專利名稱:工件振動松弛設(shè)備操作方法
本發(fā)明涉及一種工件振動松弛設(shè)備，其工件承受振動器的經(jīng)選擇的速度振動，此種選擇速度由測量過程取出，這種量重現(xiàn)了工件在振動器激勵下的振動特點(diǎn)。
上述方法詳見聯(lián)邦德國專利U7005792或美國專利3677831。為了消除工件應(yīng)力，通常，操作者用振動速度1200-6000轉(zhuǎn)/分或者高于12000轉(zhuǎn)/分，(分別相當(dāng)于激振頻率20-100Hz和200Hz)進(jìn)行操作，超過該操作范圍時，首先通過測量，以確定工件趨向強(qiáng)振動的這些速度或此類速度的頻率，振動特性通常由裝在工件上的加速度計測量。為了進(jìn)行松弛，工件要經(jīng)過振動器以某些速度進(jìn)行處理，也就是說，工件在上次測量過程中，曾在這些速度上顯示過共振頻率。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件，在“加速度值/速度曲線圖”上通常有很多峰值或最大值。因此，有必要對進(jìn)行松弛處理的振動速度作一些選擇。在這種情況下，操作者通常只將那些峰值顯示得很清楚的速度取出。這種情況不經(jīng)常發(fā)生，即，一些顯示得很清楚的峰值僅僅代表一種基本頻率的諧波振蕩，這樣，如果操作者已經(jīng)在相應(yīng)的基本頻率上操作，對此就不必要再進(jìn)行應(yīng)力消除處理。另外，正是那些對消除應(yīng)力很重要的頻率，經(jīng)常在未消除應(yīng)力的工件上表現(xiàn)得很不明顯，故在“加速度值/速度曲線圖”上尋找明顯顯示的峰值時沒有被選定。已經(jīng)肯定地知道微觀區(qū)域存在的內(nèi)應(yīng)力不可能由振動器的工作頻率直接消除，而是由其諧波消除，但直至現(xiàn)在，操作者依靠的是在這樣一個諧波激勵時在測量過程所出現(xiàn)的一種明顯的峰值，這種諧波也在振動器的操作范圍之內(nèi)。通常，此類峰值表現(xiàn)得很不明顯，在選定表現(xiàn)明顯的峰值時往往不被發(fā)現(xiàn)。這樣，工件的實際松弛結(jié)果，通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低于最佳的應(yīng)力消除效果。
本發(fā)明的目的是提供一種上述型式設(shè)備的操作方法，這種方法與以前的方法相比，可以更接近最佳松弛。
該目的是通過以下各點(diǎn)獲得的。第一點(diǎn)，對于振動器操作范圍內(nèi)(如1200-6000轉(zhuǎn)/分或20-1000Hz)振動的這種速度，在規(guī)定的諧波范圍內(nèi)(如100-2000Hz)確定與操作范圍內(nèi)那些振動相應(yīng)的諧波，在這種諧波上便出現(xiàn)共振或類似的振動靜態(tài)。為松弛工件，選定振動器在其操作范圍內(nèi)的那些速度，它們是在所規(guī)定的諧波范圍內(nèi)累積諧波的原因。
本發(fā)明是根據(jù)這種發(fā)現(xiàn)為依據(jù)的，由于振動器激勵而在工件內(nèi)部傳播振動諧波的分布給予振動器在其操作范圍內(nèi)用于松弛工件的振動頻率的數(shù)據(jù)，比在其操作范圍內(nèi)出現(xiàn)峰值所給予的數(shù)據(jù)好得多。工件不必采用很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，以便顯示大量的振動靜態(tài)(大大超出振動器使用時的頻率范圍)。通過對各種振動器速度的諧波范圍(此間工件趨向靜態(tài)振動)的分析，所獲的數(shù)據(jù)指出，何種振動器速度導(dǎo)致諧波范圍內(nèi)振動積累，以及何種振動器工作速度對工件松弛至關(guān)緊要。那些在諧波范圍內(nèi)引起最大數(shù)量激勵的振動器工作振動，可認(rèn)為是相當(dāng)重要的。
