基于田口設(shè)計(jì)IHI擺式飛剪結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1、基于田口設(shè)計(jì)IHI擺式飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化畢業(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) 2010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 2014-05-10 II目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc19100 目錄 PAGEREF _Toc19100 I HYPERLINK l _Toc8121 1引言 PAGEREF _Toc8121 2 HYPERLINK l _Toc833 1.1飛剪機(jī)的發(fā)展 PAGEREF _Toc833 2 HYPERLINK l _Toc20987 1.1.1施羅曼

2、飛剪 PAGEREF _Toc20987 3 HYPERLINK l _Toc21515 1.1.2 翁格爾飛剪 PAGEREF _Toc21515 4 HYPERLINK l _Toc13458 1.1.3 橋式飛剪 PAGEREF _Toc13458 5 HYPERLINK l _Toc2695 2 IHI擺式飛剪工作原理 PAGEREF _Toc2695 5 HYPERLINK l _Toc24312 2.1擺式飛剪的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc24312 5 HYPERLINK l _Toc26597 2.2 剪切機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc26597 6 HYPERLINK l

3、_Toc24274 2.3 空切機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc24274 7 HYPERLINK l _Toc6044 2.4 同步機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc6044 7 HYPERLINK l _Toc23676 3 IHI 剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 PAGEREF _Toc23676 8 HYPERLINK l _Toc10325 3.1 同步機(jī)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc10325 8 HYPERLINK l _Toc31946 3.1.1 機(jī)構(gòu)位置分析 PAGEREF _Toc31946 8 HYPERLINK l _Toc288 3.1.2 機(jī)構(gòu)角速度分析 PAGEREF _Toc

4、288 9 HYPERLINK l _Toc12785 3.2 飛剪本體分析 PAGEREF _Toc12785 10 HYPERLINK l _Toc23858 3.2.1 機(jī)構(gòu)位置分析 PAGEREF _Toc23858 10 HYPERLINK l _Toc31938 3.2.2 上、下剪刃位置 PAGEREF _Toc31938 12 HYPERLINK l _Toc27334 3.2.3 機(jī)構(gòu)速度分析 PAGEREF _Toc27334 13 HYPERLINK l _Toc26771 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 PAGEREF _Toc26771 14 H

5、YPERLINK l _Toc19924 4.1 剪刃水平分速度的優(yōu)化 PAGEREF _Toc19924 14 HYPERLINK l _Toc8069 4.2 剪切平面優(yōu)化 PAGEREF _Toc8069 15 HYPERLINK l _Toc3520 4.3 主要約束條件的建立 PAGEREF _Toc3520 15 HYPERLINK l _Toc8729 4.4總體優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型 PAGEREF _Toc8729 16 HYPERLINK l _Toc27943 5 基于田口法的結(jié)構(gòu)分析 PAGEREF _Toc27943 17 HYPERLINK l _Toc17441 5.1

6、 田口方法 PAGEREF _Toc17441 17 HYPERLINK l _Toc25975 5.1.1田口方法 PAGEREF _Toc25975 17 HYPERLINK l _Toc25239 5.1.2田口方法的特點(diǎn) PAGEREF _Toc25239 18 HYPERLINK l _Toc3069 5.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟 PAGEREF _Toc3069 18 HYPERLINK l _Toc8424 5.2 建立田口直交表 PAGEREF _Toc8424 18 HYPERLINK l _Toc5248 6結(jié)論 PAGEREF _Toc5248 27 HYPERLINK l _T

7、oc12707 7致謝語 PAGEREF _Toc12707 28 HYPERLINK l _Toc1449 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc1449 292014屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文 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)2010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

8、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 minitab1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

9、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，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。在擺式飛剪的設(shè)計(jì)中，必須滿足以下幾個(gè)基本要求：）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)相等或者大于至左右，。上、下剪刃有一定的開口度、重合度，以保證軋件能正常切斷。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

10、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?；贛atlab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。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

11、的真實(shí)性、可靠性。1.1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：1、能夠滿足用戶規(guī)定的尺寸要求；2、在剪切時(shí)其刀刃的水平速度要與軋件速度相同；3、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)

12、所驅(qū)動(dòng)。帶鋼的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榧^所指向的方向。 ( 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； 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)簡圖主動(dòng)曲柄 2.上刀架 3.下刀架 4、5.空切( 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

13、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。1.1.1施羅曼飛剪 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

14、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 6、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

15、。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。圖 1 3 施羅曼飛剪結(jié)構(gòu)簡圖1.主電機(jī) 2.徑向嚙合齒輪對(duì)a 3.徑向嚙合齒輪對(duì)b 4.上刀座 5.調(diào)整主軸偏心 R 的液壓馬達(dá) 6.倍尺機(jī)械變速箱 7.下刀座液壓擺動(dòng)偏心機(jī)構(gòu) 8.下刀座機(jī)械偏心 9.下刀座1.1.2 翁格爾飛剪 上面所講述的傳動(dòng)系統(tǒng)與勻速系統(tǒng)，使得飛剪機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性可見一斑。在引進(jìn)后的幾年間的時(shí)間里，飛剪機(jī)的上、下刀座都不斷出現(xiàn)過開焊、上刀梁斷裂等事故2。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)。隨著控制技術(shù)、大型伺服電機(jī)制造以及交流變頻技術(shù)等電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，

16、為那些對(duì)生產(chǎn)工藝要求復(fù)雜的飛剪機(jī)的技術(shù)的進(jìn)步起到了推動(dòng)作用。其工作機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)和上下刀座組成。該機(jī)構(gòu)完全取消了以往飛剪機(jī)的倍尺機(jī)構(gòu)和勻速機(jī)構(gòu)；并利用了先進(jìn)的電氣控制技術(shù)，簡單明快地滿足了生產(chǎn)工藝對(duì)于飛剪機(jī)的要求。換句話說，它是完全由電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)來保證所需的倍尺系數(shù)k和兩次剪切時(shí)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(shí)間間隔t和倍尺系數(shù)k。根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令和檢測信號(hào)，直接通過伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)飛剪機(jī)主軸，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)剪切帶鋼時(shí)，實(shí)現(xiàn)速度同步的要求；飛剪機(jī)的主軸在兩次剪切的間隔時(shí)間內(nèi)是做變速運(yùn)動(dòng)的。所以在生產(chǎn)實(shí)踐中，操作簡便，為了能夠達(dá)到

