武科大課程設(shè)計飛剪機(jī)構(gòu)設(shè)計說明書.doc

機(jī)械原理課程設(shè)計參考資料 機(jī)電074班 李坤武科大飛剪機(jī)構(gòu)設(shè)計說明書一 設(shè)計內(nèi)容1. 根據(jù)工藝要求制定機(jī)構(gòu)方案,定性比較各方案的優(yōu)劣；2. 設(shè)計出滿足工藝要求的機(jī)構(gòu)尺寸及上、下剪刃的位置尺寸；3. 根據(jù)最終設(shè)計結(jié)果按比例繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及上、下剪刃的軌跡；4. 進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及力分析，檢驗(yàn)上、下剪刃的速度相對誤差、拉鋼系數(shù)是否滿足要求，并求出曲柄上的平衡力矩Mb。二 工作原理及要求如上圖所示，擺式飛剪由四桿機(jī)構(gòu)ABCD構(gòu)成。上剪刃E裝在連桿BC上，下剪刃F裝在搖桿CD上。當(dāng)曲柄AB等速轉(zhuǎn)動時，將厚度為Db速度為Vt的運(yùn)動中的鋼材剪成定尺（長度）為L的成品。飛剪機(jī)運(yùn)動要求：1 曲柄轉(zhuǎn)一圈對鋼材剪切一次；2 剪切時，上、下剪刃速度相對誤差小于其許用值：V刀=|VEt-VFt|/(VEt+VFt)1：V刀=(VEt+VFt)/2;= V刀/Vt= =1.011.054 能調(diào)節(jié)鋼材的剪切長度L三 原始數(shù)據(jù)工藝參數(shù)剪切力F=10T=98kN;支座A距輥道面高約為h=250mm刀刃生命量h=5mm鋼板厚度b=1mm機(jī)構(gòu)設(shè)計參數(shù)按定尺L=1m給出機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)k、遠(yuǎn)極位傳動角2、搖桿擺角如下表所示。方案號5k1.226822四 機(jī)構(gòu)型綜合機(jī)構(gòu)型綜合的方法及一般原則（1） 固定一個構(gòu)件為機(jī)架，可得到一個全鉸鏈機(jī)構(gòu)。（2） 可用移動副直接代替轉(zhuǎn)動副而得到帶有移動副的機(jī)構(gòu)。（3） 具有兩個轉(zhuǎn)動副的一個構(gòu)件可變換成一個高副。（4） 最簡單機(jī)構(gòu)原則。首先采用最簡單的運(yùn)動鏈進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合，不滿足要求時才采用較復(fù)雜的運(yùn)動鏈。（5） 最低級別機(jī)構(gòu)原則。采用多元連桿為機(jī)架一般不容易得到高級別機(jī)構(gòu)。（6） 不出現(xiàn)無功能結(jié)構(gòu)原則。（7） 最低成本原則。加式易難及加工成本按如下順序遞增：轉(zhuǎn)動副：移動副：高副。（8） 最符合工藝要求原則。工藝對機(jī)構(gòu)的動作要求：（1） 為完成剪切，上下剪刃應(yīng)完成相對分合運(yùn)動；（2） 為剪切運(yùn)動中的鋼材，上下剪刃在完成相對分合運(yùn)動的同時還應(yīng)有沿鋼材方向的運(yùn)動；（3） 根據(jù)以上要求可知，上、下剪刃運(yùn)動軌跡之一應(yīng)為封閉曲線（如圖a、b、c、d所示）。圖d上、下刀刃的運(yùn)動軌跡均為非封閉曲線，使得飛剪在空行程中沿鋼材的逆運(yùn)動方向剪切，這是不允許的。三種方案的比較本計算方案我的方案小組內(nèi)其它方案運(yùn)動鏈圖機(jī)構(gòu)簡圖刀刃軌跡優(yōu)點(diǎn)1 采用四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動形式較簡單.2 全部采用轉(zhuǎn)動副，加工容易，成本也比較低。3 通過機(jī)構(gòu)尺寸，容易實(shí)現(xiàn)不同定尺的加工任務(wù)。1 因?yàn)橄碌度羞\(yùn)動形式簡單，容易調(diào)整上下刀刃的水平速度誤差。2 機(jī)構(gòu)可變尺寸多，可以調(diào)節(jié)多種定尺加式方式。1 采用四桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和運(yùn)動形式比較簡單。2 上下刀刃配合較好，適合加工固定尺寸鋼板。缺點(diǎn)1. 采用六桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。2. 采用了較多的移動副，增加了加工難度和制造成本。而且本機(jī)構(gòu)占用空間比較大。1 不方便改變定尺長度。2 移動副的構(gòu)件較大，克服摩擦力的能量損失大，效率不高注意：機(jī)構(gòu)簡圖尺寸可能不符合實(shí)際情況。