為確定規(guī)定諧波范圍內(nèi)的諧波積累，操作者可沿著兩條不同的路線進(jìn)行。第二點(diǎn)，振動器工作范圍內(nèi)的共振或類似振動靜態(tài)，以及與確定振動特點(diǎn)的峰值相應(yīng)的諧波，都是通過計算得來的。通過這些計算出來的諧波值，然后再確定，振動器操作范圍內(nèi)的哪些值是諧波累積的原因。
按照第三點(diǎn)(它可代替第二點(diǎn))，用測量法確定諧波。在這種情況下，操作者可通過激勵工件，采用常規(guī)的頻率分析方法，例如，通過振動器連續(xù)增加速度，或用小速度等級增加速度，或在工件上恰當(dāng)?shù)厍脫?，以便給予諧波振動。
第四點(diǎn)是第三點(diǎn)的一種較好的改進(jìn)，所測的諧波振幅可作為附加選擇標(biāo)準(zhǔn)，振幅愈大，與振動松弛所需諧波相應(yīng)的工作頻率愈合適。按照第4點(diǎn)，諧波累積與相應(yīng)的振幅有關(guān)，例如將它相乘，然后從這樣得到的曲線圖中實現(xiàn)選擇。
第五點(diǎn)是對以上四點(diǎn)的進(jìn)一步改進(jìn)，它導(dǎo)致為進(jìn)行松弛而對振動器的速度選擇進(jìn)一步優(yōu)化。這種方法既可用于通過計算來確定諧波(“第二點(diǎn)”)，又可用于通過測量來確定諧波(“第三點(diǎn)”)，本方法特別適用于計算機(jī)計算。把諧波范圍分成相鄰的具有明確的頻率帶寬(例如7Hz)的“窗”，這樣，便可直接讀出諧波在其中以累積的形式出現(xiàn)的頻率范圍。由于諧波范圍內(nèi)諧波的統(tǒng)計分布不均勻，但在較低值時具有最大分布，因此，當(dāng)操作者為了確定在哪些諧波范圍內(nèi)，實際上出現(xiàn)了與統(tǒng)計分布相比較的諧波累積，而把與工件有關(guān)的諧波分布結(jié)果和統(tǒng)計分布相比較時，就能獲得有關(guān)諧波累積的良好預(yù)測。
第六點(diǎn)是對第五點(diǎn)的新的改進(jìn)，可使振動器速度得到更佳的選擇，這是由于不僅要考慮諧波范圍內(nèi)諧波的積累，另外，還要根據(jù)這樣一個標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)選擇，即在具有諧波累積的最大諧波范圍內(nèi)進(jìn)行激勵的那些振動器速度是最好的速度。
第七點(diǎn)是第六點(diǎn)的繼續(xù)，其中，用于振動器松弛工件的下一個速度由速度順序確定，這些速度將諧波提供給大量選擇的窗區(qū)域。
與第七點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)截然不同的是，操作者按第八點(diǎn)的選擇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，所使用的方法是，不再考慮由已經(jīng)選定的振動器速度所產(chǎn)生的那些諧波。因此，在每種情況下選定一種速度，然后再重新確定所選擇的窗區(qū)域。由于不再考慮那些屬于已被選定速度的諧波，也就不管任何以前可能已被選定的窗區(qū)域，在每種情況下，從留下的或新選定的窗區(qū)域中選擇振動器下一次操作速度。
