《机械原理课程设计》 廖汉元孔建益 闻欣荣李佳 编撰 武汉科技大学 机械自动化学院 机械设计与制造教研室 1999年5月(02年再版) 飞剪机构分析与设计任务书 一.工艺要求1.剪切运动速度为V t=2m/s的钢板，拉钢系数=V 刀/ V t =[]， []=~2.两种钢板定尺（长度）L=1m; ； 3.剪切时上下剪刃有间隙，剪切后上下剪刃不发生干涉（相碰）； 4.剪切时上、下剪刃沿钢板运动速度方向的速度相对误差： ΔV刀[]二.给定参数 1.工艺参数 图 1
剪切力F=10T=98kN; 支座A距辊道面高约为 h250mm(如图1);刀刃重合量Δh5mm; 钢板厚度Δb=1mm;2.机构设计参数 按定尺L=1m给出机构的行程速比系数k 、远极位传动角2、摇杆摆角： 表1 参数与方案 三.设计内容 1.根据工艺要求制定机构方案，定性比较各方案的优、劣； 2.设计出满足工艺要求的机构尺寸及上下剪刃的位置尺寸； 3.根据最终设计结果按比例绘制机构运动简图及上下剪刃的轨迹； 4.进行机构的运动及 力分析，检验上下剪刃的速度相对误差、拉钢系数是否满要求，并求出曲柄上的平衡力矩M b 《飞剪机构分析与设计》 指导书二，对剪机运动的要求：
1.曲柄转一圈对钢材剪切一次； 2.剪切时，上、下剪刃速度相对误差小于其许用值： V 刀=2|V Et -V Ft |/(V Et +V Ft ) = .3.剪切时，上下剪刃应与钢材运动同步。 一般希望剪刃速度略大于钢材运动速度，即拉钢系数>1： V 刀= (V Et +V Ft )/2； = V 刀/ V t = =~. 4.能调节钢材的剪切长度L 三，设定参数 1.工艺参数 剪切力F=10T=98kN 支座A 距辊道面高约为h 250mm 刀刃重合量Δh5mm 钢板厚度Δb=1mm 2.机构设计参数
第3章 剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n m -面)发生相对错动(图3-1b)。 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m -假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的力Q F (图3-1c)的作用。Q F 称为剪力，根据平衡方程∑=0Y ，可求得F F Q =。 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la 所示的n m -面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a 所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部力，而只是给出了主要的受力和力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。 3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2 F F Q =
第3章剪切和挤压的实用计算 3.1剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴 线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用（图3-1a），构件 的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面（m - n面）发生相对错动（图3- 1b）。 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构 件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面m-n假想地截开，保留一 部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力F Q （图3-1C）的作用。F Q称为剪力，根据平衡方程',=0，可求得F Q二F。剪切破坏时，构件将沿剪切面（如图3-la所示的m-n面）被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。
3.2剪切和挤压的强度计算3.2.1剪切强度计算
剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图 试验装置的简图，试件的受力情况如图 3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情 形。当载荷F 增大至破坏载荷 F b 时，试件在剪切面 m - m 及n - n 处被剪断。这种具 有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图 3-2c 可求得剪切面上的剪力为 F Q 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法 确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。 在这种计算方法中, 假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以 A 表示销钉横截面面积，则应力为 F Q A ?与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础 的，实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”，所以也称为名义切应力。 当F 达到F b 时的切应力称剪切极限应力， 记为-b 。对于上述剪切试验， 剪切极限 应力为 _ Fb ■b - 2A 3-2a 为一种剪切 (3-1) bj
机械设计课程设计计算说明书 设计题目：飞剪机传动装置设计 院系：机械工程及自动化学院 班级：130715班 指导老师：张建斌 2016年6月6日
目录 目录 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 一、飞剪机总体方案设计： ............................................................................. - 4 - 1.1 滚筒式飞剪机 ................................................................................... - 4 - 1.2 曲柄连杆式飞剪机............................................................................. - 5 - 1.3曲柄摇杆式飞剪机............................................................................. - 5 - 二、电动机选型：........................................................................................... - 8 - 2.1类型和结构形式的选择： ................................................................... - 9 - 2.2确定电机的额定功率：....................................................................... - 9 - 2.3确定电机的转速：............................................................................. - 9 -三．传动系统的运动和动力参数....................................................................... - 9 - 3.1计算传动比.................................................................................. - 10 - 3.2传动比分配..................................................................................... - 10 - 3.3确定各轴运动和动力参数 ................................................................. - 10 - 四、齿轮的设计与校核.................................................................................. - 12 - 4.1高速级齿轮的设计与校核 .................................................................. - 12 - 4.2低速级齿轮的设计与校核 .................................................................. - 18 - 4.3开式齿轮的设计与校核...................................................................... - 24 -五．轴的设计与校核 ..................................................................................... - 28 - 5.1高速轴的设计与校核......................................................................... - 28 - 5.2中间轴的设计与校核......................................................................... - 31 - 5.3低速轴的设计与校核......................................................................... - 34 -
