Министерство образования и науки Российской Федерации
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
––––––––––––––
Приоритетный национальный проект «Образование»
Инновационная образовательная программа
Санкт-Петербургского государственного политехнического
университета
В.Н. ИВАНОВ, В.Я. ФРОЛОВ, Д.В. ИВАНОВ
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТАНОВОК ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК ПОД ЗАКАЛКУ И ПЛАСТИЧЕСКУЮ ДЕФОРМАЦИЮ
Учебное пособие к курсовой работе
Рекомендовано Учебно-методическим объединением
по университетскому политехническому образованию
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки магистров
Санкт-Петербург
Издательство Политехнического университета
2011
УДК
ББК
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор _________________________;
доктор технических наук, профессор _________________________
Установки для индукционного нагрева цилиндрических заготовок под закалку и пластическую деформацию. Учебное пособие к курсовой работе / Иванов В.Н., Фролов В.Я., Иванов Д.В.: Учеб. пособие. СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. 116 с.
Учебное пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплин «Плазменная техника и технология и индукционный нагрев» и «Электротехнологические процессы, установки и системы» направления бакалаврской и инженерной подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника».
Методические указания составлены с целью обеспечить студентам инженерно-технических специальностей выполнение контрольных заданий по основам высокочастотной электротехники и основам индукционного нагрева.
Содержатся сведения об областях применения индукционного нагрева, физических основах воздействия высокочастотных электромагнитных полей на проводящие материалы, пояснения к расчетам устройств для индукционного нагрева при поверхностной закалке и пластической деформации.
Предназначено для студентов 4-го и 5-го курса электромеханического факультета, обучающихся по направлению бакалаврской подготовки 140400 «Электроэнергетика и электротехника» по профилю подготовки «Электротехнологические установки и системы».
Ил. 21. Библиогр.: 3 назв.
Работа выполнена в рамках реализации Инновационной образовательной
программы Санкт-Петербургского государственного политехнического
университета «Развитие политехнической системы подготовки кадров
в инновационной среде науки и высокотехнологичных производств
Северо-Западного региона России»
Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.
© Иванов В.Н., Иванов Д.В., Фролов В.Я., 2011
© Санкт-Петербургский государственный
ISBN политехнический университет, 2011
Оглавление
Введение 5
1. Краткие теоретические сведения 6
ххх1.1. Принципиальная схема индукционной системы
хххиндуктор-деталь 7
ххх1.2. Расчет распределения параметров электромагнитного поля в
хххпроводящем цилиндре, помещенном в цилиндрический индуктор 8
ххххх1.2.1. Поверхностный эффект в проводящем теле с плоской
хххххповерхностью 9
ххххх1.2.2. Распределение параметров электромагнитного поля
хххххв проводящем цилиндре при ярко выраженном поверхностном
хххххэффекте (R2 >> 2) 15
ххххх1.2.3. Распределение параметров электромагнитного поля
хххххв цилиндре при не ярко выраженном поверхностном
хххххэффекте (0,1R2 < 2 < 0,4R2) 25
ххх1.3. Приведение электрического сопротивления нагреваемого
хххцилиндра к току индуктора 30
ххх1.4. Расчет распределения температурного поля 39
ххххх1.4.1. Основные режимы нагрева 40
ххххх1.4.2. Нагрев цилиндра при постоянной температуре
хххххповерхности (T0=const) 46
ххххх1.4.3. Нагрев цилиндра при постоянной удельной
хххххмощности (p0=const) 49
2. Расчет нагрева цилиндра под индукционную поверхностную
закалку. Методика и пример расчета 54
Ххх2.1. Исходные данные для расчета 54
Ххх2.2. Выбор частоты 57
Ххх2.3. Тепловой расчет нагрева цилиндра под закалку 62
Ххх2.4. Электрический расчет индуктора 68
3. Расчет нагрева цилиндра под пластическую деформацию 82
Ххх3.1. Исходные данные для расчета 82
Ххх3.2. Выбор частоты 84
Ххх3.3. Тепловой расчет нагрева цилиндра под пластическую
Хххдеформацию 91
Ххх3.4. Электрический расчет индуктора 96
Приложение 106
Библиографический список 115
Введение
Индукционный нагрев проводящих материалов получил широкое распространение в промышленном производстве и в научных исследованиях. Преимущества индукционного нагрева обусловлены рядом постоянно действующих факторов:
высоким качеством нагрева вследствие быстроты процесса, отсутствием загрязнений, достижимостью любых температур, возможностью использования различных атмосфер и вакуума и т.д.; существует ряд процессов, реализация которых без индукционного нагрева практически невозможна;
гибкостью и высокой точностью управления из-за малой инерционности процесса, возможностью точного дозирования энергии, наличием нескольких каналов управления;
сбережением материальных, трудовых и во многих случаях энергетических ресурсов за счет уменьшения потерь материала в процессе нагрева, повышения качества продукции, увеличения производительности;
уменьшением вредных воздействий на окружающую среду и улучшением условий труда обслуживающего персонала.
Эти преимущества могут быть в полной мере реализованы, если изучены и освоены научные основы создания технологических процессов и оборудования.
Цель курсовой работы — получение навыков по использованию знаний, полученных из курсов лекций «Электротехнологические процессы, установки и системы» и «Основы индукционного нагрева», выполнение расчетов и выбор (на основании полученных расчетных данных) технологических параметров устройств для индукционной поверхностной закалки и индукционного нагрева под пластическую деформацию.