CN107460303A

CN107460303A - 一种用于梁构件的简支式振动时效平台

Info

Publication number: CN107460303A
Application number: CN201710808577.9A
Authority: CN
Inventors: 廖凯; 张萧笛; 朱家豪; 王浩; 刘文宇; 于丹睿; 车兴飞; 何源宏; 张家培; 赫欢
Original assignee: Central South University of Forestry and Technology
Current assignee: Central South University of Forestry and Technology
Priority date: 2017-09-09
Filing date: 2017-09-09
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2037-09-09
Also published as: CN107460303B

Abstract

本发明公布了一种用于梁构件的简支式振动时效平台，平台底座两端设有端头夹具，中间设有激振源测试装置；激振源测试装置包括U型支架；U型支架上端设有悬板，悬板上端设有电动激振器；悬板下端连接水平托板；悬板与托板之间设有压紧夹具；梁构件上设有加速度传感器；U型支架底部设有激光位移传感器；压紧夹具包括转盘，转盘底面设有滑槽；滑槽内设有调节螺杆；调节螺杆上设有压紧板；调节螺杆端头同轴设有调节齿轮和调节旋钮；转盘上端设有中心轴；中心轴上设有齿轮盘和螺母环；齿轮盘底面边缘设有与调节齿轮啮合的齿轮环；该装置能在构件一阶固有频率下激振，对构件进行时效处理，消除残余应力，减少构件的疲劳损伤和裂纹拓展。

Description

一种用于梁构件的简支式振动时效平台

技术领域

本发明涉及材料检测设备技术领域，具体涉及到一种用于梁构件的简支式振动时效平台。

背景技术

由于航空铝合金工件经淬火、铸造、焊接、锻压、冷热校直等处理过程中会产生大量残余应力。而残余应力的不均匀分布和峰值过高是造成工件变形、翘曲、开裂、应力腐蚀、抗变形能力下降、疲劳极限降低及断裂韧下降的主要原因。目前消除和均化工件残余应力主要由自然时效、热时效和振动时效三种方法，其中振动时效因其高效、节能、低成本等优点得到了广泛的关注。传统振动时效处理采用的是悬臂梁式振动实验台，激振过程中易使工件产生变形，增大了废品率，降低了时效作用。所面临的这些问题亟需解决。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种用于梁构件的简支式振动时效平台，该平台具有通用可调性，可以测试不同结构工件的不同部位；能够模拟构件在不同激振频率下残余应力的消除情况，具有足够的夹持力保证平台的稳定性，且因其简支式的造型使得工件在夹持力的作用下不会使构件变形，从而能够有效的消除工件残余应力，提高其寿命。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于梁构件的简支式振动时效平台，它包括平台底座1，所述平台底座1两端设置有用于固定梁构件14的端头夹具17，中间设置有激振源测试装置16；所述激振源测试装置16包括设置在平台底座1上的U型支架3；所述U型支架3上端水平设置有悬板7，所述悬板7上端设置有电动激振器11；所述悬板7下端通过连杆9连接水平设置的托板13；所述悬板7与托板13之间设置有用于压紧梁构件14的压紧夹具10；所述梁构件14上位于激振源测试装置16中心设有加速度传感器15；所述U型支架3底部设置有激光位移传感器12对准托板13中心；所述压紧夹具10包括转盘41，所述转盘41底面呈环形均匀设置有向外发散的直线滑槽42；所述滑槽42内设置有调节螺杆43；所述调节螺杆43上设置有用于压住梁构件14的压紧板44；所述调节螺杆43端头同轴设置有调节齿轮45和调节旋钮46；所述转盘41上端设置有中心轴59；所述中心轴59上设置有可旋转的调节盘54；所述调节盘54底面与转盘41之间设置有支撑弹簧60；所述调节盘54底面边缘设置有与调节齿轮45啮合的大齿轮环47；所述调节盘54上端设置有用于固定调节盘54的螺母环56。

进一步的，所述悬板7四角套接在竖直的滑轴8上；所述滑轴8两端固定在U型支架3上；所述滑轴8两端均设置有用于压紧悬板7的振动弹簧6。

进一步的，所述振动弹簧6端头设置有调节螺母4；所述振动弹簧6与调节螺母4之间设置有减震垫5。

进一步的，所述中心轴59上端设置有定位轴58；所述定位轴58套接在悬板7底面的定位柱71上的定位孔72内。

进一步的，所述压紧板44包括设置在调节螺杆43上的上固定板48，所述上固定板48为L形状，下端中心设置有升降螺杆50；所述升降螺杆50下端设置下活动板49；所述下活动板49两侧设置有支撑轴51，所述支撑轴51套接在上固定板48上。

