CN212404212U - 一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置 - Google Patents
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Abstract
用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置，包括信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、应变片以及动态应变仪；信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；高频振动能量放大装置包括工作台、支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；应变片粘贴在小尺寸构件的峰值残余应力处；第一应变片沿着小尺寸构件的第一主应力方向粘贴；第二应变片沿着小尺寸构件的第二主应力方向粘贴。本实用新型具有能够提高高频振动时效效果的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及高频振动时效技术领域，特指一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置。
背景技术
振动时效技术具有处理效果好、快捷方便、能耗少、处理时间短、环境污染小等一系列优点，目前已经被广泛使用在机械加工制造的各个过程中，且已经成为备受瞩目的节能环保型残余应力消除技术。传统低频振动时效技术采用可调速电机作为激振设备，导致其激振频率通常小于200Hz，表明传统低频振动时效技术的可选振型非常有限；同时传统低频振动时效技术是通过对构件进行整体激振的方式来消除残余应力的，导致了传统低频振动时效技术在消除构件局部残余应力或大型复杂构件残余应力时效果有限。高频振动时效技术采用电磁式激振器作为激振设备，其激振频率可以达到10kHz，扩展了振动时效技术的应用范围，但是电磁式激振器输出的振动能量有限，导致直接采用电磁式激振器对构件进行激振处理时残余应力消除效果有限。为了解决现有高频振动时效装置消除残余应力效果有限的问题，本实用新型提出一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置，即以电磁式激振器和高频振动能量放大装置为基础搭建高频振动时效装置，并将小尺寸构件装夹在高频振动能量放大装置上进行高频振动时效处理，能够提高小尺寸构件的残余应力的消除效果。
实用新型内容
为了改善高频振动时效消除残余应力的效果，本实用新型提出一种用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置，即以电磁式激振器和高频振动能量放大装置为基础搭建高频振动时效装置，并将小尺寸构件直接装夹在高频振动能量放大装置上进行高频振动时效处理，能够改善小尺寸构件的残余应力消除效果。
用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置，包括信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、应变片以及动态应变仪；信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；
高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；圆台形式的连杆的小端与工作台连接，且圆台形式的连杆的大端与支撑台连接；
小尺寸构件安装在工作台的上表面，应变片粘贴在小尺寸构件上，应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接。
电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1kHz的高频振动，其最高激振频率可以达到10kHz。
进一步，所述的小尺寸构件的尺寸小于工作台的直径，以保证小尺寸构件与工作台接触的表面全部位于工作台的上表面。所述的工作台和支撑台均为圆柱体。
进一步，所述的动态应变仪为高精度、多通道、实时显示应变波形的应变仪。
进一步，所述的应变片粘贴在小尺寸构件的峰值残余应力处，其中所述的第一应变片沿着小尺寸构件的第一主应力方向粘贴，所述的第二应变片沿着小尺寸构件的第二主应力方向粘贴。小尺寸构件在加工制造工艺以及外部因素的作用下会在小尺寸构件的表层产生残余应力，通过X射线衍射的方法(X射线衍射的方法属于无损的残余应力测试方法)可以获得小尺寸构件的表层残余应力分布状态，并确定峰值残余应力所在的位置。通过X射线衍射的方法可以得到小尺寸构件的第一主应力和第二主应力方向，并将第一主应力方向定义为小尺寸构件的x轴向，第二主应力方向定义为小尺寸构件的y轴向。
具体来说，小尺寸构件安装在工作台的上表面，在高频振动能量放大装置的共振频率下对小尺寸构件进行高频振动时效处理。应变片的输出信号表征高频振动能量放大装置的输出应变，高频振动能量放大装置的输出应变即为作用在小尺寸构件上的应变，作用在小尺寸构件上的应变越大即作用在小尺寸构件上的高频振动能量越大，有利于获得较为理想的残余应力消除效果。在高频振动能量放大装置的共振频率下进行高频振动时效处理时，高频振动能量放大装置能够输出较大的应变，从而提高小尺寸构件的残余应力消除效果。
本实用新型的技术构思是：由信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、应变片以及动态应变仪构成用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置；高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；信号发生器输出高频激振信号，经由功率驱动器放大后输入电磁式激振器，并驱动电磁式激振器产生高频振动；小尺寸构件安装在工作台的上表面；应变片粘贴在小尺寸构件峰值残余应力处；电磁式激振器驱动高频振动能量放大装置对小尺寸构件进行高频振动时效消除残余应力的处理。
本实用新型的有益效果如下：
1、通过在高频振动能量放大装置的共振频率下对小尺寸构件进行高频振动时效消除残余应力的处理，能够放大电磁式激振器的输出应变，即提高了作用在小尺寸构件上的应变，能够显著的改善高频振动时效消除小尺寸构件残余应力的效果。
