飞剪的机构分析与设计飞剪的机构分析与设计飞剪飞剪的机构分析与设计的机构分析与设计飞剪的机构分析与设计

图 1

一.工艺要求

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

2.两种钢板定尺（长度）L=1m; 0.65m ；

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≤0.05=[ε]

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 h ≈250mm(如图1);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 )≤ [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= (V Et +V Ft )/2；

δ= V 刀/ V t =[δ] =1.01~1.05. 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Δh ≈5mm 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γ2、摇杆摆角ψ如表1所示。

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；

C b

（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。

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

图 3

a)

b)

c)

d)

图4 F=1

表3两自由度运动链

图5 F=2的运动链结构图

[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）。

A

C

D

A D

c)

图6 曲柄滑块机构的飞剪

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α，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V

t

同步，必需减小曲柄半径AB和刀刃E的转动半径AE（图6.d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。

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”P134)

已知参数：k, γ2, ψ.计算机构的相对尺寸a 0 ,b 0 ,c 0 , d 0=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/V t （s)

曲柄的转速n 1和角速度ω1:若曲柄销的速度为V B ，则曲柄半径a 为：a=V B /ω1. 设：k 1=v B /v 刀 (k 1为曲柄销B 点的速度与刀刃平均速度之比) V B =k 1V 刀=k 1[δ]V t . 由此得到：

a=k 1 [δ]V t /ω1,

或 a=k 1 [δ]L/(2π) (2)

初步设计时k 1可任选。（*机构初步设计完成后再重新确定k 1）

2 四杆机构的绝对尺寸

相对尺寸为：a 0 , b 0 ,c 0 ,d 0 。绝对尺寸为：a ,b ,c ,d: