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1、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Vt=2m/s的钢板，拉钢系数d=V刀/ Vt =d， d=1.011.051.2 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： V刀£0.05=eh图 2.2.1hA2、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h»5mm;钢板厚度b=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
2、传动角g2、摇杆摆角y如表2-1所示。y：方案号行程速比系数k机构远极位传动角g2摆杆的摆角y1234511211411611812074º73º72º70º68º16º17º18º20º22º表2-1 参数与方案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
3、Mb 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|VEt-VFt|/(VEt+VFt)£ e = 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d>1： V刀= (VEt+VFt)/2； d= V刀/ Vt=d =1.011.05.ADBCEFxy（t）f en1LabcLbhVta2a4a34.4能调节钢材的剪切长度L5、设定参数5.1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h»5mm 钢板厚
4、度b=1mm5.2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g2、摇杆摆角y如表2-1所示。6、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。6.1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6.1 a、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。图 6.1a)b)c)d)6.2机构型综
5、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。对比分析二、 计算1.四杆机构的相对尺寸设计已知参数：k, g2, y.计算机构的相对尺寸a0 ,b0 ,c0 , d0=1.如图( )所示AB
6、1B2C2C1Dd0=1a0b0c0yqq0g 2g 1图 ( )2.四杆机构的绝对尺寸2.1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w1:n1=60Vt/L (r/min)w1=2pVt/L (rad/s) (1)若曲柄销的速度为VB，则曲柄半径a为：a=VB/w1.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=k1dVt.由此得到：a=k1 dVt/w1,或 a=k1 dL/(2p) (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）2.2 计算 四杆机构的绝对尺寸相对尺寸为：a0 , b0 ,c0
7、 ,d0 。绝对尺寸为：a ,b ,c ,d:求比例尺mL=a/a0。得绝对尺寸：a=mLa0, b=mLb0, c=mLc0, d=mL。3.刀刃位置确定ABCDhDhFEefcbaa4a2a3Y（t）xp34 (p24 )图 ( )2134dADa如图( )所示，取机架角a4=10°30°且使曲柄与机架共线的机构位置来确定刀刃位置尺寸，这是考虑到:可得到刀刃重合量h，且此时有vFt»vEt（此时连杆的绝对瞬心在D点且有w2=w3）。(6)若计算出f、a3、e、a2，即确定了刀刃F、E的位置。f=dcosa4-h (3) e=(f-h)2+(d-a) 2-2(f
8、-h)(d-a)cosa40.5. (4)初步计算a3、a2：a3=a4+a。a由BCD按余弦定理求出。a3求出后可由BDE和BDF求出LCE、LCF。然后由BCE按余弦定理求出a2。注意到点E、F应满足重合（剪切），即LCE=LCF。故令LCEF=(LCE+LCF)/2 (5)按长度LCEF及尺寸b,e,c,f重新计算a2*、 a*34.剪切角j1（0）的确定：剪切角j1（0）即剪切时所对应的曲柄转角。由图 ( )知：j1（0）=a4-ÐDAB.ÐDAB由ADB按余弦定理求解。长度LBD由BE（F）D求得，BED的角d=ÐBEC+ÐDEC。Ð
9、BEC、ÐDEC分别由BEC、DEC按余弦定理求解。ABCDFEefcbaa4a*2a*3y（t）x图 ()234dADj1（0）djEj25.调整上下刀刃水平速度误差当曲柄转角j1=j1（0）时飞剪对钢材进行剪切。此时若上、下刀刃E、F沿钢材方向的速度误差太大，则出现倾斜的钢材切口，甚至不能切断钢材。因此必需调整某参数以控制上、下刀刃的速度误差。上、下刀刃的速度可写成如下矢量方程：VE=VC+VECVF=VC+VFC 若VEC、VFC垂直于钢材运动方向（即CE（F）线与钢材运动方向平行），则其在钢材运动方向的分量为零，VE、VF沿钢材的分量即VC沿钢材的分速度而相等。故计算CE（F
10、）的位置角jE，再使整个机构沿顺时针转动以使CE（F）线与钢材运动方向平行。即调整机架倾角a4使上、下刀刃的速度误差为零。先对机构进行运动分析求出j2角（参考机械原理p29p30），再由矢量多边形方程BE=BC+CE由下式求jE角：ecos(j2+a*2)=bcosj2+LCEFcosjEesin(j2+a*2)=bsinj2+LCEFsinjE(17)tanjE =esin(j2+a*2)-bsinj2/ecos(j2+a*2)-bcosj2 (6)Df E = f E -90° (7)Df E即整个机构沿顺时针转动的角度。按下式计算机构转动后的机架倾角和各构件的位置角：a*4 =
11、 a4 - Df Ef（0）*1 = f（0）1 - Df E f*2 = f2 - Df E f*3 = f3 - Df E6,调整刀刃与钢材运动速度同步先进行运动分析求出w2、 w3，再由矢量方程 AE=AB+BE 求上、下刀刃沿钢材方向的速度分量VEt=yE¢、VFt=yF¢(机构的运动分析参考机械原理p29p30)。求出上、下刀刃沿钢材方向的平均速度V刀及拉钢系数d：V刀=（VEt+ VFt）/2 (8)d= V刀/ Vt （9） 一般d¹d，即上、下刀的速度不满足预先选定的拉钢系数要求。由于曲柄转速不能调整故应调整曲柄半径。初定曲柄半径a 时公式中的k1
12、（为曲柄销B点的速度与刀刃平均速度之比）是任意选定的，故应按下式计算出实际的k1*值后重新计算曲柄半径a* ： k1* =aw1/ V刀， (10)a*=k1* dVt/w1, 或 a* =k1* dL/(2p) (11)为保证原始给定参数g2、k、y不变，各长度尺寸应作如下调整：m*=a*/a, b*=m*b, c*=m*c, d*=m*d, e*=m*e, f*=m*f.由此得到满足给定设计要求的机构尺寸为带*的参数，其剪切角为f（0）*1。7,求曲柄的平衡力矩Mb如图8所示， Mbw1-FcVEx+FcVFx=0Mb=Fc(VEx-VFx )/ w1 (12)ABCFefc*b*a*a*3yxf（0）*1E图 9D-FCFCw1d*a*2Mb三、机构设计性能 (用带*号尺寸计算)1， 检验剪切（f1=f（0）*1）时，上下刀刃对刀误差：x=2xE-xF/( xE + xF);y=2yE-yF/( yE + yF).2，检验剪切时上下刀刃是否与钢材运动速度同步（d=d)；3，检验剪切时上下刀刃速度的相对误差Dv刀£0.054 ,检验机构是否达到给定设计要求ABCFefc*b*a*a*3yxf（0）*1E图 9D-FCFCw1d*a*2Mb（k、g2 、y ）5，从结构尺寸、传力性能等方面与方案5比较其优劣。（作方案5的与方案1比较）