本發(fā)明涉及機(jī)械領(lǐng)域中的振動時效裝置，特別是一種圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除裝置。

背景技術(shù)：

采用彎扭耦合共振產(chǎn)生的動應(yīng)力來消除轉(zhuǎn)軸類零件的殘余應(yīng)力，在實(shí)施過程中需要對轉(zhuǎn)軸施加扭振激勵，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率等于彎曲固有頻率和扭轉(zhuǎn)固有頻率之差時時，當(dāng)施加的扭振激勵等于扭轉(zhuǎn)固有頻率，由彎扭耦合理論，偏心轉(zhuǎn)軸會同時激發(fā)彎曲共振，彎曲共振與扭轉(zhuǎn)共振相互加強(qiáng)，產(chǎn)生足夠的動應(yīng)力。目前采用的扭振激勵方式主要有電磁激振器、氣動激振器、液壓激振器，然而這些激振器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高，價格昂貴，維修成本高，實(shí)施困難。本發(fā)明所采用的激振器大多由機(jī)械零部件構(gòu)成，可靠性高，結(jié)構(gòu)緊湊，零部件強(qiáng)度高，可以適應(yīng)較大的激振范圍，而且激振力臂可調(diào)，致動凸輪可調(diào)，致動凸輪的激振力和激振頻率由外部變頻電源控制，可以根據(jù)轉(zhuǎn)軸零部件的實(shí)際情況加以調(diào)節(jié)，靈活性強(qiáng)，成本低，維修容易。使用該扭振激勵器產(chǎn)生扭振激勵施加在旋轉(zhuǎn)的偏心轉(zhuǎn)軸上，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率等于彎曲固有頻率與扭轉(zhuǎn)固有頻率之差，將該扭振激振器輸出扭振激勵設(shè)定為扭振固有頻率，由彎扭耦合共振理論，同時產(chǎn)生彎曲共振，彎曲共振與扭轉(zhuǎn)共振相互加強(qiáng)，產(chǎn)生足夠的動應(yīng)力來消除高剛度轉(zhuǎn)軸的殘余應(yīng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種圓柱凸輪傳動式交變力矩的彎扭耦合共振式振動時效方法，解決了產(chǎn)生橫扭耦合共振振動時效受制扭振激勵源的問題，通過由圓柱凸輪傳動式交變力矩的扭振激勵來激發(fā)彎扭耦合共振來消除殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)振動時效的效果。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案如下：

圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除裝置，包括轉(zhuǎn)軸、第一軸承、第二軸承、第一軸承座、第二軸承座、電機(jī)、聯(lián)軸器、底盤、圓盤、偏心質(zhì)量塊以及扭振激勵器，所述扭振激勵器包括激振機(jī)架、激振力臂、正電極環(huán)、負(fù)電極環(huán)、第一圓柱凸輪激勵器、第二圓柱凸輪激勵器、正電刷、負(fù)電刷和電刷底座；；第一圓柱凸輪激勵器包括第一溝槽圓柱凸輪、第一致動電機(jī)、第一致動桿件和第一致動滑塊，第二圓柱凸輪激勵器包括第一溝槽圓柱凸輪、第一致動電機(jī)、第一致動桿件和第一致動滑塊；

轉(zhuǎn)軸通過第一軸承和第一軸承座以及第二軸承和第二軸承座安裝在底盤上，圓盤固定在轉(zhuǎn)軸上并與轉(zhuǎn)軸同軸，偏心質(zhì)量塊固定在圓盤上；

電機(jī)固定安裝在底盤上，電機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸一端連接，轉(zhuǎn)軸另一端固定連接在激振機(jī)架底面的圓心處，

激振力臂的中心與激振機(jī)架底面的圓心固定連接，第一圓柱凸輪激勵器和第二圓柱凸輪激勵器分別安裝在激振機(jī)架底面并且靠近激振力臂兩端的位置上，

所述第一圓柱凸輪激勵器的結(jié)構(gòu)如下：第一溝槽圓柱凸輪連接在第一致動電機(jī)的輸出軸上，第一致動滑塊安裝在第一致動桿件上并且同時嵌入在溝槽圓柱凸輪的溝槽中；第二圓柱凸輪激勵器的結(jié)構(gòu)與第一圓柱凸輪激勵器相同；

正電極環(huán)和負(fù)電極環(huán)安裝在固定在激振機(jī)架的外筒壁上，正電極環(huán)和負(fù)電極環(huán)分別通過導(dǎo)線與第一致動電機(jī)和第二致動電機(jī)連接，

