振动时效设备开发及其工艺研究

摘要

振动时效是一种利用振动消除工件残余内应力的方法。它起源于国外，从20世纪50年代发展至今，振动时效理论得到不断完善，并且随着振动时效设备的推广，其在实际生产中的应用范围也越来越大。我国于上世纪70年代引进振动时效技术，并组织一批科研院所和高校进行振动时效理论的研究及振动时效设备开发。经过几十年的发展，推广和应用，振动时效正在逐步取代传统的热时效方法。与热时效相比，振动时效的自动化水平高，投资成本低，生产周期短，并且对环境无污染，更重要的是其时效效果不逊于热时效。正是由于这些优点，振动时效在我国轻重型工业中的应用也日益广泛。但也有一些因素制约其发展，如振动时效工艺难制订，现场效果评定无定量标准等。本文以面向实际应用为出发点，首先开发了一套振动时效设备，其次探讨振动时效工艺制订的问题，最后在现有的实验条件下对所开发的设备进行调试和改进。
　　第一章介绍振动时效理论及国内外的发展现状，并重点介绍了谐波谱分析振动时效技术。本文开发的振动时效设备也是基于谱分析方法的。第二章介绍残余应力的成因，进而对比分析热时效和振动时效消除残余应力的机理。第三章详述振动时效设备的硬件开发，主要包括针对直流电机激振器的PWM数字调速模块，加速度传感器信号的低通滤波、采集模块。第四章介绍基于VC++的上位机软件平台开发过程。该人机交互界面采用基于对话框的模式，按照振动时效的工艺流程进行开发，以期达到振动时效设备操作简便的目的。软件平台通过建立和单片机的通信，使其能够控制电机转速，同时能采集加速度信号。对采集的加速度信号进行频谱分析，寻找工件的固有频率。第五章主要研究了振动时效工艺的制订问题，包括激振位置、支撑位置、激振力和激振时间等参数的选择。除此之外，还探讨了振动时效的效果评定方法。第六章通过实验对振动时效设备的软硬件进行联调，检验该设备的稳定性和可靠性。随后对现有成果进行总结，为下一步工作指明方向。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 振动时效技术简介

1．2 振动时效技术国内外研究现状

1．2．1 振动时效的发展概况

1．2．2 振动时效理论

1．2．3 频谱谐波技术在振动时效中的应用

1．3 本文主要研究内容

第2章 振动时效机理及谱分析理论

2．1 残余应力

2．1．1 残余应力成因

2．1．2 残余应力的分类

2．1．3 残余应力的影响

2．2 振动时效机理

2．2．1 热时效机理

2．2．2 振动时效机理

2．3 振动时效对金属构件的作用

2．3．1 振动时效对工件疲劳寿命的影响

2．3．2 振动时效对材料力学性能的影响

2．4 振动时效的动力学理论基础

第3章 振动时效设备硬件开发

3．1 直流电机激振器选择

3．2 直流电机特性分析及调速方案确定

3．2．1 直流电机运行特性分析

3．2．2 直流电机调速方案确定

3．3 无制动作用的不可逆PWM直流调速系统

3．3．1 转速单闭环直流调速系统

3．3．2 电机控制器及电子开关器件选型

3．3．3 交流-直流整流电路

3．3．4 IGBT驱动电路

3．3．5 脉冲整形测速电路

3．4 加速度信号采集

3．4．1 加速度信号测量

3．4．2 信号低通滤波

3．4．3 A／D转换电路

3．4．4 RS232-USB通信

第4章 振动时效设备软件开发

4．1 基于VC++的人机界面编程

4．1．1 Windows环境编程基础

4．1．2 振动时效人机交互界面

4．1．3 PC与单片机串口通信

4．1．4 加速度信号数据处理及存储

4．1．5 频谱分析

4．1．6 VC++画图

4．2 基于C51的单片机编程

4．2．1 直流电机的转速单闭环调速

4．2．2 加速度信号的采集

第5章 振动时效工艺及效果评定研究

5．1 振动时效工艺的制订过程

5．1．1 支撑位置的选择

5．1．2 激振器与传感器位置的选择

5．1．3 激振力

5．1．4 激振频率

5．1．5 激振时间

5．1．6 基于有限元方法的振动时效模拟

5．2 振动时效效果评定

5．2．1 参数曲线观测

5．2．2 尺寸稳定性检测

5．2．3 残余应力测量

5．2．4 动应力测量

5．3 振动时效实验

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