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文档简介

1、 学号: 密级:_ _胶囊产品填装及包装机构设计院(系)名 称:专 业 名 称 :学 生 姓 名 :指 导 教 师 :bachelors degree thesis of donghuw college wuhan universitycollege :subject :name : directed by : 郑重声明本人呈交的学位论文,是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产

2、权归属于个人。本人签名: 日 期: 摘要面对客户对药制品需求的多元化及市场竞争激烈化的严峻挑战,而国内企业还基本停留在测试仿制,自行开发能力弱的阶段,提高制药厂的药品生产效率及自动化程度,是企业提高生产率的重要途径。其中药品生产及包装设备的高效低耗更是至关重要。该课题就是要设计一个胶囊产品的填装及包装机构,以高效率的完成药品的填装、打包、贴标识并打印生产日期及成品搜集的4道工艺,并对其进行三维运动仿真以验证其合理和可行性。该设计具有一定的现实意义,其目的是提高制药厂的药品生产效率及自动化程度,为企业牟利。关键词 solidworks ;胶囊填装 ; 包装机构设计 ;abstractthe fa

3、ce of drug products, customer demand for diversified and competitive market of the severe challenge, while domestic enterprises still basically remain in the test of imitation, weak self-developed stage of pharmaceutical drugs to improve production efficiency and automation, is the business importan

4、t way to improve productivity. which pharmaceutical production and packaging equipment is more efficient low power consumption is critical. the subject is to design a capsule of the product and packaging, filled with high efficiency of the drug filled, packed, identity and the date of production and

5、 the collection of four process and the 3-d movement simulation to verify the reasonable and feasible. the design of the practical significance, its purpose is to improve the pharmaceutical factory pharmaceutical production efficiency and automation, for the business for profit.key word solidworks ;

6、 capsule filling ;packaging mechanism design提供更好的翻译建议感谢您为 google 翻译提供翻译建议。窗体顶端目录第一章:引言1第二章:胶囊产品填装及包装机构设计22.1设计内容及构想22.1.1设计内容要求概述22.1.2设计构想及简图32.2胶囊分离填充装置设计32.2.1分析设计要求32.2.2讨论系统方案32.2.3胶囊分离填充装置设计三维效果图及工作简图52.2.4胶囊分离填充装置及运动循环图62.2.5胶囊分离填充装置的传动机构设计62.2.5.1上盖传动机构设计62.2.5.2下盖槽轮机构的设计62.2.6胶囊分离填充装置工作流程72

7、.3药瓶灌装装置的设计8 2.3.1分析设计要求82.3.2讨论系统方案82.3.3药瓶灌装装置三维效果图及工作简图82.3.4曲柄滑块机构和内四槽轮机构的设计92.3.5灌装装置工作流程112.4打印标签装置的设计12 2.4.1分析设计要求122.4.2讨论系统方案132.4.3打印装置三维效果图132.4.4打印机构的尺寸设计及工作示意图142.5胶囊产品填装及包装机构整体传输方案152.5.1分析传输方式152.5.2传动比的计算16第三章:总结183.1分析技术问题183.2分析经济问题. 18参考文献 19致谢20附录21一、 引言我们要研究的课题是设计胶囊药品填充包装机构,纵观我

8、国的制药填充包装机械的发展:从无到有,从小到大;从仿制到自主研发,如今制药机械行业已初具规模,并在 gmp认证的几年中获得了长足发展。新产品日益增多,技术水平有了很大的改进,但不可否认我国医机行业的总体水平与国外还存在着不少的差距。 从产品结构看,我国填充包装机械配套数量少,缺少高精度和大型化产品,不能满足市场需求。产品质量差距表现在产品性能低,稳定性和可靠性差,外观造型不美观,表面处理粗糙,许多元器件质量差,寿命短、可靠性低,影响了整体产品的质量;机械性能落后,大多精度低、速度慢、平稳性差;控制水平低、自动性差、故障率高;从企业状况看,国内包装机械行业缺少龙头企业,生产规模大、产品档次高的企

9、业不多;从产品开发看,我国还基本停留在测试仿制阶段,自行开发能力弱,缺少科研生产中试基地,科研经费仅占销售额的 1% ,而国外高达 8%-10% 。面对客户需求多元化及市场竞争激烈化的严峻挑战,提高制药厂的药品生产效率及自动化程度,是企业提高生产率的重要途径。因此我们要对药品填装机构进行优化设计。在填充包装机械的设计方面,设计时考虑不充分,没有为进一步的改造留出足够的空间,致使设计的机械只能适应于几种简单的模版,不适应机械材料或模版尺寸的变化;精度低,平稳性差。我们要围绕两点进行创新设计:1.人性化设计。人性化设计就是在设计的过程中要充分考虑人的生理和心理因素,更加重视产品的“方便”、“舒适”

10、、“可靠”、“价值”、“安全”和“效率”等方面的评价,应不至于在长期使用过程中对操作者造成操作不适、易疲劳等生理或心理的不良反应以至伤害。它的最终目的是达到“人、产品、环境”的和谐统一。2,提高自动化程度。包装自动化已成为一种必然的趋势,在自动化的设计中我们要强调了“模块化”设计,将相关动作分解开来,并可方便的实现整体控制,增加了机械运行和调节的灵活性,提高整套机构的自动化,进而提高企业的生产率。并且利用solidworks软件对机构进行运动仿真,对机构进行运动学分析,从而检效我们设计的产品的可靠性。二、 胶囊生产填装及包装机构设计2.1设计内容及构想2.1.1设计内容及技术指导概述药品生产与

11、我们的生活息息相关,国内各大企业纷纷面临客户需求多元化及市场竞争激烈化得鏖战,因此提高生产率变成了企业的首要任务,其中药品生产及包装设备的高效低耗更是至关重要。该课题就是要设计一个胶囊产品的填装及包装机构,以高效率的完场药品的填装、打包、贴标示并打印生产日期的成品搜集的四道工艺,并对其进行三维运动仿真以验证其合理和可行性。该设计遇有一定的现实意义,其目的是提高制药厂的药品生产效率及自动化程度,为企业牟利。该课题从机械专业的本科教学实际出发,要求我们综合运用大学四年所学的相关课程理论力学、机械制图、机械原理、机械设计等课程和技术tuocad、solidworks,增强我们对理论的驾驭能力及动手实

12、践能力。且该项目具有一定的现实意义。1、原始数据 1)胶囊上下帽直径分别为7mm和6mm,高度为16mm和15mm.。 2)生产率20枚/min(每分钟填装20个胶囊,要求下帽装满药品)。 3)电动机选择y系列交流异步电动机。 4)每个药瓶装药量为50颗。 5)构件质量和转动惯量不计。 6)要求结构紧凑、传动性能优良、噪声尽量减小。 2、该机构的工作原理及主要工艺动作采用该机构能够自动完成制药厂生产的胶囊产品的药品填装、打包、贴标识及打印、药品搜集的完整工艺过程。主要工艺动作如下:(1)、粉末状药品的填装(2)、药品的打包(将填装好的胶囊产品装入瓶中)(3)、在包装好的产品瓶身上贴产品说明并打

13、印标识(生产日期)(4)、最终产品的搜集。2.1.2设计构想及简图 按照设计要求,我们设定四个机构来完成一系列工作,如下图所示:胶囊分离填充装置药瓶灌装装置药瓶打印标签装置药瓶上盖装置胶囊传输药瓶传输药瓶传输动力电机原料成品人工图2.1 填装机构流程图2.2胶囊分离填充装置设计2.2.1分析设计要求本部分的设计要求是实现胶囊的自动梳理,分离,以及药粉的填充,最后完成胶囊的封闭并把胶囊送入包装瓶中。根据实际要求本系统一共分为4个工位:第一工位:完成胶囊的梳理和胶囊在模具中的放置。第二工位:完成胶囊上下壳的分离。第三工位:完成药粉的填充以及模具的清理。第四工位:完成胶囊的封闭和胶囊的弹出。以上过程

14、通过系统的上盖的上下周期运动以及下盖的间歇转动实现。 2.2.2讨论系统方案 (1)采用单线程单模操作即系统仅有一个模具,模具在单线生产线上逐一完成各道工序。优点:设计方便,制造简单,成本低廉。缺点:效率低下,生产速度慢,不符合现在的高效要求。图2.2 单线程单模操作(2)采用单线程多模具操作即系统上有n道工序,流水线上采用n个模具。优点:效率高,制造同样简单。缺点:占地面积大,还要解决模具回到初始工位的问题,设计麻烦。图2.3 单线程多模具(3)采用环式多模具操作即系统上的模具全部环形排列,一个模具进行完最后一道工序后马上回到初始工位进行下一步动作。优点:设计简便,占地面积小,工作高效。缺点

15、:产量不如单线程多模具大。图2.4 环式多模具考虑到实际生产中的需求,要求系统能够高效,稳定的工作,并且尽可能使机构的结构紧凑,占有空间小,因此我们最终选定了方案3作为我们的最终方案。 2.2.3胶囊分离填充装置设计三维效果图及工作简图 三维效果图:图2.5 胶囊分离填充装置三维效果图工作示意图:图2.6 胶囊分离填充示意图2.2.4胶囊分离填充装置及运动循环图表 2.1 胶囊分离填充装置运动图表上盖下盖上升下降上升下降上升下降上升转停止下降转转转停止停止停止r2.2.5胶囊分离填充装置的传动机构设计 2.2.5.1上盖传动机构设计整个系统的传动主要分为两个部分:上盖的传动系统和下盖的传动系统

16、。而全部的动力来源是一个马达。上盖:上盖是做上下周期运动,设上盖的运动周期为t1 ,下盖的运动周期为t2,则t2=4t1。为了实现上盖的周期运动,我们考虑了两种方案:(1)凸轮机构: 采用凸轮机构对上盖进行传动,可以避免机构的刚性冲击,同时还能时机构的运动更加平稳,运动精度得到提高但是也会使要求的设计和制造精度得到提高,加大了难度。(2)曲柄机构: 采用曲柄机构对上盖进行传动,能够简化设计的过程,同时易于排除故障,零件的通用性很好。最终我们决定采用曲柄机构传动。2.2.5.2下盖槽轮机构的设计下盖是进行圆周的间歇运动,有不完全齿轮和槽轮两种选择,从设计的难易程度和精度上考虑,我们最终确定使用槽

17、轮机构。 槽轮机构主要参数如下: l=120mm s85 b取5mm圆销盘半径:r=r-b-r=75mm h=s-(l-r-r) (2.1) =85-(120-85-5) =55 槽轮机构如图示:图2.7 槽轮机构示意图2.2.6胶囊分离填充装置工作流程 第一工位:胶囊的梳理通过上盖上下的振动,使胶囊进入管道,再经过拨叉的拨动,使胶囊有序进入模具。图2.8胶囊梳理工作示意图第二工位:胶囊的分离采用低压真空装置,将上下壳分离开来,同时通过上盖的管道将上壳传送到第3工位备用。下壳依然留在模具里,继续进入下一道工位。第三工位:药粉的填充胶囊的下壳进入到这个工位,由上盖的第3管道对胶囊进行药粉的填充。

18、同时由轴上滑槽内的滑块上的清洁工具将撒出模具的药粉清除。第四工位:胶囊的闭合在这个工位,进行上下胶囊壳的闭合,通过气压装置,胶囊闭合后,下模具会将胶囊从模具里吹出,胶囊掉入机构下放的专用药瓶里。2.3药瓶灌装装置的设计 2.3.1分析设计要求:在转动工作台上对生产的胶囊进行连续灌装,转台有多工位停歇,以实现灌装、封口等工序。为保证这些工位上能够准确地灌装、封口,应有定位装置。 2.3.2讨论系统方案: 方案一:凸轮机构和半齿轮机构的组合 优点:凸轮的结构紧凑构件少,运转平稳。 缺点:凸轮机构的制造成本较高,半齿轮机构制造工艺要求高、成本高。 方案二:曲柄滑块机构和内四槽轮机构的组合 优点:造简

19、单,易于维修。 缺点:曲柄滑块机构制构件多,槽轮机构制造也相对复杂成本较高。综合对比两种方案,根据本机构对间歇运动的运动与间歇时间比例的要求我们最终选择方案二:曲柄滑块机构和槽轮机构的组合。2.3.3药瓶灌装装置三维效果图及工作简图图2.8 药瓶压盖三维效果图图aabaca图2.9 药品压盖简图2.3.4曲柄滑块机构和内四槽轮机构的设计(2.2)拨盘转过一周的时间为:(2.3)若拨盘上有k 个圆柱销,则拨盘每转一周, k 次拨动槽轮。每次拨动槽轮的运动时间为:(2.4)k 次拨动槽轮的运动时间为:由成产胶囊的速率来看,每分钟生产25个胶囊(每2.4秒生产一个胶囊)即大概每2.4秒钟就会有一个胶

20、囊从上一层工序(胶囊的分离填充封闭)进入本道工序。所以,为了满足和上道工序配合协调的要求我们选择使用的是有1个圆柱销的拨盘和60个内凹槽的从动轮组成的槽轮机构。其中拨盘的转速为0.5r/min,从动轮每次运动的时间是2秒,转动的角度是6度。处于静止状态的时间是118秒。另外,由于我们选用的盛装胶囊的直径d=50mm,所以为了满足拨盘每转动一下能够换一个药瓶的要求,承载药瓶的圆盘的直径d1必须满足下列条件:6d1/36050mm d11000mm由于d1实在太大,药瓶d相对太小,结构太不紧凑、美观、实用,所以这种直接方式不适合实际需要,下面我们选用一种间接方式来满足设计需要:用1个圆柱销的拨盘和

21、4个内凹槽的从动轮组成的槽轮机构和一个挡板四杆机构来满足工作需要,而且这样还有一个极大的好处,那就是后面的压盖和打印部分都可以在这一个槽轮所带动的工作台上面完成任务。这样就减去了中间的传输装置,简化了机械的结构,降低了生产成本。下面是工作原理示意图:槽轮药瓶挡板w1胶囊图2.10 胶囊装瓶原理图图示槽轮转四分之一圈所用时间为一分钟,然后停一分钟;挡板则封口t1分钟敞开t2分钟(其中t1t2,t1+t2=2分钟),如下图所示工作时间表:表2.2 槽轮与挡板运动时间表槽轮挡板t01m2m3m4m5m6m7m转停转封开封封封开开开停转停转停因为一分钟上道工序生产25个胶囊,一个药瓶装50个,所以2分

22、钟药瓶一轮换,其中挡板的作用是在槽轮转动过程中,将已生产出来的胶囊挡住,等槽轮停下来药瓶在正确位子时放出胶囊,如此即可满足设计要求。下图为其设计原理图:图2.11 胶囊装瓶三维效果图2.3.5灌装装置工作流程 1由电动机带动内槽轮运动实现转台的间歇运动以实现灌装和压瓶在同一流水线上。2采用软木塞或金属冠盖封口,它们可由气泵吸附在压盖机构上,由压盖机构压入瓶口 ,压盖机构由曲柄摇杆滑块机构实现。2.4打印标签装置的设计 2.4.1分析设计要求 在盖好盖子的药瓶上打印上药品的商标和生产日期2.4.2系统工作方案选择 方案一: 图2.12 方案一 凸轮滑块机构方案二:图2.13 方案二 摇杆导杆机构

23、方案三:图2.14 方案三 摇杆滑块机构方案一:利用凸轮的往复运动运动流畅稳定,但是凸轮设计较为复杂,设计和制造成本较高且不易维护。方案二:运动稳定、结构较为简单,易于维护但是a处的摩擦阻力较大,影响动力的有效利用,且需要定期润滑,维护成本较高。方案三:结构最为简单,设计和制造成本最为低廉,易于维护且维护成本低。缺点是运动不是很稳定,但本装置对精度要求不高。所以综合考虑整个机器设计结构的紧凑型为了合理利用空间,我们选择方案三。2.4.3打印装置三维效果图图2.15 打印装置三维效果图2.4.4打印机构的尺寸设计及工作示意图dbaeba 图2.16 滑块右极限位置deba图2.17 滑块左极限位

24、置设计要求:,打印头的运动行程是200mm在图2.16的位置是打印头右极限位置在图2.17的位置是打印头左极限位置将两图重合在一起可得到200mmdd+e图2.18 打印机构计算示意图根据勾股定理(d+e)2-d2=(200mm)2 且de考虑到机器结构的紧凑型和实用性兼顾制造成本我们最终选择e=100mm d=150mm2.5胶囊产品填装及包装机构整体传输方案2.5.1分析传输方式带传动:带传动是一种挠性传动。带传动可分为摩擦性带传动和啮合型带传动。平带传动结构简单,传动效率高,带轮也容易制造,在传动中心距较大的情况下应用较多。啮合型带传动一般也称为同步带传动。它通过传动带内表面上等距分布的

25、横向齿和带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动。与摩擦型带传动比较,同带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动,能够保证严格传动比。但同步传动对中心距及其尺寸稳定性要求较高。 链传动:链传动是一种挠性传动,他又链条和链轮(小链轮和大链轮)组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。与摩擦型带传动相比,链传动无弹性滑动和整体打滑现象,因而能保持准确的品均传动比,传动效率高;引文链条不需要像带那样张得很紧,所以作用于轴上的径向压力较小;链条采用金属材料制造,在同样的使用条件下,链传动的整体尺寸较小,结构较为紧凑;同时链条传动能在高温和潮湿的环境中工作。主要缺点是:只能实现平行轴间链轮的同向转动;运转

26、时不能保持恒定的顺势传动比;磨损后易发生跳齿;工作时有噪声;不宜用在在和变化很大、高速和急速反向的传动中。齿轮传动:齿轮传动的主要特点有:效率高,在常用的机械传动中,以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99%。这对大功率传动十分重要,因为即使效率只提高1%也有很大的经济效益。结构紧凑:在同样的使用条件下,齿轮传动所需要的空间尺寸一般比较小。工作可靠、寿命长:设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动,工作十分可靠,寿命可长达一、二十年,这也是其他机械传动不能比拟的。传动比稳定:传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高,价格较贵,且不宜用于传动距离过

27、大的场合。由于传输距离较远,电动机启动时的震动,电动机和各部分间的传输方式选择摩擦型带传动。胶囊填装装置、药瓶的灌装装置、打印装置之间由于存在一些大的齿轮以及这两个装置之间距离比较远。同时,胶囊填装装置和药瓶的灌装装置也需要严格的保持协调运动所以选用啮合型带传动。各个装置内部的传动因为需要严格的传动比以保证良好协调性所以选用齿轮传动。打印装置、药品瓶盖盖子的滑块曲柄机构用直齿锥齿轮传动,能够同时改变运动平面和保持良好的传动比。2.5.2传动比的计算根据设计要求每分钟至少生产20粒胶囊,为了方便设计和计算我们决定最后的生产率为每分钟生产25粒胶囊。我们选择的y系列交流异步电动机的转速为1000r

28、/min,满载转速为960r/min。胶囊分离填装装置下轮盘每转一周生产一枚胶囊,为了满足每分钟二十五枚胶囊的设计要求,系轮盘的转速为25r/min,所以主动拨盘的转速为100r/min。电动机上的小皮带轮的直径为50mm,带动胶囊分离填装装置的大皮带轮的直径300mm,传动比为1:3。则齿轮将实现传动比为3.2由大皮带轮带动的高速齿轮的齿数选择为:z1=30所以带动主动拨盘的低速齿轮的齿数选择为:z2=94模数m=2高速齿轮的分度圆直径d1=z1m=60mm低速齿轮的分度圆直径d2=z2m=188mm按照设计任务,每个药瓶装药量为50枚即2分钟装一瓶。为了满足这一需求,带动药瓶托盘转动的槽轮

29、机构的主动拨盘的转速为0.5r/min。由于药瓶的灌装装置的直接动力来源于上一道工序中与带动胶囊分离填充装置的槽轮机构的主动拨盘的齿轮在同一跟轴上的啮合型传送带的小皮带轮,所以初始转速为100r/min。这里我们采用小皮带轮直径为50mm,大皮带轮的直径是2500mm,传动比为1:5。则齿轮将实现传动比为40.高速齿轮的齿数z3=20低速齿轮的齿数z4=800模数m=2高速齿轮的分度圆直径d3=z3m=40mm低速齿轮的分度圆直径d4=z4m=1600mm 由前文可知承载药瓶的圆盘的直径d1必须满足d11000mm综合考虑最终决定承载药瓶的圆盘的直径d1=1650mm三、 总结3.1分析技术问

30、题本设计能够完满完成设计要求的各项技术要求,电动机带动齿轮传动,通过轴可以把这个旋转传递给药品的填装部分,且满足药品生产率。填装之后直接在下一工序就可以打印,最后通过拨叉将成品拨出工作台。本设计只用人工准备好胶囊,药品,药粒,其他全部由机械完成,特别人性化,操作极为简单方便。只有给几个机构的动力有传动,中间没有传输装置,结构特别简洁紧凑,精准高效。3.2分析经济问题设计中尽可能的选择标准件,有效的节约了成本,其他零件的设计也充分考虑到加工的工艺可行性。唯一不足就是效率不是很高,2分钟生产一瓶,还有待改进,初步设想可以提高几倍效率,但是会造成机械臃肿复杂,给以后的维修带来不便,所以没有采用那个方

31、案。总之,在经济性方面,该设计的整体方案还是极为可行的。参考文献1 徐锦康.机械设计m. 北京:高等教育出版社,2004. 2 孙桓,陈作模.机械原理第七版m .北京: 高等教育出版社,2006,5.3 璞良贵,纪名刚.机械设计第8版m .北京: 高等教育出版社,2006,5.4 邹慧君.机械原理课程设计手册m .北京: 高等教育出版社,2008,5.5 周长城. solid works2010中文版从入门到精通m .北京: 机械工业出版社,2010,1.6范正森. 机械零件参数的优化设计j. xx工业学院学报 ,2003.1.7齿轮手册编委会.齿轮手册下册m.机械工业出版社,2000,11.

32、8 美) neil sclate, nicholas p.chironis 编 邹平 译.机械设计实用机构与装置图册m.机械工业出版社,2007,4.9 陈国华.机械机构及应用m.机械工业出版社,2008,1.10 郑文虎.机械加工常用计算m.机械工业出版社,2009,1211崇凯.机械制造技术基础课程设计指南m.化学工业出版社,2007,3.12 孙开元,许爱芬.机械制图及公差测量速查手册m.化学工业出版社,2008,3. 13 hakata t,sato h,watanabe y,et al.effect of storange temperature on the physicochem

33、ical properities of soft gelatin capsulesj.chem pham bull, 1994,42(7):1496-1500.致谢本毕业论文是在我的导师xxx的亲切关怀和悉心指导下完成的。xxx老师严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,xxx老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。两年多来,xxx老师不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想上给我春风沐浴般的关怀,在此谨向xxx老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此,我还要感谢在一起愉快的度过大学生活各位同学,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服

34、一个一个的困难和疑惑,直至本文的顺利完成。 在论文即将完成之际,我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母,谢谢你们!附录a胶囊分离灌装机构图b胶囊分离填装机构槽轮机构图c胶囊装瓶机构图d药瓶压盖机构图e打印机构图f填装打印工作台g机构总装配图09/20 11:46 102机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及cad设计09/08 20:02 3kn微型装载机设计09/20 15:09 45t旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/30 15:32 5吨卷扬机设计10/30 17:12 c62

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