CN102304616B - 振动时效振级放大装置 - Google Patents

Abstract

振动时效振级放大装置，由安装工件的上托台、固定在振动台激振台面上的下底盘、以及连接上托台与下底盘的连杆组成，所述的连杆的截面面积小于所述的上托台的截面面积，且所述的连杆的截面面积小于所述的下底盘的截面面积。本发明的有益效果是共振时能够显著地放大振动台激振台面的振级，提高高频振动时效消除残余应力的效果，结构简单实用，操作方便。

Description

振动时效振级放大装置

技术领域

本发明涉及一种振动时效振级放大装置。 

技术背景

低频亚共振时效技术通过扫频的方式寻找工件的固有频率，但是由于电机的转速有限，当工件的固有频率超过激振器的频率范围，低频亚共振时效无法对工件进行有效的时效处理。目前，基于振动台的高频振动时效技术为高固有频率的小型工件的时效处理指明了方向，但是高频振动台输出振级较小，较难为工件提供足够大的动应力，为此，本发明设计了一种振动时效振级放大装置，能够显著地放大振动台激振台面的振级，为工件提供足够大的动应力，提高了高频振动时效消除残余应力的效果。同时，本技术还可用于高频振动焊接中。 

发明内容

为了解决高频振动台输出振级较小、较难为工件提供足够大动应力的不足，本发明设计了一种能够显著地放大振动台激振台面的振级，提高高频振动时效消除残余应力效果的振动时效振级放大装置。 

振动时效振级放大装置，由安装工件的上托台、固定在振动台激振台面上的下底盘、以及连接上托台与下底盘的连杆组成，所述的连杆的截面面积小于所述的上托台的截面面积，且所述的连杆的截面面积小于所述的下底盘的截面面积。 

进一步，所述的上托台、连杆和下底盘一体成型。 

或者，所述的连杆两端分别通过紧固件与上托台和下底盘固接。 

进一步，所述的上托台和下底盘均为对称图形，上托台和下底盘的质心分别与上托台和下底盘的对称中心重合，所述的连杆轴线分别通过上托台和下底盘的质心。 

更进一步，所述的上托台和下底盘均呈圆盘状。 

本发明的技术构思是：下底盘固定在振动台激振台面上，连杆下端连接下底盘、上端连接上托台，上托台用于安装工件，从而组成振级放大装置。所述的上托台和下底盘均为对称图形，上托台和下底盘的质心分别与上托台和下底盘的对称中心重合，所述的连杆轴线分别通过上托台和下底盘的质心，所述的连杆的截面面积较所述的上托台和下底盘的截面面积都要小，这样截面面积较小的连杆具有较小的刚度，所述的振级放大装置可以等效为双质量-弹簧阻尼模型，其中连杆等效为刚度k的弹性元件及阻尼元件c，上托台(包括工件)等效为集中质量m，下底盘(包括振动台运动部件)等效为集中质量M。当系统工作于该模型共振频率时，模型发生共振，上托台m振级将大于下底盘M振级，从而实现振级放大的效果。 

假设下底盘简谐运动位移为y，上托台简谐运动位移为x，则该双质量-弹簧阻尼模型的运动方程为 

$m\stackrel{\·\·}{x}+c\stackrel{\·}{x}+\mathrm{kx}=c\stackrel{\·}{y}+\mathrm{ky}---\left(1\right)$

该模型的运动方程为典型的基础运动引起的强迫振动的运动方程，其中下底盘可视为基础。由线性振动理论可知，在基础运动y(t)＝Ysinωt激励下，振级放大装置会产生与激励相同频率的滞后相 角 

的简谐运动，即 

采用复指数的方法进行求解，用Ye^jωt代换Ysinωt，用 

代换 

这里 

包含相角 

的信息.将Ye^jωt和 

代入(1)，得 

$-m{\mathrm{\ω}}^2\stackrel{\‾}{X}{e}^{\mathrm{j\ωt}}+\mathrm{j\ωc}\stackrel{\‾}{X}{e}^{\mathrm{j\ωt}}+k\stackrel{\‾}{X}{e}^{\mathrm{j\ωt}}=\mathrm{j\ω}{\mathrm{Yce}}^{\mathrm{j\ωt}}+k{\mathrm{Ye}}^{\mathrm{j\ωt}}---\left(2\right)$

由(2)，得 

$\frac{\stackrel{\‾}{X}}{Y}=\frac{k+\mathrm{j\ωc}}{k-m{\mathrm{\ω}}^2+\mathrm{j\ωc}}---\left(3\right)$

由(3)，得 

$\frac{X}{Y}=\sqrt{\frac{1+{\left(2\mathrm{\ζr}\right)}^2}{{(1-r^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ζr}\right)}^2}}---\left(4\right)$

式中：阻尼比 

频率比r＝ω/ω_n，其中共振频率  ${\mathrm{\ω}}_n=\sqrt{1-2{\mathrm{\ζ}}^2}{\mathrm{\ω}}_0,$ 固有频率 ${\mathrm{\ω}}_0=\sqrt{k/m}.$

ζ为常数时，X/Y在激励频率等于系统共振频率(r＝1)时取得最大值，上托台位移将大于下底盘(基础)位移。本发明正是利用基础运动引起的强迫振动理论进行设计的。 

当振动台对工件进行高频激振时，振级放大装置在共振时能够显著地放大振动台激振台面的振级，从而提高高频振动时效消除残余应力的效果。 

本发明的有益效果是：共振时能够显著地放大振动台激振台面的振级，提高高频振动时效消除残余应力的效果，结构简单实用，操作方便。 

附图说明

图1振级放大装置示意图。 

图2振级放大装置安装示意图。 

图3振级放大装置的等效双质量-弹簧阻尼模型。 

图4振级放大装置振级放大曲线。 

具体实施方式

实施例一 

参照图1-4 

振动时效振级放大装置，由安装工件的上托台1、固定在振动台激振台面4上的下底盘3、以及连接上托台1和下底盘3的连杆2组成，所述的连杆2的上端与上托台1固接、下端与下底盘3固接，所述的连杆2的截面面积小于所述的上托台1的截面面积，且所述的连杆2的截面面积小于所述的下底盘3的截面面积。 

