CN102816920A - 频谱谐波时效设备 - Google Patents

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CN102816920A
CN102816920A CN2011101562197A CN201110156219A CN102816920A CN 102816920 A CN102816920 A CN 102816920A CN 2011101562197 A CN2011101562197 A CN 2011101562197A CN 201110156219 A CN201110156219 A CN 201110156219A CN 102816920 A CN102816920 A CN 102816920A
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Inventor
王光荣
孙超
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ANHUI KEJIE RENEWABLE ENERGY Co Ltd
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Abstract

本发明涉及频谱谐波时效设备，包括控制器、激振器、加速度传感器、A/D转换器和频谱分析仪，所述控制器驱动激振器进行振动，通过加速度传感器采集信号，经A/D转换器转换成相应信号输送至频谱分析仪进行分析，获得工件的固有频率及其谐振频率分布后输送至所述控制器，由所述控制器中数据处理模块对所获得的谐振频率进行自动选取，最后驱动所述激振器对所选取的谐振频率依次进行振动时效处理。与现有技术相比，本发明能够产生多方向消除应力、均化残余应力分布，同时还具备消除应力周期短，耗能低，费用少，对环境友好，设备稳定、精度高等优点。

Description

频谱谐波时效设备
技术领域
本发明涉及消除热应力设备领域，尤其涉及频谱谐波时效设备。
背景技术
金属工件在铸造、锻压、焊接和切削加工及使用过程中，由于内部产生残余应力，使工件在使用中尺寸精度得不到保证，为此通常采用热时效和自然时效消除残余应力。但自然时效周期长，热时效耗能高，费用高，污染环境。经粗略统计，目前全国机械制造行业采用热时效方法消除应力的工艺环节，年耗能800～1000万tce，费用在100亿元以上。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有热时效方法消除应力耗能高，费用高，污染环境以及自然时效消除残余应力周期长等缺陷而提供一种能够产生多方向消除应力、均化残余应力分布的耗能低、费用小、无污染的频谱谐波时效设备。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：频谱谐波时效设备，包括控制器、激振器、加速度传感器、A/D转换器和频谱分析仪，所述控制器驱动激振器进行振动，通过加速度传感器采集信号，经A/D转换器转换成相应信号输送至频谱分析仪进行分析，获得工件的固有频率及其谐振频率分布后输送至所述控制器，由所述控制器中数据处理模块对所获得的谐振频率进行自动选取，最后驱动所述激振器对所选取的谐振频率依次进行振动时效处理。
优选的，所述通过加速度传感器采集信号是在1000～5000rpm的转速范围内进行的。
优选的，所述对获得的谐振频率进行自动选取时选取范围在16.7～200Hz以内的频率。
优选的，所述对获得的谐振频率进行自动选取时选取要处理的频率个数为3～7个。
优选的，所述对获得的谐振频率进行自动选取时选取要处理的频率个数为5个。
优选的，所述对选取的谐振频率依次进行振动时效处理时激振频率选取范围在16.7～167.7Hz以内。
优选的，所述对选取的谐振频率依次进行振动时效处理时遇到共振频率，自动跳开所述共振频率去处理下一个频率。
优选的，所述对选取的谐振频率依次进行振动时效处理时是以最佳疲劳载荷加载原则为判据来确定所选取频率需要处理的时间。
优选的，所述频谱谐波时效设备还包括用来防止信号由于外界电磁干扰造成波动、失真的电磁屏蔽结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过施加合适的能量在多个谐波频率振动，引起高次谐波累积振动产生多方向动应力，与多维分布的残余应力叠加，造成塑性变形，从而降低工件上的峰值残余应力，均化工件上的残余应力分布，同时还具备消除应力周期短，耗能低，费用少，对环境友好，设备稳定、精度高等优点。
附图说明
图1为本发明频谱谐波时效设备的工作原理示意图；
图2为本发明用于消除工件应力的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
频谱谐波时效设备，包括控制器、激振器、加速度传感器、A/D转换器和频谱分析仪，在工件上安装所述激振器、加速度传感器，并将二者与控制器相连，设备工作时所述控制器驱动激振器进行振动(最大激振力可达80kN)，通过加速度传感器，在1000～5000rpm的转速范围内采集信号，经A/D转换器(高速、多通道的A/D转换，保证了数据的高速采集和实时处理)转换成相应信号输送至FFT频谱分析仪进行分析，获得工件的固有频率及其谐振频率分布后输送至所述控制器，由所述控制器中数据处理模块对所获得的谐振频率进行自动选取，最后驱动所述激振器对所选取的谐振频率依次进行振动时效处理。
在本实施例中，对所获得的谐振频率进行自动选取的原则为：①多振型原则；②最大能量吸收原则；③频谱分析只选取范围在16.7～200Hz以内的频率，处理的激振频率选取范围在16.7～167.7Hz以内。选取时为循环选择频率，同时具备加速度延时保护功能和亚共振频率自动过峰功能。
在本实施例中，自动选取要处理的频率个数为3个到7个。自动选取要处理的频率个数最佳为5个，另外选取2个备用谐振频率。
在本实施例中，以最佳疲劳载荷加载原则为判据来确定所选取频率需要处理的时间。顺序处理选取的频率时，若有共振频率，则自动跳开共振频率去处理下一个频率。
上述实施例将先进、成熟的电子测量技术、计算机技术和自动控制技术等结合在一起，实现机电一体化，其工作原理如图1所示，通过傅立叶分析寻找低次谐波，施加合适的能量在多个谐波频率振动，引起高次谐波累积振动产生多方向动应力，与多维分布的残余应力叠加，造成塑性变形，从而降低峰值残余应力，同时使残余应力分布均化。
将本发明的设备用于消除工件应力如图2所示，工件在毛坯状态下、粗加工之后、半精加之后用频谱谐波时效的方式取代原来的热时效，以消除材料和加工之后产生的残余应力，提高尺寸精度稳定性，防止变形开裂。
本发明的频谱谐波时效设备可广泛应用于各行业的机械制造领域，目前我国机械加工行业热时效工件总量约为3.2亿t，如果采用频谱谐波时效方式替代传统热时效方式，每年只需消耗5万tce，使用费用不到1亿元，其节能空间广阔。

