多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置，包括激振器、激振塊和彈簧阻尼組合件，激振器安裝在激振塊上，彈簧阻尼組合件安裝在激振器兩側(cè)，彈簧阻尼組合件與激振塊連接，激振塊與多軸并聯(lián)工件連接。該裝置的實(shí)現(xiàn)方法為：由各個(gè)激振器產(chǎn)生不同的激振頻率共同作用于激振塊并產(chǎn)生遠(yuǎn)高于各個(gè)激振器原激振頻率的多重共振頻率，激振塊再以接近多軸并聯(lián)工件固有頻率的多重共振頻率作用于并聯(lián)工件上，當(dāng)并聯(lián)工件的固有頻率與各個(gè)激振器的激振頻率之間滿(mǎn)足多個(gè)線性組合關(guān)系時(shí),并聯(lián)工件產(chǎn)生主共振和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力消除每根軸的殘余應(yīng)力。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)行激振器的激振頻率小于并聯(lián)工件的固有頻率而無(wú)法有效消除殘余應(yīng)力的問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工領(lǐng)域中的振動(dòng)時(shí)效裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，特別是一種多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)時(shí)效是消除工件殘余應(yīng)力的一種重要方法，與自然失效和人工熱時(shí)效相比，振動(dòng)時(shí)效具有無(wú)污染，投資少，效率高，節(jié)約場(chǎng)地、時(shí)間和能源等特點(diǎn)，在避免熱時(shí)效過(guò)程中可能產(chǎn)生的工件氧化、相變和工件受熱不均而導(dǎo)致裂變或在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生新的應(yīng)力等方面也具有益處?，F(xiàn)行振動(dòng)時(shí)效裝置的激振器受電機(jī)轉(zhuǎn)速和偏心輪機(jī)構(gòu)最大轉(zhuǎn)速的限制，其激振頻率都小于200Hz，所以高剛度工件的振動(dòng)時(shí)效一直是難以克服的問(wèn)題，也成為制約振動(dòng)時(shí)效進(jìn)一步推廣使用的瓶頸。對(duì)于彎曲固有頻率小于200Hz的軸類(lèi)零件來(lái)說(shuō)，可以使用現(xiàn)行的振動(dòng)時(shí)效方式來(lái)消除殘余應(yīng)力，但是對(duì)于固有頻率大于IOOHz的零件，則一次只能處理一根軸，對(duì)于固有頻率較小的軸類(lèi)零件一次能處理的零件數(shù)量也是有限的，工作效率不高。要提高工作效率，就需要將多根軸類(lèi)(光軸或曲軸)裝夾在一起同時(shí)進(jìn)行振動(dòng)時(shí)效處理，但由于多根軸類(lèi)并聯(lián)后的彎曲剛度顯著增大，整體的彎曲固有頻率會(huì)提高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出偏心激振器激振頻率200Hz的限制，使用現(xiàn)行的振動(dòng)時(shí)效方法對(duì)多根軸類(lèi)并聯(lián)工件進(jìn)行激振無(wú)法產(chǎn)生共振，無(wú)法有效地消除工件的殘余應(yīng)力。
[0003]對(duì)一次同時(shí)處理多根軸類(lèi)工件來(lái)說(shuō)，由多重共振系統(tǒng)產(chǎn)生的高于多根軸類(lèi)并聯(lián)工件固有頻率的多重共振頻率，再作用于多根軸類(lèi)并聯(lián)工件使其產(chǎn)生主共振，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力就可以消除每根軸的殘余應(yīng)力。多重共振式振動(dòng)時(shí)效方法既能解決高剛度工件共振的問(wèn)題，也能顯著提高工作效率。該方法也可以應(yīng)用在其它高剛度工件的場(chǎng)合，適用性強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，解決現(xiàn)行振動(dòng)時(shí)效應(yīng)用于多根軸類(lèi)工件并聯(lián)組成的高剛度工件時(shí)遇到的激振頻率遠(yuǎn)小于系統(tǒng)固有頻率而無(wú)法使該并聯(lián)工件產(chǎn)生共振的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案如下:
[0006]1.一種多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置，包括激振器、激振塊、可調(diào)非線性彈簧和可調(diào)阻尼，激振器安裝在激振塊上，可調(diào)非線性彈簧和可調(diào)阻尼組成彈簧阻尼組合件，彈簧阻尼組合件安裝在激振器兩側(cè)，彈簧阻尼組合件與激振塊連接，激振塊與多軸并聯(lián)工件連接。
[0007]2.所述多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置的實(shí)現(xiàn)方法，由所述的各個(gè)激振器產(chǎn)生不同的激振頻率共同作用于激振塊并產(chǎn)生遠(yuǎn)高于各個(gè)激振器原激振頻率的多重共振頻率,激振塊再以接近多根軸類(lèi)(光軸或曲軸)并聯(lián)工件固有頻率的多重共振頻率作用于工件上，當(dāng)并聯(lián)工件的固有頻率與各個(gè)激振器的激振頻率之間滿(mǎn)足多個(gè)線性組合關(guān)系，并聯(lián)工件產(chǎn)生主共振和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力消除每根軸的殘余應(yīng)力，具體步驟為:
[0008](I)根據(jù)工程實(shí)際需要確定激振器的數(shù)量，[0009](2)通過(guò)有限元仿真和振動(dòng)測(cè)試，得到多根軸類(lèi)并聯(lián)工件的各階彎曲固有頻率，
[0010](3)通過(guò)非線性振動(dòng)理論，由反演法確定可調(diào)非線性彈簧的剛度參數(shù)、可調(diào)阻尼的阻尼參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足多重共振系統(tǒng)產(chǎn)生多重共振的條件，
[0011](4)通過(guò)諧響應(yīng)分析 ，設(shè)定所述各激振器的激振頻率、激振力大小，以產(chǎn)生足夠的動(dòng)應(yīng)力，
[0012](5)啟動(dòng)所述各激振器，使多重共振系統(tǒng)產(chǎn)生多重共振頻率，多重共振系統(tǒng)中的激振塊再作用于多根軸類(lèi)并聯(lián)工件，產(chǎn)生主共振和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力消除每根軸的殘余應(yīng)力。
[0013]本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014]盡管多根軸類(lèi)并聯(lián)工件的剛度高、固有頻率大，多重共振也可以使該高剛度并聯(lián)工件在多重共振激振頻率的作用下產(chǎn)生主共振，能克服現(xiàn)行振動(dòng)時(shí)效激振器的激振頻率遠(yuǎn)小于高剛度工件固有頻率的缺陷，對(duì)于現(xiàn)行振動(dòng)時(shí)效無(wú)法一次有效地處理多根軸類(lèi)并聯(lián)組成的高剛度工件的問(wèn)題，本發(fā)明可以達(dá)到良好的振動(dòng)時(shí)效效果。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是實(shí)施例所述多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是實(shí)施例所述多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置曲軸裝夾方式示意圖。
[0017]圖3是實(shí)施例所述多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置激振方式圖。
[0018]圖4是實(shí)施例所述多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置左視圖。
[0019]圖5是本發(fā)明所述多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置模型簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以3個(gè)激振器和10根曲軸的3重共振為例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0021]對(duì)照?qǐng)D1-圖5，一種多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置，包括剛性底板1、第一支撐塊
2、第一 V型壓塊3、第一半圓槽4、曲軸5、機(jī)架6、第一支撐桿8、第一可調(diào)非線性彈簧9、第一吊桿10、第一可調(diào)阻尼11、第二吊桿13、第二可調(diào)非線性彈簧14、第二可調(diào)阻尼15、第二支撐桿16、激振塊18、第一激振器7、第二激振器12、第三激振器17、上壓板22、下壓板23、第二支撐塊21、第二 V型壓塊19和第二半圓槽20。
[0022]具體連接方式為:第一激振器7、第二激振器12和第三激振器17同向置于激振塊18上并分別由螺栓固定，激振塊18與上壓板22由螺栓組連接，曲軸5的中心主軸頸上半圓與上壓板22的V型槽接觸，曲軸5的中心主軸頸下半圓與下壓板23的V型槽接觸，上壓板22和下壓板23由螺栓組連接并施加預(yù)緊力；曲軸5大軸端的下半圓由第一半圓槽4支撐，曲軸5大軸端的上半圓與第一 V型壓塊3接觸，第一半圓槽4的上部與第一 V型壓塊3由螺栓組連接并施加預(yù)緊力，第一半圓槽4的下部與第一支撐塊2的上部由銷(xiāo)釘組連接，第一支撐塊2的下部與剛性底板I固連；曲軸5小軸端的下半圓由第二半圓槽20支撐，曲軸5小軸端的上半圓與第二 V型壓塊19接觸，第二半圓槽20的上部與第二 V型壓塊19由螺栓組連接并施加預(yù)緊力，第二半圓槽20的下部與第二支撐塊21的上部由銷(xiāo)釘組連接，第二支撐塊21的下部與剛性底板I固連；機(jī)架6固定在剛性底板I上；第一可調(diào)非線性彈簧9和第一可調(diào)阻尼11組合件的一端與第一吊桿10由銷(xiāo)釘連接，另一端與第一支撐桿8由銷(xiāo)釘連接，第一吊桿10固定在機(jī)架6上，第一支撐桿8固定在激振塊18上；第二可調(diào)非線性彈簧14和第二可調(diào)阻尼15組合件的一端與第二吊桿13由銷(xiāo)釘連接，另一端與第二支撐桿16由銷(xiāo)釘連接，第二吊桿13固定在機(jī)架6上，第二支撐桿16固定在激振塊18上；兩個(gè)彈簧阻尼組合件對(duì)稱(chēng)分布于第二激振器12兩側(cè)。