第九點(diǎn)列出了確定測量圖的各種可能性，從圖上可確定諧波。直至目前的實際操作中，都習(xí)慣使用加速度/速度圖，為了通過振動器對工件進(jìn)行激勵，對工件至少采用一種加速度，以便振動特性儀表較好地檢測出，在哪種頻率上工件存在比較理想的振動。如果不用這樣的加速度/速度圖，操作者還可使用一種振幅/速度圖或變形系數(shù)/速度圖。變形系數(shù)/速度圖有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即它像加速度/速度圖一樣不表示隨頻率增加而出現(xiàn)的兩次上升，但除所包含的峰值之外，它具有同速度恒定的行程。
通過圖中所示曲線，以下詳細(xì)解釋本發(fā)明，其中圖1為工件的加速度/速度圖的范例。
圖2為與諧波圖有關(guān)的加速度/速度圖的簡化圖。
圖3為最簡易的曲線圖，表示諧波范圍的兩個窗區(qū)域的諧波與待選擇的振動器操作速度的關(guān)系。
圖1是一條典型的速度范圍為1200-4800轉(zhuǎn)/分的工件的加速度/速度曲線圖，該圖表示出大量的最大值或峰值，在這些峰值處所增加的加速度值連同相應(yīng)的速度可以從圖中反映出來。如果測頭對較高頻率也很敏感的話，這些峰值沒有必要通過振動器振蕩頻率的共振來獲得。在這樣的情況下，加速度計也可用工作范圍之外的頻率來測量振動的加速度。這樣的情況肯定會發(fā)生，當(dāng)振動頻率譬如為40Hz時，工件只經(jīng)受很輕微的振動，然而加速度計卻顯示相當(dāng)高的值，這說明工件在40Hz所產(chǎn)生的諧波上，以后會進(jìn)行強(qiáng)烈的振動。
圖2a是與圖1相對的大大簡化的加速度/速度曲線圖，在本發(fā)明的方法的比較好的實施例中，首先把這條曲線繪出來，工件放在振動器上進(jìn)行振動，其振動的速度逐漸增大，加速度-響應(yīng)特性以該曲線的形式記錄下來。在此實施例中，振動器從1200轉(zhuǎn)/分開始啟動，以20-30轉(zhuǎn)/分的級差一直上升到6000轉(zhuǎn)/分，記錄每種情況下相應(yīng)的加速度值。圖2a的簡易曲線中，在30Hz，70Hz和95Hz上確定了三種峰值或最大值。用該加速度/速度曲線相關(guān)出圖2b所示的諧波曲線，其中諧波范圍限定為100Hz-2000Hz。對于加速度/速度曲線上或相應(yīng)的激振頻率的所有峰值，用振動頻率乘以連續(xù)整數(shù)計算諧波。假設(shè)加速度/速度曲線的峰值為30Hz，70Hz和95Hz，在限定為100-2000Hz諧波曲線圖上就產(chǎn)生了以下各個諧波30Hz×2＝60Hz(無效，因不在所規(guī)定的諧波范圍內(nèi))30Hz×3＝90Hz30Hz×4＝120Hz30Hz×5＝150Hz
30Hz×6＝180Hz30Hz×7＝210Hz30Hz×8＝240Hz30Hz×9＝270Hz30Hz×10＝300Hz30Hz×11＝330Hz30Hz×12＝360Hz30Hz×13＝390Hz30Hz×14＝420Hz30Hz×15＝450Hz最好只考慮第一個15-18諧波，這樣，對30Hz振動頻率所考慮的最高諧波為450Hz。圖2b中通簡化的曲線，每種情況下只進(jìn)入第5，第10和第15個諧波。
70Hz×2＝140Hz70Hz×3＝210Hz70Hz×4＝280Hz70Hz×5＝350Hz70Hz×6＝420Hz70Hz×7＝490Hz70Hz×8＝560Hz70Hz×9＝630Hz70Hz×10＝700Hz70Hz×11＝770Hz70Hz×12＝840Hz
