CN87106584A - 工件振动松弛设备操作方法 - Google Patents

Abstract

对工件进行松弛的设备操作方法，即工件在振动器所选定的速度上接受振动(由测量确定所选定的速度)，在振动器的操作范围内，通过振动器的激励，重新产生对工件的振动行为。在该设备上，对于振动器在其操作范围内的各种速度，在所规定的谐波范围内确定与操作范围内那些振动相应的谐波，设备上即出现共振或类似的振动静态，为此，为了松弛工件，选择了那些在规定的谐波范围内造成累积谐波的速度。

Description

本发明涉及一种工件振动松弛设备，其工件承受振动器的经选择的速度振动，此种选择速度由测量过程取出，这种量重现了工件在振动器激励下的振动特点。

上述方法详见联邦德国专利U7005792或美国专利3677831。为了消除工件应力，通常，操作者用振动速度1200-6000转/分或者高于12000转/分，（分别相当于激振频率20-100Hz和200Hz）进行操作，超过该操作范围时，首先通过测量，以确定工件趋向强振动的这些速度或此类速度的频率，振动特性通常由装在工件上的加速度计测量。为了进行松弛，工件要经过振动器以某些速度进行处理，也就是说，工件在上次测量过程中，曾在这些速度上显示过共振频率。对于结构复杂的工件，在“加速度值/速度曲线图”上通常有很多峰值或最大值。因此，有必要对进行松弛处理的振动速度作一些选择。在这种情况下，操作者通常只将那些峰值显示得很清楚的速度取出。这种情况不经常发生，即，一些显示得很清楚的峰值仅仅代表一种基本频率的谐波振荡，这样，如果操作者已经在相应的基本频率上操作，对此就不必要再进行应力消除处理。另外，正是那些对消除应力很重要的频率，经常在未消除应力的工件上表现得很不明显，故在“加速度值/速度曲线图”上寻找明显显示的峰值时没有被选定。已经肯定地知道微观区域存在的内应力不可能由振动器的工作频率直接消除，而是由其谐波消除，但直至现在，操作者依靠的是在这样一个谐波激励时在测量过程所出现的一种明显的峰值，这种谐波也在振动器的操作范围之内。通常，此类峰值表现得很不明显，在选定表现明显的峰值时往往不被发现。这样，工件的实际松弛结果，通常远远地低于最佳的应力消除效果。

本发明的目的是提供一种上述型式设备的操作方法，这种方法与以前的方法相比，可以更接近最佳松弛。

该目的是通过以下各点获得的。第一点，对于振动器操作范围内（如1200-6000转/分或20-1000Hz）振动的这种速度，在规定的谐波范围内（如100-2000Hz）确定与操作范围内那些振动相应的谐波，在这种谐波上便出现共振或类似的振动静态。为松弛工件，选定振动器在其操作范围内的那些速度，它们是在所规定的谐波范围内累积谐波的原因。

本发明是根据这种发现为依据的，由于振动器激励而在工件内部传播振动谐波的分布给予振动器在其操作范围内用于松弛工件的振动频率的数据，比在其操作范围内出现峰值所给予的数据好得多。工件不必采用很复杂的结构，以便显示大量的振动静态（大大超出振动器使用时的频率范围）。通过对各种振动器速度的谐波范围（此间工件趋向静态振动）的分析，所获的数据指出，何种振动器速度导致谐波范围内振动积累，以及何种振动器工作速度对工件松弛至关紧要。那些在谐波范围内引起最大数量激励的振动器工作振动，可认为是相当重要的。

为确定规定谐波范围内的谐波积累，操作者可沿着两条不同的路线进行。第二点，振动器工作范围内的共振或类似振动静态，以及与确定振动特点的峰值相应的谐波，都是通过计算得来的。通过这些计算出来的谐波值，然后再确定，振动器操作范围内的哪些值是谐波累积的原因。

按照第三点（它可代替第二点），用测量法确定谐波。在这种情况下，操作者可通过激励工件，采用常规的频率分析方法，例如，通过振动器连续增加速度，或用小速度等级增加速度，或在工件上恰当地敲击，以便给予谐波振动。

第四点是第三点的一种较好的改进，所测的谐波振幅可作为附加选择标准，振幅愈大，与振动松弛所需谐波相应的工作频率愈合适。按照第4点，谐波累积与相应的振幅有关，例如将它相乘，然后从这样得到的曲线图中实现选择。