进一步的，所述调节盘54边缘均匀设置有调节杆55；所述螺母环56边缘均匀设置有拨动杆57。

进一步的，所述端头夹具17包括设置在平台底座1上的夹具支架18；所述夹具支架18上设置有竖板20；所述竖板20上端固定设置有上颚板21；所述上颚板21上垂直设置有升降丝杆25；升降丝杆25下端设置有可拆卸的上夹紧板22；所述竖板20下端设置有与上夹紧板22配合的升降夹台24；所述升降夹台24尾端设置在滑轨23内；所述滑轨23设置在竖板20上；所述升降丝杆25上端设置有手柄26。

进一步的，其中一个端头夹具17的夹具支架18上设置有立板19，所述立板19上设置有支板28；所述支板28上设置有水平轴29，竖板20背面设置有挂板27；所述挂板27套接在水平轴29上；所述水平轴29两端设置有压住挂板27两面的挤压弹簧30。

进一步的，所述平台底座1上设置有用于调节激振源测试装置16和端头夹具17之间间距的长条形T型槽2。

进一步的，所述U型支架3包括两侧的支架板34，支架板34顶端通过顶板31连接；支架板34内侧均水平设置有安装板32；支架板34底部之间连接有底板33；所述激光位移传感器12设置在底板33上。

进一步的，所述调节盘54底面中心固定设置有上固定齿轮环35，所述转盘41上端面中心固定设置有用于与上固定齿轮环35配合的下固定齿轮环36。

本发明的有益效果：

1、该平台具有通用可调性，可以测试不同结构工件的不同部位；能够模拟构件在不同激振频率下残余应力的消除情况，具有足够的夹持力保证平台的稳定性，且因其简支式的造型使得工件在夹持力的作用下不会使构件变形，从而能够有效的消除工件残余应力，提高其寿命。

2、激振源测试装置和端头夹具的组合设计，提供了一种新的振动时效的实验装置，振幅可调、传感器测量精准极大的增强了实验的灵活性，对以往悬臂梁式的振动时效平台进行了改进，使工件在振动时不会发生变形；平台底座上的T型槽可以实现激振源测试装置和端头夹具之间间距的调节，有利于夹具夹持在指定位置点，所得到的数据和结论更具有说服力和权威性。

3、平台底座上设置有长条形的T型槽，激振源测试装置和端头夹具通过螺栓固定在T型槽上，通过松动螺栓可以调节激振源测试装置的位置，找到最佳激振点。

4、端头夹具上添加的可拆卸上夹紧板、升降夹台与滑槽，可以使得端头夹具在竖直方向上夹持不同高度的构件，并且在不会破坏构件的前提下使夹具能够夹持平板式、凹槽式等不同形状的构件，可以根据构件的形状选择上夹紧板个数，并且可以对损坏的夹紧板进行更换，所夹持的构件宽度不受限制，对于少数特殊类型的不规则梁构件，只需根据构件尺寸加工相应的上下夹紧块形状就可完成夹持，提高了夹具通用性和使用更加灵活方便。

5、本装置选用的是电动式激振器，频率范围宽，输出加速波形好，输出推动力大，易调节控制，操作方便。

6、激振源测试装置与支架间弹簧支撑和隔断的设计，在不影响振幅的前提下避免了激振力对激光测距传感器的测量带来的影响。

7、激振源测试装置内的压紧夹具下端设置了呈环形分布构成圆环的压紧板，压紧板构成的圆环直径既可以同步调节大小，也可以自由调节各个压紧板沿滑槽的位置，还可以调节各个压紧板的高度，通过转动转盘可改变各个压紧板的位置，可以适用于内部复杂的构件，并且使得压紧夹具具有较大的夹持力且不易松动，装夹和卸载便利，适用性强。

