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电热常见问题

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加热圈的制作方法

发布时间:2017/08/03 点击量:
加热圈用于淬火诸如汽车轴承这种机械的部件。存在多种加热圏。例如,加热圈具有:一对连接到诸如高频变压器的电源的引导板;分别连接到该引导板的引导部;以及连接到该引导部的圈状头部。在引导部和头部的内部,延续地形成流路,以使得冷却水能够在引导部和头部的内部流过。根据第一现有技术,加热圈具有:环状高频加热圈、连接到加热圈的ー对筒状的电源和水引导部件,以及分别连接到该电源和水引导部件的引导板,并且高频变压器连接到引导板(參见,例如,JP5-081263U)。根据第二现有技术,加热圈具有矩形管,该矩形管形成圈状加热导体和连接到加热导体端部的线状供电导体,并且供电导体的端部连接到电流变压器(參见,例如,JP3408982B2 和 JP2540041Y2)。通常地,电导体具有电流容易流经的部分,和电流部不容易流经的部分。例如,直流电易于流经电阻小的部分,而交流电易于流经阻抗小的部分(參见,KatsuhikoHori, U Kogyoyo Denki Kanetsu,,UndustrialElectric Heating) , The EnergyConservation Center, Japan, 1986)。无论是直流电还是交流电,从电源所供给的电流通过导体中的最短路径。在第一现有技术中,连接到环状高频加热圈的每个所述电源和水引导部件都具有圆筒管形状。因此,当引导部件布置成彼此靠近吋,电流集中在彼此靠近的引导部件的圆弧部分。即,在引导部件的其它部分中的圆弧部分中的电流密度是高的,使得电カ传送的效率低。为了增加在此条件下的加热目标部分分的淬火量,可以将更大的电流供给加热圏。然后,由于在被布置成相互靠近的所述引导部件中所产生的磁力,引导部件彼此排斥,引起对加热圈不必要的压力。特别地,当要被加热的加工件的内径小的时候,环状高频加热圈的尺寸减小,并且相应地减小在这对引导部件之间的距离。因此,加热圈可能会被过度地施压。在第二现有技术中,另ー方面,圈状加热导体是矩形管。因此,当在加工件的内圆周表面上沿着所述加工件的圆周方向凹形地形成所述加热目标部分时,该加热目标部分不能被有效地加热。即,由矩形管形成的圈状加热导体适合加热例如加工件的内圆周表面的轴向延伸的加热目标部分。然而,当加热例如在车轮旋转轴承的外环的内圆周上的凹形轨道表面时,从矩形管的线状外圆周部辐射的热量不能有效地加热凹形轨道表面。
 
发明内容
 
本发明的目的是提供ー种利用电カ传送的高效率能够有效地加热在加工件的内圆周表面上圆周延伸的加热目标部分的加热圈。根据本发明的ー个方面,ー种加热圈包括:适用于连接到电源的一对线状引导部;以及具有分别连接到所述引导部的端部的环状或圈状的头部。冷却介质所流经的流路形成在所述引导部和所述头部的内部。所述头部的外圆周表面具有圆形或椭圆形横截面,并配置成面对加工件的内圆周表面的加热目标部分,该加热目标部分以所述加工件的圆周方向延伸。每个引导部都具有在与所述引导部的纵向交叉的平面内的直边部分,所述各个引导部的直边部分布置成彼此靠近。即,每个所述引导部的横截面都具有所述直边部,并且各个引导部的直边部分都布置成彼此靠近。因此,在所述ー对引导部中的流经的电流集中在所述直边部,使得电カ传送效率是高的。因此,需要将大电流施加到加热圈以増加在加热目标部分中的淬火量。换句话说,由于电カ传送的高效率,不需要将大电流施加到所述引导部。因此,抑制了由于在其中产生的磁力所导致的引导部相斥,并且防止了所述加热圈被过度地施压。而且,因为所述头部的所述外圆周表面具有圆形或椭圆形横截面,并配置成面对以加工件的圆周方向延伸的加工件的内圆周表面的加热目标部分,所以从所述头部的外圆周部辐射的热量均匀地传送到所述加热目标部分,从而提高了加热效率。根据本发明的另一方面,每个所述引导部都具有沿着与所述引导部的纵向交叉的所述平面而截取的矩形横截面,并且其中所述矩形横截面的ー个边形成所述直边部分。根据此结构,每个引导部的横截面是矩形,S卩,非正矩形或正方形。因此,能够容易地制造所述引导部,并且所述矩形形状的ー边能够作为电流以集中的方式所流经的直边部而使用,从而容许大的电流。与圆形或椭圆形横截面相比,矩形横截面提供更高的机械强度,并且因此对于防止形变是有益的。例如,当形成所述头部的圆管具有7毫米(Mm)的外径Al和5毫米(Mm)的内径A2时,圆管的面积的二次矩是当形成所述头部的矩形管具有Al=A2=7mm的外部尺寸和Bl=B2=5mm的内部尺寸时,矩形管的面积的二次矩是(Al X A23-Bl Xb23)/12=148.0mm4。即,矩形管比圆管具有更高的机械强度。根据本发明的另一方面,加工件可以是车轮旋转轴承的外环,所述外环的内圆周表面具有轨道表面,并且所述加热目标部分可以是所述轨道表面。即,本发明的一个或更多示例性实施例提供了适用于加热车轮旋转轴承的外环的加热圈。
 