第四章弹性杆横截面上的切应力分析 § 4-3梁横力弯曲时横截面上的切应力 梁受横弯曲时，虽然横截面上既有正应力，又有切应力。但一般情况下，切应力 对梁的强度和变形的影响属于次要因素，因此对由剪力引起的切应力，不再用变形、物理和静力关系进行推导，而是在承认正应力公式（6-2）仍然适用的基础上，假定剪应力在横截面 上的分布规律，然后根据平衡条件导出剪应力的计算公式。 1.矩形截面梁 对于图4-15所示的矩形截面梁，横截面上作用剪力F Q。现分析距中性轴z为y的横线aa1 上的剪应力分布情况。根据剪应力成对定理，横线aa1两端的剪应力必与截面两侧边相切， 即与剪力F Q的方向一致。由于对称的关系，横线aa i中点处的剪应力也必与F Q的方向相同。 根据这三点剪应力的方向，可以设想aa i线上各点切应力的方向皆平行于剪力F Q。又因截面高度h大于宽度b,切应力的数值沿横线aa i不可能有太大变化，可以认为是均匀分布的。基于上述分析，可作如下假设： 1）横截面上任一点处的切应力方向均平行于剪hj力F Q。 2）切应力沿截面宽度均匀分布。 图4-15 图4-16 基于上述假定得到的解，与精确解相比有足够的精确度。从图4-16a的横弯梁中截出dx 微段，其左右截面上的内力如图4-16b所示。梁的横截面尺寸如图4-16c所示，现欲求距中性 轴z为y的横线aa1处的切应力。过aa1用平行于中性层的纵截面aa2C1自dx微段中截出 一微块（图4-16d）。根据切应力成对定理，微块的纵截面上存在均匀分布的剪应力。微块左右侧面上正应力的合力分别为N1和N2，其中
y 1dA 。 A * 由微块沿x 方向的平衡条件 这样，式（4-32）可写成 N 1 I dA A * My 1 dA Ms ； z A * I z (4-29) N 2 II dA (M dM)y 1dA A * A * I z (M dM)。 * ^n^Sz (4-30) 式中，A 为微块的侧面面积， （ii ）为面积 A 中距中性轴为 y i 处的正应力， 将式 N 1 N 2 （4-29）和式（4-30）代入式 dM * nr S z bdx 0 4-31)，得 bdx 0 dM S ； dx bI z (4-31) 因 F Q , dx ，故求得横截面上距中性轴为 y 处横线上各点的剪应力 * F Q S Z bn (4-32) 式（4-32）也适用于其它截面形式的梁。式中， F Q 为截面上的剪力; I z 为整个截面 对中性轴z 的惯性矩；b 为横截面在所求应力点处的宽度; S y 为面积A *对中性轴的静矩。 对于矩形截面梁（图4-17），可取dA bdy i ，于是 * S z y i dA A 2(h y 2) 电( h! y 2) 上式表明，沿截面高度剪应力 4-17 ）。 按抛物线规律变化（图 在截面上、下边缘处，y= ± h , =0；在中性轴上，y=0， 2 切应力值最大，其值为 ■ 1 1 r 尸蛰 T *17 A" y 图 4-17 * S z 0,得
拉伸、压缩与剪切 1 基本概念及知识要点 1.1 基本概念 轴力、拉（压）应力、力学性能、强度失效、拉压变形、胡克定律、应变、变形能、静不定问题、剪切、挤压。 以上概念是进行轴向拉压及剪切变形分析的基础，应准确掌握和理解这些基本概念。 1.2 轴向拉压的内力、应力及变形 1．横截面上的内力：由截面法求得横截面上内力的合力沿杆的轴线方向，故定义为轴力 F N ，符号规定：拉力为正，压力为负。工程上常以轴力图表示杆件轴 力沿杆长的变化。 2．轴力在横截面上均匀分布，引起了正应力，其值为 F A σ= N 正应力的符号规定：拉应力为正，压应力为负。常用的单位为MPa 、Pa 。 3．强度条件 强度计算是材料力学研究的主要问题之一。轴向拉压时，构件的强度条件是 []F A σσ= ≤N 可解决三个方面的工程问题，即强度校核、设计截面尺寸及确定许用载荷。 4．胡克定律 线弹性范围内，杆的变形量与杆截面上的轴力F N 、杆的长度l 成正比，与截面尺寸A 成反比；或描述为线弹性范围内，应力应变成正比，即 F l l E E A σε?= =N 式中的E 称为材料的弹性模量，EA 称为抗拉压刚度。胡克定律揭示在比例极限内，应力和应变成正比，是材料力学最基本的定律之一，一定要熟练掌握。 1.3 材料在拉压时的力学性能 材料的力学性能的研究是解决强度和刚度问题的一个重要方面。材料力学性能的研究一般是通过实验方法实现的，其中拉压试验是最主要、最基本的一种试验，由它所测定的材料性能指标有： E —材料抵抗弹性变形能力的指标；b s σσ,—材料的强度指标； ψδ, —材料的塑性指标。低碳钢的拉伸试验是一个典型的试验。