正電刷和負(fù)電刷都固定在電刷底座上，正電刷與正電極環(huán)接觸，負(fù)電刷與負(fù)電極環(huán)接觸，正電刷和負(fù)電刷連接至電源。

所述激振力臂、第一圓柱凸輪激勵器和第二圓柱凸輪激勵器以激振力臂的中心形成中心對稱，進(jìn)而對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生扭矩。

所述激振力臂除了中心與激振機(jī)架的連接處之外，其余的兩端部分處于懸空狀態(tài)。

圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除方法，具體步驟為：

(5)將由圓柱凸輪傳動式交變力矩的扭振激振器與轉(zhuǎn)軸剛性連接，連接圓盤和偏心質(zhì)量，

(6)通過測試，得到轉(zhuǎn)軸的彎曲固有頻率、扭轉(zhuǎn)固有頻率和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，

(7)通過計(jì)算，確定由凸輪沖擊式交變力矩扭振激振器輸出扭振激勵的大小及頻率，

(8)啟動電機(jī)，設(shè)定旋轉(zhuǎn)頻率等于彎曲固有頻率與扭轉(zhuǎn)固有頻率之差，將凸輪沖擊式交變力矩扭振激振器輸出扭振激勵設(shè)定為扭振固有頻率，由彎扭耦合共振理論，彎曲共振與扭轉(zhuǎn)共振相互加強(qiáng)，產(chǎn)生足夠的動應(yīng)力來消除高剛度轉(zhuǎn)軸的殘余應(yīng)力。

本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于：

圓柱凹輪傳動精度高，廣泛用于機(jī)械產(chǎn)品中，由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生直線運(yùn)動，當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率確定，就能夠產(chǎn)生一定頻率的直線來回運(yùn)動，將此運(yùn)動作為物體的激勵源，可以減小激振器造成的沖擊，避免電機(jī)受振動損壞。

提高激振的可靠性，整體安裝方便，制造容易，可根據(jù)實(shí)際輸出頻率更換不同凹槽波數(shù)，并調(diào)節(jié)圓柱體的旋轉(zhuǎn)速度，靈活性強(qiáng)，適應(yīng)性大。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除裝置的正視圖。

圖3是本發(fā)明所述圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除裝置的扭振激勵器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明所述圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除裝置的第一圓柱凸輪激勵器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明所述圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除裝置的扭振激勵器的正視圖。

圖6是圖5中A位置的放大示意圖。

具體實(shí)施方式

圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除裝置，包括轉(zhuǎn)軸1、第一軸承9、第二軸承10、第一軸承座16、第二軸承座17、電機(jī)7、聯(lián)軸器11、底盤14、圓盤12、偏心質(zhì)量塊13以及扭振激勵器，所述扭振激勵器包括激振機(jī)架2、激振力臂3、正電極環(huán)6、負(fù)電極環(huán)15、第一圓柱凸輪激勵器、第二圓柱凸輪激勵器、正電刷19、負(fù)電刷和電刷底座20；第一圓柱凸輪激勵器包括第一溝槽圓柱凸輪21、第一致動電機(jī)4、第一致動桿件22和第一致動滑塊23，第二圓柱凸輪激勵器包括第二溝槽圓柱凸輪22、第二致動電機(jī)5、第二致動桿件和第二致動滑塊；

轉(zhuǎn)軸1通過第一軸承9和第一軸承座16以及第二軸承10和第二軸承座17安裝在底盤14上，圓盤12固定在轉(zhuǎn)軸1上并與轉(zhuǎn)軸1同軸，偏心質(zhì)量塊13固定在圓盤12上；

電機(jī)7固定安裝在底盤14上，電機(jī)7的輸出軸通過聯(lián)軸器11與轉(zhuǎn)軸一端連接，轉(zhuǎn)軸另一端固定連接在激振機(jī)架2底面的圓心處，

激振力臂3的中心與激振機(jī)架2底面的圓心固定連接，第一圓柱凸輪激勵器和第二圓柱凸輪激勵器分別安裝在激振機(jī)架2底面并且靠近激振力臂3兩端的位置上，

所述第一圓柱凸輪激勵器的結(jié)構(gòu)如下：第一溝槽圓柱凸輪21連接在第一致動電機(jī)44的輸出軸上，第一致動滑塊23安裝在第一致動桿件22上并且同時嵌入在溝槽圓柱凸輪的溝槽中；第二圓柱凸輪激勵器的結(jié)構(gòu)與第一圓柱凸輪激勵器相同；