70Hz×13＝910Hz70Hz×14＝980Hz70Hz×15＝1050Hz95Hz×2＝190Hz95Hz×3＝285Hz95Hz×4＝380Hz95Hz×5＝475Hz95Hz×6＝570Hz95Hz×7＝665Hz95Hz×8＝760Hz95Hz×9＝855Hz95Hz×10＝950Hz95Hz×11＝1045Hz95Hz×12＝1140Hz95Hz×13＝1235Hz95Hz×14＝1330Hz95Hz×15＝1425Hz在諧波曲線上，相鄰的頻寬為6Hz的窗被確定在100Hz-2000Hz的范圍內(nèi)。這樣可確定(2000-100)/6＝317個窗，在每一個窗內(nèi)確定由加速度/速度曲線上出現(xiàn)峰值的速度所產(chǎn)生的諧波數(shù)。例如，30Hz振動器振蕩150Hz的第5諧波進(jìn)入第9個窗(范圍為148Hz-154Hz)。由于這種第一方法步驟的結(jié)果，在每一窗區(qū)域得了許多已進(jìn)入相應(yīng)于專用于工件的窗區(qū)域的諧波。
現(xiàn)在按已進(jìn)入窗區(qū)域的諧波來安排窗區(qū)域。用一種比較簡單的方法，操作者可從極少量具有最大數(shù)量諧波進(jìn)入的窗中，從加速度/速度曲線上，選擇相應(yīng)的基本頻率，這些速度用于工件振動松弛。
圖2b中，1為統(tǒng)計諧波分布的曲線，所謂統(tǒng)計諧波分布，即按上述方法進(jìn)行同樣諧波計算時所產(chǎn)生的分布，但不是從工件上出現(xiàn)峰值的頻率開始，而是假設(shè)恒定間隔寬度(例如1Hz)的情況下得到的。根據(jù)該曲線所示，在整個諧波范圍內(nèi)，統(tǒng)計分布不是恒定的，但有一個最大值。如果窗區(qū)域按順序安排之前，諧波量在單獨(dú)的窗區(qū)域內(nèi)按此種統(tǒng)計分布實行標(biāo)準(zhǔn)化，那么，根據(jù)上述方法可得到一種改進(jìn)的結(jié)果。
雖然通過上述方法已經(jīng)得到比常用方法好得多的結(jié)果，但按該方法的以下補(bǔ)充說明，還可得到更佳的工件松弛效果。按以上所述，從加速度/速度曲線的峰值開始，操作者再次確定獨(dú)特的窗區(qū)域內(nèi)諧波的數(shù)量，用統(tǒng)計分布可能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。然后再確定窗區(qū)域的順序，譬如從總數(shù)為317個窗區(qū)域中選擇100個最高序。在這些被選擇的100個窗區(qū)域中，那些使這些窗區(qū)域待選擇的諧波將接受進(jìn)一步檢查，即，對于這100個窗區(qū)域中的每個區(qū)域把那些振動器操作范圍內(nèi)(且已在上述窗區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生諧波)的振蕩頻率結(jié)合為一個族。這樣一個族可以由2-14個族成員組成。選擇的所有100個窗區(qū)域中的族成員在振動器的操作范圍內(nèi)放在一起，族成員的順序在優(yōu)先目錄中按其“關(guān)系度”的數(shù)目確定。圖3a和3b顯示了“關(guān)系度”的含義。圖3b中，將兩個窗區(qū)域a和b取出，它們屬于所選擇的區(qū)域。通過屬于窗區(qū)域a的箭鏈，即可從工作區(qū)域a中表示在窗區(qū)域a中已產(chǎn)生諧波的那些頻率的特點(diǎn)，對于窗區(qū)域b的作法也是如此。頻率f2、f4、f5和f7屬于Fama族，頻率f1、f3、f4和f6屬于Famb族。從該圖中可以看出，由于頻率f4即屬于Fama族，也屬于Famb族，故它代表了一種特殊情況。因為該頻率f4屬于這兩種族，可把它們當(dāng)作相關(guān)的族。f4頻率有1個關(guān)系度。而圖3中所示的所有其他頻率各自都沒有更多的關(guān)系度。操作者能夠很容易地想像出，鑒于出現(xiàn)在按圖1的測量記錄器上的大量峰值，產(chǎn)生了帶有大量族成員的族，也相應(yīng)地產(chǎn)生了高的關(guān)系度。