第五点是对以上四点的进一步改进，它导致为进行松弛而对振动器的速度选择进一步优化。这种方法既可用于通过计算来确定谐波（“第二点”），又可用于通过测量来确定谐波（“第三点”），本方法特别适用于计算机计算。把谐波范围分成相邻的具有明确的频率带宽（例如7Hz）的“窗”，这样，便可直接读出谐波在其中以累积的形式出现的频率范围。由于谐波范围内谐波的统计分布不均匀，但在较低值时具有最大分布，因此，当操作者为了确定在哪些谐波范围内，实际上出现了与统计分布相比较的谐波累积，而把与工件有关的谐波分布结果和统计分布相比较时，就能获得有关谐波累积的良好预测。

第六点是对第五点的新的改进，可使振动器速度得到更佳的选择，这是由于不仅要考虑谐波范围内谐波的积累，另外，还要根据这样一个标准来实现选择，即：在具有谐波累积的最大谐波范围内进行激励的那些振动器速度是最好的速度。

第七点是第六点的继续，其中，用于振动器松弛工件的下一个速度由速度顺序确定，这些速度将谐波提供给大量选择的窗区域。

与第七点的选择标准截然不同的是，操作者按第八点的选择标准进行操作，所使用的方法是，不再考虑由已经选定的振动器速度所产生的那些谐波。因此，在每种情况下选定一种速度，然后再重新确定所选择的窗区域。由于不再考虑那些属于已被选定速度的谐波，也就不管任何以前可能已被选定的窗区域，在每种情况下，从留下的或新选定的窗区域中选择振动器下一次操作速度。

第九点列出了确定测量图的各种可能性，从图上可确定谐波。直至目前的实际操作中，都习惯使用加速度/速度图，为了通过振动器对工件进行激励，对工件至少采用一种加速度，以便振动特性仪表较好地检测出，在哪种频率上工件存在比较理想的振动。如果不用这样的加速度/速度图，操作者还可使用一种振幅/速度图或变形系数/速度图。变形系数/速度图有这样的优点，即：它像加速度/速度图一样不表示随频率增加而出现的两次上升，但除所包含的峰值之外，它具有同速度恒定的行程。

通过图中所示曲线，以下详细解释本发明，其中：

图1为工件的加速度/速度图的范例。

图2为与谐波图有关的加速度/速度图的简化图。

图3为最简易的曲线图，表示谐波范围的两个窗区域的谐波与待选择的振动器操作速度的关系。

图1是一条典型的速度范围为1200-4800转/分的工件的加速度/速度曲线图，该图表示出大量的最大值或峰值，在这些峰值处所增加的加速度值连同相应的速度可以从图中反映出来。如果测头对较高频率也很敏感的话，这些峰值没有必要通过振动器振荡频率的共振来获得。在这样的情况下，加速度计也可用工作范围之外的频率来测量振动的加速度。这样的情况肯定会发生，当振动频率譬如为40Hz时，工件只经受很轻微的振动，然而加速度计却显示相当高的值，这说明工件在40Hz所产生的谐波上，以后会进行强烈的振动。

图2a是与图1相对的大大简化的加速度/速度曲线图，在本发明的方法的比较好的实施例中，首先把这条曲线绘出来，工件放在振动器上进行振动，其振动的速度逐渐增大，加速度-响应特性以该曲线的形式记录下来。在此实施例中，振动器从1200转/分开始启动，以20-30转/分的级差一直上升到6000转/分，记录每种情况下相应的加速度值。图2a的简易曲线中，在30Hz，70Hz和95Hz上确定了三种峰值或最大值。用该加速度/速度曲线相关出图2b所示的谐波曲线，其中谐波范围限定为100Hz-2000Hz。对于加速度/速度曲线上或相应的激振频率的所有峰值，用振动频率乘以连续整数计算谐波。假设加速度/速度曲线的峰值为30Hz，70Hz和95Hz，在限定为100-2000Hz谐波曲线图上就产生了以下各个谐波：

