飞剪的机构分析与设计
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《机械原理课程设计》 廖汉元 孔建益 闻欣荣 李 佳 编撰 h
图 1 h
A
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Vt=2m/s的钢板，拉钢系数=V刀/ Vt =[]，
[]=~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 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Mb
《飞剪机构分析与设计》
方案号 1 2 3 4 5 1．12 1．14 1．16 1．18 1．20 74o 73o 72o 70o 68o
16o 17o 18o 20o 22o 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|VEt-VFt|/(VEt+VFt) = .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= (VEt+VFt)/2； = V刀/ Vt= =~. 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=1mm2.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、摇杆摆角如表1所示。
A D B
C E F
x
y（t）
f e n
1
L
图 2 a
b
c
L
△b △h
Vt
2
4 3 四.机构的型综合首先对工艺要求进行分析，把工艺要求变换为对机构运动的要求，
然后根据对机构的动作要求进行型综合。 1.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3a）、b)、c)所示）。图3 d)上下刀刃均为非封闭曲线，使得飞剪在空行程中沿钢材运动方向逆向剪切，这是不允许的。
2.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。一般采用多元连杆为机架不易得到高级别机构。 （6）不出现无功能结构原则。 （7）最低成本原则。加工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。
图 3 a) b)
c) d) 表2、3和图4、5给出F=1、F=2各类运动链及其结构图，作为进行机构变换的依据。 表2单自由度运动链 组合序号 特性 N3(1) N3(2) N3(3) N3(4) N4(1) N4(2) 备注
Ⅰ N=4,L=1, N2=4,N3=0,N3=0 均为四
杆运动链
Ⅱ N=6,L=2, N2=5,N3=0,N4=1 Ⅲ Ⅲ-1 N=6,L=2, N2=4,N3=2,N4=0 022 022 Ⅲ-2 112 112 Ⅳ Ⅳ-1 N=8,L=3, N2=6,N3=0,N4=2 0222 0222
图4 F=1的运动链结构图 Ⅳ-2 1122 1122 Ⅴ Ⅴ-1 N=8,L=3, N2=5,N3=2,N4=1 012 012 0022 Ⅴ-2 012 002 0122 Ⅴ-3 012 111 0112 Ⅴ-4 111 111 1111 Ⅴ-5 012 011 1122 Ⅵ Ⅵ-1 N=8,L=3, N2=4,N3=4,N4=0 002 002 002 002 Ⅵ-2 011 011 002 002 Ⅵ-3 000 011 012 012 Ⅵ-4 001 011 011 111 Ⅵ-5 011 011 011 011 Ⅵ-6 001 001 012 012 Ⅵ-7 002 001 011 012 表3两自由度运动链
组合序号 特性 N3(1) N3(2) N3(3) N3(4) N4(1) N4(2) A A N=5,L=1, N2=5,N3=0,N4=0 B B N=7,L=2, N2=6,N3=0,N4=1 3333 C C-1 N=7,L=2, N2=5,N3=2,N4=0 023 023 C-2 113 113 C-3 122 122 D D-1 N=9,L=3, N2=7,N3=0,N4=2 0223 0223 D-2 1123 1123 D-3 1222 1222 E E-1 N=9,L=3, N2=6,N3=2,N4=1 002 013 0123 E-2 002 022 0222 D-3 003 012 0123 E-4 012 012 1122 E-5 011 013 1113 E-6 011 022 1122 E-7 012 013 0023 E-8 012 112 0122 E-9 013 111 0113 E-10 022 022 0022 E-11 022 112 0112 E-12 111 112 1112 E-13 112 112 1111 F F-1 N=9,L=3, 000 011 013 013 F-2 N2=5,N3=4,N4=0 000 012 012 022 F-3 001 001 013 013 F-4 001 002 012 022 F-5 001 003 011 013 F-6 001 011 012 112 F-7 001 012 012 111 F-8 002 011 011 112 F-9 002 002 003 003 F-10 002 002 012 012 F-11 002 011 012 111 F-12 011 011 003 003 F-13 011 011 111 111 F-14 011 011 012 012 图5 F=2的运动链结构图 A B C
D A
B
C D
A B C D
E
A E B
K K K Vt
Vt
a) b)
c) d) 图6 曲柄滑块机构的飞剪
e
[机构变换例]： 选用图4中最简单的F=1的四杆运动链进行机构变换。如图6 a)所示以AD为机架；CD为滑块、D为移动副（图6 b）；上、下刀刃分别装在曲柄、滑块上（图6 c）。 方案分析： 方案满足上、下剪刃运动轨迹之一应为封闭曲线的运动要求。其最大的优点是结构简单。但存在如下突出缺点：①横向尺寸大。偏距大、连杆长度短将使机构压力角增大。为减小压力角，必需增大连杆长度BC；②调节钢材定尺困难。定尺调短时曲柄转速增高，为使刀刃速度与钢材速度Vt同步，必需减小曲柄半径AB和刀刃E的转动半径AE（图中的AB、AE）。由于剪切点由点K上移到K，因此必需将钢材抬起方能进行剪切，这是不允许的。 此为一个坏方案。可见上刀刃不能装在曲柄上。 A B1
B2
C2 C1 D d0=1 a0
b0 c0
0 2
1
图 7
五.机构尺度设计 分两步进行：1.四杆机构的相对尺寸设计;2.计算四杆机构的绝对尺寸。 1.四杆机构的相对尺寸设计(见“机械原理”P126)
已知参数：k, 2, .计算机构的相对尺寸a0 ,b0 ,c0 , d0=1.
2.计算四杆机构的绝对尺寸（1）曲柄半径a
剪切钢板一次所需的时间t： t=L/Vt （s) 曲柄的转速n1和角速度1:若曲柄销的速度为VB，则曲柄半径a为：a=VB/1. 设：k1=vB/v刀 (k1为曲柄销B点的速度与刀刃平均速度之比) VB=k1V刀=k1[]Vt. 由此得到：
