1、中华人民共和国航空航天工业部航空工业标准HB/Z 229-93 指导性技术文件振动时效主要参数及技术要求1993-02-22发布1993-08-01实施中华人民共和国航空航天工业部批准目次1 主题内容与适用范围. . . .,. . . . . .(1) 2 术语、符号.，.t，. .,. . . . (1 ) 2. 1 术语. . . ., . . . . . ., .(1) Z.Z 符号和单位. . . . . . . . . . . . . . . . . . (1) 3 振动时效的主要参数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2) 3. 1 动
2、应力的确定原则. . . . . . . . . . . . (2) 3. 2 振动时间(振动次数)的确定原则qJ叫JqJ件条的件事效条颜时振有动共固振Ei?4.3 对撒握器调颇范闹的要求.4. 4 激振器的安装要求. 5 振动时效的技术要求._. . . . . . . . . . . ,. . . . . . . . .) 5. 1 对撒振设备的要求-5. 2 对工件的要求. 5. 3 对振动方向的要求.6 振动时效的效果评定6. 1 振动时效两种效果评定方法及其关系. (引6.2 直接评定法. . . . . . . . . (5) 6. 3 间接评定法. . 10. .,.,. . (
3、7) 7 振动时效操作规程. . . . . . . . . . . . . . . . . (7) 7. 1 典型的操作规程. . . 7.2 简化的操作规程附录A振动时效机理、应力分析、寿命估算及支承方法(补充件)(10)附录B典型应用实例(参二号件)附录C简化应用实例(参考件). . (6) 附JRD振动时效效果评定实例(参考件).(17) 中华人民共和国航空航天工业部航空工业标准振动时效主要参数及技术要求HB/Z 229-93 1 主题内容与适用范围本标准规定了振动时放主要参数的确定原则及振动时放处理的操作规程和技果评定的方法。本标准适用于采用机械撒振器进行的振动时枝。采用电磁撤振器进
4、行的振动时嗷处理亦可参照使用。本标准适用于航空地面装备巾的结构钢和不锈钢的焊接件、铸!中初锻件及铸铁件的振动时效处理。2 术语、符号2. 1 术语2. ,. 1 扫频曲线将激振器的频率缓慢地由小调大的过程称扫频。随着频率的变化，工件振动响应发生变化。f-A称振幅频率曲线;f-a.称加速度频率曲线;f-1称电流频率曲线，以上曲线统称扫频曲线。2- 1. 2 激振点将撒振器主态工作时，工件仅对应子扫频曲线的某一点M响应。称M点为激振点。2.2 符号和单位甲一一工作循环应力.MPa.a一-振动时效的动应力(应力幅)，MPa。-1 内应力为零时，工件的疲劳极限.MPaob一一内应力为零时，工件的公称抗
5、拉强度.MPa.a一一工件的内应力，MPa. F一一静载荷，最大激振力.N。民转速.r /min. f 振动频率.Hz.fi-机械撒振器的频率.Hz.fn，一一工件的固有频率.Hzca -l一长度.cm。E一一弹性模量，MPa.航空航天工业部1993一0222发布1993-08-01实施J一截面惯性矩cm4G p一一材料的质量密度，kg/cm30B一一截面识，cmZQ A 振幅，cmoa一一加速度，cm/s. n一一动应力的循环次数。HB/Z 229-93 N-一在单一动应力作用下的破坏循环次数D一一循环载荷(动应力)作用下，构件所受的损伤。P一功率，KW。I一一+电流.A。V 电压，V。3
6、振动时效的主要参数对振动时放起决定作用的参数t.施加的动应力向应与要求松弛的内应力的方向相同hb.振动次数n(振动时闷儿3.1 动应力的确定原则动应为取值按疲劳曲线，推导出下式=-1(1生) l1a -1(1) -品注，走申amz归矶的1;向应相罔.选用范圈且要L表10.选取范围MPa 工件分类结掬钢焊接件不锈钢焊接件铸铁件一般刚度L件50-80 60lOO 3050 大刚度工件20-50 30-.60 1030 注t表中上限应慎用.振动时效过程中，工件上动应力的分布是不均匀的，应设法使大动应力与大内应力相匹配。3.2 振动时间(振动次数)的确定原则3.2.1 振动时效的正常过程振动时效的正常