30Hz×2＝60Hz（无效，因不在所规定的谐波范围内）

30Hz×3＝90Hz

30Hz×4＝120Hz

30Hz×5＝150Hz

30Hz×6＝180Hz

30Hz×7＝210Hz

30Hz×8＝240Hz

30Hz×9＝270Hz

30Hz×10＝300Hz

30Hz×11＝330Hz

30Hz×12＝360Hz

30Hz×13＝390Hz

30Hz×14＝420Hz

30Hz×15＝450Hz

最好只考虑第一个15-18谐波，这样，对30Hz振动频率所考虑的最高谐波为450Hz。图2b中通简化的曲线，每种情况下只进入第5，第10和第15个谐波。

70Hz×2＝140Hz

70Hz×3＝210Hz

70Hz×4＝280Hz

70Hz×5＝350Hz

70Hz×6＝420Hz

70Hz×7＝490Hz

70Hz×8＝560Hz

70Hz×9＝630Hz

70Hz×10＝700Hz

70Hz×11＝770Hz

70Hz×12＝840Hz

70Hz×13＝910Hz

70Hz×14＝980Hz

70Hz×15＝1050Hz

95Hz×2＝190Hz

95Hz×3＝285Hz

95Hz×4＝380Hz

95Hz×5＝475Hz

95Hz×6＝570Hz

95Hz×7＝665Hz

95Hz×8＝760Hz

95Hz×9＝855Hz

95Hz×10＝950Hz

95Hz×11＝1045Hz

95Hz×12＝1140Hz

95Hz×13＝1235Hz

95Hz×14＝1330Hz

95Hz×15＝1425Hz

在谐波曲线上，相邻的频宽为6Hz的窗被确定在100Hz-2000Hz的范围内。这样可确定（2000-100）/6＝317个窗，在每一个窗内确定由加速度/速度曲线上出现峰值的速度所产生的谐波数。例如，30Hz振动器振荡150Hz的第5谐波进入第9个窗（范围为148Hz-154Hz）。由于这种第一方法步骤的结果，在每一窗区域得了许多已进入相应于专用于工件的窗区域的谐波。

现在按已进入窗区域的谐波来安排窗区域。用一种比较简单的方法，操作者可从极少量具有最大数量谐波进入的窗中，从加速度/速度曲线上，选择相应的基本频率，这些速度用于工件振动松弛。

图2b中，1为统计谐波分布的曲线，所谓统计谐波分布，即按上述方法进行同样谐波计算时所产生的分布，但不是从工件上出现峰值的频率开始，而是假设恒定间隔宽度（例如1Hz）的情况下得到的。根据该曲线所示，在整个谐波范围内，统计分布不是恒定的，但有一个最大值。如果窗区域按顺序安排之前，谐波量在单独的窗区域内按此种统计分布实行标准化，那么，根据上述方法可得到一种改进的结果。

虽然通过上述方法已经得到比常用方法好得多的结果，但按该方法的以下补充说明，还可得到更佳的工件松弛效果。按以上所述，从加速度/速度曲线的峰值开始，操作者再次确定独特的窗区域内谐波的数量，用统计分布可能进行标准化。然后再确定窗区域的顺序，譬如从总数为317个窗区域中选择100个最高序。在这些被选择的100个窗区域中，那些使这些窗区域待选择的谐波将接受进一步检查，即，对于这100个窗区域中的每个区域把那些振动器操作范围内（且已在上述窗区域内产生谐波）的振荡频率结合为一个族。这样一个族可以由2-14个族成员组成。选择的所有100个窗区域中的族成员在振动器的操作范围内放在一起，族成员的顺序在优先目录中按其“关系度”的数目确定。图3a和3b显示了“关系度”的含义。图3b中，将两个窗区域a和b取出，它们属于所选择的区域。通过属于窗区域a的箭链，即可从工作区域a中表示在窗区域a中已产生谐波的那些频率的特点，对于窗区域b的作法也是如此。频率f₂、f₄、f₅和f₇属于Fama族，频率f₁、f₃、f₄和f₆属于Famb族。从该图中可以看出，由于频率f₄即属于Fama族，也属于Famb族，故它代表了一种特殊情况。因为该频率f₄属于这两种族，可把它们当作相关的族。f₄频率有1个关系度。而图3中所示的所有其他频率各自都没有更多的关系度。操作者能够很容易地想像出，鉴于出现在按图1的测量记录器上的大量峰值，产生了带有大量族成员的族，也相应地产生了高的关系度。振动器操作范围的频率按上述方法进行安排时，对于具有最大数量关系度的那些频率最优先。图3的简例中，频率f₄在上部，而所有其他频率（零关系度）都在它的下面（序相等）。实际上，执行该选择标准，则得到差异极大的目录（最大数目频率达10关系度），现在就可选择具有最高关系度的振动器操作范围的那些频率。

在对“族形成”进行解释的附加选择标准的情况下，操作者按以下检查结果进行工作，即，振动器操作范围内的那些频率（在谐波区域内-窗形成和选择，通过检验被推荐进行选择的）是比较重要的，另外，它们还具有最高数目的关系度，这是因为每一个关系度意味着，对于只有一个频率（按上例频率f₄）的选择，涉及一个附加的谐波区域（两个窗区域a和b）。

