《機械原理課程設計》
新鄉學院
機電工程學院
飛剪機構分析與設計任務書
一.工藝要求
1.剪下運動速度為vt=2m/s的鋼板，拉鋼係數v刀/ vt =，
1.011.05
2.兩種鋼板定尺（長度）l=1m; 0.65m；
3.剪下時上下剪刃有間隙，剪下後上下剪刃不發生干涉（相碰）；
4.剪下時上、下剪刃沿鋼板運動速度方向的速度相對誤差：
δv刀0.05
二.給定引數
1.工藝引數
剪下力f=10t=98kn;
支座a距輥道面高約為 h250mm(如圖1);
刀刃重合量δh5mm;
鋼板厚度δb=1mm;
2.機構設計引數
按定尺l=1m給出機構的行程速比係數k 、遠極位傳動角2、搖桿擺角：
表1 引數與方案
三.設計內容
1.根據工藝要求制定機構方案，定性比較各方案的優、劣；
2.設計出滿足工藝要求的機構尺寸及上下剪刃的位置尺寸；
3.根據最終設計結果按比例繪製機構運動簡圖及上下剪刃的軌跡；
4.進行機構的運動及力分析，檢驗上下剪刃的速度相對誤差、拉鋼係數是否滿要求，並求出曲柄上的平衡力矩mb
《飛剪機構分析與設計》
指導書一，工作原理及要求
如圖2所示為安裝在鋼材軋制線上的飛剪機。由四桿機構abcd構成。上刀刃e裝在連桿bc上，下刀刃f裝在連桿cd上。
當曲柄ab等速轉動時，要求把厚度為δb、運動速度為vt的運動中的鋼材剪成定尺長度為l的成品。
二，對剪機運動的要求：
1.曲柄轉一圈對鋼材剪下一次；
2.剪下時，上、下剪刃速度相對誤差小於其許用值：
△v刀2|vet-vft|/(vet+vft) = 0.05.
3.剪下時，上下剪刃應與鋼材運動同步。
一般希望剪刃速度略大於鋼材運動速度，即拉鋼係數》1：
v刀= (vet+vft)/2；
= v刀/ vt= =1.011.0.
4.能調節鋼材的剪下長度l
三，設定引數
1.工藝引數
剪下力f=10t=98kn 支座a距輥道面高約為h 250mm
刀刃重合量δh5mm 鋼板厚度δb=1mm
2.機構設計引數
按定尺l=1m給出機構的行程速比係數k 、遠極位傳動角2、搖桿擺角如表1所示。
四.機構的型綜合
首先對工藝要求進行分析，把工藝要求變換為對機構運動的要求，然後根據對機構的動作要求進行型綜合。
1.工藝對機構的動作要求：
（1）為完成剪下，上下剪刃應完成相對分合運動；
（2）為剪下運動中的鋼材，上下剪刃在完成相對分合運動的同時還應有沿鋼材方向的運動；
（3）根據以上要求可知，上下剪刃運動軌跡之一應為封閉曲線（如圖3a）、b)、c)所示）。圖3 d)上下刀刃均為非封閉曲線，使得飛剪在空行程中沿鋼材運動方向逆向剪下，這是不允許的。
2.機構型綜合的方法及一般原則
（1）固定乙個構件為機架，可得到乙個全鉸鏈機構。
（2）可用移動副直接代替轉動副而得到帶有移動副的機構。
（3）具有兩個轉動副的乙個構件可變換成乙個高副。
（4）最簡單機構原則。首先採用最簡單的運動鏈進行機構綜合，不滿足要求時才採用較複雜的運動鏈。
（5）最低級別機構原則。一般採用多元連桿為機架不易得到高階別機構。
（6）不出現無功能結構原則。
（7）最低成本原則。加工易難及加工成本按如下順序遞增：
轉動副、移動副、高副。
（8）最符合工藝要求原則。
表2、3和圖4、5給出f=1、f=2各類運動鏈及其結構圖，作為進行機構變換的依據。
表2單自由度運動鏈
表3兩自由度運動鏈
[機構變換例]：
選用圖4中最簡單的f=1的四桿運動鏈進行機構變換。如圖6 a)所示以ad為機架；cd為滑塊、d為移動副（圖6 b）；上、下刀刃分別裝在曲柄、滑塊上（圖6 c）。
方案分析：
方案滿足上、下剪刃運動軌跡之一應為封閉曲線的運動要求。其最大的優點是結構簡單。但存在如下突出缺點：
①橫向尺寸大。偏距大、連桿長度短將使機構壓力角增大。為減小壓力角，必需增大連桿長度bc；②調節鋼材定尺困難。
定尺調短時曲柄轉速增高，為使刀刃速度與鋼材速度vt同步，必需減小曲柄半徑ab和刀刃e的轉動半徑ae（圖中的ab、ae）。由於剪下點由點k上移到k，因此必需將鋼材抬起方能進行剪下，這是不允許的。
此為乙個壞方案。可見上刀刃不能裝在曲柄上。
五.機構尺度設計
分兩步進行：1.四桿機構的相對尺寸設計;2.計算四桿機構的絕對尺寸。
1.四桿機構的相對尺寸設計(見「機械原理」p134)
已知引數：k, 2, .
