实验设计论文 王刚费下载

实验设计论文 王刚费下载 ( 2012-2013 学年 第二学期) 重庆理工大学研究生课程论文 课程论文题目: 正交设计在机械行业中的应用 课程名称 实验设计 课程类别 ?学位课 ?非学位课 任课教师 张晓宇老师 所在学院 重庆汽车学院 学科专业 车辆工程 姓名 王刚 学号 50128523405 提交日期 2013 /6 /17 注意事项: 1、以上各项由研究生认真填写, 2、研究生课程论文应符合一般学术～具有一定学术价值～严禁网上下载 或抄袭,凡检查或抽查不合格者～一律取消该门课程成绩和学分～并按有关规 定追究相关人员责任, 3、论文得分由批阅教师填写,见封底,～并签字确认,批阅教师应根据作业质 量客观、公正的在文后签写批阅意见, 4、原则上所有课程论文均须用A4纸打印～加装本封面封底～左侧装订, 5、课程论文由各学院,部,统一保存～以备查用。 4、卷纸不够写～可另附纸。 正交设计在机械行业中的应用 姓名:王刚 学号:50128523405 摘 要:正交设计广泛应用于机械、电子、生物、化学、物理等人们日常生活的 各个领域。实验设计水平的高低影响到实验效果的真实程度,进而影响到产品设 计生产加工等各部分。本文在理解《实验设计》这门课程的理论基础上,进一步 的了解该学科中正交设计法在机械行业中的广泛应用。 关键词:实验设计,设计水平,机械,正交设计 Abstract:Orthogonal design is widely used in machinery, electronics, biology, chemistry, physics, and other various fields of People's Daily life. Level of experimental design affect the truth of experimental results, which affect the product design, production, processing and etc. Parts. Based on the understanding of "experimental design" based on the theory of this course, the further understanding of the discipline of uniform design and orthogonal design method is widely used in machinery industry. Keywords: design of experiment; The design level; Machinery; Orthogonal design 引言 实验设计就是对实验进行科学合理的安排，以取得最理想的实验效果。实验设计包括建立与研究假说有关的统计假说、确定实验中使用的实验处理(自变量)和必须控制的多余条件(额外变量)、确定实验中需要的实验单元(被试)的数量及被试抽样的总体、确定将实验条件分配给被试的、确定实验中每个被试要记载的测量(因变量)和使用的统计分析等几个活动。在实验设计这门课程的学习中，有许多实验设计方法，有比较实验与方差实验、单因素优化实验设计、多因素优化实验设计、正交设计、均匀设计、容差设计、可靠性设计等。具体选择哪种实验设计方法要根据具体的适用条件。 1 国内外对实验设计的研究发展 二十世纪三十年代以来，实验设计在日本、美国得到了普遍的推广应用，实验设计在现在统计学中形成了一个重要的分支，内容极为丰富。它在现代化大生产中的产品开发、设计、生产中的质量过程控制中起了很大作用。二战后，日本就是运用实验设计使得该国的工业高速发展。 我国在七十年代也逐步推广这种管理技术，目前我国掌握实验设计技术的人不多，这是由于实验设计课程在我国还远未普及。每个未来的和现在的工程师都掌握实验设计技术是国际发展趋势。 随着科学技术的进步、计算机和应用软件的广泛应用，实验所得实验数据的统计分析变得很容易了，例如运用Excel软件可以对基本数据进行分析。所以对于问题的实验设计，关键是选用正确的分析方法，对输出结果做正确的解释。 