專利名稱：一種中低頻軸類零件振動時效裝置及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種振動時效裝置，尤其是一種用于消減彎曲振動固有頻率小于 200HZ的中低頻軸類零件殘余應力的軸類零件的振動時效裝置。
背景技術：
振動時效技術是一種消除工件內部殘余應力的方法，通過振動，使工件內部的殘余應力和振動產生的動應力的疊加達到或超過材料屈服強度的時候，材料發生微量的塑性變形，從而使材料的內應力得以松弛和減輕。與熱時效相比，振動時效具有投資少、見效快、 運行費用低和有利于環保等優點。因此，振動時效這一高新技術具有廣泛的應用前景。但是，現行針對軸類零件的振動時效裝置很多不能使工件產生有效的彎曲變形， 沒有達到“工件內部的殘余應力和振動產生的動應力的疊加達到或超過材料屈服強度”的 “Wozney&Crawmer”準則，如中國專利申請號CN 102010972公開說明書公開的一種頻譜諧波振動時效處理消除曲軸內應力的方法，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臺上，激振器安置在振動臺上，振動時效處理時，通過激振器使振動臺振動，對軸類零件進行時效處理。這種方法使軸類零件隨振動臺做剛體性振動，很難激勵軸類零件產生彎曲振型的主共振，也就很難產生振動時效所需的彎曲變形和相應的動應力。因此這種裝置是難以消減軸類零件殘余應力，實現振動時效的預期效果的。又如中國專利申請號CN 03115266. X公開說明書公開的一種冶金軋輥的應力快速調整方法，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行激勵。該種方法進行振動時效處理時，由于軋輥為高剛度零件，其彎曲振動的固有頻率一般都高于現有激振器的激振頻率，因此，該裝置也是難以激勵軋輥產彎曲振型的主共振的，也很難產生振動時效所需的彎曲變形和相應的動應力。該方法將軋輥通過彈性支撐與底座連接，因為彈性支撐的剛度小，因此軋輥和彈性支撐組成的系統可以在激振器作用下產生主共振，所以該專利申請者會誤以為可以實現消減殘余應力。但實際上，由于軋輥的彎曲振動固有頻率遠高于激振器的激振頻率，系統的振動是彈性支撐產生變形，而軋輥作為整體隨系統作剛體運動，不會產生所需要的彎曲變形，不會產生足夠大的動應力去消除殘余應力。由于存在彈性支撐，導致軋輥和彈性支撐組成的系統固有頻率明顯低于軋輥自身彎曲振動的固有頻率。所以無論其處理中低頻還是高頻，按照該系統的固有頻率進行激振，其激振頻率實際上低于軋輥本身的彎曲振動固有頻率，使軋輥無法獲得足夠的動應力，去消除其內部的殘余應力。總之，現行軸類零件的振動時效裝置的效果差，難以實現消減殘余應力的預期效果。這是制約振動時效技術在軸類零件上的應用的一個重要原因。
發明內容
本發明的目的是提供一種中低頻軸類零件振動時效裝置及其使用方法，它能夠使軸類零件產生彎曲振型的主共振，產生的彎曲振動動應力與殘余應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力。
本發明通過以下技術方案達到上述目的一種中低頻軸類零件振動時效裝置，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構，所述支撐機構由一對相對設置的左支撐架、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構的左支撐架和右支撐架均為可轉動的連接，左支撐架和右支撐架與支撐底座成剛性連接，該軸類零件振動時效裝置還設有一個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，振動時效時，激振器和激振器底座及工件一起振動。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處開有滑槽，該左支撐架可在滑槽內移動，調節左支撐架與右支撐架的距離。所述夾撐塊與支撐機構的左支撐架和右支撐架通過鉸鏈連接。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時效裝置的使用方法，包括如下步驟(1)選擇彎曲振動固有頻率小于200Hz的軸類零件，(2)將軸類零件放置在支撐機構的夾撐塊上，(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)調整激振器的激勵頻率，使其以與軸類零件固有頻率大小相同的頻率進行激勵，使其產生彎曲振動模態的主共振。振動時效時，激振器和激振器底座及工件一并振動，通過將激振器底座裝夾于工件中部，激振器激勵時所產生的激振力以軸的彎曲振動固有頻率的頻率直接作用于軸的中部，使軸類零件產生彎曲主共振，其產生的彎曲振動動應力與殘余應力的疊加可大于材料的屈服極限，符合消減殘余應力的“Wozney&Crawmer”準則，能夠有效解決現有振動時效裝置難實現軸類工件產生有效彎曲共振和消減殘余應力所要求的動應力的難題。