课程设计(飞剪机构的设计)
h 图 h A 飞剪机构的设计 一、 设计内容 1、工艺要求 1.1剪切运动速度为V t =2m/s 的钢板，拉钢系数δ=V 刀/ V t =[δ]， [δ]=1.01~1.05 1.2 两种钢板定尺（长度）L=1m; 0.65m ；1.3 剪切时上下剪刃有间隙，剪切后上下剪刃不发生干涉（相碰）； 1.4 剪切时上、下剪刃沿钢板运动速度方向的速度相对误差： ΔV 刀≤0.05=[ε] 2、给定参数 2.1工艺参数 剪切力F=10T=98kN; 支座A 距辊道面高约为 h ≈250mm(如图2.1);刀刃重合量Δh ≈5mm; 钢板厚度Δb=1mm; 2.12.2机构设计 参数 按定尺L=1m 给出机构的行程速比系数k 、远极位传动角γ2、摇杆摆角ψ如表2-1所示。： 表2-1 参数与方案 方案 1 2 3 4 5 1．1．1．1．1． 74o 73o 72 706816 17o 182022
3、具体内容 3.1根据工艺要求制定机构方案，定性比较各方案的优、劣； 3.2设计出满足工艺要求的机构尺寸及上下剪刃的位置尺寸； 3.3根据最终设计结果按比例绘制机构运动简图及上下剪刃的轨迹； 3.4进行机构的运动及力分析，检验上下剪刃的速度相对误差、拉钢系数是否满要求，并求出曲柄上的平衡力矩M b 4、对剪机运动的要求： 4.1曲柄转一圈对钢材剪切一次； 4.2剪切时，上、下剪刃速度相对误差小于其许用值： △V 刀=2|V Et -V Ft |/(V Et +V Ft )≤ [ε] = 0.05. 4.3剪切时，上下剪刃应与钢材运动同步。 一般希望剪刃速度略大于钢材运动速度，即拉钢系数δ>1： V 刀= (V Et +V Ft )/2； δ= V 刀/ V t =[δ] =1.01~1.05. 4.4能调节钢材的剪切长度L A D B C E F x y （t ） f e n 1 L a b c L △ △ V t α αα3
3.电机的选择 (1)电动机所需工作功率为w d p P η = 工作所需功率为为1000 w Fv P =，取连杆机构的急回系数k=1.4则往返时间比为7：5，求得 2.9246w P w = 32a 1234 3 0.960.990.970.60.526 ηηηηη=???=???= 2.9246 5.560.526 W d a P P W η= = = (2) 取同步转速为 1440r/min 的电机，则电机选择为： Y132M-4,P 额=7.5KW 机座号132M:D=38，E=80，H=132。 4.传动比的分配 (1)总传动比1440/min 3640/min m a w n r i n r = == （2）分配传动装置各级传动比 取V 带传动比为01 2.5,V =则减速器传动比为 01 14.4a i i = , 122312 4.493.20a i i i i ?==???==?? 5.运动和动力参数计算 ● 0轴 000005.561440/min 9550/36.9m P P KW N N r T P N N M ======g 总， ● 1轴 11101115.34576/min 9550/105.3P P KW N N r T P N N M η======g 0，
● 2轴 22321122225.13/128.3/min 9550/377.8P P KW N N i r T P N N M ηη======g 1， ● 3轴 32332233334.92/40/min 9550/1162.5P P KW N N i r T P N N M ηη======g 2， 二、 传动零件设计
第3章剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件 m-面)发生相对错动(图3-1b)。的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m-假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力Q F(图3-1c)的作用。Q F称为剪力，根据平衡方程∑=0 F Q=。 Y，可求得F 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la所示的n m-面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。 3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算
剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2 F F Q = 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。在这种计算方法中，假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以A 表示销钉横截面面积，则应力为 A F Q =τ (3-1) τ与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”，所以也称为名义切应力。 当F 达到b F 时的切应力称剪切极限应力，记为b τ。对于上述剪切试验，剪切极限应力为 A F b b 2= τ
作者：旧在几 作品编号：2254487796631145587263GF24000022 时间：2020.12.13 第3章剪切和挤压的实用计算 3.1 剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面m-面)发生相对错动(图3-1b)。 (n 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m-假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切的内力 F(图3-1c)的作用。Q F称为剪力， Q 根据平衡方程∑=0 F Q=。 Y，可求得F 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la所示的n m-面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。
3.2 剪切和挤压的强度计算 3.2.1 剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2F F Q = 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。在这种计算方法中，假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以A 表示销钉横截面面积，则应力为 A F Q =τ (3-1) τ与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”，所以也称为名义切应力。 当F 达到b F 时的切应力称剪切极限应力，记为b τ。对于上述剪切试验，剪切极限应力为
1飞剪机-飞剪机剪切机构的选型 飞剪机的功能是能够横向剪切运行中的轧件，将飞剪机安装在连续轧制线上，用于剪切轧件的头、尾或将轧件切成规定的尺寸。飞剪机的设计应满足的基本要求是：剪刃在剪切轧件时要随着轧件一起运动，即剪刃应同时完成剪切与移动两个动作，且剪刃在轧件运行方向的瞬时分速度应与轧件运行速度相等。 2轧延机械-轧延机械
1. 系统概述 织物切割机用来将持续高速进给的材料，比如织物切割成一段特定的长度。材料随时被切割而不停止。这很明显比每切一次就要停下来的方式具有更高的生产能力。在此描述的应用中，每次切割之前刀架必须带着切割刀具加速到与传送带相同的速度。这种应用的解决方案是使用电子凸轮同步剪刀与传送带的运动。 在飞剪织物切割应用中，切割材料被一条不停止的传送带送给，这条传送带由一部开环电机驱动（图1）。剪刀被固定在由伺服控制的刀架上，刀架的运动与传送带平行。剪刀加速追赶切割材料的进给速度，并在正确的位置上进行切割。当切割完成，剪刀迅速减速并退回到启始位置开始下一个切割循环。这样边可以切割出等长的材料送入下一个加工工序。 这个飞剪应用主要由三块电子-机械系统构成： （1）.送给传送带（主轴）－它由一台开环电机驱动，这台开环电机不受运动控制器的指令控制。电机上连接有一台编码器，这台编码器将位置信息返回给控制器。 （２）.送飞剪机构（辅轴）－飞剪轴由一台闭环伺服电机控制，这台电机有运动控制器控制。这个从动轴的位置根据主动轴的位置以及预先定制的凸轮表来确定。这台伺服电机与一根引导丝杠相连，通过丝杠驱动刀具配合传送带的速度。 （３）.刀具－该应用中通过输出点触发气动的刀具在适当位置切入织物中。在其他应用中，有可能用到旋转的刀具切入材料中。 图
2.剪切强度计算 (1) 剪切强度条件 剪切强度条件就是使构件的实际剪应力不超过材料的许用剪应力。 []s F A ττ= ≤ (5-6) 这里[τ]为许用剪应力，单价为Pa 或MPa 。 由于剪应力并非均匀分布，式(5-2)、(5-6)算出的只是剪切面上的平均剪应力，所以在使用实验的方式建立强度条件时，应使试件受力尽可能地接近实际联接件的情况，以确定试样失效时的极限载荷τ0，再除以安全系数n ，得许用剪应力[τ]。 []n ττ= (5-7) 各种材料的剪切许用应力应尽量从相关规范中查取。 一般来说，材料的剪切许用应力[τ]与材料的许用拉应力[σ]之间，存在如下关系： 对塑性材料： []0.60.8[]τσ= 对脆性材料： []0.8 1.0[]τσ= (2) 剪切实用计算 剪切计算相应地也可分为强度校核、截面设计、确定许可载荷等三类问题，这里就不展开论述了。但在剪切计算中要正确判断剪切面积，在铆钉联接中还要正确判断单剪切和双剪切。