[发明专利]一种平面连杆机构共轭横断剪设计方法

摘要

一种二自由度单、双环全铰链平面连杆机构共轭横断剪设计方法，包括如下步骤1)设定剪切机构坐标系；2)设定二原动件转角关系；3)应用坐标变换，建立连杆动剪刃线族方程；4)建立连杆动剪刃的共轭包络方程；5)导出连杆包络线上点的速度方程；6)建立剪切机构尺度优化模型，以剪切范围内动剪刃包络线与直线拟合误差最小、加权包络线上点的速度趋于零为优化目标，以重叠量和非剪切范围的开口度及杆长限制为约束条件；7)采用遗传算法求解最优解，得到机构尺度与参数。该方法能提高剪切质量，保证剪切断面整齐、无台阶、无变形，而且能减小剪刃的划伤和磨损，延长剪刃使用寿命。

主权项

一种平面连杆机构共轭横断剪设计方法，其特征在于如下步骤：步骤1：设定剪切机构坐标系固定坐标系Sf，坐标原点在剪切机构的一个固定铰链点上；动坐标系Sm固结在动剪刃上，一个坐标轴通过两铰链点，坐标原点在两活动铰链点的中点处，剪刃圆弧中心在纵向坐标轴上；步骤2：设定二原动件转角关系设两原动件的曲柄转角为和满足ΔC为常数，令步骤3：动剪刃的圆弧在动坐标系Sm的向量为Rm，在固定坐标系Sf中的向量为Rf，建立连杆动剪刃线族方程：Rf＝BfmRm+ROm   (1)其中，Bfm为动定坐标系的旋转转化矩阵，是原动件自变量的函数，ROm为动坐标系坐标原点的位置向量；步骤4：建立连杆动剪刃的共轭包络方程：其中，θ∈[θ1,θ2]为圆弧自变量在剪刃范围的变化区间，k为垂直于剪切平面方向的单位向量；步骤5：建立剪切机构矢量闭环方程：其中，表示第一环中的向量，为第二环的向量；l1i、l2i分别为第一环中的向量的标量和第二环的向量的标量，分别为第一环中的向量和第二环的向量的角位移；对于单环机构l1i＝l2i＝li，对式(3)的时间求导得：其中，为动坐标系Sm相对定坐标系Sf的转角；对式(1)的时间求导得出动剪刃任意一点的速度方程：步骤6：建立剪切机构尺度优化模型，以剪切范围内动剪刃包络线与直线拟合误差最小、加权包络线上点的速度趋于零为优化目标，以重叠量和非剪切范围的开口度及杆长限制为约束条件，优化模型表达为：minf(z)λ1≤λ≤λ2s.t.gμ(z)≤0,μ=1,...,4f(z)=c1f1(z)+c2f2(z)+c3z=[l1i,l2i,lC]T,i=1,2,...,5---(6)]]>其中，λ1≤λ≤λ2为剪切区间，由动剪刃与钢板左、右边界交点位置确定；f1(z)＝|(Rf‑RC)·j|，f2(z)＝|Vf‑τ|，τ为一小值，RC＝lC为定剪刃位置常矢量，Rf为包络线满足式(2)，Vf为包络线上点的速度满足式(2)和式(5)，z＝[l1i,l2i,lC]T,i＝1,2,…,5为优化变量，c1,c2为加权系数，c3为惩罚值，gμ(z)≤0分别为杆长约束g1(z)＝[l]‑min(l1i,l2i)≤0，[l]为允许的最小杆长；曲柄存在约束g2(z)＝Lk1+Lk2+Lk5‑Li3‑Lk4≤0,k＝1,2为环的序号，Lki为每个环的杆长l1i和l2i的排序(Lk1≤Lk2≤Lk3≤Lk4≤Lk5)；非剪切区域开口度约束g3(z)＝|σ0‑|(Rf‑RC)·j|max|≤0，σ0为给定的开口度设计值；剪切重叠量约束，g4(z)＝||Rf·j|max‑|RC·j|‑1.1ε0|≤0，ε0为给定的重叠量设计值；步骤7：选定一组初始设计变量，将剪切机构的曲柄输入角离散为N个均匀值，对应动剪刃不同的运动位置，采用遗传算法在剪切范围内求解优化模型(6)，得到机构尺度与参数。