振動器操作范圍的頻率按上述方法進(jìn)行安排時，對于具有最大數(shù)量關(guān)系度的那些頻率最優(yōu)先。圖3的簡例中，頻率f4在上部，而所有其他頻率(零關(guān)系度)都在它的下面(序相等)。實際上，執(zhí)行該選擇標(biāo)準(zhǔn)，則得到差異極大的目錄(最大數(shù)目頻率達(dá)10關(guān)系度)，現(xiàn)在就可選擇具有最高關(guān)系度的振動器操作范圍的那些頻率。
在對“族形成”進(jìn)行解釋的附加選擇標(biāo)準(zhǔn)的情況下，操作者按以下檢查結(jié)果進(jìn)行工作，即，振動器操作范圍內(nèi)的那些頻率(在諧波區(qū)域內(nèi)-窗形成和選擇，通過檢驗被推薦進(jìn)行選擇的)是比較重要的，另外，它們還具有最高數(shù)目的關(guān)系度，這是因為每一個關(guān)系度意味著，對于只有一個頻率(按上例頻率f4)的選擇，涉及一個附加的諧波區(qū)域(兩個窗區(qū)域a和b)。
按上述方法，對于要進(jìn)行松弛的工件，我們的工作可根據(jù)加速度/速度圖進(jìn)行，在圖中確定最大值，然后再通過計算確定相應(yīng)的諧波。然而，還可能通過檢測來檢測工件上實際出現(xiàn)的諧波，然后把這些由檢測確定的諧波用于上述選擇標(biāo)準(zhǔn)。測量檢測諧波的工作可使用已知的付立葉(Fourier)方法或類似方法進(jìn)行。實際上，只根據(jù)振動器的幾種速度來確定諧波分布一般就夠了。這是因為，用振動器通常強(qiáng)烈地非線性激勵的結(jié)果，不但產(chǎn)生了自然頻率的諧波，而且在相當(dāng)寬的頻諧上也產(chǎn)生了激勵。如果檢測諧波之后，操作者對振動器出現(xiàn)峰值的所有速度都確定了相應(yīng)的諧波譜，那么上述方法可用同一方式進(jìn)行，由于對諧波范圍進(jìn)行了檢測，操作者也得到諧波振幅，這些振幅然后又可收進(jìn)最佳范圍，當(dāng)然，可導(dǎo)致較高振幅的那些諧波是更可取的。實際操作中，操作者可這樣進(jìn)行，即確定第一個諧波圖，圖中繪出振幅值。再將這個圖相互聯(lián)系起來，譬如將處于相同頻率的兩個圖的值相乘，這樣操作者就可得到第三個圖，它可作為進(jìn)一步計算的依據(jù)。
如果通過頻率分析，肯定沒有繪出加速度/速度圖的話，當(dāng)然就不能用確定關(guān)系度的方法來進(jìn)行上述優(yōu)化，在這里我們建議不用該方法，而采用測定諧波振幅的標(biāo)準(zhǔn)。
操作者不使用那種通常習(xí)慣采用的加速度/速度圖，當(dāng)然也可繪出振幅/速度圖，該圖考慮的是工件在橫坐標(biāo)上的實際振幅偏移，而不是加速度值。該圖同加速度/速度圖非常類似，稍有不同的曲線是變形系數(shù)/速度曲線，變形系數(shù)可通過以下公式確定K(d)=ΣK=2Lx2(K)x(l)]]>在該公式中X(1)為激振基本頻率上振動振幅，
X(k)為基本頻率的K諧波上的振蕩幅度，L為極限數(shù)，如來自f(max)/F(j)的整個數(shù)目，其中f(max)為所確定諧波范圍的最高極限(上例中為2000Hz)以及F(j)為激勵專用基本頻率。
變形系數(shù)可通過頻譜分析獲得，也可通過簡單的測量方法得到、通過頻譜分析，可得到與振動基礎(chǔ)部分有關(guān)的振動諧波部分，該部分可通過一個適當(dāng)?shù)倪^濾器(在上例中定為100Hz)直接實現(xiàn)。與加速度/速度曲線相比，變形系數(shù)/速度曲線具有自己的優(yōu)點(diǎn)，它朝較高頻率的上升不顯著(甚至沒有加速度/速度曲線以速度的二次冪上升的共振峰值)。
