現有摩擦焊技術由于熱源輸入單一、空間成形軌跡適應性差、難以連續填充材料和大頂鍛力等因素，極大地限制其推廣應用。 申請者創新提出一種復合軸向振動的旋轉消耗極摩擦焊新技術。該技術借用消耗極旋轉及軸向振動摩擦生熱，使摩擦界面能量以高頻小位移方式輸入，以小頂鍛力實現界面附近材料雙向攪拌作用，提供成形界面間塑變、流動、擴散與再結晶過程所需的熱、力條件，最終形成消耗極與母材連續的冶金結合。課題在研究復合運動作用下摩擦焊過程消耗極和融合區全局耦合動力學模型的基礎上，掌握其準穩態過程與消耗極扭振等動力學行為特征；并以典型材料和結構為對象進行仿真與實驗研究，定量分析軸向振動參數等對連續填充過程影響，獲得消耗極長壓桿扭振規律和小頂鍛力建立準則，并搭建該技術工藝系統原型。成果提供的振動摩擦復合、小頂鍛力、適于各類空間軌跡成形與便捷實施的新材料連接技術和理論，將為摩擦焊技術應用提供新途徑，具有重要理論與工程意義。

現有摩擦焊技術由于熱源輸入單一、空間成形軌跡適應性差、難以連續填充材料和大頂鍛力等因素，極大地限制其推廣應用。 課題創新提出了一種復合軸向振動的旋轉消耗極摩擦焊新技術。該技術借用消耗極旋轉及軸向振動摩擦生熱，使摩擦界面能量以高頻小位移方式輸入，以小頂鍛力實現界面附近材料雙向攪拌作用，提供了成形界面間塑變、流動、擴散與再結晶過程所需的熱、力條件，最終形成消耗極與母材連續的冶金結合。課題在研究復合運動作用下摩擦焊過程消耗極和融合區全局耦合動力學模型的基礎上，掌握了其準穩態過程與消耗極扭振等動力學行為特征；并以典型材料和結構為對象進行仿真與實驗研究，定量分析了軸向振動參數等對連續填充過程影響，獲得了消耗極長壓桿扭振規律和小頂鍛力建立準則，并搭建了該技術工藝系統原型。成果提供的振動摩擦復合、小頂鍛力、適于各類空間軌跡成形與便捷實施的新材料連接技術和理論，為摩擦焊技術應用提供新途徑，具有重要理論與工程意義。

三軸向振動復合試驗裝置專利目的

《三軸向振動復合試驗裝置》提供一種三軸向振動復合試驗裝置，其目的是在2009年2月前三軸向靜壓軸承式三軸振動復合裝置的基礎上進行改進，既降低加工制作難度、降低成本，又近一步提高工作頻率的上限增大工作頻率范圍，增強抗傾覆力矩能力。

三軸向振動復合試驗裝置技術方案

《三軸向振動復合試驗裝置》采用的技術方案是：一種三軸向振動復合試驗裝置，具有一個工作臺面，該工作臺面在垂直的Z軸向上經第一傳振機構連接Z軸向振動發生器，在水平的X軸向上經第二軸向傳振機構連接X軸向振動發生器，在水平的Y軸向上經第三振動發生器連接Y軸向振動發生器，其特征在于：所述第二軸向傳振動機構和第三軸向傳振機構均為十字直線導軌副，所述十字直線導軌副包括滑塊、橫向導軌以及縱向導軌，橫向導軌和縱向導軌十字交叉布置于滑塊的兩側，且與滑塊構成滑動連接；橫向導軌和縱向導軌兩者中，一者與X軸向或Y軸向振動發生器的固定連接，另一者與工作臺面固定連接；

所述第一軸向傳振機構包括上、下夾板以及中心嵌板，所述上、下夾板上下相對水平布置，中心嵌板位于上、下夾板之間，上、下夾板相對夾持中心嵌板，中心嵌板的上表面與上夾板的下表面間隙配合形成上配合平面，中心嵌板的下表面與下夾板的上表面間隙配合形成下配合平面，上、下夾板或中心嵌板上設有向上配合平面間隙和下配合平面間隙注油的注油通道，泵入高壓油，在上配合平面間隙和下配合平面間隙中形成靜壓油膜，構成靜壓平面軸承機構；該靜壓平面軸承機構與Z軸向振動發生器、工作臺面的連接關系為：

所述中心嵌板與工作臺面固定連接，所述上夾板或下夾板經連接件與Z軸向振動發生器的固定連接；或者，所述上夾板或下夾板與工作臺面固定連接，或上夾板的上表面作為工作臺面；所述中心嵌板經連接件與Z軸向振動發生器的固定連接。