下面通过几个简单的例题来说明。 例5-1 图5-12(a)所示电瓶车挂钩中的销钉材料为20号钢，[τ]＝30MPa ，直径d=20mm 。挂钩及被连接板件的厚度分别为t ＝8mm 和t 1＝12mm 。牵引力F=15kN 。试校核销钉的剪切强度。 图5-12 电瓶车挂钩及其销钉受力分析示意图 解：销钉受力如图5-12(b)所示。根据受力情况，销钉中段相对于上、下两段沿m-m 和 n-n 两个面向左错动。所以有两个剪切面，是一个双剪切问题。由平衡方程容易求出： 2s F F = 销钉横截面上的剪应力为： 332151023.9MPa<[] 2(2010)4s F A ττπ-?===?? 故销钉满足剪切强度要求。 例5-2 如图5-13所示冲床，F max =400KN ，冲头[σ]=400MPa ，冲剪钢板的极限剪应力τb =360 MPa 。试设计冲头的最小直径及钢板最大厚度。
飞剪机构设计说明书 一设计内容 1.根据工艺要求制定机构方案,定性比较各方案的优劣； 2.设计出满足工艺要求的机构尺寸及上、下剪刃的位置尺寸； 3.根据最终设计结果按比例绘制机构运动简图及上、下剪刃的轨迹； 4.进行机构的运动及力分析，检验上、下剪刃的速度相对误差、拉钢系数是否满足 要求，并求出曲柄上的平衡力矩Mb。 二工作原理及要求 如上图所示，摆式飞剪由四杆机构ABCD构成。上剪刃E装在连杆BC上，下剪刃F装在摇杆CD上。当曲柄AB等速转动时，将厚度为Db速度为Vt的运动
中的钢材剪成定尺（长度）为L的成品。 飞剪机运动要求： 1 曲柄转一圈对钢材剪切一次； 2 剪切时，上、下剪刃速度相对误差小于其许用值： ΔV刀=|VEt-VFt|/(VEt+VFt)<=[ ε]=0.05 3 剪切时，上下剪刃应与钢材运动同步。 一般希望剪刃速度略大于钢材运动速度，即拉钢系数δ>1： V刀=(VEt+VFt)/2; δ= V刀/Vt=[ δ]=1.01~1.05 4 能调节钢材的剪切长度L 三原始数据 工艺参数 剪切力F=10T=98kN; 支座A距辊道面高约为h=250mm 刀刃生命量Δh=5mm 钢板厚度Δb=1mm 机构设计参数 按定尺L=1m给出机构的行程速比系数k、远极位传动角γ2、摇杆摆角ψ如下表所示。
四机构型综合 机构型综合的方法及一般原则 （1）固定一个构件为机架，可得到一个全铰链机构。 （2）可用移动副直接代替转动副而得到带有移动副的机构。 （3）具有两个转动副的一个构件可变换成一个高副。 （4）最简单机构原则。首先采用最简单的运动链进行机构综合，不满足要求时才采用较复杂的运动链。 （5）最低级别机构原则。采用多元连杆为机架一般不容易得到高级别机构。 （6）不出现无功能结构原则。 （7）最低成本原则。加式易难及加工成本按如下顺序递增：转动副：移动副：高副。 （8）最符合工艺要求原则。 工艺对机构的动作要求： （1）为完成剪切，上下剪刃应完成相对分合运动； （2）为剪切运动中的钢材，上下剪刃在完成相对分合运动的同时还应有沿钢材方向的运动； （3）根据以上要求可知，上、下剪刃运动轨迹之一应为封闭曲线（如图a、b、c、d 所示）。图d上、下刀刃的运动轨迹均为非封闭曲线，使得飞剪在空行程中沿钢材的逆运动方向剪切，这是不允许的。
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精心整理 第3章剪切和挤压的实用计算 3.1剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)， (图F F Q =。 3-1剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为
图3-2 (3-1) τ 将 τ b (3-2) 一般情况下，联接件在承受剪切作用的同时，在联接件与被联接件之间传递压力的接触面上还发生局部受压的现象，称为挤压。例如，图3-2b给出了销钉承受挤压力作用的情况，挤压力以 F表示。当挤压力超过一定限度时，联接件或被联接件 bs 在挤压面附近产生明显的塑性变形，称为挤压破坏。在有些情况下，构件在剪切破坏之前可能首先发生挤压破坏，所以需要建立挤压强度条件。图3-2a中销钉与被联
接件的实际挤压面为半个圆柱面，其上的挤压应力也不是均匀分布的，销钉与被联接件的挤压应力的分布情况在弹性范围内如图3-3a 所示。 图3-3 与上面解决抗剪强度的计算方法类同，按构件的名义挤压应力建立挤压强度条件 ] bs F (3-3) 式中bs σ为td ；在例3-1图3-4中，已知钢板厚度mm 10=t ，其剪切极限应力MPa 300=b τ。若用冲床将钢板冲出直径mm 25=d 的孔，问需要多大的冲剪力F ? 图3-4 解剪切面就是钢板内被冲头冲出的圆柱体的侧面，如图3-4b 所示。其面积为 冲孔所需的冲力应为
机械原理课程设计说明书 设计题目：飞剪机设计 学院名称： 专业： 班级： 姓名：学号 指导教师： 2010年9月8 日
