斜面冲击试验机的设计

　　斜面冲击试验主要是通过测量试样的冲击功,估算产品可承受的最大冲击力。对于需要运输的产品来说,冲击功的测试是非常重要的一个实验环节[1],也是检验产品包装可靠性的指标之一。因此,斜面冲击试验是包装工程专业学生必做的一项基础试验。目前,很多包装工程实验室并没有相应的试验设备,严重影响了实验教学。进行斜面冲击试验机的设计与开发有着十分重要的实际意义[2]。

　　1　整体方案设计

　　斜面冲击试验机的工作原理是利用小车在斜面某一高度所具有的势能,使试件随小车沿斜面下滑与冲击面板发生撞击,以产生冲击功。斜面冲击试验机是由冲击斜面、冲击面板及小车3部分构成,见图1。

　　图1　斜面冲击试验机结构

　　Fig.1 The structure of Incline Impact Testing Machine

　　为使小车能够在冲击斜面上顺利移动到相应位置,还需要配置一个卷扬机来拉动小车运动。通过液压机构抬起冲击面板,这种设计方案不仅使整个仪器结构简单、装卸方便,而且液压机构抬起的只是冲击面板,也使得仪器承载量小、能耗较少[3]。

　　2　传动方案的设计

　　2.1　电机的选择

　　此次设计的斜面冲击试验机适用的试件质量为50~100 kg,要求启停特性较好、噪音较小、操作简便且易于防护。根据上述要求,选择Y系列(IP44)三相异步电动机,电压380 V。

　　2.2　电机容量的选择

　　传动系统方案见图2。查询机械传动和摩擦副

　　图2　传动系统方案

　　Fig.2 The structure of transmission

　　的传动效率概略值[4],由图2确定各部分效率:V带传动效率η ₁=0.96,滚动轴承传动效率(一对)η ₂=0.99,闭式齿轮传动系统效率η ₃=0.97,联轴器传动效率η ₄=0.99,滚筒传动效率η ₅=0.96,代入公式(3)得:

　　η=0.96×0.99 ⁴×0.97 ²×0.99×0.96≈0.83

　　假定小车质量为50 kg,载重后最大质量为150kg,则提升所需拉力最大为1 500 N。斜面冲击试验机主要是用来测试冲击功的,因此在小车上升过程中不应有附加冲击,也就是说小车上升速度应该较小,故设计v=0.2 m /s。则所需电机功率为:

　　因载荷平稳,电动机功率Ped略大于Pd即可。查询Y系列三相异步电动机的技术数据,选定额定功率P _ed=0.55 kW。

　　3　小车的设计

　　小车尺寸为(长×宽×高)900 mm×900 mm×1000 mm,整体支架由钢管折弯而成,为节省空间,底板可折叠成“L”形重叠放置,见图3。小车的设计包