飛行器折疊舵扭桿彈簧振動時效試驗(yàn)與研究

扭桿彈簧作為動力元件，為飛行器折疊舵的展開提供驅(qū)動扭矩。一般采用優(yōu)質(zhì)彈簧鋼制造而成。扭桿彈簧在進(jìn)行強(qiáng)扭試驗(yàn)時，因殘余應(yīng)力導(dǎo)致了零件發(fā)生緩慢的變形，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。本文采用振動時效對強(qiáng)扭試驗(yàn)后扭桿彈簧進(jìn)行殘余應(yīng)力消除。

飛行器扭桿彈簧振動時效工藝參數(shù)

工件的支撐

工件通過工裝在振動設(shè)備上進(jìn)行合理支撐，可以有效保證產(chǎn)品獲得良好的激振力，使工件快速達(dá)到激振頻率。應(yīng)選擇在共振狀態(tài)下工件自身的振幅為零的點(diǎn)，即工件振動的共振節(jié)點(diǎn)處，作為工件的支撐位置，防止施加的能量過多流失，振動頻率得到提高，工裝與工件不會因?yàn)楸舜酥g的相對位移而導(dǎo)致撞擊，也不會造成工件滑動影響加速度信號的穩(wěn)定性。

本次實(shí)驗(yàn)選擇壓板式固定方式，單次可實(shí)現(xiàn)2件產(chǎn)品裝夾，分為2個振動檢測點(diǎn)及2個振動控制點(diǎn)。

激振點(diǎn)的選擇及激振器的固定

在振動時效處理中，激振點(diǎn)的選擇直接影響振動時效的效果，為滿足工件產(chǎn)生盡量大的動應(yīng)力為目的，通常將激振點(diǎn)定在波峰附近。如果將激振點(diǎn)選擇在振動的節(jié)點(diǎn)位置，激振力在工件內(nèi)產(chǎn)生交變的動應(yīng)力為0，無法達(dá)到時效的目的。但一定要避免選擇在工件結(jié)構(gòu)薄弱處，防止因激振力造成損壞。

研究表明，在相同的振動工況下，工件與激振器的相對位置直接影響著振動時效的效果。因此，在實(shí)際操作過程中，可以多次調(diào)整激振器的位置，觀察振幅的變化情況，選擇最優(yōu)的激振器位置。

激振力的選擇

在振動時效過程中，振動設(shè)備施加的激振力會使工件獲得附加的交變應(yīng)力。工件因加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力疊加附加的交變應(yīng)力，工件的局部或整體會產(chǎn)生塑性變形，從而使工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力更加松弛、均化，甚至消除，這種塑性變形成為工件狀態(tài)趨于穩(wěn)定的關(guān)鍵。

設(shè)計(jì)振動時效試驗(yàn)時，激振力的選擇應(yīng)同時滿足以下條件：

A，工件受到的動應(yīng)力與殘余應(yīng)力之和必須大于工件材料的屈服極限。

B，工件受到的動應(yīng)力小于工件疲勞極限。

根據(jù)以上內(nèi)容分析，扭桿彈簧的屈服強(qiáng)度為1411MPa，按照動應(yīng)力10-50MPa的范圍內(nèi)取值，滿足動應(yīng)力值不超過材料的疲勞極限值要求。

激振頻率確定

在共振狀態(tài)下，工件可以在振動設(shè)備提供的較小的激振力下產(chǎn)生最大的振幅，受到更大的動應(yīng)力。工件在這種狀態(tài)下，可以快速消除殘余應(yīng)力，在最短時間內(nèi)使工件獲得最佳的尺寸穩(wěn)定性。為了達(dá)到提高振動時效率的目的，可以通過設(shè)置振動時效設(shè)備提供的頻率與工件的固有頻率一致，使工件處于共振狀態(tài)。

對試驗(yàn)件進(jìn)行掃描，以樣件及工裝組合進(jìn)行頻率確定。一階固有頻率為1800HZ，選擇亞共振頻率1670hz作為試驗(yàn)工件振動時效的激振頻率。

激振時間確定

振動消除殘余應(yīng)力時，工件內(nèi)金屬材料產(chǎn)生錯運(yùn)動，發(fā)生不斷攀移的現(xiàn)象，直至最后到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。因此雖然通過振動時效的方式消除殘余應(yīng)力可以加速時效過程，但是也需要一定的處理時間。殘余應(yīng)力的分布和大小與工件的結(jié)構(gòu)和重量有關(guān)，所以各類工件的振動時間也會有所不同。

本實(shí)驗(yàn)以工裝及組件為試驗(yàn)對象，重量為14kg，小于227kg，振動時效時間10min。

總結(jié)

本文對飛行器扭桿彈簧進(jìn)行了振動時效試驗(yàn)，對工藝參數(shù)激振力、激振頻率、激振時間等相對因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。振動時效工藝可以在較短時間內(nèi)使扭桿彈簧的殘余應(yīng)力降低至較為穩(wěn)定的水平，在效率和效果方面均有明顯的優(yōu)勢，可以為該類零件加工去應(yīng)力提供借鑒。