[0023]所述多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置的實(shí)現(xiàn)方法，由所述的各個(gè)激振器產(chǎn)生不同的激振頻率共同作用于激振塊并產(chǎn)生遠(yuǎn)高于各個(gè)激振器原激振頻率的多重共振頻率，激振塊再以接近多根軸類(lèi)(光軸或曲軸)并聯(lián)工件固有頻率的多重共振頻率作用于工件上，當(dāng)并聯(lián)工件的固有頻率與各個(gè)激振器的激振頻率之間滿(mǎn)足多個(gè)線性組合關(guān)系，并聯(lián)工件產(chǎn)生主共振和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力消除每根軸的殘余應(yīng)力，具體步驟為:
[0024](I)根據(jù)工程實(shí)際需要確定激振器的數(shù)量，
[0025](2)通過(guò)有限元仿真和振動(dòng)測(cè)試，得到多根軸類(lèi)并聯(lián)工件的各階彎曲固有頻率，
[0026](3)通過(guò)非線性振動(dòng)理論，由反演法確定可調(diào)非線性彈簧的剛度參數(shù)、可調(diào)阻尼的阻尼參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足多重共振系統(tǒng)產(chǎn)生多重共振的條件，
[0027](4)通過(guò)諧響應(yīng)分析，設(shè)定所述各激振器的激振頻率、激振力大小，以產(chǎn)生足夠的動(dòng)應(yīng)力，
[0028](5)啟動(dòng)所述各激振器，使多重共振系統(tǒng)產(chǎn)生多重共振頻率,多重共振系統(tǒng)中的激振塊再作用于多根軸類(lèi)并聯(lián)工件，產(chǎn)生主共振和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力消除每根軸的殘余應(yīng)力。
[0029]本發(fā)明的原理為:工作前，調(diào)節(jié)可調(diào)非線性彈簧的彈性參數(shù)和可調(diào)阻尼的阻尼參數(shù)，第一激振器7、第二激振器12和第三激振器17的激振頻率大小、激振力大小，以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足多根軸類(lèi)并聯(lián)工件產(chǎn)生多重共振的條件，工作時(shí)，第一激振器7、第二激振器12和第三激振器17分別以激勵(lì)力F1Cos (ω A+a j)、F2Cos (ω2?+α 2)和F3Cos (ω3?+α 3)作用于激振塊18，激振塊18再作用于多軸并聯(lián)工件產(chǎn)生多重共振，其中，F(xiàn)1為第一激振器7的激振力的振幅，F(xiàn)2為第二激振器12的激振力振幅，F(xiàn)3為第三激振器17的激振力的振幅，O1為第一激振器7的激振頻率，ω2為第二激振器12的激振頻率，ω3為第三激振器17的激振頻率，α ι為第一激振器7的相位角，α 2為第二激振器12的相位角，α 3為第二激振器12的相位角。
【權(quán)利要求】
1.一種多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置，其特征在于:包括激振器、激振塊、可調(diào)非線性彈簧和可調(diào)阻尼，激振器安裝在激振塊上，可調(diào)非線性彈簧和可調(diào)阻尼組成彈簧阻尼組合件，彈簧阻尼組合件安裝在激振器兩側(cè)，彈簧阻尼組合件與激振塊連接，激振塊與多軸并聯(lián)工件連接。
2.一種適用于權(quán)利要求1所述的多重共振式多軸振動(dòng)時(shí)效裝置的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:所述的激振器不少于3個(gè)，由各個(gè)激振器產(chǎn)生不同的激振頻率共同作用于激振塊并產(chǎn)生遠(yuǎn)高于各個(gè)激振器原激振頻率的多重共振頻率，激振塊再以接近多根軸類(lèi)并聯(lián)工件固有頻率的多重共振頻率作用于并聯(lián)工件上，當(dāng)并聯(lián)工件的固有頻率與各個(gè)激振器的激振頻率之間滿(mǎn)足多個(gè)線性組合關(guān)系，并聯(lián)工件產(chǎn)生主共振和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力消除每根軸的殘余應(yīng)力，具體步驟為: (1)根據(jù)工程實(shí)際需要確定激振器的數(shù)量， (2)通過(guò)有限元仿真和振動(dòng)測(cè)試，得到多根軸類(lèi)并聯(lián)工件的各階彎曲固有頻率， (3)通過(guò)非線性振動(dòng)理論，由反演法確定可調(diào)非線性彈簧的剛度參數(shù)和可調(diào)阻尼的阻尼參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)足多重共振系統(tǒng)產(chǎn)生多重共振的條件， (4)通過(guò)諧響應(yīng)分析，設(shè)定所述各激振器的激振頻率和激振力大小，以產(chǎn)生足夠的動(dòng)應(yīng)力， (5)啟動(dòng)所述各激振器，使多重共振系統(tǒng)產(chǎn)生多重共振頻率，多重共振系統(tǒng)中的激振塊再作用于多根軸類(lèi)并聯(lián)工件，產(chǎn)生主共振和相應(yīng)的動(dòng)應(yīng)力消除每根軸的殘余應(yīng)力。
【文檔編號(hào)】C21D10/00GK103710528SQ201310683458
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月7日
【發(fā)明者】蔡敢為, 黃院星, 張 林, 石慧, 王麾, 范雨, 關(guān)卓懷, 王少龍, 王小純, 李巖舟, 溫芳, 楊旭娟, 周曉蓉 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)