目录 1 设计任务 (2) 1.1 设计题目 (2) 1.2 工作原理及工艺动作过程 (2) 1.3 原始数据及设计要求 (2) 1.4 设计任务 (2) 2 系统传动方案设计 (3) 2.1 原动机类型的选择 (3) 2.2 主传动机构的选择 (3) 3 执行机构运动方案的比较与选择 (5) 3.1 执行机构方案的比较 (6) 3.2 执行机构方案的确定 (7) 4系统总体运动方案的比较分析确定（绘制系统机构运动简图） (8) 4.2系统总体运动方案的确定 (8) 5 拟定工作循环图 (9) 5.1飞剪机构运动循环图（同心式） (9) 5.2飞剪机机构运传送动循环图（直线式） (9) 6 机构设计及尺寸计算 (10) 6.1 传送系统的齿轮设定 (10) 6.2传送带设定 (10) 7 设计心得与体会 (11) 参考文献 (12)
1 设计任务 1.1 设计题目 飞剪机 1.2 工作原理及工艺动作过程 能够横向剪切运行中的扎件，在连续扎制线上能剪切扎件的头,尾或将扎件切成规定尺寸。 1.3 原始数据及设计要求 剪刃在剪切扎件时要随着扎件一起运动，既剪刃应同时完成剪切与移动两个动作，且剪刃在扎件运行方向的瞬时分速度应与扎件运行速度相等可稍大于扎件运行速度（不超过3%），两个剪刃应具有较好的剪刃间隙，为此在剪切过程中，剪切最好做平移运动，即剪刃垂直于扎件表面，剪刃返回时不得阻碍扎件有连续运动，即剪刃空行程不得运动干涉。 1.4 设计任务 1，根据给定的原始数据和工艺要求，构思系统运动方案（多与小组人数） 2，根据选定的系统方案设计出组成改系统的各种机构（小组没人设计一种机构）。画出个机构的运动简图，即机构尺寸计算。 3，根据上面要求的机构尺寸，按比例画出机械系统的运动方案简图及工作循环图。4，对小组各方案进行评价，选出较优方案。 5，编写设计计算说明书。
第3章剪切与挤压得实用计算 3、1 剪切得概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题.剪切变形得主要受力特点就是构件受到与其轴线相垂直得大小相等、方向相反、作用线相距很近得一对外力得作用(图３—１a）,构件得变形主要表现为沿着与外力作用线平行得剪切面(面)发生相对错动(图３—1b）。 图3-1 工程中得一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都就是主要承受剪切作用得构件。构件剪切面上得内力可用截面法求得。将构件沿剪切面假想地截开,保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分得平衡,可知剪切面上必有与外力平行且与横截面相切得内力（图3—1ｃ)得作用.称为剪力，根据平衡方程，可求得。 剪切破坏时,构件将沿剪切面(如图3-la所示得面）被剪断。只有一个剪切面得情况,称为单剪切。图３—1a所示情况即为单剪切. 受剪构件除了承受剪切外,往往同时伴随着挤压、弯曲与拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受得外力与剪切面上得全部内力,而只就是给出了主要得受力与内力．实际受力与变形比较复杂,因而对这类构件得工作应力进行理论上得精确分析就是困难得.工程中对这类构件得强度计算,一般采用在试验与经验基础上建立起来得比较简便得计算方法,称为剪切得实用计算或工程计算。 ３、2 剪切与挤压得强度计算 3、2、１剪切强度计算 剪切试验试件得受力情况应模拟零件得实际工作情况进行．图3—2ａ为一种剪切试验装置得简图,试件得受力情况如图３-２b所示，这就是模拟某种销钉联接得工作情形。当载荷增大至破坏载荷时,试件在剪切面及处被剪断。这种具有两个剪切面得情况,称为双剪切。由图3-2ｃ可求得剪切面上得剪力为 图3—2 由于受剪构件得变形及受力比较复杂,剪切面上得应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件得应力.在这种计算方法中，假设应力在剪切面内就是均匀分布得。若以A表示销钉横截面面积,则应力为
第3章 剪切和挤压的实用计算 剪切的概念 在工程实际中，经常遇到剪切问题。剪切变形的主要受力特点是构件受到与其轴线相垂直的大小相等、方向相反、作用线相距很近的一对外力的作用(图3-1a)，构件的变形主要表现为沿着与外力作用线平行的剪切面(n m -面)发生相对错动(图3-1b)。 图3-1 工程中的一些联接件，如键、销钉、螺栓及铆钉等，都是主要承受剪切作用的构件。构件剪切面上的内力可用截面法求得。将构件沿剪切面n m -假想地截开，保留一部分考虑其平衡。例如，由左部分的平衡，可知剪切面上必有与外力平行且与横截面 相切的内力Q F (图3-1c)的作用。Q F 称为剪力，根据平衡方程∑=0Y ，可求得F F Q =。 剪切破坏时，构件将沿剪切面(如图3-la 所示的n m -面)被剪断。只有一个剪切面的情况，称为单剪切。图3-1a 所示情况即为单剪切。 受剪构件除了承受剪切外，往往同时伴随着挤压、弯曲和拉伸等作用。在图3-1中没有完全给出构件所受的外力和剪切面上的全部内力，而只是给出了主要的受力和内力。实际受力和变形比较复杂，因而对这类构件的工作应力进行理论上的精确分析是困难的。工程中对这类构件的强度计算，一般采用在试验和经验基础上建立起来的比较简便的计算方法，称为剪切的实用计算或工程计算。 剪切和挤压的强度计算 剪切强度计算 剪切试验试件的受力情况应模拟零件的实际工作情况进行。图3-2a 为一种剪切
