非线性超谐式振动时效装置机理分析

振动时效是消除工件残余应力的一种有效手段,具有无污染、效率高,节约时间、能源和费用等特点。在使用过程中对于轧辊等这一类低阶固有频率高于现行激振器激振频率的高刚度工件,常规振动时效的激振频率无法接近或达到工件的固有频率,因此无法实现此类高刚度工件的振动时效。针对这个问题,首先,提出了基于非线性动力学的非线性超谐式振动时效方法及装置设计理论,由残余应力的产生和分类分析其对工件力学性能的影响,并从宏观和微观分析得出非线性超谐式振动时效方法消除大刚度工件残余应力的机理,基于机理分析得出该非线性超谐式振动时效方法对激振力、激振频率和时效时间等的工艺要求;其次,提出了对于大刚度工件的动力学简化模型以及非线性超谐式振动时效装置的非线性振动数学模型,使用摄动法和多尺度法研究了该非线性振动时效装置数学模型元件参数之间的关系;最后,以高刚度工件轧辊为例研究了其非线性超谐式振动时效方法和装置设计,提出了针对大刚度工件的振动时效方法和装置设计理论。

弯扭耦合振动时效机理及其工艺参数的选择

振动时效是消减残余应力的有效措施,它有节能、高效无污染的优点。由于高刚度工件的固有频率远远高于现行振动时效设备所能提供的激振频率,导致不能使用振动时效这一方法消减残余应力。为了解决上述问题,提出了基于弯扭耦合理论的新型振动时效方法。首先建立了偏心转子的弯扭耦合振动模型,分析了扭转振动、弯扭振动产生耦合共振的条件,比较了各振型共振振幅的大小。然后综合考虑现有设备所能提供的激励频率和共振产生的动应力,确定了弯扭耦合振动时效的主共振振型和此时的应力分布规律,提出了弯扭耦合振动时效的机理。