【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論文題目 基于田口設(shè)計(jì) IHI擺式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí) 20xx級(jí)機(jī)械二班 學(xué)生學(xué)號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 完成時(shí)間 20xx0510 I 目錄 目錄 .................................................................... I 1引言 ................................................................... 1 的發(fā)展 ..................................................... 2 施羅曼飛剪 .................................................. 3 翁格爾飛剪 ................................................. 4 橋式飛剪 ................................................... 4 2 IHI 擺式飛剪工作原理 ................................................... 5 擺式飛剪的結(jié)構(gòu) ................................................... 5 剪切機(jī)構(gòu) ......................................................... 6 空切機(jī)構(gòu) ......................................................... 7 同步機(jī)構(gòu) ......................................................... 7 3 IHI 剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 ................................................ 8 同步機(jī)構(gòu)分析 ..................................................... 8 機(jī)構(gòu)位置分析 ............................................... 8 機(jī)構(gòu)角速度分析 ............................................. 9 飛剪本體分析 .................................................... 10 機(jī)構(gòu) 位置分析 .............................................. 10 上、下剪刃位置 ............................................ 12 機(jī)構(gòu)速度分析 .............................................. 13 4 IHI 擺式飛剪剪切機(jī)構(gòu)目標(biāo)函數(shù)及約束函數(shù)的建立 ......................... 14 剪刃水平分速度的優(yōu)化 ............................................ 14 剪切平面優(yōu)化 .................................................... 15 主要約束條件的建立 .............................................. 15 總體優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型 ............................................ 16 5 基于田口法的結(jié)構(gòu)分析 ................................................. 17 田口方法 ........................................................ 17 田口方法 ................................................... 17 田口方法的特點(diǎn) ............................................. 18 實(shí)驗(yàn)步驟 .................................................. 18 建立田口直交表 .................................................. 18 6結(jié)論 .................................................................. 27 7致謝語 ................................................................ 