按上述方法，对于要进行松弛的工件，我们的工作可根据加速度/速度图进行，在图中确定最大值，然后再通过计算确定相应的谐波。然而，还可能通过检测来检测工件上实际出现的谐波，然后把这些由检测确定的谐波用于上述选择标准。测量检测谐波的工作可使用已知的付立叶（Fourier）方法或类似方法进行。实际上，只根据振动器的几种速度来确定谐波分布一般就够了。这是因为，用振动器通常强烈地非线性激励的结果，不但产生了自然频率的谐波，而且在相当宽的频谐上也产生了激励。如果检测谐波之后，操作者对振动器出现峰值的所有速度都确定了相应的谐波谱，那么上述方法可用同一方式进行，由于对谐波范围进行了检测，操作者也得到谐波振幅，这些振幅然后又可收进最佳范围，当然，可导致较高振幅的那些谐波是更可取的。实际操作中，操作者可这样进行，即确定第一个谐波图，图中绘出振幅值。再将这个图相互联系起来，譬如将处于相同频率的两个图的值相乘，这样操作者就可得到第三个图，它可作为进一步计算的依据。

如果通过频率分析，肯定没有绘出加速度/速度图的话，当然就不能用确定关系度的方法来进行上述优化，在这里我们建议不用该方法，而采用测定谐波振幅的标准。

操作者不使用那种通常习惯采用的加速度/速度图，当然也可绘出振幅/速度图，该图考虑的是工件在横坐标上的实际振幅偏移，而不是加速度值。该图同加速度/速度图非常类似，稍有不同的曲线是变形系数/速度曲线，变形系数可通过以下公式确定：

$K_{\mathrm{(d)}}=\frac{\sqrt{\underset{\mathrm{K=2}}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{x}^2{}_{\mathrm{(K)}}}}{x_{\mathrm{(l)}}}$

在该公式中：

X_（1）为激振基本频率上振动振幅，

X_（k）为基本频率的K谐波上的振荡幅度，

L为极限数，如来自f（max）/F（j）的整个数目，其中f（max）为所确定谐波范围的最高极限（上例中为2000Hz）以及

F（j）为激励专用基本频率。

变形系数可通过频谱分析获得，也可通过简单的测量方法得到、通过频谱分析，可得到与振动基础部分有关的振动谐波部分，该部分可通过一个适当的过滤器（在上例中定为100Hz）直接实现。与加速度/速度曲线相比，变形系数/速度曲线具有自己的优点，它朝较高频率的上升不显著（甚至没有加速度/速度曲线以速度的二次幂上升的共振峰值）。

Claims (9)

1、操作消除工件应力设备的方法，让工件承受经选择的振动器速度的振动，此种选择速度由测量决定，通过振动器在其操作范围内(如20Hz-100Hz)对工件进行激励，使之重新产生振动特性，其特征在于，对振动器操作范围内每个速度，在一个确定的、产生共振或近似振动静态的谐振范围内(例如100Hz到2000Hz)，都可确定一个与操作范围内的那些振动相应的谐波，为了松弛工件，选择那些在该规定的谐波范围内造成谐波累积的速度。

2、按权利要求1所述的方法，其特点在于，在振动器操作范围内各个共振（或类似的振动静态）的谐波是通过计算确定的。

3、按权利要求1所述的方法，其特点在于，操作范围内的激励所产生的谐波是通过测量确定的。

4、按权利要求3所述的方法，其特点在于，使用谐波振幅作为在所述指定谐波范围内谐波累积的附加选择标准，也就是说，谐波密度曲线图中的谐波密度是由相应的振幅来计算的，譬如，将它相乘然后把所得曲线用于选择操作频率。

5、按权利要求1-4的任何一项所述的方法，其特点在于，在谐波区域内，形成了频率范围窗，落进窗内的谐波在这些窗内计数，为确定谐波累积，选择那些具有最大的谐波数的窗区域，它可根据统计分布预先校准。

6、按权利要求5所述的方法，其特点在于，为每一个所选择的窗区域中的谐波，在振动器的操作范围内，选择那些可造成所述谐波的速度，並在大量所选定窗区域内（族类形成），优先选择已经产生谐波的那个速度。

7、按权利要求6所述的方法，其特点在于在所选定的窗区域中按先取最大的步骤选择已产生谐波的速度值作为下一个速度。

8、按权利要求7所述的方法，其点在于，为了选择每种情况的下次速度，使用同样标准，但不包括那些先前已确定的速度。

9、按权利要求1-8中任一项所述的方法，其特点在于，为确定共振或类似静态振动，或谐波，应把工件上出现的加速度值或变形系数作为依据。

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