一．感应加热理论计算
将待处理轴承工件放入感应线圈，交变电流磁场作用下会产生感应电动势，其表达式为：，表达式中e为感应电势的瞬时值，Φ为交变电流产生的总磁通，负号表示磁通方向与电势方向相反。工件与感应线圈构成闭合回路，在电势作用下产生涡流，其具体表达公式为：其中R为材料电阻，XL为感抗；此涡流在工件上产生热量可表达为：若轴承与感应圈之间的间隙很小，漏磁损失很少，可把感应圈所产生的磁能看做全被工件吸收而产生涡流，此时涡流If将与通过感应圈的交变电流I大小相等，方向相反，据此，在高为1cm的单匝感应圈中加热工件吸收的功率为：式中Pa为工件吸收的功率，R0为工件半径，ρ为工件材料电阻率，μ为工件材料磁导率，f为交变电流频率。在工件磁场与涡流描述中，感应器加热后工件涡流If从表现到中心呈规律性衰减，从而形成集肤效应，应用麦克斯韦方程组进行求解计算。
二．轴承感应拆装的计算机仿真
以轴承感应器为基础，应用感应加热理论进行计算，应用Matlab软件，以此作出轴承工件内部感应加热后磁场、电场、涡流分布情况，形成仿真图。我们假设仿真过程中感应器线圈电流频率为f，分别在10赫兹、50赫兹和500赫兹时加热轴承内环，以内径、外径Φ分别为128mm与148mm，计算得出磁导率μ和电导率ρ，那么磁场、涡流、电场三者密度分布情况具体如图2所示。从图中数据分布情况来看，轴承工件在加热过程中三者密度分布变换规律基本相同，且随着电流频率的升高集肤效应越显著。轴承感应器拆装过程应用ANSYS软件进行仿真，要先建立拆装器模型，具体包含径向导磁体、空气隙、轴、轴承内环、周向导磁体和三相感应圈。拆装器的感应线圈采用三角形并接的方式对称接到三项电源上，以220KV电压和50赫兹频率进行加热，对拆装器施加荷载后对数据进行网格划分可得到具体仿真磁力线分布图、磁通密度等值分布图和磁场强度与半径分布路径图。在感应加热过程中，涡流分布密度直接影响轴承内环温度场的分布，感应涡流虽然难以检测，但是可以根据加热后内环温度场的分布来间接明晰电磁场分布和涡流密度分布情况。
仿真结果表明，电磁场分布带有显著的集肤效应，磁力线多集中在轴承内环，感应涡流也主要分布在轴承内环，轴内分布较少。这主要是由于拆卸过程中感应加热时，轴承换碰撞但是轴内不受热，导致可轻易将轴承环顺利拆卸[3]。此外，我们对比Matlab仿真结果与ANSYS仿真结果中被加热轴承工件三者密度分布情况与拆装器磁通密度等值分布情况可发现二者具有高度良好的一致性，这无疑证实了集肤效应的存在，并且也验证了轴承感应拆装器实现高效快速拆卸的可能性与可行性，证实轴承电磁场、涡流和电场分布规律的一致性以及所建立模型和计算机仿真结果的准确性[4]。小结轴承感应拆装应用电磁感应加热技术实现内环的无损拆装，本文根据感应器结构应用感应加热理论指导计算，使用Matlab和ANSYS软件完成了轴承感应拆装的计算机模拟，证实集肤效应的存在，验证了轴承感应拆装器实现高效快速拆卸的可能性与可行性，证实轴承电磁场、涡流和电场分布规律的一致性以及所建立模型和计算机仿真结果的准确性。
作者：左娟 单位：洛阳LYC轴承有限公司技术中心