17、定尺調(diào)長的目的，則只需要給計(jì)算機(jī)輸入一個(gè)相應(yīng)的參數(shù)即可。由于飛剪機(jī)的上下刀座均用高強(qiáng)度低質(zhì)量密度的材料制造，使得飛剪的動(dòng)力學(xué)性能更好、機(jī)構(gòu)便于自動(dòng)控制。從飛剪機(jī)設(shè)計(jì)來說，電機(jī)及電氣控制技術(shù)的發(fā)展足以用簡單機(jī)構(gòu)滿足復(fù)雜生產(chǎn)工藝對(duì)飛剪機(jī)的要求，理應(yīng)引起我們的充分注意，這可以說是一個(gè)根本變革性的設(shè)計(jì)思路。但是，在第三代飛剪機(jī)中又已經(jīng)引進(jìn)了。1.1.3 橋式飛剪橋式飛剪為第三代引進(jìn)的飛剪機(jī)，如圖 1 2c 所示。從根本上講，第二、三代飛剪機(jī)是同屬于一個(gè)技術(shù)等級(jí)的飛剪機(jī)，它們所使用的電氣及控制技術(shù)原理都是相似的；可是第三代飛剪機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)則明顯比第二代飛剪機(jī)要好得多。從上面的機(jī)構(gòu)簡圖可以看出，橋式飛

18、剪機(jī)是五桿機(jī)構(gòu)，是通過偏心距相等的曲軸來驅(qū)動(dòng)箱型的上、下刀座( 梁)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的；其上下刀座的同步性、運(yùn)動(dòng)的確定性是通過一個(gè)簡單的桁架相互聯(lián)接的。因此，第三代飛剪機(jī)構(gòu)相對(duì)與第二代就更加簡化了，傳動(dòng)鏈也更為簡潔。第二代飛剪機(jī)在生產(chǎn)實(shí)踐中，曾出現(xiàn)過上刀梁斷裂事故；但是第三代飛剪機(jī)的上下刀座( 梁) 的箱型結(jié)構(gòu)不僅加強(qiáng)了上下刀梁的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)對(duì)于刀梁對(duì)于材料的要求更低了，進(jìn)而節(jié)約了成本。使其動(dòng)力學(xué)性能更加優(yōu)越。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(jì)的最佳化。2 IHI擺式飛剪工作原理2.1擺式飛剪的結(jié)構(gòu)擺式飛剪由主電動(dòng)機(jī)、飛剪本體、矯直機(jī)本體、矯直機(jī)

19、分配箱、無級(jí)變速箱、傳動(dòng)箱等幾個(gè)主要部分組成。此機(jī)構(gòu)還設(shè)有均速機(jī)構(gòu)（包括相位角的調(diào)節(jié)及指示裝置）以及自動(dòng)測量帶鋼長度裝置等。如圖2 1為擺式飛剪本體結(jié)構(gòu)簡圖。圖2 1 擺式飛剪本體結(jié)構(gòu)1.上刀架 2.下刀架 3.空切偏心軸 4.連桿 5.空切液壓缸 6.空切偏心軸 7.勻速偏心軸 8.勻速連桿 9.擺架當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主偏心軸6（即主傳動(dòng)軸）旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于在主偏心軸6、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(dòng)。由于擺架9的擺動(dòng)，使上下刀片相遇而實(shí)現(xiàn)剪切，故上刀架1固定于擺架9上。由于空切液壓缸5及齒輪齒條的作用，使下刀架2下降。這樣，當(dāng)擺架9擺動(dòng)時(shí)，使上刀 架1與

20、下刀架2不相遇而實(shí)現(xiàn)空切。改變均速偏心軸7的相位角，可改變剪刀速度，從 而實(shí)現(xiàn)與帶材速度同步，達(dá)到均速目的?？涨幸簤焊?上的齒條與空切偏心軸3上的齒 輪相嚙合。擺架9與均速偏心軸7之間由均速連桿8連接。均速偏心軸7與主偏心軸6 由同一電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。滑塊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(dòng)而實(shí)現(xiàn)剪切的剪切機(jī)構(gòu)，簡稱為擺式飛剪。其剪切過程：上、下刀咬入剪切分離，這樣形成一個(gè)剪切區(qū)。一般說來，剪切區(qū)越小越好。因?yàn)榧羟袇^(qū)小，剪刀行程小，上下剪刀間的剪切角亦可小些。2.2 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(dòng)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

21、鍵固定于主軸上，而e1為其相對(duì)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(shí)套式連桿3還依次通過了滾動(dòng)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(dòng)進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，從而構(gòu)成了雙偏心軸機(jī)構(gòu)。只有當(dāng)上刀架偏心套9的偏心距e1在轉(zhuǎn)至最低位置，并且內(nèi)、外偏心套的偏心同時(shí)也轉(zhuǎn)至最高位置時(shí)，也就是說要使得上、下刀刃相互重合完成剪切，就要使得3個(gè)偏心同時(shí)處于同一個(gè)垂直的平面上。而其中齒輪M13、M14以及空切軸上齒輪M17、M18驅(qū)動(dòng)內(nèi)偏心套5進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；而帶有“十”字形接頭盤齒輪M12、M15和軸上的空切齒輪M19、M16以及軸上的齒輪M20、M21來

22、驅(qū)動(dòng)外偏心套4轉(zhuǎn)動(dòng)的。而這部分驅(qū)動(dòng)齒輪全部設(shè)置在空切傳動(dòng)箱25中，為倍尺剪切創(chuàng)造了條件。此外，上刀架1經(jīng)與其鉸接的內(nèi)搖桿10通過主軸8、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(duì)連桿機(jī)構(gòu)。而上、下刀架的往復(fù)擺動(dòng)是通過主軸8轉(zhuǎn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)剪切刃與帶鋼在水平方向上的同步，故主軸8的轉(zhuǎn)速要通過機(jī)構(gòu)齒輪系S來改變。圖2 2 剪切機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖1、2.上、下刀架 3.套式連桿 4、5.外、內(nèi)偏心套 6.連桿 7.銷軸 8.主軸 9.上刀架偏心套 10.內(nèi)搖桿 11.搖桿曲柄軸 12.連桿N 13.飛輪 14.電磁離合器 15.安全聯(lián)軸器 16.手輪 17.無級(jí)變速器 18.