2 正交设计的基本介绍 2.1正交设计 正交试验的提出:考虑兼顾全面试验法和简单比较法的优点，利用根据数学原理制作好的规格化表——正交表来设计试验不失为一种上策。用正交表来安排试验及分析试验结果，这种方法叫做正交试验法。事实上，正交最优化方法的优点不仅表现在试验的设计上，更表现在对试验结果的处理上。 正交试验法优点: (1)试验点代表性强，试验次数少。 (2)不需做重复试验，就可以估计试验误差。 (3)可以分清因素的主次。 (4)可以使用数理统计的方法处理试验结果，提出展望好条件。 正交试验(表)法的特点: (1)均衡分散性——代表性。 (2)整齐可比性——可以用数理统计方法对试验结果进行处理。 正交表符号的意义: 3 正交设计在机械行业中的运用 正交试验作为多因素多水平试验法在内燃机中得到广泛的应用。但正交试验法有其局限性，它只能用于因素较多而水平较少的试验中，若水平数较多，根据“整齐可比”的特点，试验数是水平数的平方，则需要安排大量的试验。 3.1.单指标正交试验设计 对零件镗孔质量不稳，内径偏差大，需改进工艺操作，确定因素的主次影响程度，探求好的工艺程序。 3.1.1.确定因素与水平 相关的主要因素有四个，每一个因素的水平3个: 刀具数量与布局 A 2把 3把 4把 切削速度 B 30r/min 38r/min 56r/min 走刀量 C 0.6mm/r 0.7mm/r 0.47mm/r 列出因素水平表: 刀具种类 D 常规刀 I型刀 II型刀 3.1.2.选择正交表 4 本试验为4因素3水平，选择。 L(3)9 3.1.3.确定试验 表头行为因素，水平按水平表“对号入座”。指标为内孔偏差量。 试验方案表 因 素 A B C D 偏差量 试验号 列号 1 2 3 4 (mm) 1 1(2把) 1(30) 1(0.6) 1(常规) 0.39 2 1 2(38) 2(0.7) 2(I) 0.145 3 1 3(56) 3(0.47) 3(II) 0.310 4 2(3把) 1 2 3 0.285 5 2 2 3 1 0.335 6 2 3 1 2 0.35 7 3(4把) 1 3 2 0.285 8 3 2 1 3 0.05 9 3 3 2 1 0.315 K1(水平1三次偏差和) 0.845 0.96 0.79 1.04 K2(水平2三次偏差和) 0.97 0.53 0.745 0.78 K3(水平3三次偏差和) 0.65 0.975 0.93 0.645 K1=k1/3 0.282 0.32 0.263 0.347 K2=k2/3 0.323 0.176 0.248 0.26 K3=k3/3 0.217 0.325 0.31 0.215 极差R 0.106 0.149 -0.062 0.132 水平 因素 A(刀具数) B(切削速度r/min) (走刀量mm/r) D(刀具种类(型)) 1 2 30 0.6 常规 2 3 38 0.7 I 3 4 56 0.47 II 3.1.4.试验结果分析: (1)直观分析。差组合最好，偏差量为0.050mm。 ABCD3213 (2)计算分析，每一列水平相关的结果进行累加 ，， k,，，,0.390.1450.3100.845k,，，,0.3900.2850.2850.9601A1B ，， k,，，,0.2850.3350.3500.970k,，，,0.1450.3350.050.5302A2B ，， k,，，,0.2850.050.3150.650k,，，,0.3100.3500.3150.9753A3B 。并且分别求出其平均值，并计算平均值的极差(最同理可计算kkk,,123ccc 大的数,最小的数,R)。 画出趋势图(指标,因素关系) 可以看出: a. 刀具数量越多，偏差量越小，4把刀为最好，可考虑刀具再多的情况。 b. 切削速度以38r/min偏差最小。 c. 走刀量为0.7mm/r偏差量最小(表中试验结果为0.6mm/r偏差小)。可 考虑走刀量再增大情况。 d. 以II型刀具为最好。 另外，从极差看因素的作用: 极差大――说明因素对指标的影响大，常为主要因素 极差小――说明因素对指标的影响小，常为次要因素 因此，本例中主次次序:BDAC(转速、刀型、刀数量、走刀量) 3.2.