附图说明
 
图1是根据本发明的示例性实施例的加热圈的前视图;图2是第一环部的平面图;图3是第二环部的平面图;图4A和4B是各修改实例的平面图;以及图5是示出测量加热圈的环部的开ロ量的结果的图表。
 
 
具体实施例方式下面,将參照附图来描述本发明的示例性实施例。如图1中所示,根据本发明的示例性实施例的加热圈适用于在车轮旋转轴承(カロエ件的实例)的外环W上进行高频淬火。外环W具有一体地形成的凸缘部和筒状部,并且轨道表面H (加热目标部分的实例)形成在筒状部的内圆周表面上,以沿圆周方向延伸。所述凸缘部具有突出部P。外环W由例如像用于机械构造用的轴承钢和碳钢这样的钢材料所制成。每个轨道表面H都具有凹形弯曲形状,以支持球形转动元件。每个轨道表面H都受到加热圈的热处理(淬火),使得轨道表面H的一定深度被处理。外环W与内轴(未示出)一起形成车轮旋转轴承。所述内轴具有轴部和一体地形成在轴部的端部上的凸缘。所述球形转动元件设置在外环W的轨道表面H与在轴部的外圆周表面上形成的轨道表面之间。车轮旋转轴承被配置成在汽车等的悬架上可旋转地支撑车轮。外环W被突出部P处的悬架所支撑。如图1所示,所述加热圈包括:连接到诸如高频变压器的电源(未示出)的ー对引导板I ;分别装接到所述引导板I的一对线状引导部2 ;具有两个环部31、32的头部3,每个环部的端部都连接到关联的一个引导部2 ;以及冷却介质供给管4,每个该冷却介质供给管的一端都连接到关联的一个引导部2。每个引导板I在正面看都是矩形形状。所述引导部2由矩形铜管而形成,并且包括:连接到所述引导板I的ー对第一引导部21 ;—对第二引导部22,每个该第二引导部都具有连接到关联的ー个第一引导部21的一端和连接到头部3的另一端;连接到引导部I的一对第四引导部24 ;以及ー对第三引导部23,每个该第三弓I导部都具有连接到关联的ー个第四引导部24的一端和连接到头部3的另一端。每个第二引导部22都被部分地插入到所述关联的ー个第一引导部21中。每个第三引导部23都部分地插入到所述关联的一个第四引导部24。加强板20装接到第一引导部21与第二引导部22相连接的部分。另ー个加强板20装接到第三引导部23与第二引导部24相连接的部分。所述加强板20布置在跨过引导部2的相对两侧上。利用主要包含银的金属,将加强板20钎焊到引导部2。通过将加强板20装接到引导部2,使集中在引导部2的连接部处的应力分散,以防止发生来自薄弱部分的破损。通过弯曲加强板20的中央部分而形成所述加强板,以吸收第一引导部21与第二引导部22之间的表面段差以及第三引导部23与第四引导部24之间的表面段差。图2是第一环部31的平面图,以及图3是第二环部32的平面图。如图1至3中所示,每个第二引导部22都具有连接到所述关联的ー个第一引导部21并以与第一引导部21的轴向平行的轴向延伸的本体部22A,以及与本体部22A—体地形成并连接到第二环部32的连接部22B。连接到关联的ー个第一引导部21的每个本体部22A的端部是弯曲的。通过弯来形成每个连接部22B,使得每个连接部22B和关联的ー个本体部22A形成大致直角。每个第三弓丨导部23具有连接到关联的ー个第四引导部24并且以与第四引导部24的轴向平行的轴向方向延伸的本体部23A,以及与本体部23A —体地形成并且连接到第一环部31的连接部23B。连接到关联的一个第四引导部24的每个本体部23A的端部是弯曲的。