23、齒輪電動(dòng)機(jī) 19.飛輪 20.主電動(dòng)機(jī) 21.傳動(dòng)箱 22.勻速(同步)機(jī)構(gòu) 23.齒輪電動(dòng)機(jī) 24.鎖緊油缸 25.空切傳動(dòng)箱 26.牙嵌離合器 27.微調(diào)電動(dòng)機(jī) 油缸 A、B、C、D.變速換檔離合器 E、F、G.空切換檔離合器 H.接定尺指示裝置 J.接送料矯正分配箱2.3 空切機(jī)構(gòu) 當(dāng)剪切機(jī)構(gòu)的上刀架和下刀架在作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，上刀架1也會(huì)帶動(dòng)下刀架2進(jìn)行擺動(dòng)。因此，它們的運(yùn)動(dòng)軌跡都是封閉的曲線；當(dāng)主軸8和外、內(nèi)偏心套4、5的轉(zhuǎn)速都相同時(shí)，即i=nt/nz=1，刀架每擺動(dòng)一次就會(huì)發(fā)生一次剪切。此時(shí)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(shí)現(xiàn)倍尺剪切，也就是說定尺長

24、度L=KL0(此處K為倍尺系數(shù))。而i的變換又是通過空切換檔離合器E、F、G和空切軸、上的齒輪系來實(shí)現(xiàn)的。其中，軸驅(qū)動(dòng)活套在主軸8上的內(nèi)偏心套5，軸驅(qū)動(dòng)活套在主軸8上的外偏心套4；軸左端是通過油缸28來控制牙嵌式離合器26與微調(diào)電動(dòng)機(jī)27的相互連接，當(dāng)27在主電機(jī)中不能準(zhǔn)確地停在換檔位時(shí)，才對(duì)其進(jìn)行微調(diào)對(duì)位。2.4 同步機(jī)構(gòu)從如圖2 3中可以看出，滑塊式擺式飛剪機(jī)是采用雙曲柄的同步機(jī)構(gòu)，而雙曲柄同步機(jī)構(gòu)就是指從動(dòng)軸在1周內(nèi)轉(zhuǎn)角的變化使得瞬時(shí)角速度隨之產(chǎn)生相應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)剪切時(shí)剪刃的瞬時(shí)水平分速度與帶鋼運(yùn)行速度相，但剪刃的不等速運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的的動(dòng)力矩。在圖6中，因O1A和O1B的半徑都是R，且二

25、者的回轉(zhuǎn)軸心都是O1，當(dāng)O1O1與OO重合時(shí)，即無偏心距，且調(diào)整前的基本剪切長度為剪切長度，則兩軸OO與O1O1的運(yùn)動(dòng)都為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。假如改變OO與O1O1二者之間的相對(duì)位置所產(chǎn)生偏心距e時(shí)，則主動(dòng)曲柄O1A仍以速度為XA發(fā)生等角速度旋轉(zhuǎn)，而從動(dòng)曲柄O1B的旋轉(zhuǎn)角速度在一周內(nèi)按一定的規(guī)律發(fā)生變化。由于與空心軸相連的滑塊A和與實(shí)心軸相連的滑塊B裝于一個(gè)滑槽中，且兩軸旋轉(zhuǎn)周期相等，故空心軸曲柄O1A和實(shí)心軸曲柄O1B在一周內(nèi)，二者的平均角速度相同。當(dāng)偏心距e為正值時(shí)，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。圖2 3 同步機(jī)構(gòu)示意圖3 IHI 剪切機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型IHI擺

26、式飛剪機(jī)構(gòu)是14桿機(jī)構(gòu)，具有3個(gè)自由度的4 5。為了便于分析，將此機(jī)構(gòu)分簡化成2個(gè)機(jī)構(gòu):1）剪切擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，簡稱剪切本體，如圖3 1所示；2)調(diào)整同步的同步機(jī)構(gòu)，簡稱雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，如圖3 2所示。圖3 1剪切擺動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖此機(jī)構(gòu)具有3個(gè)原動(dòng)件，而且也都是勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的:一個(gè)是雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的輸入曲柄，剪切機(jī)本體的HOC桿與它的輸出桿OB通過軸直接相互連。所以在分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把這2個(gè)桿件簡化成為1個(gè)桿件來進(jìn)行分析；而另外的2個(gè)原動(dòng)件分別是JK桿和OJ桿。要能夠得到不同空切數(shù)，那么直接將它們的角速度按照不同比例的進(jìn)行組合就行了。在對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析時(shí)，為了簡化分析，首先假設(shè)各桿的尺寸是已知的，而且原動(dòng)

27、件的角速度為固定的常數(shù)值。以下為通過矢量方程法(或稱復(fù)數(shù)方程法)來求解擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程2、3、4、9、14。3.1 同步機(jī)構(gòu)分析3.1.1 機(jī)構(gòu)位置分析為了對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，那么必須對(duì)結(jié)構(gòu)中的各個(gè)桿件進(jìn)行建模。于是通過復(fù)數(shù)函數(shù)的方法對(duì)整個(gè)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(jì)的下一步的繼續(xù)進(jìn)行提供條件和依據(jù)。由下圖3 2可以看出，雙導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)為IHI擺式飛剪的同步機(jī)構(gòu)。下面是通過用復(fù)數(shù)來描述每一個(gè)桿件，其中把i表示為復(fù)數(shù)的幅角，把桿長i表示為復(fù)數(shù)的模，而在OAO1中，應(yīng)該滿足以下關(guān)系: （2）圖3 2 同步機(jī)構(gòu)示意圖此式中:e表示為同步機(jī)構(gòu)

