一种多功能仿生剪刀 |
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| 申请号 | CN201710148569.6 | 申请日 | 2017-03-14 | 公开(公告)号 | CN106695901A | 公开(公告)日 | 2017-05-24 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 马云海; 王虎彪; 李强; 李建蓉; 冯樊樊; 李晓军; 王慧鑫; 庄健; 佟金; | ||||
| 摘要 | 一种多功能仿生 剪刀 属剪切工具技术领域，本 发明 的二半刀中部经销轴活动连接，二半刀上部内侧为刀刃，二半刀上部外侧为刀背，二半刀下部为刀柄，直线的刀刃上设有紧密排列的锯齿组，此锯齿组为一个大齿和两个小齿构成，其中一个大齿为狼牙犬齿曲线旋转180°而成，一个小齿为狼两个连续的 门 齿 边缘曲线，刀背为曲线，半刀Ⅰ的刀背上设有刮鳞器，锯齿设于2/3的刀背，半刀Ⅱ中刀柄的下端设有 开瓶器 ，本发明利用狼牙的形状特征，对剪刀刀刃的结构参数进行设计和改进，使其进行剪切工作时，能够有效的降低阻 力 ，提高剪切效率，增大剪切能力，较普通不锈 钢 剪刀使用寿命更长。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种多功能仿生剪刀，由半刀Ⅰ(Ⅰ)、半刀Ⅱ(Ⅱ)和销轴(1)组成，半刀Ⅰ(Ⅰ)和半刀Ⅱ(Ⅱ)中部经销轴(1)活动连接，半刀Ⅰ(Ⅰ)和半刀Ⅱ(Ⅱ)以销轴(3)为轴心对称布置，其中半刀Ⅰ(Ⅰ)和半刀Ⅱ(Ⅱ)的上部内侧为刀刃(4)，半刀Ⅰ(Ⅰ)和半刀Ⅱ(Ⅱ)的上部外侧为刀背(2)，半刀Ⅰ(Ⅰ)和半刀Ⅱ(Ⅱ)的下部为刀柄(7)，剪刀的整体长度H1为155-165mm，销轴(3)轴心到剪刀尾部的长度H2为75-80mm，刀柄(7)的宽度H3为34-37mm.剪刀上部的厚度b1为2- |
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| 说明书全文 | 一种多功能仿生剪刀技术领域[0001] 本发明属剪切工具技术领域，具体涉及一种多功能仿生剪刀。 背景技术[0002] 剪刀主要由刀把、刀刃、销轴三部分组成，两刃交错，可以开合,它是将物理学中的杠杆原理应用于剪刀的设计中，以达到省力、增大压强的目的，但剪刀在剪切的过程中存在如下问题：剪刀在对肉类、树枝、布料等较软的材料进行加工的过程中，由于刀刃及齿面光滑，无固定被加工物件的结构，滑切将造成加工效率低、费力、加工困难等问题。过去，人们对剪刀的改进主要通过改变剪刀的力臂、材料及整体结构来解决费力及磨损的问题，以提高剪刀的锋利性和耐磨性。 [0003] 剪刀刀片的结构设计却很少有人研究，尤其是将仿生原理应用于剪刀的结构设计中的研究更是少之又少，剪刀的滑切问题充分地证明了这一点。目前来看对剪刀制造的理论和模型的建立并不完善，其结构也往往是建立在经验基础上的，因此亟需在现有设计方法的基础上，探索新的剪刀设计理论和方法。使剪刀在作业时达到高效率以及更大的作业能力,这对于提高剪刀的综合性能,促进剪刀技术的发展有着重要的理论意义和现实意义。 [0004] 众所周知动物经过亿万年的进化，其功能器官及组织逐步形成了优化的几何结构并具有优良的力学性能，如狼：其牙齿锋利坚韧使其进食过程中获得了较低的切割阻力而具有较高的效率，因此将狼牙的仿生曲线应用于剪刀刀刃部件，可对剪刀的几何结构参数及力学性能进行优化。 [0005] 剪刀的失效形式主要有：弯曲、断裂和磨损，研制出高效率、低成本和耐用的剪刀，已成为剪刀的发展方向。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种剪切能力强、使用寿命长、工作效率高、生产成本低的多功能仿生剪刀。 [0007] 本发明由半刀Ⅰ、半刀Ⅱ和销轴1组成，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ中部经销轴1活动连接，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ以销轴3为轴心对称布置，其中半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的上部内侧为刀刃4，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的上部外侧为刀背2，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的下部为刀柄7，剪刀的整体长度H1为155-165mm，销轴3轴心到剪刀尾部的长度H2为75-80mm，刀柄7的宽度H3为34-37mm.剪刀上部的厚度b1为2-3mm；其中刀刃4为直线，刀刃4上设有紧密排列的锯齿组3，刀背2为曲线，由a-b段曲线和b-c段曲线组成，c-d之间的距离s1为15-16.35mm； [0008] a-b段曲线的数学表达式为： [0009] y＝-0.0024x4+0.0406x3-0.2284x2-2.3782x-0.1002 [0010] 其中：0 [0011] b-c段曲线的数学表达式为： [0012] y＝0.0945x4-5.1141x3+102.87x2-922.2x+3091.5 [0013] 其中：12.2582 [0014] 半刀Ⅰ的刀背2上设有刮鳞器5，刮鳞器5由锯齿6构成，锯齿6设于刀背，占整个刀背的2/3，其起始点离a点距离s2为11-12mm；半刀Ⅱ中刀柄7的下端设有开瓶器8。 [0015] 所述的锯齿组3由一个大齿e和两个小齿f组成，其中一个大齿e为具有狼牙特征的半个犬齿曲线A1绕y轴旋转180°而成，半个犬齿曲线A1的数学表达式为： [0016] y＝19.067x5-45.615x4+37.517x3-11.114x2+1.6431x-0.0279 [0017] 其中：0 [0018] 一个小齿f由两个连续的门齿边缘曲线B构成，其厚度为0.9mm-1.1mm，门齿边缘曲线B的数学表达式为： [0019] y＝-0.0008x5+0.0728x4-0.8083x3+3.0329x2-3.8417x-0.0893 [0020] 其中：0 [0021] 所述的锯齿6为半个犬齿曲线A2及其对称曲线A3组成，半个犬齿曲线A2的数学表达式为： [0022] y＝26.413x5-55.993x4+40.663x3-10.391x2+1.4135x-0.022 [0023] 其中：0 [0024] 半个犬齿曲线A2的对称曲线A3的数学表达式为： [0025] y＝-26.413x5+55.993x4-40.663x3+10.391x2-1.4135x+2.2967 [0026] 其中：0 [0027] 以上A1和A2是同一犬齿的不同比例的拟合曲线。 [0028] 所述的开瓶器8其尺寸R1为6-8mm,R2为10-13mm,L1为5.5-6.5mm，L2为4.5-5.5mm，L3为11.5-12.5mm，L4为12-13.5mm，L5为11-15mm.L6为5-7mm,L7为2-3mm，β为60°-70°。 [0029] 本发明采用仿生学方法，以具有典型特征的狼牙齿为仿生原型，通过对狼牙齿结构、排列和咬合方式的分析研究，找到其在切割食物过程中低阻力、低功耗和低磨损特性的机理，设计具有仿生结构的剪刀，并加工制备。通过与普通剪刀的对比实验，进而对仿生剪刀作进一步的优化，从而得到剪切性能优良、剪切效率高的仿生剪刀。 [0030] 针对剪刀刀刃易磨损，剪切费力，寿命短，本发明利用仿生学原理，对剪刀刀刃的形状进行了再设计，使其大幅度的提高剪刀的剪切能力，提高寿命，提升工作效率，降低成本。 [0031] 由于狼的犬齿专用于刺入和撕裂食物，极为锋利和坚韧，本发明利用狼的牙齿的曲线特征，对剪刀刀刃的结构参数进行设计和改进，使其进行剪切工作时，能够有效降低阻力，提高剪切效率，增大剪切能力，较普通不锈钢剪刀使用寿命更长。