7、过程分以下阶段自a.振动时效开始23min，参数(振幅、动应力、频率、电机电流等)即发生变化pb.参数继续变化，但趋势是从快渐趋缓慢zC.最后2-3min肉，参数基本上不再变化，表明振动时效处理已完成。整个过程般需15-30min(振动次数为5000080000次)。3.2.2 振动时放不正常时的处理2 HB/Z 229-93 如果振动时效开始3_Smin后，振动参数尚未发生变化，就属于不正常情况，应停止时效，进行分析原因并作如下处理za.如属激振力不够，则应按3.的要求进行调整，调整后重新开始振动zb.如属工件无内应力或工件已进行过振动时赴处理的，则不允i于再进行振动时效。4 振动时慧的条件
8、4. 1 共振条件振动时效必须在共振条件下进行，产生共振的条件如下:a.机械激振器的频率与工件的固有频率重合Eb.机械激振力足以克服工件的内外阻尼。4.2 固有频率4.2.1 工件支承不同时，因布频率的确志在确定支承条件下的工件固有-频率，叮l算得到，也可实测在得。对民J简化成均质:键的工件，其回有频率可用下式表示1r il. /E.I f 一_. ) ? j一一-幻f四2时zj.B式中:Sn的取值见表2。表2几种均1道单跨梁的支京系敖(:1，)支承方式梁的简图两端自由2.24 两端简支.A O. 99 悬臂梁0.35 4.2.2 对支承材料的要求为使工件处于自由状态，必须在波节处采用弹性材料
9、支承，如木块、橡皮、轮胎f为使工件成为两端简支或悬臂，应采用刚性装夹。4.3 对激振器调频范围的要求机械撒振器工作频率的最大值，必须大子工件的固有颇率。当fj=fm时.工件强烈共振;，、 HB/Z 229-93 fj = (0. 75-1. 25)m的范围内，为工件的共振区.为了满足工件的扫频要求，激振器工作频率最大值要达到tfimu注1.5fm 4.4 激摄器的安提要求撒振器的安装位置不间，可形成弯曲或扭转等不同的振型、工件的固苟频率也就不同。对于激振器安装位置的要求如下:a.激振器应紧固在工件刚性较弱的部位或被峰附近3b.撒振器禁止安装在刚性大、有加强肋或加强角片的部位及波节处:C.对悬臂
10、装央的工件，必须掉头进行第二次振动处理$d.对特大工件，应在振动响应薄弱的部位进行补振。5 振动时姓的技术要求5. 1 对激振设备的要求5. 1. 1 设备的稳频精度对错铁件及刚性大的工件，要求设备的稳频精度达到士lr/min。对焊接件及同IJ性小的工件.要求设备的稳频精度达到:!:lOr/min., 5.1.2 设备的转速、功率租激撮力根据工件刚度大小、质量大小，对撒振器的转速、功率和激振力可按衷3选用。表3激振设备转速、功率、撒振力的边择nz r/min 6000 5000 P 1 2 KW F 6500 13000 N 注:设备的撒撮力必细分挡可调，-般要求分8挡左右.5.1.3 设备的
11、功能激振设备应具有如下功能za.自动扫频;b.自动记录扫频曲线zC.动应力监测zd.振动加速度、电机电流的指示。5.2 对工件的要求对振动时效工件有如下要求:a. _L件的刚度不得突变;4 5000 10000 4 0.6 26000 6500 h 10000 2.2 24000 HB/z 229-93 b.工件不得存在严重的缺陷。若工件存在严重缺陷如夹渣、裂纹、虚焊等，则在振动时缺陷很快以裂纹扩张的形式暴露出来，使振动时放处理中断.工件排除缺陷后，允许重新进行振动时效。5.3 对振动方向的要求振动方向的选择原则是应使工件主焊缝(主内应力处的动应力最大或较大，见图1。摄动方向ti二-二二号扭正
