彎扭耦合振動時效機理及其工藝參數(shù)的選擇.pdf

1、工件在生產(chǎn)和加工過程中都會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力對工件有多方面的負面影響。為了減小殘余應(yīng)力造成的各種不利影響，調(diào)整和消減殘余應(yīng)力就成了一項必不可少的工作。振動時效以其節(jié)能高效無污染的特點，已逐漸成為消減工件殘余應(yīng)力的一種重要方法。并且“加載的動應(yīng)力與殘余應(yīng)力的疊加大于材料的屈服極限強度可獲得殘余應(yīng)力的減小”這一準則也已經(jīng)過長期實踐驗證。振動時效雖然擁有獨特的優(yōu)勢，但是由于許多高剛度工件的固有頻率（最低）遠遠高于現(xiàn)行振動時效設(shè)備所能產(chǎn)生的

2、激振頻率(都小于200Hz)，現(xiàn)行的振動時效裝置無法使高剛度工件產(chǎn)生共振及相應(yīng)的動應(yīng)力，導(dǎo)致高剛度工件無法使用振動時效的方法消減殘余應(yīng)力。如果能找到合適的振動方式，使得高剛度工件也能通過振動時效的方式消減殘余應(yīng)力，就能夠擴大振動時效的應(yīng)用范圍。
　　轉(zhuǎn)子存在偏心距時，彎曲振動和扭轉(zhuǎn)振動會相互影響產(chǎn)生耦合振動。一般情況下外加激勵與物體固有頻率相等時，物體受迫振動的振幅最大達到共振，但是這種耦合振動的共振條件卻并非如此，并不要求外加激

3、勵頻率達到轉(zhuǎn)子的固有頻率。如果能夠把這種振動方式應(yīng)用到高剛度工件的振動時效中，以彎扭耦合共振的形式使工件達到共振狀態(tài)，從而滿足消減殘余應(yīng)力所需要動應(yīng)力條件，就能夠解決高剛度工件的振動時效問題。
　　面對上述情況，本文將轉(zhuǎn)子的彎扭耦合振動理論應(yīng)用到振動時效工藝中，分析了扭轉(zhuǎn)振動、彎扭振動產(chǎn)生耦合共振的條件，比較了各振型共振振幅的大小。然后綜合考慮現(xiàn)有設(shè)備所能提供的激勵頻率和共振產(chǎn)生的動應(yīng)力，確定了彎扭耦合振動時效的主共振振型和此時的

4、動應(yīng)力分布規(guī)律，提出了彎扭耦合振動時效機理。最后以高剛度工件軋輥為例，計算了彎扭耦合共振時效所需要的外加力矩，為高剛度工件的振動時效工作提供了思路和依據(jù)。主要進行了如下工作:
　　(1)采用Lagrange方程法進行建模，分析了耦合力和外加激勵的影響，通過分析方程得到了彎扭耦合共振需要滿足的頻率條件。
　　(2)用小參數(shù)法對彎扭耦合振動方程進行求解，并對各振型的振幅進行定性和定量的比較，確定了彎扭耦合振動時效的主共振振型。<

5、br>　　(3)應(yīng)用材料力學(xué)的梁變形理論、組合應(yīng)力下的強度理論和循環(huán)應(yīng)力作用下的疲勞理論，計算了工件在彎扭耦合共振時的應(yīng)力狀態(tài)，從應(yīng)力的角度提出了彎扭耦合振動時效的機理，得到了彎扭耦合振動時效各參數(shù)之間應(yīng)滿足的關(guān)系。
　　(4)通過對某型號軋輥進行實例計算，基于軟件Matlab建立了轉(zhuǎn)子彎扭耦合振動的simulink動力學(xué)仿真模塊，分析了各參數(shù)對彎扭耦合振動特性的影響和耦合共振振幅達到最大的條件。在彎扭耦合振動條件下，具體計算了不