8、激光位移传感器采用螺栓固定在U型支架下端中心处，在不破坏工件且测量数据精准的前提下实现了快速更换激光位移传感器的功能。

附图说明

图1为一种用于梁构件的简支式振动时效平台的整体剖视结构示意图。

图2为图1中激振源测试装置部分的放大结构示意图。

图3为激振源测试装置正面剖视示意图

图4为图1中左端的端头夹具部分放大结构示意图。

图5为端头夹具的正面剖视示意图。

图6为图1中右端的端头夹具部分放大结构示意图。

图7为压紧夹具仰视示意图。

图8为压紧夹具俯视结构示意图。

图9为压紧夹具剖视结构示意图。

图10为压紧夹具中压紧板的结构示意图。

图11为悬板俯视结构示意图。

图12为梁构件的一种结构示意图。

图13为本发明的原理示意图。

图中：1、平台底座；2、T型槽；3、U型支架；4、调节螺母；5、减震垫；6、振动弹簧；7、悬板；8、滑轴；9、连杆；10、压紧夹具；11、激振器；12、激光位移传感器；13、托板；14、梁构件；15、加速度传感器；16、激振源测试装置；17、端头夹具；18、夹具支架；19、立板；20、竖板；21、上颚板；22、上夹紧板；23、滑轨；24、升降夹台；25、升降丝杆；26、手柄；27、挂板；28、支板；29、水平轴；30、挤压弹簧；31、顶板；32、安装板；33、底板；34、支架板；35、上固定齿轮环；36、下固定齿轮环；41、转盘；42、滑槽；43、调节螺杆；44、压紧板；45、调节齿轮；46、调节旋钮；47、大齿轮环；48、上固定板；49、下活动板；50、升降螺杆；51、支撑轴；52、调节头；53、辅助弹簧；54、调节盘；55、调节杆；56、螺母环；57、拨动杆；58、定位轴；59、中心轴；60、支撑弹簧；71、定位柱；72、定位孔。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-图13所示，本发明的具体结构为：一种用于梁构件的简支式振动时效平台，它包括平台底座1，所述平台底座1两端设置有用于固定梁构件14的端头夹具17，中间设置有激振源测试装置16；所述激振源测试装置16包括设置在平台底座1上的U型支架3；所述U型支架3上端水平设置有悬板7，所述悬板7上端设置有电动激振器11；所述悬板7下端通过连杆9连接水平设置的托板13；所述悬板7与托板13之间设置有用于压紧梁构件14的压紧夹具10；所述梁构件14上位于激振源测试装置16中心设有加速度传感器15；所述U型支架3底部设置有激光位移传感器12对准托板13中心；所述压紧夹具10包括转盘41，所述转盘41底面呈环形均匀设置有向外发散的直线滑槽42；所述滑槽42内设置有调节螺杆43；所述调节螺杆43上设置有用于压住梁构件14的压紧板44；所述调节螺杆43端头同轴设置有调节齿轮45和调节旋钮46；所述转盘41上端设置有中心轴59；所述中心轴59上设置有可旋转的调节盘54；所述调节盘54底面与转盘41之间设置有支撑弹簧60；所述调节盘54底面边缘设置有与调节齿轮45啮合的大齿轮环47；所述调节盘54上端设置有用于固定调节盘54的螺母环56。

优选的，所述悬板7四角套接在竖直的滑轴8上；所述滑轴8两端固定在U型支架3上；所述滑轴8两端均设置有用于压紧悬板7的振动弹簧6。

优选的，所述振动弹簧6端头设置有调节螺母4；所述振动弹簧6与调节螺母4之间设置有减震垫5。

优选的，所述中心轴59上端设置有定位轴58；所述定位轴58套接在悬板7底面的定位柱71上的定位孔72内。

优选的，所述压紧板44包括设置在调节螺杆43上的上固定板48，所述上固定板48为L形状，下端中心设置有升降螺杆50；所述升降螺杆50下端设置下活动板49；所述下活动板49两侧设置有支撑轴51，所述支撑轴51套接在上固定板48上。

优选的，所述调节盘54边缘均匀设置有调节杆55；所述螺母环56边缘均匀设置有拨动杆57。

优选的，所述端头夹具17包括设置在平台底座1上的夹具支架18；所述夹具支架18上设置有竖板20；所述竖板20上端固定设置有上颚板21；所述上颚板21上垂直设置有升降丝杆25；升降丝杆25下端设置有可拆卸的上夹紧板22；所述竖板20下端设置有与上夹紧板22配合的升降夹台24；所述升降夹台24尾端设置在滑轨23内；所述滑轨23设置在竖板20上；所述升降丝杆25上端设置有手柄26。