上述兩個技術方案中的有關內容解釋如下：

1、上述方案中，所述Z軸向、X軸向、Y軸向振動發生器可以采用電動振動臺、機械振動臺、液壓振動臺或機械振動機構，其中機械振動機構是指能夠產生機械振動的機構。

2、上述方案中，所述上、下夾板穿置有拉力螺釘，上、下夾板通過拉力螺釘連接構成可調間距式夾持結構。使用時，可通過旋動拉力螺釘調整上、下夾板的間距，即調整配合平面間的間隙大小，調節靜壓油膜的剛度。

3、上述方案中，還包括一Z軸導向支架，該Z軸導向支架相對Z軸向振動發生器的臺體固定，所述Z軸導向支架上沿Z軸開設有導向孔，所述連接件中部穿過所述導向孔，所述導向孔的內表面與連接件的外表面間隙配合構成配合面，該配合面間泵入高壓油，形成靜壓油膜，構成靜壓軸承導向結構。

4、上述方案中，所述工作臺面的周向至Z軸導向支架周向之間連接有一環形防塵膜，利用環形防塵膜將試件工作臺至Z軸導向支架間在周向上封閉，以防灰塵等雜物進入靜壓軸承處。

《三軸向振動復合試驗裝置》的設計構思是：該發明申請人對2009年2月前各類三軸振動復合試驗裝置（特別是三軸向靜壓軸承式振動復合試驗裝置）進行了深入試驗分析。經多次試驗論證，發現垂直Z軸向振動時的頻響特性、工作頻率上限等性能指標較水平X軸向、水平Y軸向差很多，即垂直Z軸向的振動工作頻率即決定了整個裝置的工作頻率。故申請人在改進三軸向靜壓軸承式振動復合試驗裝置時，保留其垂直Z軸向上的靜壓平面軸承作為軸向傳振機構，而將X軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十字直線導軌副，可使三軸復合的工作頻率范圍提高至2000Hz以上。具體分析如下：因X軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十字直線導軌副，使工作臺面側部不用置壓力施加板，可以盡可能地縮短工作臺面至垂直Z軸向上的Z軸向振動發生器的距離（即降低了工作臺面），從而提高了整體的剛性、減少了運動部件的質量。剛性提高及運動部質量下降，這兩點使工作頻率上限近一步提高。并且，十字直線導軌副可采用外購件，從而簡化了結構，降低了制造的難度，降低制造成本。

《三軸向振動復合試驗裝置》有以下三種使用情況：

第一種：單軸向作用的振動試驗；如進行Z軸向振動試驗時，只要起動Z軸向振動發生器發出Z軸向的振動，因工作臺面與振動發生器間經第一軸向傳振機構連接，軸向傳振方向正是Z軸向，而X軸向和Y軸向為自由滑動配合，Z軸向振動發生器發出的振動經第一軸向傳振機構傳遞給工作臺面，實現單Z軸向的振動試驗。進行X軸向和Y軸向振動時也只要起動相對應方向上的振動發生器即可，工作過程與上述相似。

第二種：兩個軸方同時作用的復合振動試驗；雖產品應用中的振動環境本質上是三軸同時發生的，當其中一個軸向與其余兩向相比振動很小以至于可以忽略，或者其中一個軸向對振動試驗的結果影響不大，我們可以對試件使用兩個軸向同時振動試驗，相比兩個軸向分開振動，它可以更準確地復現真實工況。使用時，起動相對應的兩個軸向上的振動發生器即可，它們發出的振動會經軸向傳振機構傳遞至工作臺面上迭加作用，實現兩軸向復合振動試驗。

第三種：三個軸向同時作用的復合振動試驗；三軸向復合振動最接近自然真實的環境。使用時，起動三個振動發生器，三個振動發生器發出的振動經軸向傳振機構同時迭加作用在工作臺面上，實現三軸向復合振動試驗。

三軸向振動復合試驗裝置改善效果

1、由于《三軸向振動復合試驗裝置》的特殊結構，因X軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十字直線導軌副，使工作臺面側部不用布置壓力施加板，盡可能地縮短了工作臺面至垂直Z軸向上的Z軸向振動發生器的距離（即降低了工作臺面），從而提高了整體的剛性。

2、由于《三軸向振動復合試驗裝置》的特殊結構，因X軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十字直線導軌副，使工作臺面側部不用布置壓力施加板，減少了中間立方體，同時減少了三軸向的運動部件的質量。