Claims (9)

1.频谱谐波时效设备，其特征在于：所述频谱谐波时效设备包括控制器、激振器、加速度传感器、A/D转换器和频谱分析仪，所述控制器驱动激振器进行振动，通过加速度传感器采集信号，经A/D转换器转换成相应信号输送至频谱分析仪进行分析，获得工件的固有频率及其谐振频率分布后输送至所述控制器，由所述控制器中数据处理模块对所获得的谐振频率进行自动选取，最后驱动所述激振器对所选取的谐振频率依次进行振动时效处理。
2.如权利要求1所述的频谱谐波时效设备，其特征在于：所述通过加速度传感器采集信号是在1000～5000rpm的转速范围内进行的。
3.如权利要求1所述的频谱谐波时效设备，其特征在于：所述对获得的谐振频率进行自动选取时只选取范围在16.7～200Hz以内的频率。
4.如权利要求3所述的频谱谐波时效设备，其特征在于：所述对获得的谐振频率进行自动选取时选取要处理的频率个数为3～7个。
5.如权利要求3所述的频谱谐波时效设备，其特征在于：所述对获得的谐振频率进行自动选取时选取要处理的频率个数为5个。
6.如权利要求1所述的频谱谐波时效设备，其特征在于：所述对选取的谐振频率依次进行振动时效处理时激振频率选取范围在16.7～167.7Hz以内。
7.如权利要求6所述的频谱谐波时效设备，其特征在于：所述对选取的谐振频率依次进行振动时效处理时遇到共振频率，自动跳开所述共振频率去处理下一个频率。
8.如权利要求7所述的频谱谐波时效设备，其特征在于：所述对选取的谐振频率依次进行振动时效处理时是以最佳疲劳载荷加载原则为判据来确定所选取频率需要处理的时间。
9.如权利要求1至8中任一项所述的频谱谐波时效设备，其特征在于：所述频谱谐波时效设备还包括用来防止信号由于外界电磁干扰造成波动、失真的电磁屏蔽结构。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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