课程设计飞剪机构的设计.docx
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课程设计飞剪机构的设计
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V刀/Vt=[],
[]=1.011.05
1.2两种钢板定尺(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:
ΔV刀0.05[]
2、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h250mm(如图2.1);
刀刃重合量Δh5mm;
钢板厚度Δb=1mm;
2.1
2.2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、摇杆摆角如表2-1所示。
:
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)=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>1:
V刀=(VEt+VFt)/2;
=V刀/Vt==1.011.0.
4.4能调节钢材的剪切长度L
5、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h250mm
刀刃重合量Δh5mm钢板厚度Δb=1mm
5.2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6.1a、b、c)所示。
图3d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。
6.2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。
对比分析
二、计算
1.四杆机构的相对尺寸设计
已知参数:
k,2,.
计算机构的相对尺寸a0,b0,c0,d0=1.
如图()所示
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1:
n1=60Vt/L(r/min)
1=2Vt/L(rad/s)
(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:
a=k1[]Vt/1,
或a=k1[]L/
(2)
(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,d0。
绝对尺寸为:
a,b,c,d:
求比例尺L=a/a0。
得绝对尺寸:
a=La0,b=Lb0,c=Lc0,d=L。
3.刀刃位置确定
如图()所示,取机架角4=10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Δh,且此时有vFtvEt(此时连杆的绝对瞬心在D点且有2=3)。
若计算出f、3、e、2,即确定了刀刃F、E的位置。
f=dcos4-h(3)
e={(f-Δh)2+(d-a)2-2(f-Δh)(d-a)cos4}0.5.(4)
初步计算3、2:
3=4+Δ。
Δ由ΔBCD按余弦定理求出。
3求出后可由ΔBDE和ΔBDF求出LCE、LCF。
然后由ΔBCE按余弦定理求出2。
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2*、*3
4.剪切角1(0)的确定:
剪切角1(0)即剪切时所对应的曲柄转角。
由图()知:
1(0)=4DAB.
DAB由ΔADB按余弦定理求解。
长度LBD由ΔBE(F)D求得,ΔBED的角
=BEC+DEC。
BEC、DEC分别由ΔBEC、ΔDEC按余弦定理求解。
5.调整上下刀刃水平速度误差
当曲柄转角1=1(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+VEC
VF=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)的位置角E,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4使上、下刀刃的速度误差为零。
先对机构进行运动分析求出2角(参考《机械原理》p29~p30),再由矢量多边形方程BE=BC+CE由下式求E角:
ecos(2+*2)=bcos2+LCEFcosE
esin(2+*2)=bsin2+LCEFsinE
(17)
tanE=[esin(2+*2)-bsin2]/[ecos(2+*2)-bcos2](6)
E=E-90(7)
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:
4=4-E
(0)1=(0)1-E
2=2-E
3=3-E
6,调整刀刃与钢材运动速度同步
先进行运动分析求出2、3,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》p29~p30)。
求出上、下刀刃沿钢材方向的平均速度V刀及拉钢系数:
V刀=(VEt+VFt)/2(8)
=V刀/Vt(9)
一般,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(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*=a1/V刀,(10)
a*=k1*[]Vt/1,
或a*=k1*[]L/
(2)(11)
为保证原始给定参数2、k、不变,各长度尺寸应作如下调整:
*a*/a,b*=*b,c*=*c,d*=*d,e*=*e,f*=*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(0)1。
7,求曲柄的平衡力矩Mb
如图8所示,
Mb1-FcVEx+FcVFx=0
Mb=Fc(VEx-VFx)/1(12)
三、机构设计性能(用带*号尺寸计算)
1,检验剪切(1=(0)1)时,上下刀刃对刀误差:
△x=2│xE-xF│/(xE+xF);△y=2│yE-yF│/(yE+yF).
2,检验剪切时上下刀刃是否与钢材运动速度同步(;
3,检验剪切时上下刀刃速度的相对误差v刀0.05
4,检验机构是否达到给定设计要求
(k、2、)
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)
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