摆动式飞剪机构的运动学分析与仿真优化.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER摆动式飞剪机构的运动学分析与仿真优化李海波。耿葵花。马小波(广西大学机械工程学院，南宁530004)摘要：以摆动式飞剪机构为研究对象，利用闭环矢量法分析其运动学模犁，建立了上、下刀尖点的位移方程，由此可通过求导方便地得出上、下刀尖点的速度和加速度方程。为直观地显示上、下刀尖点随曲柄转动的变化，通过Matlab平台编制程序绘制了上、下刀尖点的位移一曲柄转角曲线图，并依据所建立的运动学优化模型通过进～步的编程对摆动式飞剪机构的关键尺寸进行了优化，得出了～组关键尺寸的最优值。同时，在

2、机械系统多体动力学仿真软件Adams中建立了摆动式飞剪机构的三维模型，进行运动学仿真和关键尺寸优化，结果与Matlab得出的结论一致，验证了理论分析的正确性。关键词：飞剪；摆动式．运动学模型．仿真优化中图分类号：TG333．21文献标志码：A文章编号：1002—2333(2016)06—0029—04KinematicsAnalysisandSimulationOptimizationofSwing-outFlyingShearsMechanismLIHaibo，GENGKuihua，MAXiaobo(SchoolofMe

3、chanicalEngineering，GuangxiUniversity，Nanning530004，China)Abstract：Thispaperstudiestheswing-outflyingshearsmechanism．Closed-loopvectormethodisusedtoanalyzethekinematicsmodel．Meanwhilewebuildtheupperandthelowerbladepoints7displacementequations，SOtheupperandthelower

4、bladepoint'svelocityandaccelerationequationscanbegoteasilyusingderivativeofdisplacement．Inordertovisuallyshowtheprocessoftheupperandthelowerbladepointsfollowingthechangeofthecrank，thispaperdrawsthedisplacementoftheupperandlowerbladepoints—crankanglecurveandoptimiz

5、esthekeysizebyprogramminginMatlab，thenobtainstheoptimalvalueofasetofkeydimensions．Meanwhile3Dmodeloftheswing-outflyingshearsmechanismisestablishedtocompletethekinematicssimulationandthekeysizeoptimizationinADAMS．Thesimulationresultsareconsistentwiththeconclusionus

6、ingMatlab，SOthecorrectnessofthetheoreticalanalysisisverified．Keyword：flyingshears；swing-out；kinematicmodel；simulationandoptimization0引言摆动式飞剪机在冶金工业当中得到了广泛的应用，主要用于对冷床后的棒材、板材、型钢等进行定尺寸剪切和修整。实际生产中的摆动式飞剪机必须具备如下三个必要条件才能达到功能要求：1)剪切运动轧件时刀刃的水平分速度与轧件同步；2)飞剪机应能满足不同用户的定尺要求；3)剪

7、切速度必须与生产线上其它设备匹配，以提高生产率【l】。满足以上三个条件的机构通常都比较复杂，难以从定性的角度准确描述机构运动学和动力学参数的变化过程，因此需要准确地建立摆动式飞剪机构的运动学模型才能深入观察运动学参数的变化过程及它们之间的关系。许多学者对飞剪机构的强度和剪切轨迹等进行了研究嗣，提出了许多运动学模型的建立方法，为飞剪机构的设计提供了充足的理论依据，但是许多文献中采用的理论分析方法较为复杂，对理论分析方法在生产一线的普及增加了难度。本文采用闭环矢量法建立了摆动式飞剪机构上、下刀片的运动学模型，随后基于所建立的运

8、动学模型应用Matlab分析了上、下刀片的运动参数与曲柄转角之间的关系，并且在此基础上进行了参数的优化，最后通过Adams虚拟样机仿真验证了理论模型的合理性。1摆动式飞剪机构运动学模型推导，．J运动简图的建立及符号定义如图1所示，为摆动式飞剪机构剪切传动的运动总成简图，曲柄与摇杆的一端分别与支架铰接，将