2、采用应变片作为检测高频振动信号的传感器，能够直接测试得到作用在小尺寸构件上的应变，将其乘以小尺寸构件的弹性模量即可以得到作用在小尺寸构件上的动应力，从而很容易通过高频振动时效的宏观条件(动应力与残余应力的叠加之和大于材料的屈服极限)来调整高频振动时效装置的输出应变来确保作用在小尺寸构件上的动应力能够达到消除残余应力的效果，而通常高频振动时效处理时是采集加速度信号，无法直接转换为动应力，使得高频振动时效工艺参数的确定具有一定的主观性，不利于获得稳定且理想的高频振动时效效果。
3、本实用新型以圆台形式连杆的高频振动能量放大装置作为高频振动时效装置的基础组成部分，是因为相比于等截面圆柱连杆的高频振动振幅放大装置，本实用新型采用的圆台形式的连杆，在大端面与等截面圆柱连杆的直径相同的情况下，可以减少高频振动能量放大装置的质量，有利于高频振动系统的激振，这是因为电磁式激振器的驱动能力有限，附加的高频振动能量放大装置质量越大，高频振动系统越难产生高频振动，相比于阶梯形圆柱连杆的高频振动振幅放大装置，本实用新型采用的圆台形式的连杆可以减少应力集中，有利于提高高频振动能量放大装置的使用寿命，这是因为阶梯形圆柱连杆在过渡区域很容易产生应力集中，会降低高频振动能量放大装置的使用寿命。
附图说明
图1用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置示意图。
图2高频振动能量放大装置示意图。
图3应变片粘贴示意图。
具体实施方式
参照附图，进一步说明本实用新型：
用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置，包括信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置3、应变片以及动态应变仪；信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；
高频振动能量放大装置3固定于电磁式激振器运动部件5的激振台面4上，高频振动能量放大装置3包括安装小尺寸构件2的工作台31、固定在电磁式激振器运动部件5的激振台面4上的支撑台33以及连接工作台31与支撑台33的圆台形式的连杆32；圆台形式的连杆32的最大截面面积小于工作台31的截面面积，且圆台形式的连杆32的最大截面面积小于支撑台33的截面面积；圆台形式的连杆32的长度大于工作台31的厚度，且圆台形式的连杆32的长度大于支撑台33的厚度；圆台形式的连杆32的小端与工作台31连接，且圆台形式的连杆32的大端与支撑台33连接；
小尺寸构件2安装在工作台31的上表面，应变片粘贴在小尺寸构件2上，应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接。
电磁式激振器为高频激振器，用于产生激振频率大于1kHz的高频振动，其最高激振频率可以达到10kHz。
进一步，所述的小尺寸构件2的尺寸小于工作台31的直径，以保证小尺寸构件2与工作台31接触的表面全部位于工作台31的上表面。所述的工作台31和支撑台33均为圆柱体。
进一步，所述的动态应变仪为高精度、多通道、实时显示应变波形的应变仪。
进一步，所述的应变片粘贴在小尺寸构件2的峰值残余应力处，其中所述的第一应变片11沿着小尺寸构件2的第一主应力方向粘贴，所述的第二应变片12沿着小尺寸构件2的第二主应力方向粘贴。小尺寸构件2在加工制造工艺以及外部因素的作用下会在小尺寸构件2的表层产生残余应力，通过X射线衍射的方法(X射线衍射的方法属于无损的残余应力测试方法)可以获得小尺寸构件2的表层残余应力分布状态，并确定峰值残余应力所在的位置。通过X射线衍射的方法可以得到小尺寸构件2的第一主应力和第二主应力方向，并将第一主应力方向定义为小尺寸构件2的x轴向，第二主应力方向定义为小尺寸构件2的y轴向。
具体来说，小尺寸构件2安装在工作台31的上表面，在高频振动能量放大装置3的共振频率下对小尺寸构件2进行高频振动时效处理。应变片的输出信号表征高频振动能量放大装置3的输出应变，高频振动能量放大装置3的输出应变即为作用在小尺寸构件2上的应变，作用在小尺寸构件2上的应变越大即作用在小尺寸构件2上的高频振动能量越大，有利于获得较为理想的残余应力消除效果。在高频振动能量放大装置3的共振频率下进行高频振动时效处理时，高频振动能量放大装置3能够输出较大的应变，从而提高小尺寸构件2的残余应力消除效果。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型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，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (3)
1.用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置，其特征在于：包括信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、应变片以及动态应变仪；信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；
高频振动能量放大装置固定于电磁式激振器运动部件的激振台面上，高频振动能量放大装置包括安装小尺寸构件的工作台、固定在电磁式激振器运动部件的激振台面上的支撑台以及连接工作台与支撑台的圆台形式的连杆；圆台形式的连杆的最大截面面积小于工作台的截面面积，且圆台形式的连杆的最大截面面积小于支撑台的截面面积；圆台形式的连杆的长度大于工作台的厚度，且圆台形式的连杆的长度大于支撑台的厚度；圆台形式的连杆的小端与工作台连接，且圆台形式的连杆的大端与支撑台连接；
小尺寸构件安装在工作台的上表面；应变片粘贴在小尺寸构件的峰值残余应力处，其中第一应变片沿着小尺寸构件的第一主应力方向粘贴，第二应变片沿着小尺寸构件的第二主应力方向粘贴；应变片的输出端与动态应变仪的输入端连接。
2.如权利要求1所述的用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置，其特征在于：所述的小尺寸构件的尺寸小于工作台的直径，以保证小尺寸构件与工作台接触的表面全部位于工作台的上表面。
3.如权利要求1所述的用于消除小尺寸构件残余应力的高频振动时效装置，其特征在于：所述的动态应变仪为高精度、多通道、实时显示应变波形的应变仪。
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| CN110849973A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-02-28 | 上海海事大学 | 用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统及方法 |
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