28 參考文獻(xiàn) ............................................................... 29 20xx 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文 1 基于田口設(shè)計(jì) IHI 擺式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 機(jī)械 工程學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 20xx級(jí) 摘要 為了通過田口方法對(duì) IHI擺式飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，首先對(duì)擺式飛剪機(jī)的構(gòu)造進(jìn)行了解，運(yùn)用復(fù)數(shù)函數(shù)方程的方法對(duì)擺式飛剪機(jī)的構(gòu)件建立初始位置的方程，以及對(duì)上下剪切刃的位置、切削速度建立方程。通過此方法得出各個(gè)桿長與之相對(duì)應(yīng)的擺角的函數(shù)關(guān)系。通過對(duì)飛剪機(jī)在剪切時(shí)上下剪切刃的運(yùn)動(dòng)軌跡，推導(dǎo)出五組變化的桿長以及與之相對(duì)應(yīng)的擺角，通過 minitab軟件建立在不同桿長下的直 交樣本空間表，并借組 matlab 軟件計(jì)算在以上桿長下所對(duì)應(yīng)的擺角值，隨后通過所得到的值以及建立的桿長與擺角的關(guān)系函數(shù)，建立目標(biāo)函數(shù)，并導(dǎo)入至 ADAMS軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬。確定出上下剪切刃的最大以及最小速度。 通過對(duì)每一組桿長對(duì)應(yīng)的速度，取其平均值。 再通過田口方法的目標(biāo)偏差公式求出速度偏差。根據(jù)速度偏差最小值找出最優(yōu)的一組桿長，再通過 ADAMS軟件模擬分析，確定速度的超前與滯后，從而得到對(duì) IHI擺式飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的目的。 關(guān)鍵詞 飛剪機(jī)構(gòu) ADAMS 矢量法 田口方法 minitab 1 引言 飛剪 機(jī) 是用在連續(xù)軋機(jī)的軋制線上來剪斷橫向運(yùn)動(dòng)軋件的設(shè)備， 主要運(yùn)用于 連續(xù)鍍鋅機(jī)組、橫向剪 切機(jī)組等機(jī)組上 。 從結(jié)構(gòu)上 看， 擺式飛剪 機(jī) 可以分為 兩種：一種是 IHI擺式飛剪 又稱 上擺式 ，基于田口設(shè)計(jì) IHI 擺式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 2 另一種是 哈爾登擺式飛剪 ，又稱 下擺式 ， 可簡化為桿件機(jī)構(gòu) 。而上 擺式飛剪 又 分為剪切、空切 以及勻速 三種機(jī)構(gòu) ，其中剪切機(jī)構(gòu)最為復(fù)雜，其控制與調(diào)整一般比較復(fù)雜［１］ 。 在擺式飛剪的設(shè)計(jì)中，必須滿足以下幾個(gè)基本要求： １）剪 切 刃 不僅能夠同時(shí) 完成移動(dòng) 和 剪切兩個(gè)動(dòng)作 外 ， 而且為了 避免出現(xiàn)“堆鋼”和“拉鋼” 情況，故 軋件運(yùn)動(dòng) 的 方向上 其 瞬時(shí)速度 必須與 軋件 的移動(dòng) 速度 的比值應(yīng) 相等或 者 大 于 ２％ 至 ３％ 左右 ，［２］ 。 ２） 上、下剪刃有一定的開口度、重合度，以保證軋件能正常切斷 。 ３） 在上、下剪刃剪切過程中，刀刃應(yīng)盡可能與軋件垂直，以保證軋件的剪切質(zhì)量 。 針對(duì)桿件機(jī)構(gòu)幾何特性的設(shè)計(jì)以及運(yùn)動(dòng)軌跡分析，傳統(tǒng)方法為 CAD作圖法 。 該方法需要設(shè)計(jì)人員具有一定的桿件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，同時(shí)需要花費(fèi)較多時(shí)間， 還很復(fù)雜，并 且得到的結(jié)果精度有限 ，而且 以復(fù)變函數(shù)的方法推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的幾何位置 以及 初始的剪切速度， 也不能 得到 其在 剪切過程中上、下剪刃的運(yùn)動(dòng)特性曲線 以及 軌跡 曲線 ［ 3］ 。 基于 Matlab編程數(shù)值計(jì)算方法，得到了剪切機(jī)構(gòu)剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡圖和速度變化圖，但編制程序比較復(fù)雜，不易掌握，且得到的數(shù)值結(jié)果比較有限［４］ 。 而本次設(shè)計(jì)的目的就是通過田口設(shè)計(jì)方法在機(jī)構(gòu)保持不變的情況之下，通過上下剪切速度的反映情況來對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出最大速度最小速度的超前與滯后。從而以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的優(yōu)化的真實(shí)性、可靠性。 