本發明中所稱的中低頻軸類零件是指其彎曲振動固有頻率低于200Hz的軸類零件。本發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固有頻率進行激振。加之左支撐架和有支撐架提供給軸類零件剛性支撐，使軸類零件可以產生簡支梁支撐形式的彎曲振動主振型，所以能讓軸類零件產生彎曲振動的主共振變形和動應力，產生的彎曲振動動應力與殘余應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力。解決現有振動時效裝置難以使工件產生有效的動作變形，無法達到“工件內部的殘余應力和振動產生的動應力的疊加達到或超過材料屈服強度”的 “Wozney&Crawmer”準則的難題，并且由于夾撐塊與支撐機構的左支撐架和右支撐架均為可轉動的連接，曲軸兩端變形量也能夠得到保障，同時使兩根軸的動應力分布也比傳統振動方式更加均勻，從而保證能夠有效地消減軸類零件的殘余應力。
圖1是本發明所述的軸類零件的振動時效裝置的實施方式一結構示意圖。圖2是圖IA處放大結構示意圖。圖3是本發明所述的軸類零件的振動時效裝置的實施方式二結構示意圖。圖4是本發明所述的軸類零件的振動時效裝置用于處理發動機曲軸的使用狀態圖。圖5是本發明所述的軸類零件的振動時效機構的裝夾曲軸時在激振器作用下產生變形的仿真模型。圖6是現行平板式曲軸振動時效裝置(如中國專利申請號CN 102010972公開說明書公開的裝置)在激振器作用下產生變形的仿真模型。
具體實施例方式以下通過附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步說明。實施例1如圖1所示，本發明所述的軸類零件的振動時效裝置，由激振器5、激勵器底座、夾撐塊3以及支撐機構組成。激振器5的底端設有連接板52，連接板52上開有兩個連接孔51，激勵器底座包括上底蓋13和下底板14，上底蓋13的中部與連接板52的連接孔51對應處開有兩個螺孔，將螺栓7穿過連接板52上的連接孔51擰入上底蓋的螺孔內，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的邊緣設有凸出的平板15， 平板15上開有通孔，下底板14結構與上底蓋13形狀類似，上底蓋13和下底板14通過螺栓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，激振器5位于兩根軸類零件4的中間，振動時效時，激振器5帶動激振器底座6 —并振動，顯然，此激振器底座6的位置可在軸向進行移動， 通過松開螺栓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形夾口大小相適應，便可將上底蓋13 置于軸類零件上，再通過螺栓7將上底蓋13和下底板14連接在一起，很簡單地調整了激振器底座6在軸類零件4上的位置，即同時也改變了激振器5對軸類零件4的激勵位置，便能使軸類零件4產生不同振型的彎曲振動，改變彎曲振動應力的分布，達到消減軸類零件不同部位的殘余應力。再結合圖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，當然該夾撐口的形狀還可為V形等其它適用形狀，以實現和軸端較好的接觸，將力更好的傳遞過去，夾撐面也可以做成V型等形狀。夾撐面應該夾撐到軸類零件的兩端面，增加簡支梁兩支撐點之間的距離，將系統的彎曲振動固有頻率降低，使振動時效效果更好，該夾撐塊另一端呈圓柱形31，并沿其軸向開有貫通的銷孔，支撐機構包括左支撐架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的兩側設有凸出的銷耳，兩側銷耳上分別開有與連接銷2及銷孔相應的通孔，通過將連接銷2插入兩側銷耳上的通孔及夾撐塊上的銷孔，即將夾撐塊3可轉動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，還可以采用其它轉動連接方式，如卡入式連接。支撐底座10在左支撐架1底端設有滑槽， 滑槽的側面開有一長條形止位槽9，左支撐架1的底端裝在滑槽上，可在滑槽上移動，左支撐架1的側壁與止位槽9相應的處開有螺紋孔，此螺紋孔與螺釘11相配，螺釘11穿過止位槽9裝在左撐架1上，通過螺釘11可以緊固和放松左撐架1，當螺釘11放松時，左支撐1可以在滑槽內左右移動。右支撐架8通過焊接或者螺栓與地面或支撐座之間形成固定連接。 移動左支撐1，調節左支撐架1和右支撐架8之間的距離，以滿足不同長度的軸類零件4的需求，提高裝置的通用性。