12、确a 撮动方向睛不正确b 振动方向图1据动时慧的敢果评定振动时放可使工件的内应力得到松弛，并使工件的尺寸精度得到稳定。试验证明，当材料为低碳钢，工作应力小于80MPaR1;材料为不锈钢，工作应力小于100MPa时，振动时效完全可以代替热时效。6. 1 振动时娘两种放果评定方法及其关系振动时效效果评定方法有直接评定法和间接评定法两种，其相互关系见图2。6.2 直接评定法在研究试验中，直接评定法应该使用振功时效件，热时放件和不时效件成组对比测定，在生产中，首批工件尽可能采用对比测定。振动时效效果直接评定法有2a.残余应力测定法:b.精度稳定性测定法:c.加工表面精度测定法。5 6 HB/Z 229
13、-93 激画面点.披左空变化| 1.振幅或加速度变大.I 2.频率变小.e 3.电机电流或功率变小.一一一-tm 咽Hi-L附圳一一是恻刷问-W为阳湖一一回应精喝一一脚时唯一一|ia!一一毕一理一处一敢时一玛圳一振一罔2直持评定法和间接评定洼的关系注s因为直接评定怯较复杂、周期民，所以生严中一般均用i司接评定法6.2.1 残余应力测定法残余应力检测点应选在动应力峰值处或附近，否则元法说明问题。6.2. 1. 1 残余应力的有损检测法常用的有损检测法有za.钻孔法pb.切割法。6.2. 1. 2 残余应力的元损检测法常用的无损检测法有za. X射线衍射法;b.磁测法zC.超声波法。6.2.2 尺
14、寸精度稳定性测定法6.2.2.1 静晋精度保持性的测定HB/Z 229-93 将工件静置要求测试室保持恒温)，测量工件精度变化与时间的关系。般振动时放后最初一周时间，测量次数要密集些，以后，时间间隔可加大，测量用的量具精度必须高于变形量一个数量级.测量结果，如果变形量越小即精度保持性越好，表明振动时效效果越好。6.2.2.2 静载一一变形量的测定对工件施加静载荷，卸载后，测定工件残余变形量，静载由小渐大逐次增加，然后得到静载和残余变形量的关系曲线，相同的静载荷下.残余变形量越小，振动时敬的姓果就越好。6.2.2.3 动载一一变形量的测定对工件施加动载荷(可与工作应力相当)t循环一定的次数，卸载
15、后测量残余变形量，然后得出现载荷一一循环次数一一残余变形量的关系。6.2.3 机械加工表面精度测定法振动时效后，对工件进行机械加工，然后测定机城加工表面的精度(如平行度、圆度、于面度等)如工件变形越小，贝IJ振动时效效果越好。6.3 间接评定法振动时效效果的间接评定法是根据振功时效过程中参数发生有坝律的变化现象总结出来的，并经过直接评定法验证的实用的评定方法。间接的评定法有激振点振动参数控制法(简称参数法和振动始末扫频曲线比较法(简称曲线法两种。6.3.1 撒振点振动参数控制法振动时效过程中，工件对振动的响应，将由于内应力的松弛而有所改变。因而在振动J放时，控制一个振动参数保持不变，若其官参数
16、在振动开始2-3min即发生变化，最后达到!稳定，则振动时放就有效果。控制不同的参数.得到不同的参敷控制法，见表4。表4参数持制法的种类方法l 控制参教; 李化参数控制频率参数法I f I A(或a.J增大乍一一一一一一-j-一-_._.一_.，_控制动应力(振幅)参数法I (1.(或A)! f(或电机电流1)减小峰顶跟踪法-屈辱时一一-T一一一-iLK6. 3. 2 振动始末扫频曲线比较法工件对振动的响应变化，综合反映在振动始末特性曲线的变化七.典型的特性曲线有;fA析闹剧写扭曲线;(-1电流颇率曲线。在振动时效处理过程中.只要曲线变化符合以下种情品，则振动时效就有效果.6. 3. 2. 1
17、 振幅频率曲线的变化见图306.3.2.2 电流频率曲线的变化见图L7 摄动时嗷操作规程7. 1 典皂的操作规程7 A A 7. 1. 1 准备工作/飞J1-. 准备工作步震如下zHB/Z 229-93 A 儿y振末fJ12二A f 图3振幅频事曲线图4电流频率曲线a.检查工件撞5.2;确定激振方向按5.3. r 振始f b.估算工件的固有频率，选择支承方式按4.2;确定激振器的规格按5.1 ; C.安装攒撮器按4.4 ; d.安装加速度传感器。加速度传感器应紧固在工件振动感明显的部位，其方向应与振动方向一致ze.粘贴动应力监测应变片，应在工件的动应力最大和较大处。7.1.2激振8 HB/Z