28、的偏心距。又根據(jù)實(shí)部、虛部分別相等可以推導(dǎo)出: 桿長r2是變化的，可由余弦定理求得:對(duì)于OO1B，滿足如下關(guān)系式: （3）由于r3與r2是同一構(gòu)件，且3=2+，4=22-1+，r1=r4，故OBA為等腰三角形，得：3.1.2 機(jī)構(gòu)角速度分析對(duì)式(2)，(3) 兩邊同時(shí)求導(dǎo)，得其中:d1，d2為桿1與桿2的角速度，以1，2表示；而滑塊相對(duì)導(dǎo)桿的速度為dr2。因此，該公式可表示為: (4)其中，1已知。將式(4) 兩邊同時(shí)乘以，經(jīng)整理，并據(jù)復(fù)數(shù)方程的實(shí)部與虛部分別相等，可求得參數(shù)2，dr2: (5) (6)為求得機(jī)構(gòu)輸出件的角速度，對(duì)式(3)2邊求導(dǎo)，考慮到4=d4，d3=3=2，可得: 其中:d

29、r3，4是待求量。對(duì)上式兩邊同時(shí)乘以一個(gè)，考慮到r1=r4，4-3=2-1，經(jīng)整理后，再分別令實(shí)部與虛部相等可求得參數(shù)dr3、4: (7) （9）3.2 飛剪本體分析飛剪機(jī)本體是一個(gè)由具有3個(gè)自由度的“十”桿機(jī)構(gòu)組成的，所以相對(duì)的比較復(fù)雜，由下圖3 3所示。在結(jié)構(gòu)上，可以把它看成是由3個(gè)原動(dòng)件和3個(gè)基本組(CDE、FGH和MLK)構(gòu)成的。為了分析簡單的需要，將飛剪本體分解成3個(gè)封閉環(huán):OJKLMHO、OEFGHO和OEDCO，并對(duì)每一個(gè)封閉環(huán)建立復(fù)數(shù)方程，這樣就可以求出每個(gè)構(gòu)件結(jié)點(diǎn)處的位置、速度以及加速度。圖3 3 剪切振動(dòng)機(jī)構(gòu)OEDCO簡圖3.2.1 機(jī)構(gòu)位置分析 對(duì)封閉四邊形OEDCO，滿

30、足: （9）其中:6=-；7=+-；5已知。利用三角函數(shù)可求得A，。對(duì)式(9)經(jīng)整理得到6和7的函數(shù)解析式:圖3 4 剪切擺動(dòng)機(jī)構(gòu)OEFGHO簡圖在圖3 4中的封閉環(huán)OEFGHO中，將FED(即)、COH(即)、5設(shè)為已知的常數(shù)，再根據(jù)角度關(guān)系可以求出: 3.2.2 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: 其中: ，R1和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： (10)而在圖3 4中，對(duì)于封閉環(huán)形OJKLMHO可表示為: (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。由于r12，r13，r14是主動(dòng)件桿

31、長，12，13，14已知，故式(11)中只有15和P是變量。把(11)式的兩邊同時(shí)乘以一個(gè)，并且令實(shí)部和虛部分別相等，再通過化簡可以得到：若將MN的長度表示為S，則下剪刃位置為若將下剪切刃尖點(diǎn)N的位置用直角坐標(biāo)表示，則可以表示為：(12)圖3 4剪切機(jī)構(gòu)OJKLMHO簡圖若假定3個(gè)主動(dòng)件角位置為不同的值，那么就可以計(jì)算出在一個(gè)系列中上、下剪刃位置點(diǎn)，于是就可以得到上、下剪切刃運(yùn)動(dòng)的軌跡。而剪切刃的開口度為3.2.3 機(jī)構(gòu)速度分析 將(8)式微分，有 (13)把(12)式的兩邊同時(shí)乘以一個(gè)，并根據(jù)實(shí)部相等可以得出: (14)把(12)式的兩邊同時(shí)乘以一個(gè)，并根據(jù)實(shí)部相等可以得出: (15)由圖3

32、 3，可得: 對(duì)上式兩邊同時(shí)求導(dǎo)，并據(jù)12=5，7=8，有 (16)將(15)式的兩邊同時(shí)乘以一個(gè)，并根據(jù)實(shí)部相等可以可得出: (17)將(16)式的兩邊同時(shí)乘以一個(gè)，可以求得出: (18)剪切刃的速度的水平分量即為所要求的量，根據(jù)這樣來考慮剪切機(jī)在剪切時(shí)是否會(huì)發(fā)生“拉鋼”或“堆鋼”的現(xiàn)象。將式(10)中的X1進(jìn)行求導(dǎo)，可得: (19)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 為滿足工藝要求，那么在飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循以下設(shè)計(jì)要求 3、4 :( 1) 為了保證剪切刃在返回時(shí)不會(huì)阻礙軋件連續(xù)移動(dòng)，故上、下剪切刃的運(yùn)動(dòng)軌跡一般情況下均為一定形狀的封閉環(huán)形曲線；( 2) 上下剪刃

33、必須有一定的重疊量和開口度；( 3) 為使的剪切斷面垂直于軋件軸線，故在剪切的過程中，其剪切刃最好是做垂直平面的運(yùn)動(dòng)；( 4) 飛剪機(jī)必須按照一定的工作制度進(jìn)行工作，并且能夠保證剪切規(guī)定的尺寸長度；( 5) 在剪切區(qū)域內(nèi)，剪切刃的水平速度應(yīng)略大于輸送輥道時(shí)的喂料速度；( 6) 為減少飛剪機(jī)在運(yùn)動(dòng)中所承受的負(fù)荷，以及提高飛剪機(jī)的剪切能力，應(yīng)盡可能的減少飛剪機(jī)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量以及加速度。以上為對(duì)剪切機(jī)構(gòu)建立參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的根據(jù)。4.1 剪刃水平分速度的優(yōu)化 將輸送輥喂料速度用V0 表示，將剪刃水平速度用V 1 表示。在剪切區(qū)域內(nèi)，由于上、下剪切刃在完成一次剪切動(dòng)作的同時(shí)，由于允許出現(xiàn)少量的“拉鋼”