多指标正交试验设计 柱塞组合件收口强度稳定性试验 .(下图所示)，组合件须承受900公斤以上的拉脱力。 某公司在生产中存在柱塞组合件拉脱力波动大的问题，希望通过试验，找出较优方案，使拉脱力稳定在900Kg以上。该案例试验目的是使拉脱力被选为指标，且指标越大越好。 :FN,1000,,0.02mm指标:拉脱力, 轴向油隙，转角。 ,,20 ,D因素:、高度L、倒角、收口压力P等四个因素。 k，, 水平:各因素均取三个。 4选用4因素3水平正交表，然后对号入座。每个试验条件做7次，每L(3)9 次试验对三个指标测定并取其平均值。计算分析试验数据，并选取最优生产条件。 3.2.1 试验方案及试验结果分析 试 验 方 案 试 验 结 果 B A C D 转角 因素 ,拉脱力(N) 轴向游隙 倒角 收口压力 L ,D 高 7' FF,,(900)'ii ,,,,7(20) 试验号列号 1 2 3 4 δ=7000(δ-0.01)10ii 1 1 1 1 1 -30 20 25.5 2 1 2 2 2 36 48 -1 3 1 3 3 3 6 27 17.5 4 2 1 2 3 -15.5 6 21.5 5 2 2 3 1 51 128 -10 6 2 3 1 2 -1 25 26.5 7 3 1 3 2 -68 28 18.5 8 3 2 1 3 91 52 0.5 9 3 3 2 1 19 56 -4.5 拉 4 -38 20 13.3 T=88.5 T=390 T=94.5 K1F 脱 11.5 59.3 13.2 -11 K2F 说明:1. 、、为7次试验的平均。 F,,iii力 14 8 -3.7 27.16 K3F 7 , 2. 如完全为简化 FF,,(900)ii'10 97.1 23.7 38.16 RF 10Fi 计算，不影响结果的趋势分析。 轴 31.6 18 32.3 68 K 1, '53 76 36.6 33.6 K,向 2,i 游 45.3 36 61 28.3 K 3, 隙 21.3 58 28.7 39.7 R , 转 14 21.8 17.5 3.6 K1, 12.6 -3.5 5.3 14.6 K 2, 角 4.82 13.2 8.7 13.16 K3, '9.17 25.3 12.2 11 R ,, 3.2.2.综合平衡选优 B1对因素B(高度L):轴向游隙小，转角为大角度，应选，但主要考虑拉 B2脱力，故选(拉脱力最大)。 C1对因素C(倒角): 明显，拉脱力大，游隙小，转角大。 DDDD3233，游隙小，转角与差不多，拉脱力对因素D(收口压力):应选 最高 对三个指标来说均是次要因素，从转角大一点，游隙对因素A(直径): A1小些的角度，选 ABCD1213 3.2.3.综合平衡后:选为最优生产条件。 通过正交实验法找到的较优方案，往往都不是试验中最好的方案(案例试验中最好的方案是第8号试验A3、B2、C1、D3)，但我们的目的不是要在已做的9次试验中选好的方案，而是要找到所有搭配中最好的方案。这样才有意义。 (1) 因子和指标的关系 我们希望看到因子变化时，指标的变化趋势，这样可以用作图来描述。如下图所示因子和指标的关系: (2) 验证试验 目的:考察较优方案的再现性。 方法:将通过数据分析多得到的较优方案与已做过的(9次)试验中最好者同时验证，以确定其中的优劣。 上述案例中将数据分析多得到较优方案A1、B2、C1、D3与9次试验中第八号试验A3、B2、C1、D3两个方案同时验证。 在实验后找出稳定的较优方案，通常要对这个较优方案进行小批生产考验，最终纳入技术文件，才算完成一项正交试验的全部过程。 4 总结 我所研究的方向是汽车转向和悬架的机构设计研究，目前还没有进入到论文的核心部分。就我个人的理解来看，试验设计在机构学当中也有很大的应用。在 机械结构分析、机构设计中已经应用广泛。我现在在帮导师做转向试验台，这必然要应用到实验设计基本知识，再加上我做论文的部分就是机构的设计研究，这必然要应用到实验设计的基本方法。在此感谢张老师耐心的教导。 参考文献 [1] 刘达民,程岩.应用统计.北京:化学工业出版社,2004. 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