五 機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計下面列出參照機(jī)械原理和設(shè)計指導(dǎo)書的方法，用Matlab計算尺寸的過程。（“%”之中的為注釋）%設(shè)計參數(shù)初始賦值%k=1.2 %k表示行程數(shù)比系數(shù)%gama2=68*pi/180 %gama2表示2%fai=22*pi/180 %fai表示%aerf4=15*pi/180 %aerf4表示4，以后aerf均表示%k1=1.2 %k1為曲柄銷B點(diǎn)的速度與刀刃平均速度之比,此處初值任取1左右%vt=2segema=1.04 %segema表示拉鋼系數(shù)%L=1h=0.25detah=0.005 %detah表示刀刃重合量%detab=0.001 %detab表示鋼板厚度%fc=98000 %表示剪切力%計算相對尺寸%seta=pi*(k-1)/(k+1)gama1=fai+gama2-setaseta0=atan(sin(gama2)*sin(seta)/(sin(gama1)-sin(gama2)*cos(seta)A=cos(seta+seta0)*sin(gama2+seta0)B=sin(gama2)+sin(seta0)*cos(gama1+seta+seta0)N=2*sin(gama2)*cos(seta+seta0)a0=(A-B)/Nb0=(A+B)/Nc0=sin(seta0)/sin(gama2)d0=1/計算結(jié)果/seta = 0.2856gama1 = 1.2852seta0 = 1.3094A = -0.0146B = -0.0061N = -0.0450a0 = 0.1897b0 = 0.4590c0 = 1.0419d0 = 1%計算絕對尺寸%t=L/vtw1=2*pi/t%計算曲柄轉(zhuǎn)速%a=k1*segema*L/(2*pi)%其中k1=Vb-V刀,利用B點(diǎn)的速度與k1,V刀的關(guān)系計算a%ul=a/a0b=ul*b0c=ul*c0d=ul/計算結(jié)果/t = 0.5000T = 0.5000w1 = 12.5664a = 0.1986ul = 1.0471b = 0.4806c = 1.0909d = 1.0471%刀刃位置確定%f=d*cos(aerf4)-he=(f-detah)2+(d-a)2-2*(f-detah)*(d-a)*cos(aerf4)0.5detaaerf=acos(c2+(d-a)2-b2)/(2*c*(d-a)aerf3=aerf4+detaaerfLce=(c2+(f-detah)2-2*c*(f-detah)*cos(aerf3)0.5Lcf=(c2+f2-2*c*f*cos(aerf3)0.5aerf2=acos(b2+e2-Lce2)/(2*b*e)Lcef=(Lce+Lcf)/2aerf2x=acos(b2+e2-Lcef2)/(2*b*e)%aerf2x即表示計算重新得到的2%aerf3x=acos(c2+f2-Lcef2)/(2*c*f)%aerf3x即表示計算重新得到的3%/計算結(jié)果/f = 0.7614e = 0.2285detaaerf = 0.4347aerf3 = 0.6965Lce = 0.7045Lcf = 0.7039aerf2 = 2.8977Lcef = 0.7042aerf2x = 2.8904aerf3x = 0.6969%剪切角fai01的確定%Jbec=acos(e2+Lcef2-b2)/(2*e*Lcef)%Jbec表示角BEC%Jdec=acos(f2+Lcef2-c2)/(2*f*Lcef)%Jdec表示角DEC%cegama=Jbec+JdecLbd=(e2+f2-2*e*f*cos(cegama)0.5Jdab=acos(a2+d2-Lbd2)/(2*a*d)fai01=aerf4-Jdab%Jdad表示角DAD%/計算結(jié)果/Jbec = 0.1704Jdec = 1.6778cegama = 1.8483Lbd = 0.8528Jdab = 0.1886fai01 = 0.0732%調(diào)整上下刀刃水平速度誤差%計算九個理論點(diǎn)的程序也是如下代碼改編過來的%l=(a2+d2-2*a*d*cos(fai01-aerf4)0.5fai00=atan(d*sin(aerf4)-a*sin(fai01)/(d*cos(aerf4)-a*cos(fai01)fai3=fai00-acos(b2-l2-c2)/(2*l*c)%按正切函數(shù)求角度時，應(yīng)根據(jù)函數(shù)中分子分母的正負(fù)號判斷所在象限后決定%fai2=atan(l*sin(fai00)+c*sin(fai3)/(l*cos(fai00)+c*cos(fai3)faie=atan(e*sin(fai2+aerf2x)-b*sin(fai2)/(e*cos(fai2+aerf2x)-b*cos(fai2)if(faie0) %對faie取值的選取% faie=pi+faieenddetafaie=faie-pi/2aerf4x=aerf4-detafaie%aerf4x,aerf01x,fai2x,fai3x均為調(diào)整后的值%fai01x=fai01-detafaiefai2x=fai2-detafaiefai3x=fai3-detafaie/計算結(jié)果/l = 0.8528fai00 = 0.3055fai3 = -2.3999fai2 = -1.5523faie = 1.5086detafaie = -0.0622aerf4x = 0.3240fai01x = 0.1354fai2x = -1.4901fai3x = -2.3377%調(diào)整刀刃與鋼材運(yùn)動速度同步%w2=(-a*w1*sin(fai01x-fai3x)/(b*sin(fai2x-fai3x)w3=(a*w1*sin(fai01x-fai2x)/(c*sin(fai3x-fai2x)vet=a*w1*cos(fai01x)+e*w2*cos(fai2x+aerf2x)vft=f*w3*cos(fai3x-aerf3x)vd=(vet+vft)/2k1x=a*w1/vd%k1x為同步后的值%ax=k1x*segema*L/(2*pi)%ax和下面的bx,cx,dx,ex,fx均為滿足給定設(shè)計要求的機(jī)構(gòu)尺寸%ux=ax/abx=b*uxcx=c*uxdx=d*uxex=e*uxfx=f*ux%剪切角為fai01x%/結(jié)果/w2 = -4.2934w3 = -3.0472vet = 2.3068vft = 2.3068vd = 2.3068k1x = 1.0820ax = 0.1791ux = 0.9017bx = 0.4333cx = 0.9837dx = 0.9441ex = 0.2060fx = 0.686六 機(jī)構(gòu)平衡力矩的計算(仍然接上面程序)%計算平衡力矩%fai1x=fai01xvex=-ax*w1*sin(fai1x)-ex*w2*sin(fai2x+aerf2x)vfx=-fx*w3*sin(fai3x-aerf3x)Mb=fc*(vex-vfx)/w1/計算結(jié)果/fai1x = 0.1354vex = 0.5679vfx = -0.2235Mb = 6.1714e+003%機(jī)械校驗(yàn)%xe=ax*cos(fai1x)+ex*cos(fai2x+aerf2x)xf=dx*cos(aerf4x)+fx*cos(fai3x-aerf3x)ye=ax*sin(fai1x)+ex*sin(fai2x+aerf2x)yf=dx*sin(aerf4x)+fx*sin(fai3x-aerf3x)detax=abs(xe-xf)/(xe+xf)detay=abs(ye-yf)/(ye+yf)vet1=ax*w1*cos(fai1x)+ex*w2*cos(fai2x+aerf2x)vft1=fx*w3*cos(fai3x-aerf3x)vd1=(vet1+vft1)/2segema1=vd1/vtsegemadetavd=abs(vet1-vft1)/(vet1+vft1)/計算結(jié)果/xe = 0.2124xf = 0.2124ye = 0.2272yf = 0.2272detax = 5.2270e-016detay = 8.5506e-016vet1 = 2.0800vft1 = 2.0800vd1 = 2.0800segema1 = 1.0400segema = 1.0400detavd = 0根據(jù)計算結(jié)果,利用PRO/E建模,進(jìn)行仿真后得到的圖像:E點(diǎn)與F點(diǎn)的運(yùn)動學(xué)仿真.由上圖可以看出，上下刀刃共速時，即是飛剪工作位置點(diǎn)。圖中0.2s時,接近共速2m/s.下面附上軌跡上八個點(diǎn)的計算程序，這部分程序也可以用來精確繪制軌跡。%l1,l2,l3,l4,e,f,aerf2,aerf3,aerf4,fai01x對應(yīng)機(jī)構(gòu)上的a,b,c,d等對應(yīng)值的最終結(jié)果%l1=0.17909982782256l2=0.43334384960827l3=0.98369417789403l4=0.94412528572010e=0.20602645765000f=0.68653083673498aerf2=2.89043959151758aerf3=0.69685090503971aerf4=0.32398904858085fai01x=0.13543240467806fai1=fai01xl=(l12+l42-2*l1*l4*cos(fai1-aerf4)0.5fai=atan(l4*sin(aerf4)-l1*sin(fai1)/(l4*cos(aerf4)-l1*cos(fai1)fai3=fai-acos(l22-l2-l32)/(2*l*l3)fai2=atan(l*sin(fai)+l3*sin(fai3)/(l*cos(fai)+l3*cos(fai3)xes(1)=l1*cos(fai1)+e*cos(fai2+aerf2)xfs(1)=l4*cos(aerf4)+f*cos(fai3-aerf3)yes(1)=l1*sin(fai1)+e*sin(fai2+aerf2)yfs(1)=l4*sin(aerf4)+f*sin(fai3-aerf3)fai1=3*pi/2%從Y軸負(fù)方向逆時針開始%for