通过弯曲来形成每个连接部23B,使得每个连接部23B和关联的ー个第四引导部分24形成大致直角。每个第一环部31和第二环部32都由筒状铜管形成。如图2所示,布置第一环部31使得第一环部31的径向与第三引导部23的本体部23A的轴向正交。第一环部31的外圆周表面具有圆形横截面,以面对关联的ー个凹形轨道表面H (參见图1)。第一环部31的外圆周表面可以形成为具有椭圆形横截面。第一环部31的两端都是开ロ的,并且通过焊接连接到第三引导部23的连接部23B。连接部23B布置成彼此靠近。如图3所示,布置第二环部32使得第二环部32的径向与第二引导部22的本体部22A的轴向正交。第二环部32的外圆周表面具有圆形横截面,以面对关联的ー个凹形轨道表面H (參见图1)。第二环部32的外圆周表面可以形成为具有椭圆形横截面。第二环部32的两端都是开ロ的,并且通过焊接连接到所述ー对引导部22的连接部22B。连接部22B放置成彼此靠近。接着,将描述引导部2的横截面形状。第一引导部21、第二引导部22、第三引导部23和第四引导部24中的每ー个都具有矩形横截面,并都在其内部形成矩形流路。第一引导部21的矩形横截面的短边部分和第ニ引导部22的矩形横截面的短边部分都平行于第三引导部23的矩形横截面的短边部分和第四引导部24的矩形横截面的短边部分。每个第一引导部21的横截面与每个第二引导部22的横截面几何上相似。每个第三引导部23的横截面与每个第四引导部24的横截面几何上相似。在头部3的附近,ー个第二引导部22的其中一个长边部分和另ー个第二引导部22的其中一个长边部分彼此紧靠地布置,并且这些布置成彼此靠近的长边部分是根据本示例性实施例的直边部分2S。同样地,在头部3附近,ー个第三引导部23的其中一个长边部分和另ー个引导部23的其中一个长边部分彼此紧靠的布置,并且这些布置成彼此靠近的长边部分也是根据本示例性实施例的直边部分2S。冷却介质供给管4包括:管41,每个管41都具有连接到关联的ー个第一引导部21的一端,以及管42,每个管42都具有连接到关联的一个第四引导部24的一端。冷却介质供给源(未示出)连接到管41、42的另一端。冷却介质供给源将例如冷却水供应给到引导部2和头部3作为冷却介质来在淬火期间冷却加热圈的内部。加热圈可以配置成使得,输送到引导部2和头部3的冷却水经过管41、42返回到冷却介质供给源并被再次使用。接着,将描述利用加热圈的淬火方法。首先,使加热圈关于车轮旋转轴承(加工件的实例)的外环W而设置。将加热圈定位成使得第一环部31和第二环部32面对各自的轨道表面H。然后,将冷却水经过管42供给到第四引导部24、第三引导部23和第一环部31。同样地,将冷却水经过管41供给到第一引导部21、第二引导部22和第二环部32。接着,使高频电流从包括高频变压器的电源经过所述ー对弓I导板I施加到第一环部31和第二环部32。通过高频电流从第一环部31和第二环部32生成热量,从而加热轨道表面H(加热目标部分),并淬火加工件。高频电流流经第四引导部24、第三引导部23和第一环部31,并且也流经第一引导部21、第二引导部22和第二环部32。由电源所供给的电流经过导体通过最短路径,即,弓丨导部2和顶部3。因此,电流集中在并排布置的第二引导部22的相邻直边部分2S,并且集中在并排布置的第三引导部23的相邻直边部分2S。本示例性实施例在以下方面中是有益的。
 