計算機構的相對尺寸a0 ,b0 ,c0 , d0=1.
2.計算四桿機構的絕對尺寸
（1）曲柄半徑a
剪下鋼板一次所需的時間t：
t=l/vt （s)
曲柄的轉速n1和角速度1:
n1=60vt/l (r/min)
1=2vt/l (rad/s1)
若曲柄銷的速度為vb，則曲柄半徑a為：a=vb/1.
設：k1=vb/v刀 (k1為曲柄銷b點的速度與刀刃平均速度之比)
vb=k1v刀=k1vt.
由此得到：
a=k1 vt/1,
或 a=k1 l/(22)
初步設計時k1可任選。（*機構初步設計完成後再重新確定k1）
2 四桿機構的絕對尺寸
相對尺寸為：a0 , b0 ,c0 ,d0 。絕對尺寸為：a ,b ,c ,d:
求比例尺l=a/a0。得絕對尺寸：a=la0, b=lb0, c=lc0, d=l。
3.刀刃位置確定
如圖8所示，取機架角4=10且使曲柄與機架共線的機構位置來確定刀刃位置尺寸，這是考慮到:可得到刀刃重合量δh，且此時有vftvet（此時連桿的絕對瞬心在d點且有2=3）。
若計算出f、3、e、2，即確定了刀刃f、e的位置。
f=dcos4-h3)
e=0.54)
初步計算3、2：
3=4+δ。
δ由δbcd按餘弦定理求出。3求出後可由δbde和δbdf求出lce、lcf。然後由δbce按餘弦定理求出2。
注意到點e、f應滿足重合（剪下），即lce=lcf。故令
lcef=(lce+lcf)/25)
按長度lcef及尺寸b,e,c,f重新計算2*、 *3
4.剪下角1（0）的確定：
剪下角1（0）即剪下時所對應的曲柄轉角。由圖9知：
1（0）=4dab.
dab由δadb按餘弦定理求解。長度lbd由δbe（f）d求得，δbed的角
=bec+dec。bec、dec分別由δbec、δdec按餘弦定理求解。
5.調整上下刀刃水平速度誤差
當曲柄轉角1=1（0）時飛剪對鋼材進行剪下。此時若上、下刀刃e、f沿鋼材方向的速度誤差太大，則出現傾斜的鋼材切口，甚至不能切斷鋼材。因此必需調整某引數以控制上、下刀刃的速度誤差。
上、下刀刃的速度可寫成如下向量方程：
ve=vc+vec
vf=vc+vfc
若vec、vfc垂直於鋼材運動方向（即ce（f）線與鋼材運動方向平行），則其在鋼材運動方向的分量為零，ve、vf沿鋼材的分量即vc沿鋼材的分速度而相等。故計算ce（f）的位置角e，再使整個機構沿順時針轉動以使ce（f）線與鋼材運動方向平行。即調整機架傾角4使上、下刀刃的速度誤差為零。
ecos(2+*2)=bcos2+lcefcose
esin(2+*2)=bsin2+lcefsine
tane =[esin(2+*2)-bsin2]/[ecos(2+*2)-bcos2] (6)
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