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翻抛机工作装置的稳健设计

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  • 发布时间:2014-09-25
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2 广西科技大学学报 第 24卷1 稳健设计理论产品在生产和使用过程中,由于生产条件和使用方法等因素造成产品的质量波动.虽然产品的设计分析是合理的但其质量特性不稳定.稳健设计就是要在保证产品质量特性的均值旧能达到 目标值的同时,努力减小由于各种干扰因素引起的功能特性值的波动,使产品质量特性更稳定2.要达到这两个 目标就要对可控的设计变量和不可控的噪声因素进行试验分析并找出最佳的组合。

若设 Y为产品质量的特性值 ,Y为其平均值 , 为其 目标值 ,要达到第 1个 目标,即质量特性指标的绝对偏差 , ) min,也称为灵敏度要求.要达到第 2个 目标,即质量指标的方差 E, ) min,也称为稳健性要求.为实现上述 目标,从稳健设计模型的 4个基本要素着手.其分别是:1)信号因素--产品质量特性所需要达到的目标值,是设计规定的;2)设计变量--构件结构参数:3)噪声因素--设计中不可控的影响因素;4)质量特性--产品的输出特性.通过对设计变量和噪声因素的合理安排来调整输人输出的关系和输出特性的波动[2]。

稳健设计中质量特性的好坏是用信噪比来衡量的,用 SN表示 ,单位为分贝(dB).产品质量特性类型分为3种:望目特性、望大特性、望小特性,其各自的信噪比计算公式 如下所示:,v1 1n 望 目特性: -lOlg[ 1 ( ) ] (1)望大特性:望小特性 :lg[ ]- l0lg[j1 2。yi2]式中:Ⅳ表示试验次数;yi第 i件产品的输出特性值 ;),0为产品特性目标值。

2 翻抛机工作装置的稳健设(2)(3)2.1 质量特性值的选取翻抛机工作装置长度在 3 I1左右 ,工作时转速可达到 380 r/min e.在工作过程中液压旋转马达对翻抛轮产生-个较大的扭矩 ,使得翻抛轮的两端形成-定的扭转角 ,如果此扭转角过大会严重影响翻抛轮的工作效率和使用寿命 ,所以要将其控制在-定的范围内.本文选择翻抛轮两端扭转角的大小为质量特性值.根据企业要求 ,单位长度的许用扭转角 O.3(。)/m.针对本文中的设计而言越小越好 ,即扭转角 O.3(。)/m,属于望小特性。

2.2 因素的选取2.2.1 可控因素的选取可控因素即设计变量 ,本文中设计的此款翻抛机是属于农用类设备,翻抛物料多为半干燥固体.翻抛机在作业时工作装置会深人物料的剁型中对物料进行翻抛[ .翻抛轮的主要参数有 ,轮长 、板厚 、材料 、外径 、螺旋线螺距 P、抛刀参数.对于抛刀参数,国外研究较早,目前发展已较为成熟.本文直接按企业要求选取主流的抛刀参数.至于可控因素的选取,根据行业标准主要考虑板厚、外径和螺距 ,本文也选择这 3个因素做为可控因素 ,分别设为因素 A,B,C.按照目前翻抛机的规格范围.在原有设计即水平 2的基础上再取两组数作为因素的水平,这样就有 3组水平 ,取值如下表 1所示。

2.2.2 不可控因素的选取不可控因素即噪声因素.噪声因素是在预计的不确定因素范表 1 可控因素水 平表 inln123l0121645050o530800l O651 3004 广西科技大学学报 第 24卷如 F J:误差平方和 及其自由度。

::sr-( SsSc)ZS空列; )计算均方 ,统计量 ,贡献率 :VA&/Fa,FaVJVe, ( -AV )/sSi不显著因素平方和; 不显著因素的自由度和; ;:Js;根据以上公式和表 3中的数据得到如下方差分析结果如下表 4表 4 SN b 的方差分析(6)(7)‰ (2,4)6.94 (2,4)18.00方差分析表明,由于因素 A的统计量 FA10.52>6.94,由此可知因素 A的影响最大,因素 C次之 ,因素B的影响因素最小.信噪比的值越大越好,表中可以分析出A,B C 为最优因素.板厚(A)为 16 mm,直径(B)为 500 mm,螺距(C)为 1 065 mm。

4 对比验证表 3中的优砚是把有限元计算的数据用直观分析的方法分析得到的.对比直观优砚和方差分析的最优解[ ]如下表 5所示:通过表 5可知 ,应用直观分析法 ,因素 A的极差最大,因素 C次之 ,因素 B的影响最小 ,再结合表 3,表 5 直观分析与 方法分析对 比表得出最优组合为 A,C:B:;应用方差分析法 ,因素 A的贡献率最大 ,因素 C的贡献率次之,因素 B为不显著因素,最优方案为 A C2B:.经过以上分析可知,直观分析和方差分析得到的最优方案相同.因此也验证了理论计算的正确性。

最优设计方案由合作企业加工生产.再分别测试新旧产品工作装置的相关特性值 ,运用上面的信噪比公式(3)计算 出相应的信噪比。

分别列出有限元与试验结果如下表 6所示:经过有限元分析和试验数据的对 比。显示误差均在容许表 6 有 限元与实验信噪 比对比数据类型 SNj SN2 SN3 SN4 SN5 SN6 SN7 SNs SN98.9 20.9 15.0 23.8 21.5 l6.5 24.1 22.3 259.5 22.1 15.9 21.4 23.1 19.9 23.7 20.8 28.7有 限元试验的范围之内.说明有限元的计算结果合理.不同的设计方法得到的设计方案如下表 7所示。

对比结果表明新产品的质量特性值优于旧产品且远小于 O.3(。)/m.设计满足行业要求.目前表 7 计方案对 比该设计方案已被合作企业采纳,新产品已批量生产并投放市场 ,客户反馈良好。

5 结论通过对翻抛机工作装置的稳健设计,找出对结果影响最显著的灵敏因子,灵敏因子对结果的贡献率最第2期 林家祥等:翻抛机工作装置的稳健设计 5大,可以通过调整灵敏因子改进设计,最终得出相关参数设计的最佳组合.因设计中考虑到了噪声因素的影响,使产品更具稳健性.本文的研究为翻抛机的设计提供了理论依据.也为翻抛机的分析研究提供-种切实可行的思路和方法。

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