圖5是本發明用于處理發電機曲軸振動時效的仿真分析圖，通過ANSYS仿真軟件對其進行仿真計算，圖5和圖6是其仿真所獲得的結果，從仿真結果可看出，采用本發明所述的軸類零件的振動時效機構，曲軸中部振動時效時的變形從現行振動時效裝置的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，同時兩根軸動應力分布也比傳統振動方式更加均勻。實施例2如圖3所示，本發明的另一實施方式的具體結構，本實施方式不同于實施例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的引線位置應移至叉口內)，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，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，當然，此激振器底座6 的位置也可在軸向進行移動，可改變激振器5對軸類零件4的激勵位置。本發明對軸類零件進行振動時效時，先將軸類零件放置在支撐機構的支撐塊上， 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，調整激振器的激勵頻率，使其以與軸類零件固有頻率大小相同的頻率進行激勵。
權利要求
1.一種中低頻軸類零件振動時效裝置，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構，所述支撐機構由一對相對設置的左支撐架、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構的左支撐架和右支撐架均為可轉動的連接，左支撐架和右支撐架與支撐底座成剛性連接，該軸類零件振動時效裝置還設有一個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，振動時效時，激振器和激振器底座及工件一起振動。
2.根據權利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動時效裝置，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.根據權利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動時效裝置，其特征在于，所述激勵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.根據權利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動時效裝置，其特征在于，所述支撐底座與左支撐架相應處開有滑槽，該左支撐架可在滑槽內移動，調節左支撐架與右支撐架的距離。
5.根據權利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動時效裝置，其特征在于，所述夾撐塊與支撐機構的左支撐架和右支撐架通過鉸鏈連接。
6.根據權利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動時效裝置，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.權利要求1所述的一種中低頻軸類零件振動時效裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟(1)選擇彎曲振動固有頻率小于200Hz的軸類零件，(2)將軸類零件放置在支撐機構的夾撐塊上，(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)調整激振器的激勵頻率，使其以與軸類零件固有頻率大小相同的頻率進行激勵，使其產生彎曲振動模態的主共振。
全文摘要
一種中低頻軸類零件振動時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構，所述支撐機構由一對相對設置的左支撐架、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構的左支撐架和右支撐架均為可轉動連接，該裝置還包括一個安裝所述激振器的激振器底座，激振器底座裝于工件中部，振動時效時激振器、激振器底座及工件一并振動。采用簡支梁形式，在激振器以軸彎曲振動固有頻率激勵下軸類零件產生彎曲振型的主共振，解決現有裝置產生動應力達不到消減殘余應力要求的難題，且軸兩端變形量也有很大提高，同時軸的動應力分布更加均勻，從而能有效地消減軸類零件的殘余應力。
文檔編號C21D10/00GK102321793SQ20111029501
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者農慧, 李兆軍, 李巖舟, 蔡敢為, 黃院星 申請人:廣西大學