權(quán)利要求
1.操作消除工件應(yīng)力設(shè)備的方法，讓工件承受經(jīng)選擇的振動器速度的振動，此種選擇速度由測量決定，通過振動器在其操作范圍內(nèi)(如20Hz-100Hz)對工件進(jìn)行激勵，使之重新產(chǎn)生振動特性，其特征在于，對振動器操作范圍內(nèi)每個速度，在一個確定的、產(chǎn)生共振或近似振動靜態(tài)的諧振范圍內(nèi)(例如100Hz到2000Hz)，都可確定一個與操作范圍內(nèi)的那些振動相應(yīng)的諧波，為了松弛工件，選擇那些在該規(guī)定的諧波范圍內(nèi)造成諧波累積的速度。
2.按權(quán)利要求
1所述的方法，其特點(diǎn)在于，在振動器操作范圍內(nèi)各個共振(或類似的振動靜態(tài))的諧波是通過計算確定的。
3.按權(quán)利要求
1所述的方法，其特點(diǎn)在于，操作范圍內(nèi)的激勵所產(chǎn)生的諧波是通過測量確定的。
4.按權(quán)利要求
3所述的方法，其特點(diǎn)在于，使用諧波振幅作為在所述指定諧波范圍內(nèi)諧波累積的附加選擇標(biāo)準(zhǔn)，也就是說，諧波密度曲線圖中的諧波密度是由相應(yīng)的振幅來計算的，譬如，將它相乘然后把所得曲線用于選擇操作頻率。
5.按權(quán)利要求
1-4的任何一項所述的方法，其特點(diǎn)在于，在諧波區(qū)域內(nèi)，形成了頻率范圍窗，落進(jìn)窗內(nèi)的諧波在這些窗內(nèi)計數(shù)，為確定諧波累積，選擇那些具有最大的諧波數(shù)的窗區(qū)域，它可根據(jù)統(tǒng)計分布預(yù)先校準(zhǔn)。
6.按權(quán)利要求
5所述的方法，其特點(diǎn)在于，為每一個所選擇的窗區(qū)域中的諧波，在振動器的操作范圍內(nèi)，選擇那些可造成所述諧波的速度，並在大量所選定窗區(qū)域內(nèi)(族類形成)，優(yōu)先選擇已經(jīng)產(chǎn)生諧波的那個速度。
7.按權(quán)利要求
6所述的方法，其特點(diǎn)在于在所選定的窗區(qū)域中按先取最大的步驟選擇已產(chǎn)生諧波的速度值作為下一個速度。
8.按權(quán)利要求
7所述的方法，其點(diǎn)在于，為了選擇每種情況的下次速度，使用同樣標(biāo)準(zhǔn)，但不包括那些先前已確定的速度。
9.按權(quán)利要求
1-8中任一項所述的方法，其特點(diǎn)在于，為確定共振或類似靜態(tài)振動，或諧波，應(yīng)把工件上出現(xiàn)的加速度值或變形系數(shù)作為依據(jù)。
專利摘要
對工件進(jìn)行松弛的設(shè)備操作方法，即工件在振動器所選定的速度上接受振動(由測量確定所選定的速度)，在振動器的操作范圍內(nèi)，通過振動器的激勵，重新產(chǎn)生對工件的振動行為。在該設(shè)備上，對于振動器在其操作范圍內(nèi)的各種速度，在所規(guī)定的諧波范圍內(nèi)確定與操作范圍內(nèi)那些振動相應(yīng)的諧波，設(shè)備上即出現(xiàn)共振或類似的振動靜態(tài)，為此，為了松弛工件，選擇了那些在規(guī)定的諧波范圍內(nèi)造成累積諧波的速度。
文檔編號B21D3/00GK87106584SQ87106584
公開日1988年5月18日 申請日期1987年9月26日
發(fā)明者迪特馬·施內(nèi)德 申請人:Vsr馬丁工程有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan