【藥品包裝機的結構設計及solidworks仿真研究12000字（論文）】

[17]。綜上所述，對本設計各個傳動方案的優(yōu)缺點進行了對比，帶傳動和齒輪傳動方案滿足要求，齒輪傳動采用直齒圓柱齒輪，造價低而且還沒有軸向力。因此藥品包裝機設計采用混合傳動的方式實現(xiàn)機構的運動。2.4確定主軸轉速橫封和豎封和切刀都是由主軸帶動的，使用凸輪運動進行間歇封裝，主軸和凸輪配合轉動一圈完成一次工作，因此藥品包裝機主軸的轉速就是機器生產(chǎn)的速度，因藥品包裝機的速度為，所以主軸的速度就為。2.5電機部分在機械設計中，電機驅動是作為廣泛的動力源之一，按工作電源分類：分為直流電動機和交流電動機。按結構及工作原理分類：可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。電機的選擇主要根據(jù)控制的要求和精度有關，藥品包裝機工作的功率小，相應需要的扭矩小。工作時，主軸帶動軸上零件轉動時需要的轉矩為由[16]得：機構運動主軸所選電機的額定功率應大于所需的功率，才可以使機構滿足使用要求。通常不計算發(fā)熱。選擇型號YS7124三相異步電動機,功率為370W，轉速。2.6整體方案設計通過上面的設計，確定藥品包裝機采用立式直線型的結構，如圖2-7所示為藥品包裝機整體的方案設計簡圖，此方案外形美觀，占地面積小，并且可以使結構相對簡單，順利的實現(xiàn)需要的包裝效果。在重力的作用下可以減少對包裝帶的牽引和送袋。送料、包裝、剪切等一次性完成，使整個過程更加流暢和穩(wěn)定。圖2-7總體設計1.漏斗2.支架3.料斗4.齒輪5.豎封機構6.主軸7.縱封機構8.隔板9.電機3.1橫封機構從動件不同的運動規(guī)律要求凸輪具有不同的輪廓曲線，橫封機構在設計時凸輪機構采用力封閉式。由[14]表13.5-5。具體參數(shù)表3-1所示。等速運動產(chǎn)生剛性沖擊，運動規(guī)律采用等加速等減速[17]運動規(guī)律。雖然會產(chǎn)生柔性沖擊，但是對機構的影響不大。因為封裝時需要有短暫時間的停頓，所以遠休止角度需要有一定的范圍，每轉一圈封裝，滿足封裝的效果。凸輪接觸采用滾子接觸方式，所以滾子與輪廓之間為滾動摩擦，磨損小[17]。兩個凸輪大小相等，方向相反,兩個凸輪固定成一個整體連接在軸上，可以抵消在軸上的力。接下來畫出凸輪的形狀，如圖3-1所示。表3-1凸輪的參數(shù)凸輪的參數(shù)數(shù)值基圓半徑推程運動角回程運動角遠休止角推程最大壓力角圖3-1凸輪形狀3.2豎封機構豎封機構中不需要裝切刀，所以凸輪的大小可以比橫封機構中的凸輪小，所以對應的升程位移也會比橫封機構小。采用相同的運動規(guī)律，雖然會產(chǎn)生柔性沖擊，但是機構的運動速度很小，所以對機構的運動影響并不大，滿足封裝效果。凸輪的參數(shù)見表3-2所示。每轉一圈封裝時間為，凸輪形狀如圖3-2所示。表3-2凸輪的參數(shù)凸輪的參數(shù)數(shù)值基圓半徑推程運動角回程運動角遠休止角推程最大壓力角3-2凸輪形狀3.3帶傳動的計算計算部分主要參考機械設計[2]。根據(jù)帶傳動傳動平穩(wěn)，增加傳動距離，有過載保護。選傳動比i=1,節(jié)省傳動空間，小帶輪直徑取，小帶輪轉速=1400r/min；（1）確定計算功率查[2]表8-8工作情況系數(shù)表得:所以計算功率:——計算功率，——工作情況系數(shù)，——所需傳遞的額定功率，（2）選取V帶帶型根據(jù)和的值，查[2]圖8-11確定帶型為：Z型普通V帶，滿足使用條件和經(jīng)濟效益。（3）驗算帶的速度所以帶的速度合適。（4）確定帶的基準長度和傳動中心距根據(jù)公式[2]:初步確定中心距：，計算帶的基準長度:根據(jù)[2]表8-2選擇普通V帶的基準長度:計算實際中心距：（5）驗算主動輪上的包角故主動輪上的包角合適。（6）計算V帶的根數(shù)由=1400r/min，，查《機械設計》[2]查表8-4得，查表[2]8-5得，查表[2]8-6得，查表[2]8-2得。所以：取根。（7）計算初拉力查《[2]表8-3得，所以：（8）計算作用在軸上的壓軸力3.4齒輪計算主軸上齒輪帶動轉盤下面的齒輪轉動，主軸上齒輪轉一圈，帶動轉盤轉四分之一圈所以取傳動比，主軸的轉速最大為80r/min。傳動效率取0.945主要參數(shù)：功率；（1）選取齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)選取齒輪類型、材料：選取直齒圓柱齒輪傳動，材料為HT250，硬度為170~241HBS；選取精度等級：藥品包裝機傳動為一般齒輪傳動，所以精度等級取8級；齒數(shù)：小齒輪取：；大齒輪取：（2）按齒面接觸強度設計由設計計算公式[1]10-9a進行試算，即確定上述公式內的各個數(shù)值大小：試選齒輪載荷系數(shù)小齒輪傳遞的轉矩：由[1]表10-7選取齒寬系數(shù),表[1]10-6查得鑄鐵的彈性影響系數(shù)為,表[1]10-21a按齒面硬度中間值206HBS得大小齒輪的接觸疲勞強度極限：由式[1]10-13計算齒輪的應力循環(huán)次：由[1]圖10-19得接觸疲勞強度壽命系數(shù)為：，計算接觸疲勞許用應力：取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得：（3）計算a)試算小齒輪分度圓直徑，帶入中較小值，b)計算圓周速度V:c)計算齒寬b和模數(shù):，d)計算載荷系數(shù)K查[1]表10-得使用系數(shù):根據(jù)，8級精度，由[1]圖10-8查得載荷系數(shù)：，直齒圓柱齒輪假設由[1]表10-3得：的計算式：載荷系數(shù)：e)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑為：f)計算模數(shù)m（4）按齒根彎曲強度設計a)確定公式內各個計算數(shù)值由[1]圖10-20c查得大小齒輪的彎曲疲勞強度極限為,由[1]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：，b)計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由公式[1]10-12得：c)計算載荷系數(shù)Kd)查取齒形系數(shù)由[1]表10-5查得:，e)應力校正系數(shù)由[1]表10-5查得:，f)計算大小齒輪的并加以比較對比一下發(fā)現(xiàn)小齒輪數(shù)值比較大（5）設計計算對比計算結果，由齒面接觸強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度的承受能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承受能力僅與齒輪直徑有關，由彎曲強度算的模數(shù)2.57mm，就近整數(shù)取2.5mm，按接觸強度算得的分度圓直徑。由此得，取，，取（6）幾何尺寸計算a)分度圓直徑b)中心距c)齒輪寬度（7）驗算與假設符合，所以符合要求。3.5主軸的設計與校核（1）軸的輸入功率和轉矩主軸的輸入功率為0.35kw，主軸的轉動速度為，軸的輸入轉矩為：（2）計算齒輪在軸上的力由前面計算已知主軸的轉速，功率,轉矩。小齒輪的齒數(shù)，模數(shù)，小齒輪的分度圓直徑為，可求得齒輪作用在軸上的力：圓周力：徑向力：軸向力：（3）確定凸輪作用在軸上的力由于凸輪受滾子作用力，其受力方向始終與兩接觸面的公法線方向相同，凸輪為成對的對稱式分布，故其作用力的徑向分力始終相互抵消，只存在切向力分力，所以凸輪對軸只存在轉矩作用。如圖兩對凸輪3-1、3-2所示。根據(jù)設計的彈簧彈力，可知，作用力的距離分別和，因此兩對凸輪對主軸產(chǎn)生的扭矩分別為：圖3.1圖3.2（4）初步確定軸的最小直徑圖4.3軸的結構圖初步選定主軸的材料為45號鋼，經(jīng)調質處理。根據(jù)[2]表15-3，取,于是得：。根據(jù)機構的結構，如圖4.3所示，可以得出，將主軸設計為光軸，主軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑，將其取為，長度為。其余部分考慮到鍵槽對軸的強度的影響，取直徑為，由[2]表6-1查得平鍵截面尺寸，軸的總長度為（5）求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結構圖，如圖4.3所示，做出軸的計算簡圖。如圖4.4所示。首先將軸上受力分解為水平分力和豎直分力，如圖4.4（a）所示。1）彎矩圖將水平方向力對取矩，可得：由水平合力為0可得:得到水平方向上的彎矩圖如圖4.4（b）所示，最大彎矩：將垂直方向上力對取矩，可得：由垂直方向合力為0得：得到垂直方向上的彎矩圖如圖4.4（c）所示，最大彎矩故可得B點處的總彎矩（如圖4.4（d）所示）：2）扭矩圖計算出軸的扭矩圖，如圖4.3（e）所示，由扭矩圖可以看出：最大扭矩為軸的輸入扭矩：圖4.4受力分析（6）按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面，即主軸的危險截面的強度。扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，故，軸的計算應力：前面已選定軸的材料為45鋼，正火處理，由[2]表15-1查得。因此，，所以安全。（7）校核軸的疲勞強度從應力集中對軸的疲勞強度的影響，從截面來看K處的應力集中最嚴重；從受載的情況來看，截面B點上的應力最大。截面B的應力集中的影響因素與截面K的影響因素相似,故只需要校核截面B左、右兩側即可，如圖4-5所示圖4-5軸截面B左側：抗彎截面系數(shù)：抗扭截面系數(shù)：截面Ⅵ左側的彎矩：彎曲應力為：扭矩：扭轉切應力為：軸的材料為45鋼，正火處理。由《機械設計》[2]表15-1得：，，。主軸截面上，在軸肩上形成的理論應力集中系數(shù)及按[2]附表3-2查取，得：，，得：，又由[2]附圖3-1得，軸的材料敏性系數(shù)為：，故有效應力集中系數(shù)為：由[2]附圖3-2得尺寸系數(shù)為:；又由附圖[2]3-3得扭轉尺寸系數(shù)為:。主軸按磨削加工處理，按附圖[2]3-4取得表面質量系數(shù)為：主軸未經(jīng)表面強化處理，即：得到綜合系數(shù)為：鋼的特性系數(shù)為：軸在截面右側的安全系數(shù)為：故知其安全。截面B的左側：由設計可得，該軸為光軸，故截面B左右兩側的截面參數(shù)和受力情況相同，故截面B的右側校核過程同左側相同，因此左側的安全系數(shù)也為：通過設計到校核我們可以得出該軸滿足使用要求。3.6鍵的選擇與校核根據(jù)上述設計主軸的直徑為20mm，參考[16]表8-50取得鍵的界面尺寸,鍵長,軸深度3.5mm,輪轂深度2.8mm。由公示[17]10-5校核擠壓強度：——轉矩，由上式計算得——軸徑，——鍵的高度，——鍵的工作長度，由《機械設計基礎》[18]表10-5得有輕微沖擊時許用擠壓應力所以擠壓強度符合要求。3.7軸承的選擇和校核1.軸承的選擇因為設計軸的直徑為20mm，查[16]表8-53,所以選擇標準深溝球軸承型號為6204，軸承外徑，寬度為。軸承的校核因為軸承只承受徑向力，即，所以：以小時數(shù)表示軸承的額定壽命：C——基本額定動載荷，查[16]表8-53得N——軸的轉速為P——徑向力——指數(shù)，因為為球軸承，所以取所以：在方案設計中設計壽命為10年，一年工作300日，每天工作10小時。所以此機器壽命為：兩者對比之下，所以軸承選擇合適，大大滿足使用要求。4.1SolidWorks介紹Solidworks軟件功能非常強大，里面的組件也非常繁多。同時它還具有易學易用和創(chuàng)新等非常好的特點，頁面良好的流暢度，組件的標準性，清晰的視覺窗口，減少的很多不必要的對話框，所以很大程度的減少界面的凌亂。這也使它成為現(xiàn)今非常主流的三維建模軟件。它在設計時還可以提高不同的設計方案，可以在不同的方案中選擇最好的方案，減少設計過程中的錯誤以及提高設計產(chǎn)品的質量。所以適合大多數(shù)的設計師，順利的達到自己預想使用效果，提高三維建模等工序的工作效率。4.2對藥品包裝機的建模和裝配（1）首先啟動Solidworks軟件，創(chuàng)建一個新的零件進行繪制。（2）使用相關命令繪制出要求的大齒輪，其模數(shù)為2.5、齒數(shù)為72、齒寬為45的齒輪。（3）對畫出的大齒輪進行開孔，分別如圖5-1所示。圖5-1大齒輪（4）接下來選擇新建零件對塑料包裝袋牽引輪進行建模，兩個大小相同的牽引輪安裝在一起。如下圖5-3所示。圖5-3牽引輪（5）接下來創(chuàng)建新的零件對放漏斗進行建模，通過兩個不同角度觀看漏斗的形狀。如圖5-4、5-5所示。圖5-4漏斗圖5-5漏斗（6）下料漏斗與定量斗轉盤之間的毛刷建模圖，三排毛刷具有非常重要的作用。如圖5-6所示。圖5-6毛刷（7）創(chuàng)建新的零件對定量斗整體的三維建模然后進行裝配，得到一個整體的定量斗，如圖5-7、5-8所示圖5-7定料斗圖5-8定料斗（8）接下來新建零件對切刀進行建模，使用命令把切刀制成鋸齒狀。如圖5-9所示。圖5-9切刀（9）接下里將帶輪與帶進行裝配，得到如圖5-10所示圖5-10帶傳動（10）通過命令操作對橫封機構進行裝配，得到如圖5-11所示。圖5-11橫封機構（11）使用命令操作對豎封機構進行裝配，得到如圖5-12所示。圖5-12豎封機構4.3三維建模整體裝配打開solidworks新建裝配體，進入裝配界面選擇瀏覽，找到需要裝配的零件，選擇并確定，右擊選擇的零件名，選擇浮動，這樣可以方便之后其他零件的裝配。在配合中將零件的前視基準面和坐標裝配模板前視基準面重合[5]，右視基準面與裝配體模板右視基準面重合。找到重合的基準面，依次插入零件進行裝配。最后得到一個裝配整體。如下圖5-13所示為藥品包裝機的整體三維建模圖。圖5-13藥品包裝機裝配體打開已經(jīng)裝配好的裝配體，在建立整體模型的基礎上作相關步驟。由于機構的零件過多，機構相對復雜，電腦不能夠支持這么多的零件運動仿真，太過卡頓。所以在整個裝配體的基礎上選擇橫封機構和豎封機構對其進行運動仿真分析。得到相關運動曲線，分析其運動的合理性。對運動仿真的機構進行裝配配合，添加零件的約束和連接屬性，固定其相對位置，首先對橫封機構作仿真，其升程為。得到加速度-時間曲線圖和速度-時間曲線圖，如圖5-1、5-2所示。5-1加速度-時間5-2速度-時間接下來對豎封機構進行運動仿真，由于豎封機構中無切刀，所以凸輪的大小要比橫封機構的小，所以其升程為，對應的曲線圖如下5-3、5-4所示。5-3加速度-時間5-4速度-時間本文設計了一種自動藥品包裝機設計方案，通過對該方案的分析和選擇和工作原理的論述，完成了該方案的機械傳動件的選型與計算，并根據(jù)實際情況進行理論分析計算，完成該方案的建模與運動仿真，利用軟件得出機器的運動曲線圖。并對機器運動曲線做簡單分析，最后完成此次畢業(yè)設計。由于時間的關系，本人因找工作和實習的原因，在有限的時間內完成全自動藥品包裝機畢業(yè)設計的書寫工作，壓力非常大。在這個過程中，設計難免會出現(xiàn)一些漏洞和缺陷。本文在前期設計時，做了大量的閱讀和調查工作，希望自己做出的設計更加完善，通過三維建模和運動仿真分析得出機器能夠運行且符合設計的要求。我希望自動藥品包裝機在未來的研究會光芒萬丈，對此出現(xiàn)無限遐想。希望繼續(xù)努力，為我國自動藥品包裝機在該領域的發(fā)展貢獻自己的一份小小的力量，將我國自主的機械產(chǎn)品發(fā)展到新領域，不必受制于歐美等發(fā)達國家的技術封鎖。未來是美好的，但是，付出是必須的。我們將一起努力，將機械行業(yè)做出新的高度。濮良貴,紀名剛.機械設計[J]第七版.北京:高等教育出版社,1996.濮良貴,陳國定,吳立言.機械設計[M]第十版.高等教育出版社,2019.王都陽,張建昌.藥