34、現(xiàn)象，而且對(duì)軋制工藝也是有利的，但不允許出現(xiàn)嚴(yán)重的“拉鋼”現(xiàn)象，故剪切刃必須同軋件一起以相等或稍大軋件移動(dòng)速度的水平速度繼續(xù)移動(dòng)，故一般取。出現(xiàn)嚴(yán)重的“拉鋼”現(xiàn)象不僅會(huì)影響到軋件的剪切質(zhì)量，還會(huì)增加飛剪機(jī)的沖擊負(fù)荷，或者還會(huì)使得軋件在送料輥上出現(xiàn)打滑從而導(dǎo)致擦傷軋件表面。若，那么剪切刃就可能會(huì)阻止軋件運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生堆鋼現(xiàn)象，使得軋件產(chǎn)生彎曲，甚至使得軋件頂在剪切刃上進(jìn)而產(chǎn)生纏刀等事故。由此可以看出，剪切刃的水平速度的均勻化是極其重要的，它不但影響著軋件的剪切質(zhì)量、表面光潔度等，還能夠影響剪切機(jī)的使用壽命，因此，分目標(biāo)函數(shù)應(yīng)該為在剪切區(qū)域內(nèi)使剪切刃各位置的水平速度與軋件運(yùn)動(dòng)的速度之差累計(jì)的最小值

35、。 式中v1表示為剪切區(qū)域內(nèi)第i個(gè)點(diǎn)上剪切刃的實(shí)際水平速度，并且取軋件的運(yùn)動(dòng)的最大速度為106.7m/min= 1778.33mm/s4.2 剪切平面優(yōu)化在剪切刃剪切軋件的時(shí)候，剪刃應(yīng)垂直于軋件，這樣就能使剪切出平整的軋件斷面，并且能夠保證剪切質(zhì)量，同時(shí)還能夠保證剪切刃側(cè)向間隙的均勻化，還能夠保證在剪切過程耗能小，延長飛剪機(jī)的壽命。為保證在剪切時(shí)剪切刃垂直于軋件，可以用擺桿11來實(shí)現(xiàn)，故另一個(gè)分目標(biāo)函數(shù)為在剪切區(qū)域內(nèi)擺桿11的擺動(dòng)角度與垂直方向的累計(jì)誤差的最小值。 式中11為擺桿( r11) 的擺角4.3 主要約束條件的建立 由于優(yōu)化方案的搜尋空間為將約束條件組成設(shè)計(jì)變量的取值空間，故對(duì)剪切本

36、體的四桿機(jī)構(gòu)OCDEO以及五桿機(jī)構(gòu)OEFGHO，曲柄的存在條件以及傳動(dòng)角的條件來考慮 57 :( 1) 四桿機(jī)構(gòu)OCDEO 曲柄存在條件其中最短桿為r5，由曲柄的存在條件可知: r5 與其它任意一桿之長；r5其它任意兩桿之和，即：r5 r6 ，r5 r7，r5 R，r5 + R r6 + r7 ，r5+ r6 R + r7，r5+ r7 R + r6( 2) 四桿機(jī)構(gòu)OCDEO 傳動(dòng)角條件當(dāng)OC桿旋轉(zhuǎn)角5=0時(shí)，即為C點(diǎn)處于OE連線的中間位置，而此時(shí)的傳動(dòng)角為最小 ： 當(dāng)OC桿旋轉(zhuǎn)角5=180時(shí)，即為C點(diǎn)處于OE連線的延長線上，而此時(shí)的傳動(dòng)角為最大：( 3) 五桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件在此機(jī)構(gòu)中，最

37、短桿為r12，為簡化分析，故將五桿機(jī)構(gòu)中的OEFGHO拆分成一個(gè)動(dòng)態(tài)的OEF和一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)OHGFO，并根據(jù)曲柄的存在條件可以得出:r12 R，r12 r8，r12 r9，r12 r10r12+ r10 r9+ OFmin，r12+ r9+ r10+ OFminr12+ OFmax0gx(2)=x(6)-x(4)0gx(3)=x(1)-x(11)0gx(4)=x(5)+x(6)-x(4)-x(1)0gx(5)=x(1)+x(6)-x(4)-x(5)0gx(6)=x(1)+x(5)-x(6)-x(4)0gx(7)=0gx(8)=0gx(9)=x(1)-x(2)0gx(10)=x(7)-x(11)

38、0gx(11)=x(8)-x(11)0gx(12)=x(9)-x(11)0gx(13)=x(8)+x(9)-x(11)-x(1)-x(7)0gx(14)=x(8)+x(1)-x(7)-x(9)-x(11)0gx(15)=x(9)+x(1)+x(7)-x(8)-x(11)0gx(16)=-x(2)0gx(17)=-x(3)0gx(18)=x(10)+x(11)+2x(12)-x(13)-x(13)-530.9-21.850 5 基于田口法的結(jié)構(gòu)分析5.1 田口方法5.1.1田口方法 田口方法(Taguchi Methods)是一種由田口玄一教授所創(chuàng)立的知識(shí)系統(tǒng),包括有:1.田口質(zhì)量工程學(xué)，2.田

39、口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，3.田口商業(yè)數(shù)據(jù)分析法，4.田口部門評(píng)價(jià)系統(tǒng)，5.田口模式識(shí)別技術(shù)。 它跟傳統(tǒng)的質(zhì)量定義相比較，有所不同。他將產(chǎn)品在出廠以后為避免可能對(duì)社會(huì)造成損失的性質(zhì)，通過“質(zhì)量損失”來進(jìn)行對(duì)HYPERLINK /view/161738.htm產(chǎn)品質(zhì)量做定量的描述來定義為產(chǎn)品的質(zhì)量。而這種質(zhì)量損失又是指產(chǎn)品在出廠以后后“給社會(huì)可能會(huì)帶來的一些損失”，而這種損失又包括直接損失和間接損失。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(huì)對(duì)產(chǎn)品所表現(xiàn)出來的的不滿意度以及由此而可能會(huì)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。而如果HYPERLINK /view/1145272