试验装置的简图，试件的受力情况如图3-2b 所示，这是模拟某种销钉联接的工作情形。当载荷F 增大至破坏载荷b F 时，试件在剪切面m m -及n n -处被剪断。这种具有两个剪切面的情况，称为双剪切。由图3-2c 可求得剪切面上的剪力为 2 F F Q = 图3-2 由于受剪构件的变形及受力比较复杂，剪切面上的应力分布规律很难用理论方法确定，因而工程上一般采用实用计算方法来计算受剪构件的应力。在这种计算方法中，假设应力在剪切面内是均匀分布的。若以A 表示销钉横截面面积，则应力为 A F Q =τ (3-1) τ与剪切面相切故为切应力。以上计算是以假设“切应力在剪切面上均匀分布”为基础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均切应力”，所以也称为名义切应力。 当F 达到b F 时的切应力称剪切极限应力，记为b τ。对于上述剪切试验，剪切极限应力为 A F b b 2= τ 将b τ除以安全系数n ，即得到许用切应力 []n b ττ= 这样，剪切计算的强度条件可表示为 []ττ≤= A F Q (3-2) 挤压强度计算 一般情况下，联接件在承受剪切作用的同时，在联接件与被联接件之间传递压力的接触面上还发生局部受压的现象，称为挤压。例如，图3-2b 给出了销钉承受挤压力作用的情况，挤压力以bs F 表示。当挤压力超过一定限度时，联接件或被联接件在挤压面附近产生明显的塑性变形，称为挤压破坏。在有些情况下，构件在剪切破坏之
剪切应力计算 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
拉伸、压缩与剪切 1基本概念及知识要点 1.1基本概念 轴力、拉（压）应力、力学性能、强度失效、拉压变形、胡克定律、应变、变形能、静不定问题、剪切、挤压。 以上概念是进行轴向拉压及剪切变形分析的基础，应准确掌握和理解这些基本概念。 1.2轴向拉压的内力、应力及变形 1．横截面上的内力：由截面法求得横截面上内力的合力沿杆的轴线方向，故定义为轴 ，符号规定：拉力为正，压力为负。工程上常以轴力图表示杆件力F N 轴力沿杆长的变化。 2．轴力在横截面上均匀分布，引起了正应力，其值为 正应力的符号规定：拉应力为正，压应力为负。常用的单位为MPa、Pa。 3．强度条件 强度计算是材料力学研究的主要问题之一。轴向拉压时，构件的强度条件是 可解决三个方面的工程问题，即强度校核、设计截面尺寸及确定许用载荷。4．胡克定律 、杆的长度l成正比，与截面线弹性范围内，杆的变形量与杆截面上的轴力F N 尺寸A成反比；或描述为线弹性范围内，应力应变成正比，即 式中的E称为材料的弹性模量，EA称为抗拉压刚度。胡克定律揭示在比例极限内，应力和应变成正比，是材料力学最基本的定律之一，一定要熟练掌握。 1.3材料在拉压时的力学性能
材料的力学性能的研究是解决强度和刚度问题的一个重要方面。材料力学性能的研究一般是通过实验方法实现的，其中拉压试验是最主要、最基本的一种试验，由它所测定的材料性能指标有： E —材料抵抗弹性变形能力的指标；b s σσ,—材料的强度指标； ψδ, —材料的塑性指标。低碳钢的拉伸试验是一个典型的试验。 详见教材，应理解本部分知识。 1.4 简单拉压静不定问题 1． 未知力的个数超过静力平衡方程个数的问题为静不定问题，其中未知力可以是结构的约束反力或 构件的内力。 2． 解决静不定问题，除列出静力平衡方程外，还需列出一定数量的补充方程，这些补充方程可由结 构各部分变形之间的几何关系以及变形和力之间的物理关系求得，将补充方程和静力平衡方程联立求解，即可得出全部未知力。 3． 静不定结构还有一个特性，即由于杆件在制造中的误差，将引起装配应力；由于温度变化会引起 温度应力。 1.5 应力集中的概念 工程实际中，由于结构上和使用上的需要，有些零件必须有切口、切槽和螺纹等。在构件尺寸的突变处，发生局部应力急剧增加的现象，称为应力集中现象。 剪切和挤压的实用计算 1． 工程中经常使用到联接件，如铆钉、销钉、键或螺栓等。联接件一般受剪切作用， 并伴随有挤压作用，因而联接件应同时满足剪切强度和挤压强度。有时还要考虑被联接部分的拉伸强度问题。 2． 两作用外力之间发生相互错动的面称为剪切面。剪切面上的切应力为F A τ= s ，其中F s 为剪力，A 为剪切面的面积，即假设切应力在剪切面上均匀分布。剪切强度条件 []F A ττ= ≤s 3． 产生相互挤压的表面称为挤压面。挤压面上的挤压应力为bs bs F A σ= ，式中F 为挤压力，A bs 为挤压面积，即假设挤压应力在挤压面上均匀分布。挤压强度条件为 []bs bs bs F A σσ= ≤