18、229-93 7.1.2.1 初始扫频初始扫频的步骤如下za.调整激振力，调整须遵循由小渐大的原则Fb.观察是否出现了共振峰，若无其振峰出现，则应改变支承方式:C.共振峰处的动应力值，低破钢不超过130MPa;铸铁件不魁过80MPa;d.记录初始扫频曲线。7. 1. 2. 2 持续振动持续振动的步骤如下za选择激振点，激振点位置对于一般的机械激振器可选在共振峰上斜坡i范围内，撒振点处的动应力值按3.1和3.2确定:b.记录激振点的初始振动参数并在激振点持续振动，观察并记录振动参数的变化;C.振动时间按3.2确定。7. 1.2.3 结束振动时效若振动参数达到一新的稳定值，则可按6.3来评定振动时
19、放的效果，然后结束振动时效.7. .3第二次振动对以下情况的工件必须进行第二次振动:a.对于悬臂装央的工件，应重复上述步骤，掉头装夹再振动一次ab.对于大型工件，应在第一次振动强度薄弱处进行补振，步骤与第一次振动相同$C.对于在相邻的平面上均有主焊缝的工件。应将工件翻转90。再振一次。7.2 简化的撮件规程对批量工件或一般用途的工件，可按如下简化的操作规程进行振动时效。7.2. 1 批量生产工件批量生产工件的操作步骤如下Ea.首件按7.1的规定进行，记录主件的支承方法、支承位置、激振器的安装位置、撤振器的偏心挡次、激振点的位置及振动时间b.其余各件按首件的相同状态进行振动时放处理。7.2.2
20、一般用途工件一般用途工件的操作步骤如下=a.按7.1的各步骤中可省略动应力监测各条，但在实际操作时要注意激振力必须由小到大渐调。激振力控制在起振23min，参数能发生变化为限度$b.省略扫频曲线比较法，只用激振点参数控制法处理及评定效果。9 HB/Z 229-93 附景A振动时撞机理、应力分析、寿命估算及支承方法补充件A1 振动时妓机理简述振动时放是通过激振设备J才有内应力的构件，采用撒振的方法反复地施加循环载荷，以达到时效效果的工艺方法。由于材料皆存在微观的位错缺陷，故在一定的载荷作用下，可产生位错滑移，出现一个微小的塑性变形。在足量的循环载荷作用下，可使位错摞开动起来.位错滑移是单向进行线
21、性累积的。当微应变累积到一个宏观量，构件宏观内应力随之松弛:另一方面位错运动的进行，使可逆位错减少，固定位错增加。因而滑移阻力增大，强化了金属材料的弛豫刚度，提高了材料的抗变形能力，从而提高了工件的尺寸精度保持性，产生了时效的效果。振动时效在共振状态下进行。A2 动应力的估算A2.1 动应力的取值_，(一)豆1.(Al) b嗣r A2.2 (1-1的确定。-1由试验确寇。在无试验数据的情况下可接下式估算-l = K(A2) 对于焊接件;K一般取0.2-0.3。对于铸件;K一般取0.15-0.25。A3 摄动时烛施加在工件上动应力的分布振动时效施加在工件上的动应力是不均匀的.以两端简支的均质变J
22、l兰语为例，分析如下z一阶振型函数见图ALYA川川X) . . . (A3) 则动)也J为民=-EYA(于灿(于X). . . . . (A4) 动应力沿工件投度方向按正弦函数分布，见图A20动应力沿工件高度方向战线性分布，见图A3.A4 振动时效对工件寿命损伤的估算A4.1 工件工作循环应力小于其疲劳极限的情况该工件不进行振动时效时J.J无限寿命;进行振动时效后仍为无限寿命。如飞机型架、夹具、机床等。A4.2 工件工作循环应力大于其政劳极限的情况A4. 2. 1 不进行振动时效时的寿命10 BB/Z 229- 93 Y _-_ X - 二-一图Al振型Y -画-回A2动应力沿工件长度方向的分
23、布Y 固A3动应力沿工件高度方问的分布该工件的寿命有是限的.疲劳寿命可按线性累积损伤理论估算:K X 。.Z最=1. ,.41. . .,. (AS) 式中:ni一-在第i级应力水平情况下的王作循环f欠教LNi 在第i级应力水平情况下能承受的破坏循环次数-K一一应力水平的级数。BB/Z 229-93 A4. 2. 2 工件在振动时放后的损伤D=景. .41. (A6) 式中:n.-一在动应力为(1.应力水平r的振动次数:N.一一在动应力为。.应力水平下能承受的破坏循环吹数:计算得tD也0.05即损伤在5%左右.实际上.对有限寿命的工件，当.四时，振动时效能延寿A4. 2. 3 破坏循环次数N的
24、确定.N在有关的疲劳曲线中查找，见图A40 N. 围A4破坏循环次数N的确定12 N HB/z 229-93 附录B典型应用实例(参考件)B1 图Bl为某产品不锈钢焊接件压紧顶帽振动时效处理示意图，该工件直径3m、高O.6m、重10余吨，结构复杂，造价昂贵.B1.1 操作步骤该工件接本标准7.1操作规程进行振动时效处理B1. 1. 1 准备工作准备工作如下=a.检查焊接质量与结构设计的合理性pb.计算工件的振型、振频、动应为分布及提出装夹支承方法方寝。最后选择了二自由度圆周一半三点夹紧支承方法进行降频处理(见图B1)，相当工件处于悬臂和简支支承之间，共振频率为50-60Hz;C.按7.1.1紧
25、固撒振器，安装加速度传感器，粘贴动应力监测应变片等。工件撒振器支承图Bl压紧顶帽的降频处理8 1.1- 2 调节激振力本工作按7.1. 2. 1调节激振力。为保证安全有效，扫频取偏心60%，激振取偏心80%。扫频波峰处动应力40MPa，激振点动应力35MPa。初始扫频曲线及其峰顶参数见图82.8 1. 1. 3 持续振动本工件按7.1. 2. 2选择激振点，记录激摄点的参数变化和确定振动时间，激振点参数见表Bl中的激振器安装在OO(第一次)栏。13 HB/Z 229-93 81. 1.4 效果评定按7.1.2. 3结束振动时效并进行间接效果评定.参数变化情况见表B1第一次振动栏和图B20B1.
26、 1.5掉头振动由于压紧顶帽的装夹支承接近悬臂见图Bl)因此必须掉头再振动一次。掉头振动重复上述Hl.1. 3-Bl. 1. 4步骤，参数变化情况见表81第二次振动栏及图B3081.2 用间接效果评定法评定振动时效的效果根据表81、图B2、B3可以看出，工件第一次振动时，波峰的频率由54Hz变化到52Hz，减少2HzI波峰的加速度由1.地上升到1.5饨，变化最O.199J激振点处的电机电枢电流由29A下降到28A.变化量1A.工件第三次提动(掉头振动的始末，以上各参数亦发生了符合舰律的变化，变化量略小于第一次振动。根据6.3t说明压紧顶帽振动时效的效果良好.B1. 3 用直接效果评定法验证本工
27、件振动时效之后，经租加工，半精加工、精加工等机加处理，在其上开37个t160mm的孔.最后扩至4-Z2Zmm，且上下表面切削量为20mm(粗加工切削10mm，半精加工切削7mm.精加工切自IJ3mm)从每次加工的精度尺寸测量结果看，其变形量极小，精度很高，直至最后精加工结束测量3m直径平面度达到O.08mm(设计值。.10mm)，两平面平行度达到0.07mm(设计值O.25mm)其它各尺寸全部达到设计要求。工件的机加表面精度测量结果，直接证明了二件振动时效处理是成功的。也验址了用间接效果评定法评定振动时效的效果是可信的。14 表B1E豆紧顶帽参数变化撒振器位置参敬变化。O(第一次)! lW(第
28、二次波峰颇率(IIz;) 峰顶加速度(g) 持续激振点的电枢电流(A:飞I 52 个主一一一旦L-. I 2(3.7%) I 0.8(1. 5%) 振始I1.4 , 振末I1. 59 I I 0.1904%) I 0.09(5%) 20 I 30.5 28 I 30 A 1(3.5%) 0.5(1. 7%) 好续振动时间(min)28 【25 a a HB/Z 229 - 93 川，/52H2.1.59g 54Hl, ). 4g 摄末千一一一一一一一一-f 用B2压紧顶帽第一次振动扫频曲线51. 2Hz,!. 1l7a、S2岛.1.7!I伫/川队撮始一一f图B3压紧顶帽第二次振动扫频曲线15
29、HB/Z 229-93 附录C简化应用实例(参考件)C1 10kW风机桨时模具振动时效处理实例见图C1)，本工件形状复杂民5m、高O.8m，刚度不大.C1.1 操作步骤本工件按标准7.2.2一照用途的工件的操作步骤进行振动时放处理。C1. 1.1 准备工作准备工作如下:a.确定支承方式，根据工件的刚度不大的特点.预估冀一阶自由振动颇率在撒提器扫频范罔(0-.，100Hz)以内，可采用自由支承(见图C1)，橡皮木芯垫块位-于波节处3b.粘贴振动标尺用以测量振幅值zC.激振器紧固在靠工，件前左方，以产生弯扭振动。激摄器围Cl桨叶怕自具振动处理C1.1.2 调节撒振力先调偏心声5挡，振3-5min后
30、，振幅一直在1.5mm左右，说明撒振力偏小.接着调偏心至116挡.振3min，发现振幅吁，怡变大，说明撒振力合适。C1. 1. 3 持续振动振始撤振点参数z电压18.5V(70Hz)，电流5A，振幅3mm.持续振动10mint参数达到一个新的稳定状态。振末激振点参数电压17.5VC67IIz)，电流41 .报幅3mme参数有变化.说明振动时效效果良好。C1. 2结论本工件经机加后测量.尺寸精度达到设汁要求，在尘产岗位使用多年，验证了振动时效效果良好。16 D1 试件材料:lCr18Ni9Ti ,+50X 50 结构z见图DloHB/z 229-93 附景D振动时敢效果评定实例(参考件一遭锹肉焊
31、锺铜板阜U 气一-:0. F 图Dl试件D2 动应力按3.1进行计算确定，见表D1实测焊缝内应力为田二270MPa，取K=O.20表Dl试件动应力确定b K MPa 560 o. 2 。3间接效果评定D3.1 振动参数及参数变化.见表D2试件的振动时效在振动台上进行。- MPa 112 E MPa 270 8槽铜.(下限MPa 58 17 HB/Z 229-93 振幅化变一数参班件一电AiM nAM D-表一电压V 时间动应力mm MPa mln 60 23 21 参数变化条件频率不变D3.2 振幅频率曲线变化波峰明显左移，见图D2。AI f 国D2试件扫频曲线D3.3 间接评定结论参数有规律
32、变化，报幅颇率曲线波峰左格，振动时放效果良好.D4 直接效果评定D4.1 内应力松弛程度测定用切割法测得试件各部位的内应为如弛程度.见表D3.表D3试件内应力松弛量动应力100% I 90% i 75% J&一_.一-一-一一一一-一一一一一一一一一一一一一一一-1-町鹏今一一一一一一一一-寸一一一-一一一一一一一一一一内应力松弛量32 ! 27% I 17% D4.2 静载精度保持性测定将试件分成振动时效件.热日才放件在l不时注i-二iH:雪行对比测量。n4. 2.1 试验方法试验方法如下:址，将试件组成简支梁zb.在试件中点加静载.保排1Omin. 18 HB/Z 229-93 e.卸载后
33、过10min测定残会变形量.D4. 2.2 测寇结果见图D3D5 评定结论D5. 1 静载荷小于lOOMPa时，振动时放完全可以代替热时效.D5. 2 静载荷大于100MPa、小于150MPa时，振动时放件的尺寸精度稳定性不如热时放件，但与不时效件相比.变形已消除大部分，见亵D4.D4 变形减小量载街MPa 100 150 变形减小量88% 74 % 睛闭叫UEt Z.O 1. 5 1.0 0.5 7(司IfUI】6(东处理)S(报动时效H.劲t鼓衍动时史)。17 3.( 51 118 86 102.4 119 l37 153.6 Mla 图D3静载一一残余变形曲线19 20 HB/Z 229-93 附加说明=本标准由航空航天工业部第三O一研究所提出并归口。本标准由602所、301所、182厂、5703厂起草。本标准主要起草人z盛才良、应月台、赵慧敏、沈正明、杨关金、姜纲宝、朱惠绢、李明瑶。
