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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:研究弯扭耦合共振消减转轴的残余应力的动力稳定性,对转子-轴承系统进行有限元离散,建立动力学模型.然后,对转子-轴承系统进行模态分析,得到合适的阵型.根据共振条件在共振转速之下用Newmark法求得转轴受到扭转振动激励的弯扭耦合位移响应和动应力响应,分析了转轴弯扭耦合共振特性.当转轴从零转速上升到耦合共振转速的过程中,通过Floquet稳定性理论和Poincaré法对参数激励系统进行周期稳定性分析.研究结果表明,弯扭耦合振动时效过程中的耦合动力特性明显,且振动是稳定的,对弯扭耦合共振理论应用于振动时效领域有一定的参考价值....
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:超谐共振式振动时效是解决高频率工件共振问题的一种有效方法,但非线性弹簧制造工艺复杂,非线性参数不可调节、难控制等因素限制了超谐共振式振动时效装置的应用发展.基于这些问题,提出利用线性弹簧组合来实现超谐共振,设计一种线性弹簧组合振动装置,在此基础上就线性弹簧组合非线性弹力特性进行分析,利用多尺度理论求得该系统3次超谐振动响应特性,借助有限元模型进行3次超谐振动对高频率工件激励的仿真实验分析.结果表明线性弹簧组合系统在垂直方向可以产生3次超谐振动,并实现了高频率工件主共振.这些研究成果进一步推进超谐共振式振动时效技术....
[期刊论文] 蔡敢为 黄院星 李岩舟
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北大核心 CSTPCD CSCD EI
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摘要:分析了振动时效处理消除曲轴残余应力效果不好的原因,以某型号内燃机曲轴为研究对象,设计了新的工艺和装置,对采用该工艺的振动时效处理装置进行计算机仿真.分析结果表明,该工艺和装置能够在偏心激振器的激振频率范围内使曲轴产生共振,可有效消除曲轴的残余应力,对大批量曲轴生产中振动时效工艺的制定提供了一定的理论依据,具有一定工程意义....
摘要:曲轴作为内燃机核心部件,质量的好坏将决定内燃机的性能的高低.而曲轴加工过程中产生的残余应力会直接影响到曲轴的质量.目前常用的曲轴消除残余应力的方式热时效方式的处理时间长、能耗高的缺点一直无法有效解决,特别有些曲轴还无法运用热时效的方式消除残余应力.而振动时效是消除工件残余应力的一种有效手段,避免了热时效的缺点.依据工件内部的残余应力和振动产生的动应力的叠加达到或超过材料屈服强度的“Wozney&Crawmer”准则,求出在激振器以轴弯曲振动固有频率激励下轴类零件产生弯曲振型的主共振,解决现有装置产生动应力达不到消减残余应力要求的难题,且轴两端变形量也有很大提高,同时轴的动应力分布更加均匀,从而能有效地消减轴类零件的残余应力....
