專利名稱：一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)時(shí)效裝置，尤其是一種用于消減彎曲振動(dòng)固有頻率小于 200HZ的中低頻軸類零件殘余應(yīng)力的軸類零件的振動(dòng)時(shí)效裝置。
背景技術(shù)：
振動(dòng)時(shí)效技術(shù)是一種消除工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的方法，通過(guò)振動(dòng)，使工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力和振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力的疊加達(dá)到或超過(guò)材料屈服強(qiáng)度的時(shí)候，材料發(fā)生微量的塑性變形，從而使材料的內(nèi)應(yīng)力得以松弛和減輕。與熱時(shí)效相比，振動(dòng)時(shí)效具有投資少、見效快、 運(yùn)行費(fèi)用低和有利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因此，振動(dòng)時(shí)效這一高新技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，現(xiàn)行針對(duì)軸類零件的振動(dòng)時(shí)效裝置很多不能使工件產(chǎn)生有效的彎曲變形， 沒(méi)有達(dá)到“工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力和振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力的疊加達(dá)到或超過(guò)材料屈服強(qiáng)度”的 “Wozney&Crawmer”準(zhǔn)則，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N 102010972公開說(shuō)明書公開的一種頻譜諧波振動(dòng)時(shí)效處理消除曲軸內(nèi)應(yīng)力的方法，其處理裝置是將軸類零件固定連接支撐架上，支撐架裝夾在鋼板制作的振動(dòng)臺(tái)上，激振器安置在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)，通過(guò)激振器使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，對(duì)軸類零件進(jìn)行時(shí)效處理。這種方法使軸類零件隨振動(dòng)臺(tái)做剛體性振動(dòng)，很難激勵(lì)軸類零件產(chǎn)生彎曲振型的主共振，也就很難產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)效所需的彎曲變形和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力。因此這種裝置是難以消減軸類零件殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)時(shí)效的預(yù)期效果的。又如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N 03115266. X公開說(shuō)明書公開的一種冶金軋輥的應(yīng)力快速調(diào)整方法，其處理裝置是將軋輥放置在彈性支撐上，激振器放于軋輥中部進(jìn)行激勵(lì)。該種方法進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理時(shí)，由于軋輥為高剛度零件，其彎曲振動(dòng)的固有頻率一般都高于現(xiàn)有激振器的激振頻率，因此，該裝置也是難以激勵(lì)軋輥產(chǎn)彎曲振型的主共振的，也很難產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)效所需的彎曲變形和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力。該方法將軋輥通過(guò)彈性支撐與底座連接，因?yàn)閺椥灾蔚膭偠刃?，因此軋輥和彈性支撐組成的系統(tǒng)可以在激振器作用下產(chǎn)生主共振，所以該專利申請(qǐng)者會(huì)誤以為可以實(shí)現(xiàn)消減殘余應(yīng)力。