【正文】 完成時間 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 擺式飛剪的結構 ................................................... 5 剪切機構 ......................................................... 6 空切機構 ......................................................... 7 同步機構 ......................................................... 7 3 IHI 剪切機構運動學模型 ................................................ 8 同步機構分析 ..................................................... 8 機構位置分析 ............................................... 8 機構角速度分析 ............................................. 9 飛剪本體分析 .................................................... 10 機構 位置分析 .............................................. 10 上、下剪刃位置 ............................................ 12 機構速度分析 .............................................. 13 4 IHI 擺式飛剪剪切機構目標函數(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)化設計數(shù)學模型 ............................................ 16 5 基于田口法的結構分析 ................................................. 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結論 .................................................................. 27 7致謝語 ................................................................ 28 參考文獻 ............................................................... 29 20xx 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 1 基于田口設計 IHI 擺式飛剪機結構優(yōu)化 機械 工程學院 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 20xx級 摘要 為了通過田口方法對 IHI擺式飛剪機的結構進行優(yōu)化，首先對擺式飛剪機的構造進行了解，運用復數(shù)函數(shù)方程的方法對擺式飛剪機的構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。通過此方法得出各個桿長與之相對應的擺角的函數(shù)關系。確定出上下剪切刃的最大以及最小速度。 再通過田口方法的目標偏差公式求出速度偏差。 關鍵詞 飛剪機構 ADAMS 矢量法 田口方法 minitab 1 引言 飛剪 機 是用在連續(xù)軋機的軋制線上來剪斷橫向運動軋件的設備， 主要運用于 連續(xù)鍍鋅機組、橫向剪 切機組等機組上 。而上 擺式飛剪 又 分為剪切、空切 以及勻速 三種機構 ，其中剪切機構最為復雜，其控制與調(diào)整一般比較復雜［１］ 。 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 。 針對桿件機構幾何特性的設計以及運動軌跡分析，傳統(tǒng)方法為 CAD作圖法 。 基于 Matlab編程數(shù)值計算方法，得到了剪切機構剪刃的運動軌跡圖和速度變化圖，但編制程序比較復雜，不易掌握，且得到的數(shù)值結果比較有限［４］ 。從而以驗證設計的優(yōu)化的真實性、可靠性。飛剪機就是指不僅能夠橫向剪切運動中的軋件外，還能夠滿足用戶規(guī)定的尺寸要求的設備。由于必須要滿足此三項要求，故就決定了飛剪機機構的復雜性。 圖 1 1 軋鋼精軋線機 組典型布置 如圖 1 1所示，在 此 圖中可以看出，該飛剪機是通過直流電機所驅動。 n60kvtkvl00 ?? ( 1) 而（ 1）式表示為定尺長度公式，在此式中， n 飛剪主軸轉速； 20xx 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 3 v0 送料輥出口帶鋼運行速度； l 定尺長度； t 飛剪兩次剪切的間隔時間； 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 三代飛剪機機構簡圖 ( 倍尺 ) 曲柄 在 一般情況下，帶鋼速度 v0不變 ( 通過無級變速箱調(diào)整而得 )； l 的改變 ，由倍尺系數(shù) k 和飛剪機主軸轉速 n兩者共同來決定。