饮料包装机送料系统槽轮机构的实验分析班级：08机设1班小组成员：何宏雷宋盈盈温月华指导教师：解明利2011-11-17饮料包装机送料系统槽轮机构的实验分析一、实验目的1．了解槽轮机构，掌握槽轮机构的工作特点，加深对课堂教学内容的理解；2．训练科学实验的基本技能和工程实践的基本方法，养成严谨的科学态度和工作作风；3．培养应用所学理论知识独立分析、解决实际问题的能力和实际动手能力；4．对槽轮运动构件进行运动检测分析（位移、速度、加速度分析）。

二、小组分工情况实验是科学研究的重要方法之一，通过实验对我们所设计的槽轮机构系统进行研究，得到相应的数据。

根据本次实验内容，我们共同研究了饮料包装机槽轮系统的受力情况和速度特性，对槽轮机构进行建模，然后进行Matlab数据分析，得出槽轮机构的位移、速度、加速度的特性。

根据以上的理论知识，我们进行了实验设计，通过光栅角位移传感器采集自己在实验台上拼装的槽轮机构的角速度，然后与理论数据进行比较。

我们小组具体做了如下分工：我主要负责搜集资料—阅读与实验项目的有关教科书及参考资料，做到明确目的、了解实验原理，参与实验进行；宋盈盈同学主要负责联系实验、安排实验流程、是实际实验的主要操作者；温月华同学主要是进行实验数据处理，进行实验分析，与理论相比较。

三、实验仪器PCC-II型平面机构创意组合及参数可视化分析实验台3.1实验台机械结构该实验台主要由底座(安装平台)、平面连杆机构、凸轮机构、间歇机构、齿轮传动机构、带(链)传动等机构组成，以及动驱动组成。

其中间歇机构包含槽轮机构、不完全齿轮机构、棘轮机构等。

可根据设计需要进行设计和拼装。

3.2底座(安装平台)的组成图1 安装平台的组成1.走条2.左垂直支撑3.横梁组件4.内六角圆柱头螺钉M8X355.右垂直支撑6.支承角钢7.直流电机8.电机带轮9.走条螺母10.底板3.2.1安装平台由固定在底板(10)上的左、右垂直支撑、走条(1)等构件组成。

3.2.2左、右垂直支撑(2、5)有四条垂直于底板(10)且相互平行的直槽用于固定横梁组件(3)。

横梁组件(3)可在水平、垂直方向根据安装需要有级调整。

3.2.3走条(1)可在X、Y方向调整安装位置。

在直流电机(7)装有电机带轮(8)并用螺栓通过走条螺母(9)固定在走条(1)，可沿走条(1)上的直槽方向调整。

四、实验原理及设计传动系统的设计是机械系统设计中极其重要的一个环节，其中了解常用传动机构，合理设计传动系统是一个认识和创新的过程。

为了实现执行机构工作的需求（运动、动力），我们必须利用不同机构的组合系统来完成。

因此对于常用机构，如杆机构，齿轮传动机构，间歇运动机构，带、链传动机构的结构及运动特点应有充分的了解，在此基础上，我们可以利用它们所在组合成我们需要的传动系统。

图2 槽轮机构三维模型槽轮机构是一种典型的间歇运动机构，常用于包装机械、自动化生产线及某些自动机构中，以实现分度转位和间歇运动。

在某些特殊场合由于步进电机和伺服电机的防爆要求，大量应用槽轮机构来实现步进运动和间歇运动。

但槽轮机构在工作过程中槽轮的角速度随时变化，易引起惯性力产生的较大冲击和振动，使槽轮机构在工作中磨损严重，并使其传动精度和使用寿命大大降低。

本实验在应用经典力学理论，对槽轮机构进行受力分析的基础上，应用多体动力学理论和齿轮啮合观点，得到槽轮机构的接触动力学方程和动态接触力方程。

应用PCC-II型平面机构创意组合及参数可视化分析实验台，对槽轮机构进行运动模拟，验证动态接触力方程，为槽轮机构的设计和分析提供必要的理论基础和分析方法。

4.1槽轮机构受力分析图3 槽轮机构受力分析如图3所示，拨盘以等角速度转动。

设传动销的圆周力为F，r驱动槽轮转动的分力为F。

因为传动销至拨盘和槽轮中心的连线互n成90度。

所以当传动销刚进入轮槽的瞬问其圆周分力沿着槽线指向槽轮回转中心，不起传动作用，也无冲击。

但随着传动销的转动偏离90度的位置，r F 便产生驱动槽轮的分力n F 。

传动销驱动槽轮转动一个步距角β2的过程中，作用力n F 和槽轮的作用半径x R 是变化的，所以在传动过程中，存在不平衡性。

当槽数较多(Z≥8)时，平衡性较好。

如图3所示，则：)(21φφ+=coc F F r n（1）21cos cos φφR a R x -=（2）112cos /sin arctanφφφ-=R a （3）所以槽轮的输出转矩为：2121cos cos )cos(φφφφR a F R F Mr x n n-+== （4）由上可知槽轮的输出转矩随曲柄位置的变化而变化。