40、.htm質(zhì)量特性的值偏離其HYPERLINK /view/4330886.htm目標(biāo)值越大，那么損失就有可能會(huì)越大，也就是說質(zhì)量會(huì)越差；相反，質(zhì)量就會(huì)越好。生產(chǎn)中在對(duì)待偏差問題時(shí)候，如果運(yùn)用傳統(tǒng)的方法來檢測產(chǎn)品，以此來剔除超差的部分或者是嚴(yán)格地控制工藝、材料方面來縮小在產(chǎn)品生產(chǎn)中可能會(huì)偏差。但是這方法不僅不經(jīng)濟(jì)，而且技術(shù)有限。田口方法主要是設(shè)計(jì)參數(shù)方面進(jìn)行調(diào)整，從而使的偏差的起因?qū)Ξa(chǎn)品的功能、性能影響不大，進(jìn)而以提高產(chǎn)品對(duì)其他因素的抗干擾性。由此可見，田口方法是一種聚焦于最小化過程變異或使產(chǎn)品、過程對(duì)環(huán)境變異最不敏感的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，是一種能設(shè)計(jì)出環(huán)境多變條件下能夠穩(wěn)健和優(yōu)化操作的高效方法。而在

41、本文中，主要是設(shè)r5、r6、r7、r9、r10為變化因素，根據(jù)其對(duì)擺角7、8、9、10、11的影響來確定出它們對(duì)機(jī)構(gòu)在發(fā)生剪切的時(shí)候上、下剪切刀的最大速度和最小速度的偏差值，進(jìn)而通過田口優(yōu)化公式來計(jì)算出它們的最大和最小速度的偏差率。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)。5.1.2田口方法的特點(diǎn) 田口方法相對(duì)于一些其他的質(zhì)量工程方法而言，效益高、成本低，它是設(shè)計(jì)來強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品質(zhì)量的提高。而它的特點(diǎn)主要有：“源流”的管理理論。因?yàn)樵戳魇侵冈陂_發(fā)設(shè)計(jì)階段，是上游，而制造階段以及檢驗(yàn)階段則是指下游。如果對(duì)開發(fā)設(shè)計(jì)階段抓好了的話，那么其他的階段也就相對(duì)的簡單

42、的多了，管理起來也就沒那么難了。(2)產(chǎn)品開發(fā)的HYPERLINK /view/1853609.htm三次設(shè)計(jì)法。產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)(主要分為三個(gè)階段，即參數(shù)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、HYPERLINK /view/1853615.htm容差設(shè)計(jì)。其中參數(shù)設(shè)計(jì)是整個(gè)階段的核心。該方法不僅能夠從根本上解決內(nèi)、外干擾因素所對(duì)質(zhì)量所引起的波動(dòng)問題，還能夠利用該方法設(shè)計(jì)出HYPERLINK /view/161738.htm質(zhì)量好、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜的產(chǎn)品。(3)質(zhì)量與成本的平衡性。運(yùn)用容差設(shè)計(jì)方法不僅能夠達(dá)到質(zhì)量與成本的平衡，而且還能夠生產(chǎn)出物美價(jià)廉的產(chǎn)品，從而從整體上還能夠提高公司在整個(gè)行業(yè)中的競爭實(shí)力。(4)新穎

43、、實(shí)用的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)。運(yùn)用動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)和綜合誤差因素法的先進(jìn)技術(shù)，通過誤差因素的模擬各種干擾(如噪聲)，不僅具有工程特色，還能提高試驗(yàn)效率，增加試驗(yàn)科學(xué)性，其試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果也能達(dá)到最優(yōu)化。此外，采用此方法還可以大大節(jié)約HYPERLINK /view/514167.htm費(fèi)用，從而降低了成本。5.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟田口方法的實(shí)施步驟： 選定品質(zhì)特性判定品質(zhì)特性之理想機(jī)能列出所有影響此品質(zhì)特性的因子定出信號(hào)因子的水準(zhǔn)定出控制因們的水準(zhǔn) 定出干擾因子的水準(zhǔn)，必要的話，進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)選定適當(dāng)?shù)闹苯槐恚才磐暾膶?shí)驗(yàn)計(jì)劃執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料分析確認(rèn)實(shí)驗(yàn)5.2 建立田口直交表 通過ADAMS軟件，對(duì)

44、整個(gè)機(jī)構(gòu)建立動(dòng)態(tài)模擬分析，得出當(dāng)在倍尺系數(shù)K=1和K=2的時(shí)候的上下剪切刃的運(yùn)動(dòng)軌跡，如圖5 1所示。通過對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡的分析，可以得出在此機(jī)構(gòu)中r5、r6、r7、r9、r10的長度是變化的而其他的桿長保持不變。于是運(yùn)用田口統(tǒng)計(jì)分析法，以此五組桿長為動(dòng)態(tài)因子，建立樣本空間。 （）K=1；（）K=2 圖5 1上、下剪刃運(yùn)動(dòng)軌跡如果進(jìn)程有一個(gè)輸入信號(hào)，可以直接用來決定輸出信號(hào)，優(yōu)化將涉及確定的控制因素的最佳水平，比輸入信號(hào)直接控制輸出信號(hào)要最接近理想關(guān)系。這就是所謂的田口方法 21 的動(dòng)態(tài)模型。田口方法的目的是用來減少輸出信號(hào)的變化過程，通過在輸入和輸出信號(hào)的線性關(guān)系，減少噪音。則在minitab軟