但實(shí)際上，由于軋輥的彎曲振動(dòng)固有頻率遠(yuǎn)高于激振器的激振頻率，系統(tǒng)的振動(dòng)是彈性支撐產(chǎn)生變形，而軋輥?zhàn)鳛檎w隨系統(tǒng)作剛體運(yùn)動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生所需要的彎曲變形，不會(huì)產(chǎn)生足夠大的動(dòng)應(yīng)力去消除殘余應(yīng)力。由于存在彈性支撐，導(dǎo)致軋輥和彈性支撐組成的系統(tǒng)固有頻率明顯低于軋輥?zhàn)陨韽澢駝?dòng)的固有頻率。所以無(wú)論其處理中低頻還是高頻，按照該系統(tǒng)的固有頻率進(jìn)行激振，其激振頻率實(shí)際上低于軋輥本身的彎曲振動(dòng)固有頻率，使軋輥無(wú)法獲得足夠的動(dòng)應(yīng)力，去消除其內(nèi)部的殘余應(yīng)力。總之，現(xiàn)行軸類零件的振動(dòng)時(shí)效裝置的效果差，難以實(shí)現(xiàn)消減殘余應(yīng)力的預(yù)期效果。這是制約振動(dòng)時(shí)效技術(shù)在軸類零件上的應(yīng)用的一個(gè)重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置及其使用方法，它能夠使軸類零件產(chǎn)生彎曲振型的主共振，產(chǎn)生的彎曲振動(dòng)動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力的疊加可大于材料的屈服極限，從而有效地消減軸類零件的殘余應(yīng)力。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置，由激振器、用于夾撐工件的夾撐塊及與該夾撐塊相連接的支撐機(jī)構(gòu)，所述支撐機(jī)構(gòu)由一對(duì)相對(duì)設(shè)置的左支撐架、右支撐架以及安裝該左支撐架和右支撐架的支撐座，所述夾撐塊與支撐機(jī)構(gòu)的左支撐架和右支撐架均為可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，左支撐架和右支撐架與支撐底座成剛性連接，該軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置還設(shè)有一個(gè)安裝所述激振器的激振器底座，所述激振器底座裝夾于工件中部，振動(dòng)時(shí)效時(shí)，激振器和激振器底座及工件一起振動(dòng)。所述激振器底座由上底蓋和下底板組成，激振器安裝在上底蓋的中部，上底蓋和下底座之間通過(guò)螺栓連接，上底蓋和下底座兩端頭呈圓弧狀，相連接后可以固定在軸類零件上。所述激勵(lì)器底座由兩端開有呈圓弧形叉口的叉條及與叉條兩端的叉口相配的左端蓋和右端蓋組成，該左端蓋和右端蓋配合安裝后，激振器底座固定在軸類零件上。所述支撐底座與左支撐架相應(yīng)處開有滑槽，該左支撐架可在滑槽內(nèi)移動(dòng)，調(diào)節(jié)左支撐架與右支撐架的距離。所述夾撐塊與支撐機(jī)構(gòu)的左支撐架和右支撐架通過(guò)鉸鏈連接。所述夾撐塊中夾撐工件的夾塊的夾撐面呈圓弧形或V形。所述的一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置的使用方法，包括如下步驟(1)選擇彎曲振動(dòng)固有頻率小于200Hz的軸類零件，(2)將軸類零件放置在支撐機(jī)構(gòu)的夾撐塊上，(3)將安裝有激振器的激振器底座夾撐在軸類零件的中部，(4)調(diào)整激振器的激勵(lì)頻率，使其以與軸類零件固有頻率大小相同的頻率進(jìn)行激勵(lì)，使其產(chǎn)生彎曲振動(dòng)模態(tài)的主共振。振動(dòng)時(shí)效時(shí)，激振器和激振器底座及工件一并振動(dòng)，通過(guò)將激振器底座裝夾于工件中部，激振器激勵(lì)時(shí)所產(chǎn)生的激振力以軸的彎曲振動(dòng)固有頻率的頻率直接作用于軸的中部，使軸類零件產(chǎn)生彎曲主共振，其產(chǎn)生的彎曲振動(dòng)動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力的疊加可大于材料的屈服極限，符合消減殘余應(yīng)力的“Wozney&Crawmer”準(zhǔn)則，能夠有效解決現(xiàn)有振動(dòng)時(shí)效裝置難實(shí)現(xiàn)軸類工件產(chǎn)生有效彎曲共振和消減殘余應(yīng)力所要求的動(dòng)應(yīng)力的難題。