【正文】 .............. 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 ............................................. 18 實驗步驟 .................................................. 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)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 1 基于田口設(shè)計 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)計制造及其自動化 專業(yè) 20xx級 摘要 為了通過田口方法對 IHI擺式飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，首先對擺式飛剪機(jī)的構(gòu)造進(jìn)行了解，運(yùn)用復(fù)數(shù)函數(shù)方程的方法對擺式飛剪機(jī)的構(gòu)件建立初始位置的方程，以及對上下剪切刃的位置、切削速度建立方程。 基于 Matlab編程數(shù)值計算方法，得到了剪切機(jī)構(gòu)剪刃的運(yùn)動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］ 。它所用的機(jī)構(gòu)就是所謂的徑向勻速機(jī)構(gòu)。換句話說，它是完全由電氣自動控制系統(tǒng)來保證所需的倍尺系數(shù) k和兩次剪切時間間隔 t，而不再是通過復(fù)雜的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)與倍尺機(jī)構(gòu)后再來改變定尺長度公式中的兩次剪切時間間隔 t和倍尺系數(shù) k。 圖 2 1 擺式飛剪本體結(jié)構(gòu) 當(dāng) 電動機(jī)帶動主偏心軸 6（ 即 主傳動軸）旋轉(zhuǎn)時 ，由于 在主偏心軸 空切偏心軸 3以 及連桿4的作用下， 從而 使 得 下刀架 2在 擺架 9的滑槽內(nèi) 做 上 、 下 移動 。此外，上刀架 1經(jīng)與其鉸接的內(nèi)搖桿 10通過主軸 搖桿曲柄軸 11 和帶有偏心套的連桿 12相連接，從而構(gòu)成了一對連桿機(jī)構(gòu)。所以 在分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動 時，可以 把這 2個桿件 簡化成為 1個 桿件來 進(jìn)行分析 ；而 另 外的 2個原動件 分別 是 JK桿和 OJ桿 。 對式 (9)經(jīng)整理得到θ 6和θ 7的函數(shù)解析式 : 20xx 屆機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 11 5555552257272655225755555522562726552256c o ss i na r c t a nc o s22c o s2a r c c o s,c o ss i na r c t a nc o s22c o s2???????????rRrRrRrrrrRrRrrRrRrRrrrrRrRr??????????????????? 圖 3 4 剪切擺動機(jī)構(gòu) OEFGHO簡圖 在 圖 3 4中的封閉環(huán) OEFGHO中，將∠ FED(即 ?)、∠ COH(即φ )、 θ 5設(shè)為已知的 常數(shù) ，再根據(jù)角度關(guān)系可以求出 : ??? ?? 78 ?????? ????? 79 ????? ???? 710 12122122 c os2 ?RrrRm ??? ?????? ??? nm )s in(a rc s in 7 ???? ???????? ???92102922a r c c os nr rrn? )c os (2 78282 ??? ????? mrrmn ?????? ?? mr )s in(a rc s in 512 ??? ??????? 109 sina rc sin rr ?? 基于田口設(shè)計 IHI 擺式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 12 上、下 剪刃位置 由 圖 3 4中 剪 切機(jī)構(gòu) OJKLMHO封閉環(huán)可以得出 : 11121 11121 ?? jjj erereR ??? 其中 : 101011512 a rc s i n, rTG????? ?????， R1和Ω 1分別表示為上剪切刃的位置通過極徑和幅角；假如將上剪刃位置用直角坐標(biāo)表示，則為： 1111121211111111212111 s i ns i ns i n ,c osc osc os ?? ?? rrRY rrRX ???? ???? (10) 而 在圖 3 4中，對于 封閉 環(huán) 形 OJKLMHO可表示為 : 111312151413 12151413 ????? ? jjjjj QePeerererer j ????? (11) 在此 式中 :把 LM的 長度表示 為 Q，且為 常量 ； HM的 長度表示 為 P。∠ DEF=φ 取值允許在π范圍內(nèi)變化 ， 即 :π 216。 如果對開發(fā)設(shè)計階段抓好了的話，那么其他的階段也就相對的簡單的多了，管理起來也就沒那么難了。則在 minitab 軟件將五個變化的桿長設(shè)為五個變量因子，并在此軟件中編寫 一個 25*5的表格，將此作為一個實驗樣本空間，如圖 5 2所示。而 A1=、 A2=、 A3=69mm、 A4=、A5=； B1=、 B2=、 B3=947mm、 B4=、 B5=； C1=、 C2=、C3=311mm、 、 C5=； D1=、 D2=、 D3=996mm、 D4=、 D5=；基于田口設(shè)計 IHI 擺式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 24 E1=、 E2=、 E3=943mm、 E4=、 E5=。 ， ∠FED ＝ ?＝ 171176。 [2]The party Zu Kei. Mechanical principles [M].Beijing: Beihang University press， 1996. [3] 濮良貴，紀(jì)名剛 .機(jī)械設(shè)計 [M].北京 :高等教育出版社， 1996。 The dynamic analysis of mechanical system and the tutorial of ADAMS [M]. Beijing: Tsinghua University press， 20xx:3053. [10] 夏建芳，周新衡． IHI擺式飛剪剪切機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［ J］．