所述的上托台1、连杆2和下底盘3一体成型。 

所述的上托台1和下底盘3均为对称图形，上托台1和下底盘3的质心分别与上托台1和下底盘3的对称中心重合，所述的连杆2轴线分别通过上托台1和下底盘3的质心。 

所述的上托台1和下底盘3均呈圆盘状。 

本发明的技术构思是：下底盘3固定在振动台激振台面4上，连杆2下端固接在下底盘3上，上托台1固接在连杆2的上端，从而组成振级放大装置。所述的上托台1和下底盘3均为对称图形，上托台1和下底盘3的质心分别与上托台1和下底盘3的对称中心重合，所 述的连杆2轴线分别通过上托台1和下底盘3的质心，所述的连杆2的截面面积较所述的上托台1和下底盘3的截面面积都要小，这样截面面积较小的连杆2具有较小的刚度，所述的振级放大装置可以等效为双质量-弹簧阻尼模型，其中连杆2等效为刚度k的弹性元件及阻尼元件c，上托台1(包括工件A)等效为集中质量m，下底盘3(包括振动台运动部件B)等效为集中质量M。当系统工作于该模型共振频率时，模型发生共振，上托台m振级将大于下底盘M振级，从而实现振级放大的效果。 

假设下底盘3简谐运动位移为y，上托台1简谐运动位移为x，则该双质量-弹簧阻尼模型的运动方程为 

$m\stackrel{\·\·}{x}+c\stackrel{\·}{x}+\mathrm{kx}=c\stackrel{\·}{y}+\mathrm{ky}---\left(1\right)$

该模型的运动方程为典型的基础运动引起的强迫振动的运动方程，其中下底盘3可视为基础。由线性振动理论可知，在基础运动y(t)＝Ysinωt激励下，振级放大装置会产生与激励相同频率的滞后相角 的简谐运动，即 

采用复指数的方法进行求解，用Ye^jωt代换Ysinωt，用 

代换 

这里 

包含相角 的信息.将Ye^jωt和 代入(1)，得 

$-m{\mathrm{\ω}}^2\stackrel{\‾}{X}{e}^{\mathrm{j\ωt}}+\mathrm{j\ωc}\stackrel{\‾}{X}{e}^{\mathrm{j\ωt}}+k\stackrel{\‾}{X}{e}^{\mathrm{j\ωt}}=\mathrm{j\ω}{\mathrm{Yce}}^{\mathrm{j\ωt}}+k{\mathrm{Ye}}^{\mathrm{j\ωt}}---\left(2\right)$

由(2)，得 

$\frac{\stackrel{\‾}{X}}{Y}=\frac{k+\mathrm{j\ωc}}{k-m{\mathrm{\ω}}^2+\mathrm{j\ωc}}---\left(3\right)$

由(3)，得 

$\frac{X}{Y}=\sqrt{\frac{1+{\left(2\mathrm{\ζr}\right)}^2}{{(1-r^2)}^2+{\left(2\mathrm{\ζr}\right)}^2}}---\left(4\right)$

式中：阻尼比 

频率比r＝ω/ωn，其中共振频率  ${\mathrm{\ω}}_n=\sqrt{1-2{\mathrm{\ζ}}^2}{\mathrm{\ω}}_0,$ 固有频率 ${\mathrm{\ω}}_0=\sqrt{k/m}.$

ζ为常数时，X/Y在激励频率等于系统共振频率(r＝1)时取得最大值，上托台1位移将大于下底盘3(基础)位移。本发明正是利用基础运动引起的强迫振动理论进行设计的。 

当振动台对工件进行高频激振时，振级放大装置在共振时能够显著地放大振动台激振台面的振级，从而提高高频振动时效消除残余应力的效果。 

上托台1、连杆2和下底盘3一体成型，上托台、连杆和下底盘作为一个整体，振动信号是在整体成型的部件内部传递，其振级放大效果好。 

本发明的有益效果是：共振时能够显著地放大振动台激振台面的振级，提高高频振动时效消除残余应力的效果，结构简单实用，操作方便。 

实施例二 

本实施例与实施例一的区别在于：所述的连杆2通过紧固件分别与上托台1和下底盘3固接。其余都相同。 

通过紧固件连接连杆和上托台、下底盘，三个部件可分别加工，加工方便，加工成本低。 

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。 

Claims (5)

1.振动时效振级放大装置，其特征在于：由安装工件的上托台、固定在振动台激振台面上的下底盘、以及连接上托台与下底盘的连杆组成，所述的连杆的截面面积小于所述的上托台的截面面积，且所述的连杆的截面面积小于所述的下底盘的截面面积。

2.如权利要求1所述的振动时效振级放大装置，其特征在于：所述的上托台、连杆和下底盘一体成型。

3.如权利要求1所述的振动时效振级放大装置，其特征在于：所述的连杆两端分别通过紧固件与上托台和下底盘固接。

4.如权利要求1-3之一所述的振动时效振级放大装置，其特征在于：所述的上托台和下底盘均为对称图形，上托台和下底盘的质心分别与下托台和下底盘的对称中心重合，所述的连杆轴线分别通过上托台和下底盘的质心。

5.如权利要求4所述的振动时效振级放大装置，其特征在于：所述的上托台和下底盘均呈圆盘状。

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