45、件將五個(gè)變化的桿長設(shè)為五個(gè)變量因子，并在此軟件中編寫一個(gè)25*5的表格，將此作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本空間，如圖5 2所示。在minitab的DOE統(tǒng)計(jì)分析項(xiàng)中對(duì)r和擺角建立關(guān)系，并進(jìn)行田口方法分析。在此樣本空間中是以各桿長長度的變化為變量因子，從而確定出桿長變化時(shí)個(gè)角度所產(chǎn)生的變化。圖5 2 田口樣本空間 IHI飛剪的模型采用文獻(xiàn)5中的數(shù)據(jù)，相應(yīng)的參數(shù)如下：r570mm，r6948mm，r7311mm，r8510mm,r9997mm，r10944mm，r111120mm，r1250 mm，r13 r1425 mm，r15495 mm，LM 74 mm，MN536 mm, TG150mm，1120mm，

46、1000mm，COH158，F(xiàn)ED170。在IHI擺式飛剪剪切過程中，主動(dòng)桿件COH桿、OJ 桿與JK桿作整周旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，12、13、14的位置已知取工作起始位置為5：H點(diǎn)位于y軸負(fù)最下方，J點(diǎn)和K點(diǎn)在y軸最上方，即12=13=14 =/2。根據(jù)matlab運(yùn)算程序計(jì)算出桿件所對(duì)應(yīng)的角度值。飛剪剪切運(yùn)動(dòng)過程比較復(fù)雜，借助ADAMS動(dòng)力學(xué)分析軟件進(jìn)行分析67。根據(jù)桿在ADAMS中建立IHI擺式飛剪剪切機(jī)構(gòu)的模型，施加約束和驅(qū)動(dòng)，結(jié)果模型如圖5 3所示。圖5 3剪切機(jī)構(gòu)桿件模型故在此項(xiàng)工作中，為確保曲柄機(jī)構(gòu)的存在，r5、r6、r7、r9、r10、確定為五個(gè)變量因子如：根據(jù)參考數(shù)據(jù)以及動(dòng)態(tài)模擬分析以及

47、其剪切的運(yùn)動(dòng)軌跡，假設(shè)設(shè)r569mm，r6947mm，r7311mm，r9996mm，r10943mm，這是一組標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并每個(gè)因子分別以+/-0.2（minitab的內(nèi)定變化量）的偏差取值，當(dāng)一個(gè)r在變化時(shí)，其余的都保持不變。如：r5=68.8 68.9 69（標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)） 69.1 69.2 這是他的五組數(shù)據(jù)，即左右各變動(dòng)兩次。標(biāo)準(zhǔn)值為從而求出對(duì)應(yīng)的擺角（7、8、9、10、11）。因此需要運(yùn)用matlab軟件設(shè)計(jì)計(jì)算的程序。程序分別如下：程序1：clear all； %清變量close all； %關(guān)閉所有圖像clc %清屏R=1000；r12=50；r8=510；r11=1120；12=7

48、5/180*pi；OEH=15/180*pi；fai=171/180*pi；R5_7=；for i=1:5 r5=70+(i-3)*0.1； r6=948； r7=310；r9=996；r10=740； 5=fai-12； % 8=fai-7； 7_1=acos(r52+R2-2*r5*R*cos(5)-r62+r72)/(2*r7*sqrt(r52+R2-2*r5*R*cos(5) ； 7_2=atan(r5*sin(5)/(R-r5*cos(5)； 7=7_1-7_2； 7=7*180/pi； R5_7=R5_7；r5 7；End R5_7R6_7=；for i=1:5 r5=70； r6

49、=948+(i-3)*0.1； r7=310；r9=996；r10=740； 5=fai-12； % 8=fai-7； 7_1=acos(r52+R2-2*r5*R*cos(5)-r62+r72)/(2*r7*sqrt(r52+R2-2*r5*R*cos(5) ； 7_2=atan(r5*sin(5)/(R-r5*cos(5)； 7=7_1-7_2； 7=7*180/pi； R6_7=R6_7；r6 7；End R6_7R7_7=；for i=1:5 r5=70； r6=948； r7=310+(i-3)*0.1； r9=996；r10=740； 5=fai-12； % 8=fai-7； 7_

50、1=acos(r52+R2-2*r5*R*cos(5)-r62+r72)/(2*r7*sqrt(r52+R2-2*r5*R*cos(5) ； 7_2=atan(r5*sin(5)/(R-r5*cos(5)； 7=7_1-7_2； 7=7*180/pi； R7_7=R7_7；r7 7；End R7_7程序2：clear all； %清變量close all； %關(guān)閉所有圖像clc %清屏R=1000；r12=50；r8=510；r11=1120；12=75/180*pi；OEH=15/180*pi；fai=171/180*pi；r5=70；r6=948；r7=310；R9_9=；for i=1:

51、5 r9=996+(i-3)*0.1； r10=740； 5=fai-12； 7_1=acos(r52+R2-2*r5*R*cos(5)-r62+r72)/(2*r7*sqrt(r52+R2-2*r5*R*cos(5) ； 7_2=atan(r5*sin(5)/(R-r5*cos(5)； 7=7_1-7_2； 8=fai-7； m=sqrt(r122+R2-2*r12*R*cos(12)； l=sqrt(m2+r82-2*r8*m*cos(8+OEH)； 9=2*pi-8-acos(r92+l2-r102)/(2*r9*l)-acos(l2+r82-m2)/(2*l*r8)； 9=9*180/

52、pi； R9_9=R9_9；r9 9；End R9_9 R10_9=；for i=1:5 r9=996； r10=740+(i-3)*0.1； 5=fai-12； 7_1=acos(r52+R2-2*r5*R*cos(5)-r62+r72)/(2*r7*sqrt(r52+R2-2*r5*R*cos(5) ； 7_2=atan(r5*sin(5)/(R-r5*cos(5)； 7=7_1-7_2； 8=fai-7； m=sqrt(r122+R2-2*r12*R*cos(12)； l=sqrt(m2+r82-2*r8*m*cos(8+OEH)； 9=2*pi-8-acos(r92+l2-r102)/

