起停式曲柄飞剪机的主要任务是将运行着的轧件按照工艺要求定尺剪断。随着轧机轧制速度和生产能力的不断提高，提高飞剪的速度和性能已成为研究热点之一。飞剪机种类很多,根据其不同的剪切断面和速度快慢，应用于不同场合。目前较先进的机型为起停式曲柄飞剪。飞剪一般处于静止状态，剪切时，采用低惯量大扭矩直流电机，直接完成起动、剪切、制动等工艺过程。

起停式曲柄飞剪机剪切机构设计时要注意如下要求：

1两剪刃运动必须为一定轨迹的封闭曲线，剪切工程中要求剪刃运动轨迹水平平滑，水平分速度呈匀速线形，并大于等于轧件的运动速度。
2在剪刃剪切过程中出现最大应力时，确保承受载荷的曲柄为安全。

图1 飞剪机实物图片

传统的手工计算，先要做出机构简图，套用力学公式及平面几何的概念，求解结果，再根据结果描绘所需各种曲线。因计算工程中数值近似取整等问题，造成得出结果只能作为一个理论值，所以通常计算得出的结果安全系数要大于等于10（安全系数因企业设计要求不同，而不同），才能放心使用。同时因为传统算法，手算量大，易出现人为计算纰漏，最终造成设计误差。

图2 曲柄飞剪机构示意图

Autodesk公司的Autodesk Inventor Profe ional 11（以下简称AIP11）能在很好地解决设计尺寸结构问题的同时，其内嵌运动仿真和有限元分析模块，对上述问题提供了很好的解决方案，让设计人员在一款CAD软件中从产品概念设计到运动分析，再到出具相关计算报告都能轻松完成。

如何在AIP11中进行起停式曲柄飞剪机构运动学性能分析呢？
利用AIP11方便快捷的造型功能，根据需求，设计曲柄，飞剪机框架，剪刀⋯ #8943;对于常规机构模型，使用AIP11中的拉伸、旋转命令基本能够完成。在“设计加速器”中输入压力角，螺旋角，中心距，变为系数求解（见图3）。部件环境中对各零件按实际要求拼装，以便日后生成工程图中需要的明细表。校验设计尺寸，确保零部件在实际装配位置上处于无干涉状态，这些操作并不是一件难事。

图3 使用设计加速器生成所需齿轮

现在把装配完成的起停式曲柄飞剪另存，在此模型中改变其装配关系，让所有零件变成同一级装配树中，并进行适当结构简化，使之真正成为一个力学模型。（见图4）

图4 简化的力学模型

进入仿真环境，工具栏中的第一个命令用于给零件间添加包括铰接在内的各种运动连接条件（见图5），我们也可以使用“继承装配”的功能把装配中对齐，配合，插入等装配条件自动转成运动仿真中的连接条件，注意装配中角度约束，过度和运动约束是不可以转换的。

图5 插入连接功能

尽量使用从装配环境继承连接条件的方法，这样可以减少许多不必要重复性劳动。（见图6）一些读者可能会遇到一个奇怪的现象。以四连杆机构为例，在原有的装配环境中，每根杆都使用插入约束进行连接，模型完全可以运动，而且没有提示任何错误。进入仿真环境，对这些插入约束一一进行转化，会发现前三个插入条件都顺利转成铰接，但最后转成铰接后，软件会自动提示添加条件自由度出现问题。（见图7）

图6 使用约束继承

图7 添加条件出现冗余错误

原来AIP11的运动仿真模块底层计算完全基于机原机理中的概念公式，连杆机构自由度条件计算可参考“GRUEBLER定理”，为使空间四连杆机构只有一个可动度M=1（M=6（N-J-1）+ΣJ N为杆件数，J为接点数，ΣJ为接点自由度之合 ），经计算得出最后一个连接点自由度数为4，故最后一个连接要修改为“球面圆槽运动”。

同理修改起停式曲柄飞剪机构中出现连接错误的接点，建议软件自带的“修复冗余”命令（见图8）解决类似问题。较简单的动力学模型，在“修复冗余”命令菜单中就可直接进行问题修改。复杂的动力学模型，此处只能提出合理化建议（见图9），需要使用“插入连接”的命令，重新定义连接关系。

图8 修复连接错误

图9 修复界面

主传动齿轮的连接采用“外齿轮啮合运动”，选择两个斜齿轮的分度圆即可完成条件添加。（见图10）而实体块和定义地面的功能，可以使用“焊接零件”和“固定”命令加以替代。（见图11和图12）其实在AIP11的连接条件中也有一个“焊接连接”的条件，这和刚才提到的焊接零件是两个不同的概念，两者的本质区别是“焊接零件”允许把几个零件在运动仿真定义成一个整体，但是作用力不能在这几个零件间传递。而“