优选的，其中一个端头夹具17的夹具支架18上设置有立板19，所述立板19上设置有支板28；所述支板28上设置有水平轴29，竖板20背面设置有挂板27；所述挂板27套接在水平轴29上；所述水平轴29两端设置有压住挂板27两面的挤压弹簧30。

优选的，所述平台底座1上设置有用于调节激振源测试装置16和端头夹具17之间间距的长条形T型槽2。

优选的，所述U型支架3包括两侧的支架板34，支架板34顶端通过顶板31连接；支架板34内侧均水平设置有安装板32；支架板34底部之间连接有底板33；所述激光位移传感器12设置在底板33上。

优选的，所述调节盘54底面中心固定设置有上固定齿轮环35，所述转盘41上端面中心固定设置有用于与上固定齿轮环35配合的下固定齿轮环36。

本发明具体实施例：

激光位移传感器12采用FT50 RLA-20激光位移传感器；加速度传感器15采用DH131压电式加速度传感器。

常规实验工况下，激光位移传感器12固定在激振源夹持部分的下方支架上，加速度传感器24由螺栓固定在靠近激振源中心夹持部分的构件上。各传感器实时测量并将数据输送到动态数据采集系统，进而由该系统通过网线链接PC终端，可在电脑操作系统中实现振动加速度、振动位移的测试和分析。还能通过在工件上粘贴金属应变片，完成应力应变的测试和分析，最终完成振动四大要素的实时储存、实时显示和实时分析，其具体数据采集示意图如图13所示。

激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离以达到一定程度的精度。传感器内部是由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光接收器等部分组成。激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到检测物并返回至接收器，处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回至接收器所需的时间，以此计算出距离值，该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出。

对等壁厚对称口型铝合金构件（图12所示）进行振动时效处理，处理方法如下：

第一步，将梁构件14两端放入到端头夹具17内，对应构件凹槽位置调整上夹紧板22与升降夹台24的位置，旋转升降丝杆25将梁构件夹紧。

第二步，确定激振点，将梁构件中间段放入到激振源测试装置16内的压紧夹具10内，根据梁构件14的凹槽位置和形状，通过旋转转盘41调节各个压紧板44在圆环上的位置，通过旋转调节头52调节各个压紧板44的高度，在保证调节盘54压住调节齿轮45的情况下，通过转动调节盘54同时调节压紧板44在滑槽42上的位置，或在保证调节盘54脱离调节齿轮45的情况下，通过旋转调节旋钮46调节各个压紧板44在滑槽42上的位置，以适应梁构件14上的凹槽位置，保证完全压住梁构件，通过调节连杆9的长度保证压紧夹具10与托板13配合一起压紧梁构件14。

第四步，连接电动式激振器。

第五步，将激光位移传感器12固定在U型支架3的底板33位置，使光束正对托板13。将加速度传感器15用螺栓紧固在激振源中心的梁构件上，实现刚性连接。将各传感器导线与动态数据采集系统连接，用网线将动态数据采集系统和PC终端连接，调试各传感器使其正常工作。

第六步，打开电动激振器，调节激振频率或激振力使其达到要求后开始计时。

第七步，记时结束后，取下梁构件观察等壁厚对称三口型铝合金构件，测量其残余应力，与为实验前对比，检验试验是否成功。

本发明中在操作压紧夹具10时，旋转螺母环56上升，使得支撑弹簧60上弹，将调节盘54顶起，使得大齿轮环47脱离调节齿轮45的啮合，此时用户可单独旋转各个调节旋钮46，用来调节各个压紧板44在滑槽42上的位置。

当旋转螺母环56下降，使得调节盘54下降，使得大齿轮环47压住调节齿轮45啮合后，通过旋转调节盘54即可实现同时调节各个压紧板44的位置。

当继续旋转螺母环56下降时，会使得调节盘54底部的上固定齿轮环35与转盘41上的下固定齿轮环36啮合，此时调节盘54无法被转动；当测试时，保证大齿轮环47与调节齿轮45处于啮合状态，上固定齿轮环35与转盘41上的下固定齿轮环36啮合，有效防止调节齿轮45由于振动产生旋转而使得压紧板移位松动。

