恒角剪刀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種剪刀，尤其涉及一種剪刀刀刃。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)圖1所示普通剪刀主視圖，普通剪刀包括7個組件：刀身（Ia)、刀身（2a)、刀 刃（lb)、刀刃（2b)、連接軸（3a)、刀柄（Ic)和刀柄（2c)。刀刃（Ib)在刀身（Ia)上部，刀 刃（2b)在刀身（2a)上部。刀柄（Ic)在刀身（Ia)下部，刀柄（2c)在刀身（2a)下部。刀 刃（Ib)和刀刃（2b)的刀刃邊緣為直線段且沿中軸線對稱。為便于闡述，本文根據(jù)普通剪 刀主視圖來定義以下專有名詞。
[0003] 目標(biāo)物：剪刀剪切的對象。
[0004] 距離：歐氏距離。
[0005] 連接點：連接軸的中心點。其位置如圖1中（3a)的中心點。
[0006] 刀刃：刀身上的鋒利部分。其形如圖1中的（Ib)。
[0007] 刀刃點：刀刃邊緣上的一點。
[0008] 刀刃交點：2個刀刃邊緣的交點。其位置如圖1中的（4a)。
[0009] 中軸線：從連接點出發(fā)，過刀刃交點的射線。其位置如圖1中的（4b)。
[0010] 切射線：從刀刃交點出發(fā)、相切于某個刀刃邊緣的射線，且其與中軸線的夾角小于 或等于f。其位置如圖1中的（4c)。
[0011] 剪切角：刀刃交點的2條切射線形成的角度，且其小于或等于π。其位置如圖1中 的（4d)。
[0012] 中軸角：過某個刀刃點的中軸線與過該點的切射線的正夾角，且其小于其位 置如圖1中的（4e)。
[0013] 交點半徑：刀刃交點與連接點的距離。
[0014] 內(nèi)交點：當(dāng)剪切角小于或等于時，滿足交點半徑最小的刀刃交點就是內(nèi)交點。
[0015] 外交點：當(dāng)剪切角小于或等于時，滿足交點半徑最大的刀刃交點就是外交點。
[0016] 刀刃起點：與連接點距離最小的刀刃邊緣點。其位置如圖1中的（4f)。
[0017] 刀刃終點：與連接點距離最大的刀刃邊緣點。其位置如圖1中的（4g)。
[0018] 中軸短距：連接點與刀刃起點之間的距離。
[0019] 中軸長距：連接點與刀刃終點之間的距離。
[0020] 剪切距離：中軸長距減去中軸短距后的數(shù)值。
[0021] 刀刃利用率：剪切距離與中軸長距的比值。
[0022] 普通剪刀的刀刃邊緣為直線段，它的中軸角在轉(zhuǎn)動時顯著變化。因此，普通剪刀屬 于變角剪刀。普通剪刀的旋轉(zhuǎn)剪切過程等價于刀刃交點外移。
[0023] 如圖2所示，Λ OBC和Λ ODE為普通剪刀的部分刀刃，2個刀刃邊緣OB和OD的交 點為0, OA為中軸線的一部分，而刀刃邊緣在O處的2條切射線為OL、OM。因為OB和OD為 直線段，所以O(shè)L覆蓋0B，而OM覆蓋0D。Z AOB為中軸角。五邊形OGHIJ是目標(biāo)物在剪切 狀態(tài)下的截面圖，其邊GH與JI皆平行于0A。因為OB和OD沿OA對稱，所以線段JG垂直于 〇A。線段jg的中點為κ。顯然線段οκ垂直于jg。已知點A和點b，本文用符號|ab|代表 A和B的距離。IjgI就是目標(biāo)物的厚度。目標(biāo)物的剪切面就是三角形A0GJ，而刀刃壓力F 的方向則垂直于0B。因為目標(biāo)物的厚度IjgI很小，ZAOB在剪切三角形AOGJ時都約等于 恒定值。根據(jù)力學(xué)理論，刀刃壓力F會產(chǎn)生1個方向垂直于線段OK的分力F'，二者關(guān)系如 下所示：
[0024] F，=F· cos ZAOB (2. 1)
[0025] 根據(jù)平面幾何理論，容易計算直角三角形Λ OGJ的面積S :
[0026]
(2.2)
[0027] 根據(jù)材料力學(xué)理論，剪切面Λ OGJ產(chǎn)生的平均切應(yīng)力F=為：
[0028]
(2,3)
[0029] 將（2. 1)、（2. 2)代入（2. 3)，可得：
[0030]
(2·
[0031] 假設(shè)目標(biāo)物的許用切應(yīng)力為τ，則剪刀剪切成功的充分條件為：
[0032] F>T (2,5)
[0033] 將（2.4)代入（2. 5)，可得：
[0034]
[0035] 當(dāng)用普通剪刀連續(xù)剪切目標(biāo)物時，Z AOB由大變小，最小刀刃壓力F也由小變大。 因此，普通剪刀所需的最小刀刃壓力總是逐漸增大，并逐漸增加用戶用力。
[0036] 假設(shè)剪刀刀刃在刀刃終點處的中軸角為α。若α很小，則剪刀就難以剪切高強度 材料，應(yīng)用范圍顯著減小。
[0037] 若α較大，則中軸角變化區(qū)間為下面根據(jù)圖3討論此情況。
[0038] 圖3展示了普通剪刀旋轉(zhuǎn)過程，其中O1為連接點，B1為刀刃起點，C 1為刀刃終點， 射線^耳為中軸線，B1為內(nèi)交點，H1為外交點。刀刃邊緣B1C 1先旋轉(zhuǎn)至線段D1F1，再旋轉(zhuǎn)至 線段G1H1。因此Io1B1I = Io1G1I, Ib1C1I = Ig1H1U根據(jù)平面幾何理論，下式成立：
[0039]
(2,6)
[0040] 由于I O1B11 = I O1G11，公式（2. 6)等價于下式：
[0041] {2.7)
[0042] 剪切距離Ih1B1I與中軸長距Ih1O 1I的比值為：
[0043]
(2.8)
[0044] 因為
，公式（2.8)等價于下式：
[0045]
(2.9)
[0046] 根據(jù)上文假設(shè)，已知Z O1H1G1 = α。若α增大，則公式（2. 9)中甶
就減小， 從而減小了刀刃利用率，降低了剪刀的應(yīng)用性能。
[0047] 綜上所述，中軸角α無法既增大平均應(yīng)力，又增大刀刃利用率。因此，普通剪刀的 最小中軸角α優(yōu)化空間狹窄，其難以優(yōu)化普通剪刀的綜合性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0048] 本發(fā)明旨在提供一種恒角剪刀及其制造方法。恒角剪刀既能增大所有刀刃點的平 均應(yīng)力，又能避免減小刀刃利用率。
[0049] 此處結(jié)合圖5解釋恒角剪刀的特征。如圖5所示，恒角剪刀包括7個組件：刀身 (Ia)、刀身（2a)、刀刃（Ib)、刀刃（2b)、連接軸（3a)、刀柄（Ic)和刀柄（2c);刀刃（Ib)在刀 身（Ia)上部，刀刃（2b)在刀身（2a)上部，刀柄（Ic)在刀身（Ia)下部，刀柄（2c)在刀身 (2a)下部；刀刃（Ib)和刀刃（2b)的邊緣為曲線且沿中軸線對稱；刀刃（Ib)的邊緣為Φ， 連接軸（3a)的連接點為0 ; (Ib)上刀刃起點為P，（Ib)上刀刃終點為Q ;用點0當(dāng)作2維坐標(biāo) 系的原點，用直線PO建立2維坐標(biāo)系的Y軸，Y軸的方向等于射線M的方向；過點Q作1條 垂直于Y軸的直線，其與Y軸的交點為R ;過原點〇作1條垂直于Y軸的X軸，X軸的方向等于 射線￥的方向；將射線亦逆時針旋轉(zhuǎn)弧度2 π，每隔^弧度，就用其與Φ的交點當(dāng)作Φ 的樣本，最終依次得到樣本集合{aj = Ia1, a2, a3,…，an};樣本ai的下標(biāo)i代表涵旋轉(zhuǎn)的 弧度為依次計算樣本Si的中軸角Cii，得到中軸角集合{aj = (Ci1, α2, α3，···，αη}; OU 計算集合{> J的算術(shù)平均值則
恒成立。
[0050] 圖4展示了恒角剪刀的旋轉(zhuǎn)軌跡，該恒角剪刀的刀刃邊緣為曲線段。當(dāng)?shù)度羞吘?B2I2先旋轉(zhuǎn)至曲線段D2F2，再旋轉(zhuǎn)至曲線段G 2H2時，恒角剪刀上任意刀刃點的中軸角都約等 于恒定值。圖4與圖3的參數(shù)存在以下關(guān)系：|b2o2| = Ib1O1U Ib2C2I = Ib1C1U Id2E2I = G1H1Uzo2B2C2 =ZO1B1C1O
[0051] 對于恒角剪刀，其上任意刀刃點的中軸角都約等于恒定值。因此，只要設(shè)置中軸角 β > α，恒角剪刀上的所有刀刃點都能產(chǎn)生較大的平均應(yīng)力。
[0052] 根據(jù)平面幾何理論，容易推斷：If2O2I = IzzlOlIo因此可推導(dǎo)得：
[0053]
[0054]
[0055]
[0056] 因為|b2o2| = Ib1O1I,所以上式可推導(dǎo)得：
[0057]
[0058]
[0059]
[0060]
[0061]
[0062]
[0063] 因此，恒角剪刀的刀刃利用率大于普通剪刀的刀刃利用率。
[0064] 綜上所述，恒角剪刀既能增大所有刀刃點的平均應(yīng)力，又能避免減小刀刃利用率。
[0065] 本發(fā)明中的恒角剪刀采用以下技術(shù)方案：
[0066] 1.建立刀刃（Ib)的邊緣方程，或者建立刀刃（2b)的邊緣方程；
[0067] 2.利用對稱方法，建立另一個刀刃的邊緣方程；
[0068] 3.針對目標(biāo)物的強度和摩擦系數(shù)，設(shè)置合適的方程參數(shù)；
[0069] 4.在刀刃（Ib)或刀刃（2b)的邊緣方程上確定1個刀刃起點和1個刀刃終點，并 將兩點極角所約束的閉區(qū)間當(dāng)作該刀刃邊緣的定義域。在該刀刃邊緣方程上，刪除刀刃邊 緣定義域以外的曲線；
[0070] 5.利用對稱方法，在另一個刀刃的邊緣方程上確定1個刀刃起點和1個刀刃終點， 并將兩點極角約束的閉區(qū)間當(dāng)作該刀刃邊緣的定義域。在該刀刃邊緣方程上，刪除刀刃邊 緣定義域以外的曲線；
[0071] 6.根據(jù)刀刃（Ib)和刀刃（2b)的邊緣方程，在刀身上加工出刀刃（Ib)和刀刃 (2b)。
[0072] 本發(fā)明具備以下優(yōu)勢：
[0073] 1.既能增大所有刀刃點的平均應(yīng)力，又能避免減小刀刃利用率。
[0074] 2.可以針對目標(biāo)物的摩擦系數(shù)，盡可能增大中軸角。設(shè)置特定中軸角的恒角剪刀， 能夠省力、穩(wěn)定地剪切特定目標(biāo)物，顯著優(yōu)化恒角剪刀的應(yīng)用性能。
【附圖說明】
[0075] 圖1為普通剪刀的主視圖。
[0076] 圖2為普通剪刀剪切物品的截面圖。
[0077] 圖3為普通剪刀的刀刃利用率圖。
[0078] 圖4為恒角剪刀的刀刃利用率圖。
[0079] 圖5為恒角剪刀的主視圖。
[0080] 圖6為刀刃（Ib)邊緣的直角坐標(biāo)方程圖。
[0081] 圖7為刀刃（Ib)邊緣的極坐標(biāo)方程圖。 具體實施方法
[0082] 下面結(jié)合具體實施例詳細描述本發(fā)明。
[0083] 如圖5所示，恒角剪刀實施例包括7個組件：刀身（la)、刀身（2a)、刀刃（lb)、刀 刃（2b)、連接軸（3a)、刀柄（Ic)和刀柄（2c);刀刃（Ib)在刀身（Ia)上部，刀刃（2b)在刀 身（2a)上部；刀柄（Ic)在刀身（Ia)下部，刀柄（2c)在刀身（2a)下部；刀刃（Ib)和刀刃 (2b)的邊緣為曲線段且沿中軸線對稱。
[0084] 恒角剪刀實施例的技術(shù)指標(biāo)為|α( - ,= 0 *超過恒角剪刀要求的技術(shù)指標(biāo) |β| -確< i ·首先，我們建立如圖6所示的直角坐標(biāo)系，原點為0,水平坐標(biāo)軸為X軸，垂直 坐標(biāo)軸為Y軸。其次建立刀刃（Ib)或者刀刃（2b)的邊緣方程。本實施例先建立刀刃（Ib) 的邊緣方程，再建立刀刃（2b)的邊緣方程。以下根據(jù)圖6,定義一些變量。
[0085] 原點0代表恒角剪刀連接點，曲線Ψ代表刀刃A2的邊緣，A點代表刀刃交點，射線 在?代表中軸線，直線AB代表曲線Ψ在A點處的切線，B為A點切線與X軸交點，射線CM'與