本發(fā)明中所稱的中低頻軸類零件是指其彎曲振動(dòng)固有頻率低于200Hz的軸類零件。本發(fā)明的突出效果在于由于安裝激振器的激振器底座安裝在工件的中部，以軸類零件的彎曲振動(dòng)固有頻率進(jìn)行激振。加之左支撐架和有支撐架提供給軸類零件剛性支撐，使軸類零件可以產(chǎn)生簡(jiǎn)支梁支撐形式的彎曲振動(dòng)主振型，所以能讓軸類零件產(chǎn)生彎曲振動(dòng)的主共振變形和動(dòng)應(yīng)力，產(chǎn)生的彎曲振動(dòng)動(dòng)應(yīng)力與殘余應(yīng)力的疊加可大于材料的屈服極限，從而有效地消減軸類零件的殘余應(yīng)力。解決現(xiàn)有振動(dòng)時(shí)效裝置難以使工件產(chǎn)生有效的動(dòng)作變形，無(wú)法達(dá)到“工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力和振動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力的疊加達(dá)到或超過(guò)材料屈服強(qiáng)度”的 “Wozney&Crawmer”準(zhǔn)則的難題，并且由于夾撐塊與支撐機(jī)構(gòu)的左支撐架和右支撐架均為可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，曲軸兩端變形量也能夠得到保障，同時(shí)使兩根軸的動(dòng)應(yīng)力分布也比傳統(tǒng)振動(dòng)方式更加均勻，從而保證能夠有效地消減軸類零件的殘余應(yīng)力。


圖1是本發(fā)明所述的軸類零件的振動(dòng)時(shí)效裝置的實(shí)施方式一結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖IA處放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明所述的軸類零件的振動(dòng)時(shí)效裝置的實(shí)施方式二結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明所述的軸類零件的振動(dòng)時(shí)效裝置用于處理發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的使用狀態(tài)圖。圖5是本發(fā)明所述的軸類零件的振動(dòng)時(shí)效機(jī)構(gòu)的裝夾曲軸時(shí)在激振器作用下產(chǎn)生變形的仿真模型。圖6是現(xiàn)行平板式曲軸振動(dòng)時(shí)效裝置(如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朇N 102010972公開說(shuō)明書公開的裝置)在激振器作用下產(chǎn)生變形的仿真模型。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1如圖1所示，本發(fā)明所述的軸類零件的振動(dòng)時(shí)效裝置，由激振器5、激勵(lì)器底座、夾撐塊3以及支撐機(jī)構(gòu)組成。激振器5的底端設(shè)有連接板52，連接板52上開有兩個(gè)連接孔51，激勵(lì)器底座包括上底蓋13和下底板14，上底蓋13的中部與連接板52的連接孔51對(duì)應(yīng)處開有兩個(gè)螺孔，將螺栓7穿過(guò)連接板52上的連接孔51擰入上底蓋的螺孔內(nèi)，即可將激振器5固定在上底蓋 13中間位置上，上底蓋13的兩端頭呈圓弧狀凹口 12，凹口 12的邊緣設(shè)有凸出的平板15， 平板15上開有通孔，下底板14結(jié)構(gòu)與上底蓋13形狀類似，上底蓋13和下底板14通過(guò)螺栓7將上底蓋13和下底板14合在一起，上底蓋13的凹口 12與下底板14的凹口相配后， 形成圓形夾口，夾在軸類零件4中部，此時(shí)，激振器5位于兩根軸類零件4的中間，振動(dòng)時(shí)效時(shí)，激振器5帶動(dòng)激振器底座6 —并振動(dòng)，顯然，此激振器底座6的位置可在軸向進(jìn)行移動(dòng)， 通過(guò)松開螺栓7，即可將上底蓋13與下底板14分開，只要軸類零件軸徑4的直徑大小與上底蓋13的凹口 12和下底板14的凹口相配后的形成環(huán)形夾口大小相適應(yīng)，便可將上底蓋13 置于軸類零件上，再通過(guò)螺栓7將上底蓋13和下底板14連接在一起，很簡(jiǎn)單地調(diào)整了激振器底座6在軸類零件4上的位置，即同時(shí)也改變了激振器5對(duì)軸類零件4的激勵(lì)位置，便能使軸類零件4產(chǎn)生不同振型的彎曲振動(dòng)，改變彎曲振動(dòng)應(yīng)力的分布，達(dá)到消減軸類零件不同部位的殘余應(yīng)力。