正電極環(huán)6和負(fù)電極環(huán)15安裝在固定在激振機(jī)架2的外筒壁上，正電極環(huán)6和負(fù)電極環(huán)15分別通過導(dǎo)線18與第一致動電機(jī)444和第二致動電機(jī)5連接，

正電刷19和負(fù)電刷都固定在電刷底座20上，正電刷19與正電極環(huán)6接觸，負(fù)電刷與負(fù)電極環(huán)15接觸，正電刷19和負(fù)電刷連接至電源。

進(jìn)一步的，所述激振力臂3、第一圓柱凸輪激勵器和第二圓柱凸輪激勵器以激振力臂3的中心形成中心對稱，進(jìn)而對轉(zhuǎn)軸1產(chǎn)生扭矩。

進(jìn)一步的，所述激振力臂3除了中心與激振機(jī)架的連接處之外，其余的兩端部分處于懸空狀態(tài)。

圖中標(biāo)注8為電機(jī)座。所述激振機(jī)架為圓柱筒形，正電極環(huán)6和負(fù)電極環(huán)15同軸安裝在圓柱筒形激振機(jī)架的圓柱外壁面上，圓柱筒形激振機(jī)架的一端設(shè)有底面或者兩端都設(shè)有底面。

工作時，電機(jī)7帶動轉(zhuǎn)軸1旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸1帶動扭振激勵器旋轉(zhuǎn)，第一致動電機(jī)444、第二致動電機(jī)5的電源線通過導(dǎo)線18穿過激振機(jī)架2上的孔與正電極環(huán)6和負(fù)電極環(huán)15相連，扭振激勵器旋轉(zhuǎn)時，正電極環(huán)6和負(fù)電極環(huán)15始終保持與正電刷19和負(fù)電刷接觸，從而給第一致動電機(jī)444、第二致動電機(jī)5提供電源和信號。第一圓柱凸輪激勵器的工作原理為：第一轉(zhuǎn)動電機(jī)4帶動第一溝槽圓柱凸輪21旋轉(zhuǎn)，由于第一致動滑塊23嵌入在溝槽圓柱凸輪的溝槽中，所以在第一轉(zhuǎn)動滑塊的傳動下第一致動桿件22往復(fù)運(yùn)動。在安裝第一圓柱凸輪激勵器的零部件時，要求第一溝槽圓柱凸輪21與第一致動電機(jī)44同軸，第一致動桿件22平行與第一溝槽圓柱凸輪21的軸線，并且要求第一致動桿件22往復(fù)運(yùn)動的行程范圍內(nèi)能夠?qū)ふ窳Ρ圻M(jìn)行有效撞擊使得激振力臂發(fā)生振動，進(jìn)而對轉(zhuǎn)軸1產(chǎn)生扭矩。第二圓柱凸輪激勵器的工作原理與第一圓柱凸輪激勵器的工作原理相同。

由扭振激勵器輸出的扭轉(zhuǎn)振動施加到高剛度的旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸1上，當(dāng)轉(zhuǎn)軸1的旋轉(zhuǎn)頻率等于彎曲固有頻率與扭轉(zhuǎn)固有頻率之差時，由彎扭耦合共振理論，一個頻率等于扭轉(zhuǎn)固有頻率的扭振激勵可以同時激發(fā)起彎曲共振，彎曲共振與扭轉(zhuǎn)共振相互加強(qiáng)，產(chǎn)生足夠的動應(yīng)力來消除高剛度轉(zhuǎn)軸1的殘余應(yīng)力。

圓柱凸輪激勵引發(fā)的彎扭耦合共振式殘余應(yīng)力消除方法，具體步驟為：

(1)將由圓柱凸輪傳動式交變力矩的扭振激振器與轉(zhuǎn)軸剛性連接，連接圓盤和偏心質(zhì)量，

(2)通過測試，得到轉(zhuǎn)軸的彎曲固有頻率、扭轉(zhuǎn)固有頻率和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，

(3)通過計(jì)算，確定由凸輪沖擊式交變力矩扭振激振器輸出扭振激勵的大小及頻率，

(4)啟動電機(jī)，設(shè)定旋轉(zhuǎn)頻率等于彎曲固有頻率與扭轉(zhuǎn)固有頻率之差，將凸輪沖擊式交變力矩扭振激振器輸出扭振激勵設(shè)定為扭振固有頻率，由彎扭耦合共振理論，彎曲共振與扭轉(zhuǎn)共振相互加強(qiáng)，產(chǎn)生足夠的動應(yīng)力來消除高剛度轉(zhuǎn)軸的殘余應(yīng)力。