[专利] 发明专利 CN201611011025.7
广西大学 2017-05-31
摘要:一种线性弹簧组合式振动时效超谐振动装置,包括基座、激振块、偏心质量激振器、弹簧一、弹簧二和弹簧三,偏心质量激振器固定安装在激振块上,弹簧一一端连接在激振块上,另一端连接在基座上,弹簧二一端连接在激振块上,另一端连接在基座上,弹簧三一端连接在偏心质量激振器上,另一端连接在基座上,所述弹簧一、弹簧二和弹簧三为具有相同刚度等长度的线性弹簧,所述弹簧一和弹簧二分别处于激振块的两侧并处于水平方向上,弹簧三处于竖直方向上。本发明中弹簧组合与激振器、激振块构成一个振动系统,在激振器的激励,激振块在三个线性弹簧的作用下产生垂直方向的非线性振动,在低频激励下可以响应出3倍于激励频率的高频频率,实现超谐共振。
[博士论文] 黄院星
电力装备与智能信息技术 广西大学 2018(学位年度)
摘要:金属工件在加工过程中常会产生残余应力,残余应力的存在将会影响其尺寸稳定性、产生应力腐蚀和疲劳破坏,因此有必要消减工件内部的残余应力,减小疲劳因素的影响,使其更加安全地在寿命设计范围内工作。转轴类零件广泛应用于机械装备和电力装备中,因此在转轴零件加工之后进行消减残余应力工艺,可以提高转轴的使用寿命和尺寸稳定性等,以提高机械装备和电力装备工作时的动态性能。
  常用的降低残余应力的方法主要有自然时效、热时效和振动时效处理,还有少数采用磁处理。自然时效处理所需要的时间很长,占用空间也很大;热处理会消耗大量燃料资源或电能,成本高,而且燃料的燃烧会污染环境;磁处理方法降低残余应力的机理仍然需要进行更深入的研究,目前未能得到广泛应用。
  工件经过振动时效处理之后,其内部的残余应力得到重新分布,工件的尺寸稳定性得到了提高,疲劳强度也随之提高,而且只需要数十分钟左右即可完成处理过程,与热时效处理方法比较,振动时效处理在时间和成本上比热时效处理低。然而,对于大刚度或残余应力分布比较复杂的转轴,目前还没有合适的振动时效工艺来处理。对于高刚度的零件,用传统的偏心电机来进行激振,其200Hz的激励频率上限无法使高刚度零件产生共振。Wozney提出当前最具有共识的振动时效条件,即“要使得残余应力降低,需要所施加的外部动应力与残余应力的叠加超过材料的屈服极限”。根据Wozney所提出的条件,传统的激振器在处理高刚度工件时的效果不太理想。
  针对以上提出的问题,本文提出用弯扭耦合共振产生的动应力来消减残余应力。为了把弯扭耦合共振理论应用到振动时效工艺中,首先要确定由轴承支撑的转轴所受外部激励的频率和幅值、旋转速度和偏心矩的大小。本文运用有限元方法来建立转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型,该动力学模型是多自由度的,加入了偏心质量这一个耦合因素,将偏心质量视为一个独立的单元加入到已有的考虑弯曲变形和扭转变形的转子-轴承系统动力学方程中,同时考虑转动惯量、剪切变形、陀螺力矩效应、轴承刚度阻尼和动态不平衡的影响。由于考虑了陀螺力矩甚至是轴承各向异性支撑参数的影响,整体矩阵不再是对称的,不能视为小阻尼系统,需要引入状态变量将方程转换到状态空间中进行求解。通过数值方法进行模态分析,得到转子-轴承系统的固有频率和振型,并得到弯曲刚度、扭转刚度、支撑性质、偏心矩、外部激励的关系,由此来设定转轴的弯扭耦合共振的参数。由于弯曲固有频率和扭转固有频率的差值不一定很小,如果要产生弯扭耦合共振,需要很高的转速,因此需要在工艺设计上进行结构调整,如增加悬臂飞轮,或增加一跨轴承来支撑带有飞轮的延长轴段,通过这种方式来尽量调节弯扭固有频率的差值。得到比较合适的弯、扭固有频率差值之后,根据共振条件来设定驱动电机的转速,在这一恒定转速下,根据残余应力集中位置选择合适的振型,对转轴施加动态偏心和外部周期性激励并进行瞬态动力学分析,采用逐步积分法Newmark-β法来进行求解,通过编写MATALB程序求解转子-轴承系统的弯扭耦合振动特性,包括各节点的位移响应和动应力响应,以确定弯扭耦合共振式振动时效的各个参数。由于弯扭耦合振动的动力学方程中的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵和力向量矩阵都是随时间变化的,是一个时变的参数激励系统,因此通过Floquet理论对弯扭耦合共振动力学方程进行稳定性分析,得到共振状态下转轴的振动是周期稳定的。