再結(jié)合圖2可看出，夾撐塊3的一端開有圓弧形夾撐口 32，用于夾撐軸類零件，當(dāng)然該夾撐口的形狀還可為V形等其它適用形狀，以實(shí)現(xiàn)和軸端較好的接觸，將力更好的傳遞過(guò)去，夾撐面也可以做成V型等形狀。夾撐面應(yīng)該夾撐到軸類零件的兩端面，增加簡(jiǎn)支梁兩支撐點(diǎn)之間的距離，將系統(tǒng)的彎曲振動(dòng)固有頻率降低，使振動(dòng)時(shí)效效果更好，該夾撐塊另一端呈圓柱形31，并沿其軸向開有貫通的銷孔，支撐機(jī)構(gòu)包括左支撐架1、右支撐架8、連接銷2、支撐底座10及螺釘11，左支撐架1和右支撐架8的兩側(cè)設(shè)有凸出的銷耳，兩側(cè)銷耳上分別開有與連接銷2及銷孔相應(yīng)的通孔，通過(guò)將連接銷2插入兩側(cè)銷耳上的通孔及夾撐塊上的銷孔，即將夾撐塊3可轉(zhuǎn)動(dòng)連接的固定在左支撐架1和右支撐架8上，顯然，上述連接方式屬于鉸鏈連接，當(dāng)然，夾撐塊與左支撐架1和右支撐架8連接方式不局限于鉸鏈連接，還可以采用其它轉(zhuǎn)動(dòng)連接方式，如卡入式連接。支撐底座10在左支撐架1底端設(shè)有滑槽， 滑槽的側(cè)面開有一長(zhǎng)條形止位槽9，左支撐架1的底端裝在滑槽上，可在滑槽上移動(dòng)，左支撐架1的側(cè)壁與止位槽9相應(yīng)的處開有螺紋孔，此螺紋孔與螺釘11相配，螺釘11穿過(guò)止位槽9裝在左撐架1上，通過(guò)螺釘11可以緊固和放松左撐架1，當(dāng)螺釘11放松時(shí)，左支撐1可以在滑槽內(nèi)左右移動(dòng)。右支撐架8通過(guò)焊接或者螺栓與地面或支撐座之間形成固定連接。 移動(dòng)左支撐1，調(diào)節(jié)左支撐架1和右支撐架8之間的距離，以滿足不同長(zhǎng)度的軸類零件4的需求，提高裝置的通用性。圖5是本發(fā)明用于處理發(fā)電機(jī)曲軸振動(dòng)時(shí)效的仿真分析圖，通過(guò)ANSYS仿真軟件對(duì)其進(jìn)行仿真計(jì)算，圖5和圖6是其仿真所獲得的結(jié)果，從仿真結(jié)果可看出，采用本發(fā)明所述的軸類零件的振動(dòng)時(shí)效機(jī)構(gòu)，曲軸中部振動(dòng)時(shí)效時(shí)的變形從現(xiàn)行振動(dòng)時(shí)效裝置的0. 07mm 上升到0. 64mm，最大變形范圍有很大增加，曲軸兩端變形量也有大幅提高，同時(shí)兩根軸動(dòng)應(yīng)力分布也比傳統(tǒng)振動(dòng)方式更加均勻。實(shí)施例2如圖3所示，本發(fā)明的另一實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)，本實(shí)施方式不同于實(shí)施例1之處主要激振器底6，包括叉條16、左端蓋15、右端蓋17，叉條16兩端開有圓弧形的叉口 18 (從圖中看，18的引線位置應(yīng)移至叉口內(nèi))，叉口 18兩端沿徑向有向外凸出的延伸19，延伸板 19上開有通孔，左端蓋15和右端蓋17的呈圓弧形，其開口亦與叉口 18相配的圓弧形，左端蓋15和右端蓋17的兩端也設(shè)有沿徑向有向外凸出的延伸板19，延伸板19上開有通孔，通過(guò)螺栓將左端蓋15和右端蓋17固定在叉條16上，叉條16便可固定在軸類零件4上，安裝時(shí)，將叉條16的兩端的圓弧形叉口 18分別夾住軸類零件4的軸徑上，然后通過(guò)螺栓將左端蓋15和右端蓋17固定在叉條16上，即完成了激振器底座6的安裝，當(dāng)然，此激振器底座6 的位置也可在軸向進(jìn)行移動(dòng)，可改變激振器5對(duì)軸類零件4的激勵(lì)位置。本發(fā)明對(duì)軸類零件進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效時(shí)，先將軸類零件放置在支撐機(jī)構(gòu)的支撐塊上， 然后再將安裝有激振器的激振器底座的夾撐在軸類零件的中部，最后，調(diào)整激振器的激勵(lì)頻率，使其以與軸類零件固有頻率大小相同的頻率進(jìn)行激勵(lì)。
