扶梯驱动主轴是自动扶梯驱动系统的核心传动部件,其作用是将电机动力传递至梯级,带动乘客爬升。随着自动扶梯的客流量不断提升,自动扶梯的逆行、倒溜事故频繁发生,造成严重的人员和财产损失。根据事故调查报告显示,部分故障原因为焊接型扶梯驱动主轴焊接部位由于焊接残余应力引起的疲劳失效,导致动力中断。针对传统消除焊接残余应力的时效方法效果差、高能耗、重污染等问题,本文提出一种结合热时效和振动时效的新型热振复合时效工艺,对于解决焊接型扶梯驱动主轴焊后残余应力较高导致的疲劳问题以及寻找一种新型时效方法替代传统工艺具有重大意义。本文基于理论分析,采用数值模拟和试验相结合的方式研究热振复合时效消除驱动主轴焊接残余应力的机理和效果并优化了工艺参数。主要研究内容与结论如下:(1)使用ANSYS APDL有限元软件,采用双椭球热源模型及生死单元技术建立了扶梯驱动主轴的焊接模型,分析了三维焊接残余应力在其焊接接头上的分布规律。结果表明:焊缝上的周向拉应力,以及焊趾上的周向和径向拉应力在整个焊接接头应力场中占主要部分。采用盲孔法对扶梯驱动主轴的焊接试样进行了残余应力检测。结果表明:总体上,纵向残余应力、横向残余应力及等效残余应力分布的试验值与数值模拟结果基本吻合,数值模拟结果可以作为后续研究的有效焊后应力模型。(2)通过ANSYS APDL自由模态分析和约束模态分析得到了弯曲热振复合时效最佳的支撑点和激振点并确定了最佳激振频率;通过谐响应分析获得了有效激振力范围;通过动力学瞬态分析和热结构耦合瞬态分析分别建立了弯曲振动时效过程和弯曲热振复合时效过程的数值模拟模型,并研究了3组激振力参数和4组温度参数对弯曲热振复合时效工艺的应力消除效果。结果表明:当温度不变时,应力消除率与激振力成正相关,并接近线性关系;当激振力不变时,应力消除率与温度也成正相关,但是在25~150℃区间内,消除率增长较快,在150℃~200℃区间内,消除率增速明显减缓;当激振力为4KN,温度为200℃时,平均应力消除率及峰值应力消除率达到最高。(3)通过数值模拟的方式对驱动主轴的扭转热振复合时效工艺进行了探索研究。结果表明:当温度参数都设置为200℃时,采用最大许用激振扭矩的扭转热振复合时效效果要优于采用最大许用激振力的弯曲热振复合时效。(4)基于仿真结果选取了合理的设备,搭建了弯曲热振复合时效的试验平台,并采用最大许用激振力分别基于残余应力检测法和振动特性曲线评价法研究了加热温度对弯曲热振复合时效效果的影响规律。结果表明:热振复合时效的残余应力消除率要远高于振动时效,并且随着加热温度的增长应力消除率也不断提高;对比了试样时效前和时效后的扫频曲线,结果表明其共振频率左移和加速度峰值上升的变化趋势呈现出与残余应力检测法结果一致的规律,验证了弯曲热振复合时效工艺本身及采用振动特性曲线评价时效效果的有效性;最后综合考虑能耗及时间成本因素,在实际生产中,选取150℃为最佳弯曲热振复合时效加热温度参数。