  由于弯扭耦合共振下的材料应力状态为复杂应力状态,所使用的强度理论与Wozney提出的振动时效机理中采用的单向拉压变形的强度理论不同。本文在Wozney提出的振动时效条件的基础之上,将统一强度理论引入到弯扭耦合共振式振动时效的机理分析之中,考虑了中间主应力的影响、材料拉、压强度不同的影响,得到了复杂应力状态下消减残余应力的机理,使得该振动时效机理较之传统振动时效机理更加合理。
  通过以上的理论分析,设计了弯扭耦合共振式振动时效装置并进行实验分析,通过对固有频率、弯曲振动和扭转振动的测量,得到了弯曲、扭转振动相互耦合的结论,为激发足够动应力打下基础,也为将弯扭耦合共振理论应用到振动时效领域积累相关的经验和数据。
[专利] 实用新型 CN201720085022.1
广西大学 2017-10-24
摘要:一种由电磁致动器激发的扭振激励器,激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接,第一电磁致动器和第二电磁致动器分别固定在激振力臂的两端,正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上,正电极环和负电极环分别通过导线与第一电磁致动器和第二电磁致动器连接,正电刷和负电刷都固定在电刷底座上,正电刷与正电极环接触,负电刷与负电极环接触,正电刷和负电刷连接至电源,转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。转轴由动力源带动旋转,激振力臂和机架由于与转动轴刚性连接,随转轴一同旋转。致动器产生的周期性切向力在圆心处造成周期性力矩,使得转轴受到扭振激励。从来实现对转轴施加扭振激励的功能,结构简单紧凑,可靠性好。
[专利] 实用新型 CN201720083524.0
广西大学 2017-10-24
摘要:圆柱凸轮激励引发的弯扭耦合共振式残余应力消除装置,该装置的转轴安装在底盘上,圆盘固定在转轴上并与转轴同轴,偏心质量块固定在圆盘上;电机的输出轴与转轴一端连接,转轴另一端固定连接在激振机架底面的圆心处,激振力臂的中心与激振机架底面的圆心固定连接,第一圆柱凸轮激励器和第二圆柱凸轮激励器分别安装在激振机架底面,所述第一圆柱凸轮激励器的结构如下:第一沟槽圆柱凸轮连接在第一致动电机的输出轴上,第一致动滑块安装在第一致动杆件上;正电极环和负电极环与第一致动电机和第二致动电机连接。本实用新型通过由圆柱凸轮传动式交变力矩的弯扭耦合共振来消除高刚度转轴的残余应力,提高了效率,提高了生产的安全性和可靠性。
[专利] 实用新型 CN201720098382.5
广西大学 2017-10-24
摘要:一种凸轮冲击式交变力矩弯扭耦合共振式振动时效装置,由凸轮冲击式交变力矩扭振激励器输出的扭转振动施加到高刚度的旋转转轴上,当转轴的旋转频率等于弯曲固有频率与扭转固有频率之差时,由弯扭耦合共振理论,一个频率等于扭转固有频率的扭振激励可以同时激发起弯曲共振,弯曲共振与扭转共振相互加强,产生足够的动应力来消除高刚度转轴的残余应力。本实用新型解决了弯扭耦合共振振动时效受制于扭振激励源的问题,通过由凸轮冲击式交变力矩弯扭耦合共振来消除高刚度转轴的残余应力,提高了效率,提高了生产的安全性和可靠性。
[专利] 实用新型 CN201720088828.6
广西大学 2017-10-20
摘要:一种由偏心电机激发的扭振加载装置,激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接,第一偏心电机和第二偏心电机分别固定在激振力臂的两端,正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上,正电极环和负电极环分别通过导线与第一偏心电机和第二偏心电机连接,正电刷和负电刷都固定在电刷底座上,正电刷与正电极环接触,负电刷与负电极环接触,正电刷和负电刷连接至电源,转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。转轴由动力源带动旋转,激振筒架随转轴一同旋转,偏心电机产生的周期性切向力在圆心处造成周期性力矩,使得转轴受到扭振激励,实现对转轴施加扭振激励的功能,结构简单紧凑,实施更加方便,性能更加可靠。
[专利] 实用新型 CN201720088817.8
广西大学 2017-10-24