權(quán)利要求
1.一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置，其特征在于，該裝置由激振器、用于夾撐工件的夾撐塊及與該夾撐塊相連接的支撐機(jī)構(gòu)，所述支撐機(jī)構(gòu)由一對(duì)相對(duì)設(shè)置的左支撐架、右支撐架以及安裝該左支撐架和右支撐架的支撐座，所述夾撐塊與支撐機(jī)構(gòu)的左支撐架和右支撐架均為可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接，左支撐架和右支撐架與支撐底座成剛性連接，該軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置還設(shè)有一個(gè)安裝所述激振器的激振器底座，所述激振器底座裝夾于工件中部，振動(dòng)時(shí)效時(shí)，激振器和激振器底座及工件一起振動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置，其特征在于，所述激振器底座由上底蓋和下底板組成，激振器安裝在上底蓋的中部，上底蓋和下底座之間通過(guò)螺栓連接，上底蓋和下底座兩端頭呈圓弧狀，相連接后可以固定在軸類零件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置，其特征在于，所述激勵(lì)器底座由兩端開有呈圓弧形叉口的叉條及與叉條兩端的叉口相配的左端蓋和右端蓋組成， 該左端蓋和右端蓋配合安裝后，激振器底座固定在軸類零件上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置，其特征在于，所述支撐底座與左支撐架相應(yīng)處開有滑槽，該左支撐架可在滑槽內(nèi)移動(dòng)，調(diào)節(jié)左支撐架與右支撐架的距離。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置，其特征在于，所述夾撐塊與支撐機(jī)構(gòu)的左支撐架和右支撐架通過(guò)鉸鏈連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置，其特征在于，所述夾撐塊中夾撐工件的夾塊的夾撐面呈圓弧形或V形。
7.權(quán)利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟(1)選擇彎曲振動(dòng)固有頻率小于200Hz的軸類零件，(2)將軸類零件放置在支撐機(jī)構(gòu)的夾撐塊上，(3)將安裝有激振器的激振器底座夾撐在軸類零件的中部，(4)調(diào)整激振器的激勵(lì)頻率，使其以與軸類零件固有頻率大小相同的頻率進(jìn)行激勵(lì)，使其產(chǎn)生彎曲振動(dòng)模態(tài)的主共振。
全文摘要
一種中低頻軸類零件振動(dòng)時(shí)效裝置及其使用方法，裝置包括激振器、用于夾撐工件的夾撐塊及與該夾撐塊相連接的支撐機(jī)構(gòu)，所述支撐機(jī)構(gòu)由一對(duì)相對(duì)設(shè)置的左支撐架、右支撐架及安裝該左支撐架和右支撐架的支撐座，所述夾撐塊與支撐機(jī)構(gòu)的左支撐架和右支撐架均為可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，該裝置還包括一個(gè)安裝所述激振器的激振器底座，激振器底座裝于工件中部，振動(dòng)時(shí)效時(shí)激振器、激振器底座及工件一并振動(dòng)。采用簡(jiǎn)支梁形式，在激振器以軸彎曲振動(dòng)固有頻率激勵(lì)下軸類零件產(chǎn)生彎曲振型的主共振，解決現(xiàn)有裝置產(chǎn)生動(dòng)應(yīng)力達(dá)不到消減殘余應(yīng)力要求的難題，且軸兩端變形量也有很大提高，同時(shí)軸的動(dòng)應(yīng)力分布更加均勻，從而能有效地消減軸類零件的殘余應(yīng)力。
文檔編號(hào)C21D10/00GK102321793SQ20111029501
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者農(nóng)慧, 李兆軍, 李巖舟, 蔡敢為, 黃院星 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)