加热圈包括所述连接到电源的一对线状引导部2,和具有分别连接到引导部2的端部的环状头部3。头部3的外圆周表面具有圆形或椭圆形横截面,以面对沿在车轮旋转轴承的外环W的内圆周表面上的圆周方向而形成的凹形轨道表面H。因此,从头部3的外圆周部分辐射的热量均匀地传送到凹形轨道表面H,从而提高加热效率和淬火精度。所述ー对线状引导部2包括:例如,所述ー对第二引导部22和所述ー对第三引导部23。每个第二引导部22都具有直边部分2S,并且将该直边部分2S布置成在与第二引导部22的纵向交叉的平面内彼此靠近。同样地,每个第三引导部23都具有直边部分2S,并且该直边部分2S布置成在与第三引导部23的纵向交叉的平面内彼此靠近。流经第二引导部22和第三引导部23的电流集中在各个直边部分2S,以沿着最短路径流动。因此,电カ传送的效率是高的。即,根据上述第一现有技木,由于每个引导部都利用圆管而形成,所以电流以集中的方式所流经的引导部的部分是圆部分,使得不能为电流流动提供足够的面积。根据本示例性实施例,电流以集中的方式所流经的部分是直边部分2S。因此,与第一现有技术相比,利用相同的引导部的壁厚度,能够增加电流以集中的方式所流经的部分的面积,从而提高了电カ传送的效率。因此,不需要将大电流施加到引导部2。结果,抑制了由在第二引导部22和第三引导部23中产生的磁力所导致引导部的相斥,并且防止了加热圈被过度地施压。沿着与引导部的纵向交叉的平面所截取的第二引导部22和第三引导部23的每个的横截面是矩形的,并且将矩形横截面的其中一个长边部分作为所述直边部分2S。因此,能够容易地制造引导部。而且,与将矩形横截面的短边作为直边部分2S的情况相比,大量的电流能够流经引导部。每个第一引导部21的横截面和连接到第一引导部的每个第二引导部22的横截面在几何上是相似的。同样地,每个第四引导部24的横截面和每个第三引导部23的横截面在几何上是相似的。因此,能够将每个第二引导部22的端部精确地插入并连接到关联的一个第一引导部21,并且也能够将每个第三引导部23的端部精确地插入并连接到关联的一个第四引导部24,从而防止了冷却水从第一引导部21与第二引导部22之间的连接部分和第三引导部23与第四引导部24之间的连接部分漏出。将加强板20布置成分别面对第一引导部21与第二引导部22之间的连接部分和第三引导部23与第四引导部24之间的连接部分,并且将这些连接部分和各个加强板20通过钎焊装接在一起。结果,能够防止在第一引导部21与第二引导部22之间的连接部分中和第三引导部23与第四引导部24之间的连接部分中发生由于高频振动所产生的疲劳破裂。通过上述加热圈来加热在车轮旋转轴承的外环W的内圆周表面上所形成的轨道表面H。因此,能够精确地进行外环W的淬火。当已经參照了本发明的特征示例性实施例描述了本发明时,本发明的范围不限于上述示例性实施例,并且本领域技术人员能够理解的是,在不偏离本发明的权利要求所限定的保护范围的情况下,可以做出各种变化和修改。例如,第二引导部22和第三引导部23的每个的横截面不限于非正矩形,而可以是正方形或非矩形形状,只要每个引导部的横截面具有直边部分2S。例如,如图4A中所示,每个第二引导部22和第三引导部23的横截面可以是三角形,使得成对的引导部的相邻边作为直边部分2S。在另ー个实例中,如图4B中所示,第二引导部22和第三引导部23的每个的横截面可以具有直边部分2S和连接直边部分2S的两端的圆弧部分。而且,当在上述示例性实施例中头部3具有两个环部31、32时,环部的数量不受限制,可以是ー个或三个以上。然而,为了将加热目标部分加热,环部的数量优选是等于加热目标部分的数量,例如,外环W的轨道表面H的数量。或者,头部3不局限与环状的构造,并且可以是通过螺旋状布置单个管部件而形成的圈部件。而且,加工件不限于上述外环W,并且加热目标部分不限于在外环W的内圆周表面上所形成的轨道表面H。就加热目标部分配置成沿着在加工件的内圆周表面上的圆周方向延伸而言,加热目标部分例如轨道表面H需要以凹状的方式形成,并且加工件的结构不限于特定结构。然而,当轨道表面H沿着如在上述示例性实施例中的圆周方向凹状地形成吋,轨道表面H与头部3的外圆周表面之间的距离是均等的,并且因此能够以更均匀的方式进行加热。配备加热圈A和加热圈B,并将其连接到高频电源以在车轮旋转轴承的外环的轨道表面上进行淬火。通过由具有矩形横截面的矩形管形成每个引导部来设置加热圈A,并使得各个引导部的长边部分布置成彼此靠近。矩形横截面的外部尺寸具有7_的短边和9_的长边,并且矩形管的壁厚是1.5_ (面积的二次矩是225.3mm4)。通过由具有圆形横截面的圆管形成每个引导部来设置加热圈B。圆形横截面的外径是7_,并且圆管的壁厚是1_(其面积的二次矩是87.1mm4)O与轨道表面相对的环部的构造对于加热圈A和B 二者是相同的。对于每个加热圈A和B,在利用不同电力,即不同电流进行轨道表面的淬火的同时,测量环部的端部之间的开ロ量。图5示出开ロ量的測量結果。如图5所示,加热圈A的环部的端部之间的开ロ量小于加热圈B的环部的端部之间的开ロ量。而且与加热圈B相比,抑制了加热圈A中的振动量。与由圆管形成的加热圈B的引导部相比,由矩形管形成的加热圈B的引导部的面积的二次矩是大的并且其机械强度是高的。因此能够减少环部的开ロ量和振动。而且,根据测量由带有50千瓦(KW)的电カ的加热圈所产生的电カ损失的結果,确认的是,由加热圈B所广生的电カ损失是9.18kff,而由加热圈A所广生的电カ损失是8.06kW。即,确认的是,由矩形管形成的加热圈A的引导部的电カ传送效率是相对高的。
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