附图说明 [0032] 图1为多功能仿生剪刀的主视图 [0033] 图2为多功能仿生剪刀的尺寸标记图 [0034] 图3为图1中A的局部放大图 [0035] 图4为图1中B的局部放大图 [0036] 图5为图1中C的局部放大图 [0037] 图6为仿生刀齿的左视图 [0038] 图7为狼牙犬齿的半个犬齿曲线A1拟合图 [0039] 图8为狼牙门齿的两个连续门齿边缘曲线B拟合图 [0040] 图9为狼牙犬齿的半个犬齿曲线A2拟合图 [0041] 图10为狼牙犬齿半个犬齿曲线A2的对称曲线A3拟合图 [0042] 其中：Ⅰ.半刀Ⅰ Ⅱ.半刀Ⅱ 1.销轴 2.刀背 3.锯齿组 4.刀刃 5.刮鳞器 6.锯齿 7.刀柄 8.开瓶器 具体实施方式[0043] 下面结合附图对本发明进行详细阐述。 [0044] 如图1所示，本发明由半刀Ⅰ、半刀Ⅱ和销轴1组成，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ中部经销轴1活动连接，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ以销轴3为轴心对称布置，其中半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的上部内侧为刀刃4，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的上部外侧为刀背2，半刀Ⅰ和半刀Ⅱ的下部为刀柄7，其中刀刃4为直线，刀背2为曲线由a-b段曲线和b-c段曲线组成，c-d之间的距离s1为16.35mm。 [0045] 如图1、图3、图7、图8所示，刀刃4上设有紧密排列的锯齿组3，此锯齿组由一个大齿e和两个小齿f组成，其中一个大齿e为具有狼牙特征的半个犬齿曲线A1绕y轴旋转180°而成，半个犬齿曲线A1曲线的数学表达式为： [0046] y＝19.067x5-45.615x4+37.517x3-11.114x2+1.6431x-0.0279 [0047] 其中：0 [0048] 一个小齿f则为两个连续的门齿边缘曲线B构成，其厚度为0.9mm-1.1mm，两个连续门齿边缘曲线B的数学表达式为： [0049] y＝-0.0008x5+0.0728x4-0.8083x3+3.0329x2-3.8417x-0.0893 [0050] 其中：0 [0051] a-b段曲线的数学表达式为： [0052] y＝-0.0024x4+0.0406x3-0.2284x2-2.3782x-0.1002 [0053] 其中：0 [0054] b-c段曲线的数学表达式为： [0055] y＝0.0945x4-5.1141x3+102.87x2-922.2x+3091.5 [0056] 其中：12.2582 [0057] 如图1、图4、图9、图10所示，半刀Ⅰ的刀背2上设有刮鳞器5，刮鳞器5由锯齿6构成，锯齿6设于刀背2上一段。占整个刀背2的2/3，其起始点离a点距离s2为10-12mm。锯齿6为半个犬齿曲线A2及其对称曲线A3组成，半个犬齿曲线A2的数学表达式为： [0058] y＝26.413x5-55.993x4+40.663x3-10.391x2+1.4135x-0.022 [0059] 其中：0 [0060] 半个犬齿曲线A2的对称曲线A3的数学表达式为： [0061] y＝-26.413x5+55.993x4-40.663x3+10.391x2-1.4135x+2.2967 [0062] 其中：0 [0063] 以上半个犬齿曲线A1和半个犬齿曲线A2是同一犬齿的不同比例的拟合曲线。 [0064] 如图1和图5所示，半刀Ⅱ中刀柄7的下端设有开瓶器8。其尺寸R1为6-8mm,R2为10-13mm,L1为5.5-6.5mm，L2为4.5-5.5mm，L3为11.5-12.5mm，L4为12-13.5mm，L5为11-15mm.L6为5-7mm,L7为2-3mm，β为60°-70°。 |
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