摘要:一种凸轮冲击式交变力矩加载装置,激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接,第一致动电机和第二致动电机分别固定在激振筒架底面并且靠近激振力臂两端的位置上,第一致动凸轮安装在第一致动电机上,正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上,正电刷和负电刷都固定在电刷底座上,正电刷与正电极环接触,负电刷与负电极环接触,正电刷和负电刷连接至电源,转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。转轴由动力源带动旋转,激振筒架随转轴一同旋转,致动凸轮产生的交变切向力在圆心处造成交变力矩,使得转轴受到扭振激励。从来实现对转轴施加扭振激励的功能,结构简单紧凑,可靠性好,扭振激励效果明显。
[专利] 实用新型 CN201720088830.3
广西大学 2017-10-24
摘要:沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置,激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接,第一圆柱凸轮激励器和第二圆柱凸轮激励器分别安装在激振筒架底面并且靠近激振力臂两端的位置上,正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上,正电极环和负电极环分别通过导线与第一致动电机和第二致动电机连接,正电刷和负电刷都固定在电刷底座上,正电刷与正电极环接触,正电刷和负电刷连接至电源,转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。转轴由动力源带动旋转,激振机架随转轴一同旋转。致动沟槽凸轮产生的交变切向力在圆心处造成交变力矩,使得转轴受到扭振激励,实现对转轴施加扭振激励的功能,结构简单紧凑,可靠性好,扭振激励效果明显。
[专利] 实用新型 CN201720088816.3
广西大学 2017-10-24
摘要:一种由电磁致动器激发的弯扭耦合共振式振动时效装置,该装置的圆盘固定在转轴上,偏心质量块固定在圆盘上;电机的输出轴通过联轴器与转轴一端连接,转轴另一端固定连接在激振机架底面的圆心处,激振力臂的中心与激振机架底面的圆心固定连接,第一电磁致动器和第二电磁致动器分别固定在激振力臂的两端,正电极环和负电极环安装在固定在激振机架的外筒壁上,正电极环和负电极环分别通过导线与第一电磁致动器和第二电磁致动器连接,正电刷和负电刷分别与正电极环和电极环接触。本实用新型解决了弯扭耦合共振振动时效受制于扭振激励源的问题,通过由电磁致动器激发的弯扭耦合共振来消除高刚度转轴的残余应力,提高了生产的效率、安全性和可靠性。
[专利] 实用新型 CN201720092233.8
广西大学 2017-08-04
摘要:本实用新型涉及一种由偏心电机激发的弯扭耦合共振式残余应力消除装置,由偏心电机激发的扭振激励器输出的扭转振动施加到高刚度的旋转转轴上,当转轴的旋转频率等于弯曲固有频率与扭转固有频率之差时,由弯扭耦合共振理论,一个频率等于扭转固有频率的扭振激励可以同时激发起弯曲共振,弯曲共振与扭转共振相互加强,产生足够的动应力来消除高刚度转轴的残余应力。本实用新型解决了弯扭耦合共振振动时效受制于扭振激励源的问题,通过由偏心电机激发的弯扭耦合共振来消除高刚度转轴的残余应力,提高了效率,结构简单紧凑,实施更加方便,工作性能更加可靠。
[专利] 发明专利 CN201710046019.3
广西大学 2017-06-20
摘要:一种由偏心电机激发的扭振加载装置,激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接,第一偏心电机和第二偏心电机分别固定在激振力臂的两端,正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上,正电极环和负电极环分别通过导线与第一偏心电机和第二偏心电机连接,正电刷和负电刷都固定在电刷底座上,正电刷与正电极环接触,负电刷与负电极环接触,正电刷和负电刷连接至电源,转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。转轴由动力源带动旋转,激振筒架随转轴一同旋转,偏心电机产生的周期性切向力在圆心处造成周期性力矩,使得转轴受到扭振激励,实现对转轴施加扭振激励的功能,结构简单紧凑,实施更加方便,性能更加可靠。