53、(2*r9*l)-acos(l2+r82-m2)/(2*l*r8)； 9=9*180/pi； R10_9=R10_9；r10 9；End R10_9則得出數(shù)據(jù)，并通過建立了minitab建立的田口樣本空間表和matlab計(jì)算而得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理出算出的每組數(shù)據(jù)的結(jié)果后，將這些數(shù)據(jù)錄入至田口樣本空間表內(nèi)，形成一個(gè)直交表，如表5 1所示。 其中，令A(yù)=r5、B=r6、C=r7、D=r9、E=r10。而A1=68.8mm、A2=68.9mm、A3=69mm、A4=69.1mm、A5=69.2mm；B1=946.8mm、B2=946.9mm、B3=947mm、B4=947.1mm、B5=947.2mm

54、；C1=310.8mm、C2=310.9mm、C3=311mm、C4311.1mm、C5=311.2mm；D1=995.8mm、D2=995.9mm、D3=996mm、D4=996.1mm、D5=996.2mm；E1=942.8mm、E2=942.9mm、E3=943mm、E4=943.1mm、E5=943.2mm。從而再根據(jù)每一組數(shù)據(jù)進(jìn)行組合，再通過ADAMS軟件進(jìn)行剪切機(jī)動(dòng)態(tài)模擬，并得出剪切速度速度的變化情況。根據(jù)每一組數(shù)據(jù)計(jì)算出各值所對(duì)應(yīng)的擺角（）值。 表5 1 田口直交表 在設(shè)立了田口正交表之后，再建立影響因素及水平表（如表5 3）和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表（如表5 4至5 8）。而實(shí)驗(yàn)所得出的結(jié)果

55、也基本都是將matlab軟件計(jì)算出來的結(jié)果以及minitab軟件建立的田口正交表導(dǎo)入至ADAMS軟件中進(jìn)行模擬運(yùn)算出得出的結(jié)果。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 ，） fj(r5，r6，r7，r8，r9，r10，r11，r12，r13，r15，）（j=1，2。，m） min/max g=G(r5，r6，r7，r8，r9，r10，r11，r12，r13，r15，），S.t. f1（r5，r6，r7，r8，r9，r10，r11，r12，r13，r15，）， f2（r5，r6

56、，r7，r8，r9，r10，r11，r12，r13，r15，）， fj（r5，r6，r7，r8，r9，r10，r11，r12，r13，r15，）速度公式： g=G(v-1778.33)/1778.33 通過上面步驟可以得出每組數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的上、下剪切刀的最大速度以及最小速度分別為多少，然后列出以下表格。如表5 2所示表5 2 上下刀剪切速度速度偏差公式： 根據(jù)表5 2所得出的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出r5、r6、r7、r9、r10的每個(gè)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的剪切刃最大速度和最小速度的的平均。然后在列出個(gè)干所對(duì)應(yīng)的桿長與剪切速度，并通過速度變化率公式分別加算出上下剪切刃的值，最后將算出的速度以及值列入表格內(nèi)，由表5

57、4至5 8所示。然后通過表格中的最小值所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)找出所對(duì)應(yīng)的桿長值，即為最優(yōu)值。這樣就達(dá)到了通過田口方法來對(duì)IHI擺式飛剪機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。而得出的桿長值即為最優(yōu)組。表5 3 桿長因素即水平表表5 4 r5的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及表5 5 r6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及表5 6 r7的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及表5 7 r9的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及表5 8 r10的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及6結(jié)論 根據(jù)以上過程得出的結(jié)論和分析為：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(dòng)特性分析。通過matlab軟件計(jì)算出了各桿件所對(duì)應(yīng)的5*5組的擺角值。根據(jù)對(duì)剪切本體的四桿機(jī)構(gòu)OEDEO和五桿機(jī)構(gòu)OEFGHO 曲柄的存在條件和傳動(dòng)角條件

58、作為約束條件8，利用ADAMS軟件對(duì)飛剪剪切機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并將田口正交表以及計(jì)算出的桿長和擺角的數(shù)據(jù)錄入ADAMS軟件中進(jìn)行模擬分析出各對(duì)應(yīng)的上下剪切刃剪切時(shí)的最大值和最小值。從而得出的最優(yōu)的桿長分別為：r569mm，r6947mm，r7311mm，r8510mm，r9996mm，r10743mm，r111120mm，r1248mm，COH158，F(xiàn)ED171。優(yōu)化后上剪刃的水平方向最大剪切速度為1810mm/s，相對(duì)鋼板水平移動(dòng)速度超前1.81（原設(shè)計(jì)超前1.31），最小剪切速度為1773mm/s，相對(duì)鋼板水平移動(dòng)速度滯后0.45（原設(shè)計(jì)滯后1.72）。上剪刃水平方向平均剪切速度為1791m

59、m/s，相對(duì)鋼板水平移動(dòng)速度超前1.01（原設(shè)計(jì)滯后0.41），改進(jìn)后更加符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)有利于軋制工藝。7致謝語首先，需要感謝的是我的指導(dǎo)老師，在百忙之中能抽空給我講解有關(guān)于論文中所要用到的知識(shí)，并對(duì)我的論文進(jìn)行指導(dǎo)。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。最后，也要感謝學(xué)校的任課老師們，正因?yàn)橛辛四銈兊慕虒?dǎo)和幫助，我才能夠知道如何去運(yùn)用所學(xué)到的知識(shí)去做好自己的畢業(yè)論文。同時(shí)，我也要感謝評(píng)審老師給予我的論文指導(dǎo)，正是老師們認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度，幫助我完善HYPERLINK /search?word=%B1%CF%D2%B5%C2%DB%CE%C4&fr=qb_searc

60、h_exp&ie=utf8畢業(yè)論文并提高了我的專業(yè)理論水平，在這里，我要向他們表示深深的謝意。另外，我還要感謝在完成論文過程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和朋友，也特別感謝 對(duì)我的啟迪?？傊以谡撐倪^程中得到很多幫助，感謝所有幫助過我的人。時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。離校日期已日趨漸進(jìn)，畢業(yè)論文的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。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(qǐng)接受我誠摯的謝意！你們孜孜不倦的教誨！參考文獻(xiàn) 冶金工業(yè)部有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院.板帶車間機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)M.北京:冶金工業(yè)出版社，1988。1Research Institut