压紧夹具10产生的振动被悬板7传到滑轴8上两端的振动弹簧6上吸收，通过调节调节螺母4可以调节振动弹簧6的长度，以此适应最佳弹簧弹力吸收振动。

其中一个端头夹具17上设置了水平轴29和挤压弹簧30用于吸收梁构件在水平方向上的振动传入到端头夹具上，进一步提高整个设备的运行稳定性。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于梁构件的简支式振动时效平台，它包括平台底座（1），其特征在于，所述平台底座（1）两端设置有用于固定梁构件（14）的端头夹具（17），中间设置有激振源测试装置（16）；所述激振源测试装置（16）包括设置在平台底座（1）上的U型支架（3）；所述U型支架（3）上端水平设置有悬板（7），所述悬板（7）上端设置有电动激振器（11）；所述悬板（7）下端通过连杆（9）连接水平设置的托板（13）；所述悬板（7）与托板（13）之间设置有用于压紧梁构件（14）的压紧夹具（10）；所述梁构件（14）上位于激振源测试装置（16）中心设有加速度传感器（15）；所述U型支架（3）底部设置有激光位移传感器（12）对准托板（13）中心；所述压紧夹具（10）包括转盘（41），所述转盘（41）底面呈环形均匀设置有向外发散的直线滑槽（42）；所述滑槽（42）内设置有调节螺杆（43）；所述调节螺杆（43）上设置有用于压住梁构件（14）的压紧板（44）；所述调节螺杆（43）端头同轴设置有调节齿轮（45）和调节旋钮（46）；所述转盘（41）上端设置有中心轴（59）；所述中心轴（59）上设置有可旋转的调节盘（54）；所述调节盘（54）底面与转盘（41）之间设置有支撑弹簧（60）；所述调节盘（54）底面边缘设置有与调节齿轮（45）啮合的大齿轮环（47）；所述调节盘（54）上端设置有用于固定调节盘（54）的螺母环（56）。

2.根据权利要求1所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，所述悬板（7）四角套接在竖直的滑轴（8）上；所述滑轴（8）两端固定在U型支架（3）上；所述滑轴（8）两端均设置有用于压紧悬板（7）的振动弹簧（6）。

3.根据权利要求2所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，所述振动弹簧（6）端头设置有调节螺母（4）；所述振动弹簧（6）与调节螺母（4）之间设置有减震垫（5）。

4.根据权利要求1所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，所述中心轴（59）上端设置有定位轴（58）；所述定位轴（58）套接在悬板（7）底面的定位柱（71）上的定位孔（72）内。

5.根据权利要求1所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，所述压紧板（44）包括设置在调节螺杆（43）上的上固定板（48），所述上固定板（48）为L形状，下端中心设置有升降螺杆（50）；所述升降螺杆（50）下端设置下活动板（49）；所述下活动板（49）两侧设置有支撑轴（51），所述支撑轴（51）套接在上固定板（48）上。

6.根据权利要求1所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，所述调节盘（54）边缘均匀设置有调节杆（55）；所述螺母环（56）边缘均匀设置有拨动杆（57）。

7.根据权利要求1所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，所述端头夹具（17）包括设置在平台底座（1）上的夹具支架（18）；所述夹具支架（18）上设置有竖板（20）；所述竖板（20）上端固定设置有上颚板（21）；所述上颚板（21）上垂直设置有升降丝杆（25）；升降丝杆（25）下端设置有可拆卸的上夹紧板（22）；所述竖板（20）下端设置有与上夹紧板（22）配合的升降夹台（24）；所述升降夹台（24）尾端设置在滑轨（23）内；所述滑轨（23）设置在竖板（20）上；所述升降丝杆（25）上端设置有手柄（26）。

8.根据权利要求7所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，其中一个端头夹具（17）的夹具支架（18）上设置有立板（19），所述立板（19）上设置有支板（28）；所述支板（28）上设置有水平轴（29），竖板（20）背面设置有挂板（27）；所述挂板（27）套接在水平轴（29）上；所述水平轴（29）两端设置有压住挂板（27）两面的挤压弹簧（30）。

9.根据权利要求1所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，所述平台底座（1）上设置有用于调节激振源测试装置（16）和端头夹具（17）之间间距的长条形T型槽（2）。

10.根据权利要求1所述的一种用于梁构件的简支式振动时效平台，其特征在于，所述U型支架（3）包括两侧的支架板（34），支架板（34）顶端通过顶板（31）连接；支架板（34）内侧均水平设置有安装板（32）；支架板（34）底部之间连接有底板（33）；所述激光位移传感器（12）设置在底板（33）上。