[专利] 发明专利 CN201710050329.2
广西大学 2017-06-09
摘要:一种由电磁致动器激发的扭振激励器,激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接,第一电磁致动器和第二电磁致动器分别固定在激振力臂的两端,正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上,正电极环和负电极环分别通过导线与第一电磁致动器和第二电磁致动器连接,正电刷和负电刷都固定在电刷底座上,正电刷与正电极环接触,负电刷与负电极环接触,正电刷和负电刷连接至电源,转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。转轴由动力源带动旋转,激振力臂和机架由于与转动轴刚性连接,随转轴一同旋转。致动器产生的周期性切向力在圆心处造成周期性力矩,使得转轴受到扭振激励。从来实现对转轴施加扭振激励的功能,结构简单紧凑,可靠性好。
[专利] 发明专利 CN201710051986.9
广西大学 2017-05-31
摘要:沟槽凸轮冲击式交变力矩加载装置,激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接,第一圆柱凸轮激励器和第二圆柱凸轮激励器分别安装在激振筒架底面并且靠近激振力臂两端的位置上,正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上,正电极环和负电极环分别通过导线与第一致动电机和第二致动电机连接,正电刷和负电刷都固定在电刷底座上,正电刷与正电极环接触,正电刷和负电刷连接至电源,转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。转轴由动力源带动旋转,激振机架随转轴一同旋转。致动沟槽凸轮产生的交变切向力在圆心处造成交变力矩,使得转轴受到扭振激励,实现对转轴施加扭振激励的功能,结构简单紧凑,可靠性好,扭振激励效果明显。
[专利] 发明专利 CN201710053570.0
广西大学 2017-06-06
摘要:一种凸轮冲击式交变力矩加载装置,激振力臂的中心与激振筒架底面的圆心固定连接,第一致动电机和第二致动电机分别固定在激振筒架底面并且靠近激振力臂两端的位置上,第一致动凸轮安装在第一致动电机上,正电极环和负电极环安装在固定在激振筒架的外筒壁上,正电刷和负电刷都固定在电刷底座上,正电刷与正电极环接触,负电刷与负电极环接触,正电刷和负电刷连接至电源,转轴一端固定连接在激振筒架底面的圆心处。转轴由动力源带动旋转,激振筒架随转轴一同旋转,致动凸轮产生的交变切向力在圆心处造成交变力矩,使得转轴受到扭振激励。从来实现对转轴施加扭振激励的功能,结构简单紧凑,可靠性好,扭振激励效果明显。
[专利] 发明专利 CN201710045051.X
广西大学 2017-05-24
摘要:本发明涉及一种由偏心电机激发的弯扭耦合共振式残余应力消除装置,由偏心电机激发的扭振激励器输出的扭转振动施加到高刚度的旋转转轴上,当转轴的旋转频率等于弯曲固有频率与扭转固有频率之差时,由弯扭耦合共振理论,一个频率等于扭转固有频率的扭振激励可以同时激发起弯曲共振,弯曲共振与扭转共振相互加强,产生足够的动应力来消除高刚度转轴的残余应力。本发明解决了弯扭耦合共振振动时效受制于扭振激励源的问题,通过由偏心电机激发的弯扭耦合共振来消除高刚度转轴的残余应力,提高了效率,结构简单紧凑,实施更加方便,工作性能更加可靠。
[专利] 发明专利 CN201710053758.5
广西大学 2017-05-24
摘要:本发明是一种圆柱凸轮激励引发的弯扭耦合共振式残余应力消除装置,涉及一种圆柱凸轮传动式交变力矩的弯扭耦合共振式振动时效方法,由圆柱凸轮传动式交变力矩的扭振激励器输出的扭转振动施加到高刚度的旋转转轴上,当转轴的旋转频率等于弯曲固有频率与扭转固有频率之差时,由弯扭耦合共振理论,一个频率等于扭转固有频率的扭振激励可以同时激发起弯曲共振,弯曲共振与扭转共振相互加强,产生足够的动应力来消除高刚度转轴的残余应力。本发明解决了弯扭耦合共振振动时效受制于扭振激励源的问题,通过由圆柱凸轮传动式交变力矩的弯扭耦合共振来消除高刚度转轴的残余应力,提高了效率,提高了生产的安全性和可靠性。
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