飞剪机剪切机构动力学性能分析.pdf

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1、机机电工程技术电工程技术2011年第40卷第03期制造业信息化飞剪机剪切机构动力学性能分析倪帅，李滨城（江苏科技大学机械工程学院，江苏镇江212003）摘要：在对飞剪机剪切机构进行运动分析和动态静力分析的基础上，运用Matlab／Simulink软件建立了其仿真模型。通过仿真计算，获得了飞剪机剪切机构的动力学性能参数，为进一步对飞剪机剪切机构性能优化奠定了基础。关键词：飞剪机剪切机构；运动分析；动态静力分析；Matlab／Simulink中图分类号：TH113．2＋2文献标识码：A文章编号：1009－9492(2011)03－0067－04飞剪机是连续轧制线上负责剪切的重要

2、设备，其作用1运动分析是剪切轧件的头部及尾部，而飞剪机剪机机构是其重要的1．1位置分析组成部分。它由两个上下对称布置结构相同的铰链四杆机将各构件视为杆矢量，建立其直角坐标系，如图2所构组成，剪刃分别安装在两个机构的连杆上的E处，如图示。1所示［1］。剪切时，剪刃靠连杆的平面运动来完成剪切工作。由于飞剪机机构的对称布置，上下两部分的运动规律和受力情况是完全相同的，故本文只对其下半个机构进行分析研究。图2飞剪机剪切机构运动分析图机构各构件矢量所构成的矢量封闭式为：（1）图1飞剪机剪切机构将式（1）写成两坐标轴上的投影式，并改写成等式左边仅含未知量项的形式，得本文首先对该机构建立

3、数学模型，在此基础上，通过Matlab／Simulink软件对其进行仿真分析，获得速度、加速（2）度及运动副反力曲线图，为飞剪机剪切机构的动力学性能的参数优化设计提供了基础。解式（2）即可求得两未知方位角θ2、θ3。收稿日期：2010－10－1967制造业信息化机机电工程技术电工程技术2011年第40卷第03期1．2速度分析将式（2）对时间求一次导数，可得速度关系式为（3）将式（3）写成矩阵形式为（4）解式（4）即可求得两未知角速度ω2、ω3。1．3加速度分析图4构件2的受力分析图将式（4）对时间求导，可得加速度关系的矩阵形式为（5）解式（5）即可求得两未知角加速度α2、α

4、3。2动态静力分析根据所确定的相关构件加速度及角加速度，可求得各构件所受的的惯性力各构件的FS1、FS2、FS3及惯性力矩M1、M2、M3，其中构件1所受的惯性力和惯图5构件3的受力分析图性力矩为0。受力分析时，将各作用力分别沿x、y方向分对于构件3，如图5所示。根据∑MS3＝0、∑FX＝0、解，然后就各构件∑FY＝0，列出其平衡方程得分别列出力平衡方程式［2］。对于构件1，图3构件1的受力分析图如图3所示。根据∑MS1＝0、∑FX＝0、∑FY＝0，列出其平衡方程式得将以上9个方程简化为下面的矩阵形式：（6）CFR＝DF（9）其中对于构件2，如图4所示。当构件1旋转到105

5、°至108°时，构件2剪刃处于切削状态，其受到的切削阻力为FE。根据∑MS2＝0、∑FX＝0、∑FY＝0，列出其平衡方程得（7）68机机电工程技术电工程技术2011年第40卷第03期制造业信息化个Matlab函数模块、5个积分模块以及输入和输出模块等组成，该模型的功能就是实现机构的运动学和动力学分析与仿真。为求解加速度关系式（5），需要建立一个Matlab的函数文件movement．m，该函数输入参数是构件1、2及3的角位移、角速度，输出参数是构件2、3的角加速度。通过Simulink中的积分模块可进一步计算出构件2、3的角速度和角位移。此过程需要4个积分模块。为求解动态静

6、力关系式（9），需要建立另一个Matlab的函数文件force．m，该函数需要用到各构件的运动参数、质量及转动惯量，输出参数是各构件间的运动副反力和构件1上的平衡力矩。仿真模型的输出有两种形式，一种是通过Towork-通过式（9）可求得构件所受的平衡力矩及各构件间place模块将所有仿真结果输出到Matlab的工作空间中，的运动副反力。它的优点是便于利用Matlab进行后处理运算；另一种是通过Scope模块将每个参数分别输出，它的优点是可以即时3Simulink仿真模型的建立获取需要的信息以便于检查建模中的错误。3．1Simulink仿真模型3．2Simulink结果分析S

7、imulink主要是通过积分的方式来实现对机构运动的在飞剪机剪切机构仿真过程中，必须预先确定仿真的分析。初始值。设构件1匀速转动，转速设定为40r／min，当构飞剪机剪切机构的Simulink仿真模型如图6所示，在件1的初始角位移确定后，可以通过式（2）、（4）分别图中各个模块所表明的参数已标出。该仿真模型主要由2图6Simulink仿真模型69制造业信息化机机电工程技术电工程技术2011年第40卷第03期（a）角位移线图（b）角速度线图（c）角加速度线图（d）平衡力矩线图（e）运动副B反力线图（f）运动副C反力线