实验设计论文 王刚Word文件下载.docx
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姓名:
王刚学号:
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:
Orthogonaldesigniswidelyusedinmachinery,electronics,biology,chemistry,physics,andothervariousfieldsofPeople'
sDailylife.Levelofexperimentaldesignaffectthetruthofexperimentalresults,whichaffecttheproductdesign,production,processingandetc.Parts.Basedontheunderstandingof"
experimentaldesign"
basedonthetheoryofthiscourse,thefurtherunderstandingofthedisciplineofuniformdesignandorthogonaldesignmethodiswidelyusedinmachineryindustry.
Keywords:
designofexperiment;
Thedesignlevel;
Machinery;
Orthogonaldesign
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方法、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
刀具种类
D
常规刀
I型刀
II型刀
列出因素水平表:
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
3
38
0.7
I
4
56
0.47
II
3.1.2.选择正交表
本试验为4因素3水平,选择
。
3.1.3.确定试验方案
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
偏差量
试验号列号
(mm)
1(2把)
1(30)
1(0.6)
1(常规)
0.39
2(38)
2(0.7)
2(I)
0.145
3(56)
3(0.47)
3(II)
0.310
2(3把)
0.285
5
0.335
6
0.35
7
3(4把)
8
0.05
9
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
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。
(2)计算分析,每一列水平相关的结果进行累加
,
,
同理可计算
并且分别求出其平均值,并计算平均值的极差(最大的数-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。
指标:
拉脱力
轴向油隙
,转角
因素:
、高度
、倒角
、收口压力
等四个因素。
水平:
各因素均取三个。
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
说明:
1.
、
为7次试验的平均。
2.如
完全为简化计算,不影响结果的趋势分析。
3.2.2.综合平衡选优
对因素B(高度L):
轴向游隙小,转角为大角度,应选
,但主要考虑拉脱力,故选
(拉脱力最大)。
对因素C(倒角):
明显
,拉脱力大,游隙小,转角大。
对因素D(收口压力):
应选
,游隙小,转角
与
差不多,拉脱力
最高
对因素A(直径):
对三个指标来说均是次要因素,从转角大一点,游隙小些的角度,选
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
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