокой теплопроводности алюминия.

Наконец, включаем в моделирование структурный анализ, который вычисляет деформацию корпуса за счет теплового расширения (Рис. 4). Цветовая шкала отображает радиальную составляющую сдвига. Больший диаметр увеличился на 0,8 мм,а меньший - на 0,3 мм.

Рис. 2 - Джоулево тепло	Рис. 3 - Температура	Рис. 4 - Деформация