因此，此類機構基本 上是通過倍尺機構以及勻速系統(tǒng)來構成的；而常用的勻速系統(tǒng)又包括徑向勻速機構、雙曲柄勻速機構等。以下為國內(nèi)引進的三代飛剪機機構簡圖，如圖 1 2 所示。它所用的機構就是所謂的徑向勻速機構。在正常剪切時，其中徑向嚙合齒輪對 a、 b都是各自嚙合 的。與此同時， R 為 O1 O2 間直線偏心距離，并且 O3處是脫離了的。當調(diào)整好 R后，徑向嚙合齒輪對 a、 b則會再次各自嚙合在一起，則 O3處會發(fā)生脫離，于是又開始發(fā)生新的剪切。而圖中的倍尺機械變速箱 機械偏心機構 7 以及機械偏心機構 8 主要是用于空切即倍尺。 基于田口設計 IHI 擺式飛剪機結構優(yōu)化 4 圖 1 3 施羅曼飛剪結構簡圖 a b R 的液壓馬達 翁格爾飛剪 上面所講述的傳動系統(tǒng)與勻速系統(tǒng)，使得飛剪機結構的復雜性可見一斑。如圖 1 2b 所示就是第二引進的代剪切機 翁格爾飛剪機。其工作機構是由兩個四桿機構和上下刀座組成。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，而不再是通過復雜的機械變速機構與倍尺機構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。所以在生產(chǎn)實踐中，操作簡便，為了能夠達到定尺調(diào)長的目的，則只需要給計算機輸入一個相應的參數(shù)即可。從飛剪機設計來說，電機及電氣控制技術的發(fā)展足以用簡單機構滿足復雜生產(chǎn)工藝對飛剪機的要求，理應引起我們的充分注意，這可以說是一個根本變革性的設計思路。 橋式飛剪 橋式飛剪為第三代引進的飛剪機，如圖 1 2c 所示。從上面的機構簡圖可以看出，橋式飛剪機是五桿機構，是通 過偏心距相等的曲軸來驅動箱型的上、下刀座 ( 梁 )進行運動的；其上下刀座的同步性、運動的確定性是通過一個簡單的桁架相互聯(lián)接的。第二代飛剪機在生產(chǎn)實踐中，曾出現(xiàn)過上刀梁斷裂事故；但是第三代飛剪機的上下刀座 ( 梁 ) 的箱型結構不僅加強了上下刀梁的強度和剛度，同時對于刀梁對于材料的要求更低了，進而節(jié)約了成本。引進的第三代飛剪機給我們的重要啟示是：高效利用先進的電氣化技術以及不斷追求機械機構設計的最佳化。 此機構 還設有均速機構（包括相位角β的調(diào)節(jié)及指示裝置）以及自動測量帶鋼長度裝置等。 圖 2 1 擺式飛剪本體結構 當 電動機帶動主偏心軸 6（ 即 主傳動軸）旋轉時 ，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 。由于空切液壓缸 5及齒輪齒條的作用，使下刀架 2下降。改變均速偏心軸 7的相位角，可改變剪刀速度，從 而實現(xiàn)與帶材速度同步，達到均速目的。擺架 9與均速偏心軸 7之間由均速連桿 8連接?；瑝K式擺式飛剪 是指 由于下刀架 2在擺架 9 (即上刀架 1） 的滑槽內(nèi)滑動而實現(xiàn)剪切 的剪切 機構 ，簡稱為擺式飛剪。一般說來 ， 剪切區(qū)越小越好。 剪切機構 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構主軸 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的驅動 進行 獨立運轉 ，從而 構成 了 雙偏心軸機構 。而 其中齒輪 M1 M14以 及空切軸 Ⅴ 上齒輪 M1 M18驅動內(nèi)偏心套 5進行轉動； 而帶有“十” 字 形 接頭盤齒輪 M1 M15和軸 Ⅴ上的空切齒輪 M1 M16以及軸Ⅵ上的齒輪 M M21來驅動 外偏心套 4轉動的。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，從而構成了一對連桿機構。為了實現(xiàn)剪切刃與帶鋼在水平方向上的同步，故主軸 8的轉速要通過機構齒輪系 S來改變。因此，它們的運動軌跡都是封閉的曲線；當主軸 8和外、內(nèi)偏心套 5的轉速都相同時，即 i=nt/nz=1，刀架每擺動一次就會發(fā)生一次剪切。而 i的變換又是通過空切換檔離合器 E、 F、 G和空切軸Ⅴ、Ⅶ上的齒輪系來實現(xiàn)的。 同步機構 從 如圖 2 3中可以看出， 滑塊式擺式飛 剪 機是 采用雙曲柄 的 同步機構 ，而 雙曲柄同步機構 就是指 從動軸在 1周內(nèi)轉角的變化 使得 瞬時角速度 隨之產(chǎn)生相應，進而 實現(xiàn)剪切時剪刃的瞬時水平分速度 與 帶鋼運行速度 相， 但剪刃的不等速運動 會產(chǎn)生較大的的 動力矩 。假如 改變 OO與 O1O1二者之 間的相對位置 所 產(chǎn)生偏心距 e時， 則主動曲柄 O1A仍以 速度為 XA發(fā)生 等角速度旋轉 ，而 從動曲柄 O1B的 旋轉角速度在 一周 內(nèi) 按 一定的 規(guī)律 發(fā)生 變化 。當偏心距 e為正值 時，機構發(fā)生 倍尺剪切 ；當偏心距 e為負值 是，機構的 剪切長度小于基