飞剪的机构分析与设计

图 1 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δ=V 刀/ V t =[δ]，

[δ]=1.01~1.052.两种钢板定尺（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);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=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。

C b

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。

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。

图 3

a)

b)

c)

d)

表2单自由度运动链

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）。

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。

A

C

D

A D

c)

图6 曲柄滑块机构的飞剪

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, γ2, ψ.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/V t （s)

曲柄的转速n1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：k1=v B/v刀(k1为曲柄销B点的速度与刀刃平均速度之比)

V B=k1V刀=k1[δ]V t.

由此得到：

a=k1 [δ]V t/ω1,

或a=k1 [δ]L/(2π) (2) 初步设计时k1可任选。（*机构初步设计完成后再重新确定k1）

2 四杆机构的绝对尺寸

相对尺寸为：a0 , b0 ,c0 ,d0。绝对尺寸为：a ,b ,c ,d:

求比例尺μL=a/a0。得绝对尺寸：a=μL a0, b=μL b0, c=μL c0, d=μL。3.刀刃位置确定