4.2槽轮机构速度特性分析在所研究槽轮机构中，其速度特性就是槽轮的角速度随时间变化的关系，进而可以求出槽轮机构运动时速度、加速度随时间变化的规律。

图4 槽轮机构几何关系如图4所示槽轮机构，假设时间2t 与t 所对应的槽轮转角分别为β2与π2。

为了避免圆销和径向槽发生刚性冲击，圆销开始进入或刚好脱出径向槽的瞬时，其线速度方向应沿着径向槽的中心线。

于是由图3可知：απβ22-=。

当有z 个均布槽时z/22πα=，则槽轮机构的运动系数为：z z 2/)2(2/2-==πβτ（1）在图4中，圆销的回转半径是不变的， 而在圆销推动槽轮运动的过程中，圆销至槽轮回转轴心的距离r 却是变化的。

由几何三角关系可知：αβsin sin r R =L r R =+αβcos cos（2）消去r ，将曲柄的相对长度LR /=λ代入可得：))cos 1/(sin arctan(βλβλα-=（3）对式（3）求导，令ωϕ=dt d /，得:t )cos 21/()(cos 21λαλλβλωω+--=(4)4.3检测分析系统实验台配备了硬件检测系统及软件分析系统，同时还具有两种调速方式。

硬件系统采用单片机与A/D 转换集成相结合进行数据采集，处理分析及实现与PC 机的通信，达到适时显示运动曲线的目的。

该测试系统先进、测试稳定、抗干扰性强。

同时该系统采用光电传感器、位移传感器和加速度传感器作为信号采集手段，具有较高的检测精度。

数据通过传感器与数据采集分析箱将机构的运动数据通过计算机串口送到PC机内进行处理，形成运动构件运动参数变化的实测曲线，为机构运动分析提供手段和检测方法。

本实验台电机转速控制系统有两种方式：（1）手动控制通过调节控制箱上的两个调速按钮调节电机转速；（2）软件控制在实验软件中用相关控件对单片机进行控制调节。

传感器安装：该实验台配备了一个光栅角位移传感器、一个直线位移传感器，可分别安装在旋转及移动构件上。

在每种机构的输入及输出端均有安装位置。

检测：实验台配有数据检测箱一个，上有传感器接口，面板上三个键为调速键，依次为“加速”、“减速”、“停止”，显示窗口将显示调速等（0----30）。

背板上有一个数字量接口和一个模拟量接口，将光栅传感器接线接在“数字通道”上，直线位移传感器接线接在“模拟通道”上即可。

运动曲线显示：被测构件的实时动态运动曲线由计算机相应软件进行显示，打开检测界面后，点击“采集”按钮即可显示被测构件的运动曲线。

另外，测试界面内也有调速控件，可通过计算机直接调节电机转速。

4.4实验设计基于以上我们所做的理论分析，用Matlab对槽轮机构进行运动仿真，仿真出来的曲线如下图所示图5 槽轮机构角位移—时间Matlab仿真曲线为了验证槽轮机构理论分析的正确性，我们进行了实验设计。

具体实施方案是在试验台的横梁组件上安装槽轮机构，电动机带动皮带轮转动，皮带轮通过皮带将转动传递给拨杆，由拨杆带动槽轮转动，从而实现间歇运动。

在槽轮转动处安装光栅角位移传感器，采集槽轮角位移与时间的关系曲线。

由于速度、加速度可由位移求导而得，进五、实验步骤1.确定机构的运动方式；2.设计所要拼装的机构；3.根据设计原理，选择有关零件并按装配图进行安装；4.机构运动正常后，用手拨动机构，检查机构运动是否正常；5.机构运动正常后，可将传感器安装在被测构件上，并连接在数据采集箱接线端上；6.打开采集箱电源，按“加速键”，逐步增加电机转速，观察机构运动；7.打开计算机，并进入“检测”界面，观察相应构件的运动情况，采集数据；8.实验完毕后，关闭电源，拆下机构。

六、实验结果PCC-II型平面机构创意组合及参数可视化分析实验台的光栅传感器的检测数据如下图所示图7 槽轮角位移—时间特性曲线七、实验结论及感想7.1实验结论（1）通过受力分析得到槽轮送料机构的工作阻力矩与驱动力矩之间关系的数学模型，为该机构在设计中进行动力计算提供了依据。

（2）由实验分析表明在确定槽轮结构参数时不仅要考虑其刚度和强度，还要考虑连接的可靠性。

（3）通过实验分析，我们用Matlab仿真得到的曲线和实测曲线基本一致。

7.2实验感想通过本次实验我们更深入的了解到了槽轮机构的特点，在以后的设计中可以更好的把这种机构运用到合理的地方中去。

实验使我们在理解理论知识的同时提高了我们的动手实践能力和创新能力，为以后的学习和工作打下了坚实的基础。