飛剪機(jī) 的發(fā)展 飛剪機(jī)在冶金工業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備占有重要地位。飛剪機(jī)就是指不僅能夠橫向剪切運(yùn)動(dòng)中的軋件外，還能夠滿足用戶規(guī)定的尺寸要求的設(shè)備。因此，必須具備以下三個(gè)必要條件： 能 夠滿足用戶規(guī)定的尺寸要求； 在剪切時(shí)其刀刃的水平速度要與軋件速度相同； 為了能夠提高生產(chǎn)率，剪切的速度還要能夠與生產(chǎn)線上的其它設(shè)備相互匹配。由于必須要滿足此三項(xiàng)要求，故就決定了飛剪機(jī)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性。飛剪機(jī)的種類包括有板帶鋼精軋生產(chǎn)線的飛剪機(jī)、滾筒式飛剪機(jī)、板坯飛剪機(jī)、型鋼飛剪機(jī)、切頭飛剪機(jī)、碎邊飛剪機(jī)等六大類。 圖 1 1 軋鋼精軋線機(jī) 組典型布置 如圖 1 1所示，在 此 圖中可以看出，該飛剪機(jī)是通過直流電機(jī)所驅(qū)動(dòng)。帶鋼的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榧^所指向的方向。 n60kvtkvl00 ?? ( 1) 而（ 1）式表示為定尺長度公式，在此式中， n 飛剪主軸轉(zhuǎn)速； 20xx 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文 3 v0 送料輥出口帶鋼運(yùn)行速度； l 定尺長度； t 飛剪兩次剪切的間隔時(shí)間； k 倍尺系數(shù)； (a) 施羅曼飛剪 (b) 翁格爾飛剪 (c) 橋式飛剪 圖 1 2 三代飛剪機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖 ( 倍尺 ) 曲柄 在 一般情況下，帶鋼速度 v0不變 ( 通過無級(jí)變速箱調(diào)整而得 )； l 的改變 ，由倍尺系數(shù) k 和飛剪機(jī)主軸轉(zhuǎn)速 n兩者共同來決定。因此，在改變主軸轉(zhuǎn)速 n的時(shí)候，勢必會(huì)出現(xiàn)刀刃的水平速度與帶鋼的運(yùn)動(dòng)速度的不能夠發(fā)生同步的情況；又因?yàn)楸冻呒羟?(又稱空切 )是通過其倍尺機(jī)構(gòu)來完成的。因此，此類機(jī)構(gòu)基本 上是通過倍尺機(jī)構(gòu)以及勻速系統(tǒng)來構(gòu)成的；而常用的勻速系統(tǒng)又包括徑向勻速機(jī)構(gòu)、雙曲柄勻速機(jī)構(gòu)等。飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的原因還因?yàn)榭涨袡C(jī)構(gòu)的形成是通過對(duì)其下刀座曲柄的長度的組合進(jìn)行調(diào)整來得以完成的。以下為國內(nèi)引進(jìn)的三代飛剪機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖，如圖 1 2 所示。 施羅曼飛剪又稱雙曲柄搖桿式飛剪機(jī)，它是我國引進(jìn)的第一代飛剪機(jī)，由圖 1 2a 所示。它所用的機(jī)構(gòu)就是所謂的徑向勻速機(jī)構(gòu)。而圖 1 3 中的結(jié)構(gòu)簡圖就正好說明了這種機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性。在正常剪切時(shí)，其中徑向嚙合齒輪對(duì) a、 b都是各自嚙合 的。主電機(jī) 1經(jīng)軸 O1，通過徑向嚙合齒輪對(duì) a，再經(jīng)軸 O2帶動(dòng)上刀座運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)， R 為 O1 O2 間直線偏心距離，并且 O3處是脫離了的。為了改變 O1與 O2的相對(duì)位置，即改變 R的目的，就是改變 R值來改變定尺寸長度，又由于嚙合齒輪 a、 b 處于分離的，齒輪對(duì) b的左片徑向齒輪 (內(nèi)有大齒圈 )與齒輪對(duì) a的右片徑向齒輪是背靠一起在 O3處相鉸接觸，進(jìn)而通過液壓馬達(dá) 5經(jīng)過一對(duì)內(nèi)外齒嚙合的齒輪使其繞 O3旋轉(zhuǎn)。當(dāng)調(diào)整好 R后，徑向嚙合齒輪對(duì) a、 b則會(huì)再次各自嚙合在一起，則 O3處會(huì)發(fā)生脫離，于是又開始發(fā)生新的剪切。由于此機(jī)構(gòu)不是無級(jí)調(diào) 整，往往在此調(diào)整之后，要經(jīng)過無級(jí)變速箱等手段，再一次進(jìn)行微調(diào)帶鋼的送料速度。而圖中的倍尺機(jī)械變速箱 機(jī)械偏心機(jī)構(gòu) 7 以及機(jī)械偏心機(jī)構(gòu) 8 主要是用于空切即倍尺。而其中的液壓偏心機(jī)構(gòu) 7與機(jī)械偏心機(jī)構(gòu) 8又是聯(lián)合使用，故可以通過他們來整倍數(shù)的改變剪切帶鋼的長度。 基于田口設(shè)計(jì) IHI 擺式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 4 圖 1 3 施羅曼飛剪結(jié)構(gòu)簡圖 a b R 的液壓