3、《三軸向振動復合試驗裝置》剛性提高及運動部質量的下降，這兩點使工作頻率上限進一步提高。

4、由于《三軸向振動復合試驗裝置》的特殊結構，因X軸向、Y軸向的軸向傳振機構改為十字直線導軌副，降低工作臺面，從而提高了抗傾覆力矩的能力。

5、《三軸向振動復合試驗裝置》十字直線導軌副可采用外購件，簡化了整體結構，降低了制造的難度，大幅降低制造成本。

附圖1為2009年2月前十字導軌式三軸向振動復合試驗裝置的結構主視示意圖；

附圖2為附圖1的俯視示意圖；

附圖3為2009年2月前靜壓式三軸向振動復合試驗裝置的結構示意圖；

附圖4為《三軸向振動復合試驗裝置》實施例一結構主視示意圖；

附圖5為附圖4的俯視示意圖；

附圖6為《三軸向振動復合試驗裝置》實施例二結構主視示意圖；

附圖7為附圖6的俯視示意圖；

附圖8為《三軸向振動復合試驗裝置》實施例三結構俯視示意圖。

以上附圖中：1、工作臺面；2、振動發生器；3、十字交叉的直線導軌副；4、滑塊；5、橫向導軌；6、縱向導軌；7、中間立方體；8、壓力施加板；9、靜壓油膜；10、連接軸；11、；12、導軌；13、附加臺面；20、工作臺面；21、Z軸向振動發生器；22、X軸向振動發生器；23、Y軸向振動發生器；24、第一軸向傳振機構；25、第二軸向傳振機構；26、第三軸向傳振機構；27、上夾板；28、下夾板；29、中心嵌板；30、注油通道；31、滑塊；32、橫向導軌；33、縱向導軌；34、拉力螺釘；35、Z軸導向支架；36、導向孔；37、連接件；38、靜壓油膜；39、環形防塵膜；40、直線導軌連接件；41、連接體；42、避讓槽；43、避讓槽；44、附加臺面；45、靜壓油膜。

1、一種三軸向振動復合試驗裝置，具有一個工作臺面（20），該工作臺面（20）在垂直的Z軸向上經第一傳振機構（24）連接Z軸向振動發生器（21），在水平的X軸向上經第二軸向傳振機構（25）連接X軸向振動發生器（22），在水平的Y軸向上經第三振動發生器（23）連接Y軸向振動發生器（23），其特征在于：所述第二軸向傳振動機構（25）和第三軸向傳振機構（26）均為十字直線導軌副，所述十字直線導軌副包括滑塊（31）、橫向導軌（32）以及縱向導軌（33），橫向導軌（32）和縱向導軌（33）十字交叉布置于滑塊（31）的兩側，且與滑塊（31）構成滑動連接；橫向導軌（32）和縱向導軌（33）兩者中，一者與X軸向或Y軸向振動發生器的固定連接，另一者與工作臺面（20）固定連接；所述第一軸向傳振機構（24）包括上、下夾板（27、28）以及中心嵌板（29），所述上、下夾板（27、28）上下相對水平布置，中心嵌板（29）位于上、下夾板（27、28）之間，上、下夾板（27、28）相對夾持中心嵌板（29），中心嵌板（29）的上表面與上夾板（27）的下表面間隙配合形成上配合平面，中心嵌板（29）的下表面與下夾板（28）的上表面間隙配合形成下配合平面，上、下夾板（27、28）或中心嵌板（29）上設有向上配合平面間隙和下配合平面間隙注油的注油通道（30），泵入高壓油，在上配合平面間隙和下配合平面間隙中形成靜壓油膜（45），構成靜壓平面軸承機構；該靜壓平面軸承機構與Z軸向振動發生器（21）、工作臺面（20）的連接關系為：所述中心嵌板（29）與工作臺面（20）固定連接，所述上夾板（27）或下夾板（28）經連接件（37）與Z軸向振動發生器（21）的固定連接；或者，所述上夾板（27）或下夾板（28）與工作臺面（20）固定連接，或上夾板（27）的上表面作為工作臺面（20）；所述中心嵌板（29）經連接件（37）與Z軸向振動發生器（21）的固定連接。

2、根據權利要求1所述的三軸向振動復合試驗裝置，其特征在于：所述上、下夾板（27、28）設有拉力螺釘（34），上、下夾板（27、28）通過拉力螺釘（34）連接構成可調間距式夾持結構。

3、根據權利要求1所述的三軸向振動復合試驗裝置，其特征在于：還包括一Z軸導向支架（35），該Z軸導向支架（35）相對Z軸向振動發生器（21）的臺體固定，所述Z軸導向支架（35）上沿Z軸開設有導向孔（36），所述連接件（37）中部穿過所述導向孔（36），所述導向孔（36）的內表面與連接件（37）的外表面間隙配合構成配合面，泵入高壓油，該配合面間形成靜壓油膜（38），構成靜壓軸承導向結構。

4、根據權利要求3所述的三軸向振動復合試驗裝置，其特征在于：所述工作臺面（20）的周向至Z軸導向支架（35）周向之間連接有一環形防塵膜（39）。