i=2:9l=(l12+l42-2*l1*l4*cos(fai1-aerf4)0.5fai=atan(l4*sin(aerf4)-l1*sin(fai1)/(l4*cos(aerf4)-l1*cos(fai1) if(fai0) fai=pi+fai end fai3=fai-acos(l22-l2-l32)/(2*l*l3)fai2=atan(l*sin(fai)+l3*sin(fai3)/(l*cos(fai)+l3*cos(fai3)jiaodu(i)=faifengzi(i)=(l*sin(fai)+l3*sin(fai3)fengmu(i)=(l*cos(fai)+l3*cos(fai3)if(fengmu(i)0) fai2=atan(-(l*sin(fai)+l3*sin(fai3)/(l*cos(fai)+l3*cos(fai3)endxes(i)=l1*cos(fai1)+e*cos(fai2+aerf2)xfs(i)=l4*cos(aerf4)+f*cos(fai3-aerf3)yes(i)=l1*sin(fai1)+e*sin(fai2+aerf2)yfs(i)=l4*sin(aerf4)+f*sin(fai3-aerf3)fai1=fai1+pi/4end%下面的數(shù)據(jù)為實(shí)際測量所得數(shù)據(jù)%exl=212.403 -108.693 71.8819 200.193 177.581 11.284 -181.698 -286.137 -252.157eyl=227.223 -1.14317 74.5635 207.456 328.851 387.32 327.769 178.958 39.8776 fxl=212.403 226.185 232.381 214.604 207.893 211.3 210.812 207.83 211.167 fyl=227.223 144.53 120.392 205.412 322.733 374.182 369.329 320.382 233.37 exl=exl/1000eyl=eyl/1000fxl=fxl/1000fyl=fyl/1000%wcex=(exl-xes)./(xes)*100wcey=(eyl-yes)./(yes)*100wcfx=(fxl-xfs)./(xfs)*100wcfy=(fyl-yfs)./(yfs)*100jieguo=xes;exl;wcex;yes;eyl;wcey;xfs;fxl;wcfx;yfs;fyl;wcfy下表即是程序運(yùn)行后所得結(jié)果.位置123456789xe理論值212.4-104.2176.246203.73175.2914.484-177.84-281.93-247.8xe實(shí)際值212.4-108.6971.882200.19177.5811.284-181.7-286.14-252.16誤差%-6.39E-064.2995.72431.73641.307922.0962.17181.49381.7573ye理論值227.22-1.373773.125204.55326.84384.62326.21178.5339.992ye實(shí)際值227.22-1.143274.564207.46328.85387.32327.77178.9639.878誤差%0.0001744516.7831.96721.42130.61410.702910.478630.23850.28681xf理論值212.4226.71232.75215.15208.82212.35211.83208.73211.89xf實(shí)際值212.4226.19232.38214.6207.89211.3210.81207.83211.17誤差%6.39E-060.231110.160640.255920.442110.494090.481280.430950.34181yf理論值227.22143.39119.6205.02322.22373.4368.37319.27232.15yf實(shí)際值227.22144.53120.39205.41322.73374.18369.33320.38233.37誤差%0.000174450.797810.665510.189140.158920.209510.25970.346980.52