機(jī)械設(shè)計與研究， 20xx， 19(3)： 6972． [10] Xia Jianfang， Zhou tilting flying shear design optimization (J) shear mechanism. Design and research， 20xx， 19 (3):6972 [11] 常勇，李延平 .基于輔助角方法的平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)性能與設(shè)計線圖叢研究 [J].機(jī)械設(shè)計，20xx， 10(1):2023。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、 同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意！你們孜孜不倦的教誨！ 20xx 屆機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 29 參考文獻(xiàn) [1] 冶金工業(yè)部有色金屬加工設(shè)計研究院 .板帶車間機(jī)械設(shè)備設(shè)計 [M].北京 :冶金工業(yè)出版社，1988。 表 5 3 桿長因素即水平表 基于田口設(shè)計 IHI 擺式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 26 表 5 4 r5的實驗結(jié)果及η 表 5 5 r6的實驗結(jié)果及η 表 5 6 r7的實驗結(jié)果及η 表 5 7 r9的實驗結(jié)果及η 20xx 屆機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 27 表 5 8 r10的實驗結(jié)果及η 6 結(jié)論 根據(jù)以上過程得出的結(jié)論和分析為： １） 分析推導(dǎo)了 IHI擺式飛剪剪切機(jī)構(gòu)的幾何位置解析公式，有助于機(jī)構(gòu)的幾何特性和運(yùn)動特性分 析 。標(biāo)準(zhǔn)值為從而求出對應(yīng)的擺角（θ θ θ θ θ 11）。 于是運(yùn)用田口統(tǒng)計分析法，以此五組桿長為動態(tài)因子，建立樣本空間。又由偏差率的最小值來確定出最佳的一組數(shù)據(jù)，即為最有數(shù)據(jù)，而這組數(shù)據(jù)也就是結(jié)構(gòu)最優(yōu)的數(shù)據(jù)。 為保證在 剪切時剪 切 刃 垂直于 軋件 ， 可 以用 擺桿 11來實現(xiàn) ，故另一個 分目標(biāo)函數(shù) 為在剪切區(qū)域內(nèi)擺桿 11的擺動角度與垂直方向的累計誤差 的 最小 值 。在 結(jié)構(gòu)上 ，可以把它看成是 由 3個原動件 和 3個基本組 (CDE、 FGH和 MLK)構(gòu)成 的。當(dāng)偏心距 e為正值 時，機(jī)構(gòu)發(fā)生 倍尺剪切 ；當(dāng)偏心距 e為負(fù)值 是，機(jī)構(gòu)的 剪切長度小于基本 的 剪切長度 。 剪切機(jī)構(gòu) 在如圖 2 2中 ， 上刀架 1是 通過上刀架偏心套 9和滾動軸承安裝在剪切機(jī)構(gòu)主軸 8上 ，并且上刀架 偏心套 9通過 鍵固定 于 主軸上 ，而 e1為其相 對于主軸 8的偏心距 ； 套式連桿 3和下刀架 2通過 用銷軸 7鉸接 ， 同時套式連桿 3還 依次通過 了 滾動軸承、外偏心套 4和內(nèi)偏心套 5并 空套 在 主軸 8上 ；而 內(nèi)偏心套和外偏心套 還 可以經(jīng)過齒輪系 M的驅(qū)動 進(jìn)行 獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn) ，從而 構(gòu)成 了 雙偏心軸機(jī)構(gòu) 。引進(jìn)的第三代飛剪機(jī)給我們的重要啟示是：高效利用先進(jìn)的電氣化技術(shù)以及不斷追求機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計的最佳化。如圖 1 2b 所示就是第二引進(jìn)的代剪切機(jī) 翁格爾飛剪機(jī)。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。 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 。 通過對每一組桿長對應(yīng)的速度，取其平均值。因此，必須具備以下三個必要條件： 能 夠滿足用戶規(guī)定的尺寸要求； 在剪切時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。為了改變 O1與 O2的相對位置，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 b的左片徑向齒輪 (內(nèi)有大齒圈 )與齒輪對 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)過一對內(nèi)外齒嚙合的齒輪使其繞 O3旋轉(zhuǎn)。但是，在第三代飛剪機(jī)中又已經(jīng)引進(jìn)了?？涨幸簤焊?5上的齒條與空切偏心軸 3上的齒 輪相嚙合。此時的剪出板材長度就是基本定尺長度 L0，并且可以通過速度比 i的變換來實現(xiàn)倍尺剪切，也就是說定尺長度 L=KL0(此處 K為倍尺系數(shù) )。于是通過復(fù)數(shù)函數(shù)的方法對整個機(jī)構(gòu)的桿件的位置以及角度進(jìn)行建模，從而得出各桿件與角度之間的關(guān)系式，進(jìn)而為設(shè)計的下一步的繼續(xù)進(jìn)行提供條件和依據(jù)。 以上 為對 剪切機(jī)構(gòu)建立參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的 根據(jù) 。比如說 噪聲 和 空氣污染等 所帶來的 直接損失 ，還有 顧客 們可能會 對產(chǎn)品 所表現(xiàn)出來的 的不滿意 度 以及由此 而可能會 導(dǎo)致的 某些或某種的 銷售 和 市場 方 面的 損失等 所帶來的 間接損失。 (3)質(zhì)量與成本的平衡性。 。其中在 ADAMS軟件中建立關(guān)于此機(jī)構(gòu)的函數(shù)關(guān)系以及其速度公式，分別為： 目標(biāo)函數(shù)： g=G（ r5， r6， r7， r8， r9， r10， r11， r12， r13， r15 θ， ?） fj(r5， r6， r7， r8， r9， r10， r11， r12， r13， r15，θ， ?）≤０（ j=1， 2。其次是我的同學(xué)們，在他們的幫助下，我的論文也才能夠順利的完成。 [5] (IHI) tilting flying shear metallurgical machinery research group， Wuhan Iron and Steel Institute. [6] 王海文 .軋鋼機(jī)械設(shè)計 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1983。 [7] Wang Ping。同時，我也要感謝評