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圆柱模具式软胶囊剂设计【2013定做】【5张图纸】【优秀】

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关键词：: 圆柱模具软胶囊设计定做图纸优秀

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圆柱模具式软胶囊剂设计

57页 19000字数+说明书+外文翻译+5张CAD图纸

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外文翻译--新型六头软胶囊滴丸机控制系统的改进.doc

摘要

　　　软胶囊是指把一定量的原料、原料提取物加上适宜的辅料密封于球形、椭圆形或其他形状的软质囊中制成的剂型。软胶囊的特点有可塑性强、弹性大，装量均匀准确、精确性高，整洁美观、容易吞服、可掩盖药物的不适恶臭气味等。

　　　对于软胶囊的制造可以追溯到十九世纪末，由于科学与技术的限制，软胶囊的生产效率与成品率当然无法与现代相比，然而这种相对落后的生产方式为今后软胶囊技术的发展奠定了基础。现代软胶囊的制法有两种：滴制法和压制法。我国软胶囊制备的发源地在上海，《中国药志》记载是上海东海制药厂和上海延安制药厂，时间应该在上世纪40年代。随着科学技术不断发展，软胶囊机越来越先进，软胶囊制备技术也越来越完善。

　　　在这次设计中，我提出了两个方案，一是采用单电动机机械传动，圆柱模具式软胶囊剂。二是采用完全独立伺服电动机驱动。通过比较，方案一同步性高，便于控制。可实现简单有效的机构运动匹配并可以较快速连续工作并保证较好的成品率，选取方案一进行设计，之后对于减速箱进行了深入分析研究并进行设计。

关键词：软胶囊；胶囊；软胶囊机；模具

第一章绪论1

1.1 软胶囊的定义和产生历史1

1.1.1 软胶囊的定义1

1.1.2 软胶囊的产生和制造历史1

1.2 软胶囊特点及制作方法2

1.2.1 软胶囊的特点2

1.2.2 软胶囊的工艺要求3

1.2.3 软胶囊的制作方法3

1.2.4 软胶囊产品生产质量好坏的评价标准5

1.3 软胶囊的制造发展及现状5

1.3.1 软胶囊机的现代工艺5

1.3.2 软胶囊制备发展现状6

1.3.3 我国软胶囊制备工艺发展8

1.4 软胶囊机设计的研究内容9

第二章功能原理设计10

2.1 软胶囊机的组成及分析10

2.2 软胶囊工作流程11

2.3 影响软胶囊成形的因素12

2.4 软胶囊主机功能原理分析13

2.5 软胶囊机工作的同步性14

第三章系统方案设计16

3.1 机械系统总体设计16

3.1.1 工艺要求和设计要求16

3.1.2 设计方案的提出和选定16

3.2 软胶囊机主机机械系统参数设计18

3.2.1 模具参数设计18

3.2.2 电动机参数选用19

第四章系统结构设计20

4.1 主机总体结构设计20

4.2 减速箱结构设计21

4.3 滚模结构设计24

第五章运动方案设计25

5.1 减速箱运动方案设计25

5.2 柱塞泵机构运动方案设计26

第六章主机机械系统主要零部件强度校核计算27

6.1 蜗轮蜗杆的计算与校核27

6.2 齿轮的校核与计算31

6.3 传动轴的强度校核37

6.3.1 蜗轮所在轴强度校核37

6.3.2 主动齿轮轴校核计算44

6.4 轴承的选取及校核46

6.5 联轴器的选择49

第七章设计总结51

致谢52

参考文献53

1.2.2 软胶囊的工艺要求

　　　软胶囊生产车间应用空调保持恒温，恒湿。配料间保持室温20～28摄氏度。RH60%以下。压丸间保持室温21～24摄氏度。RH40％～55％。干燥间保持室温24～30摄氏度.RH40%以下。拣丸间保持室温20～28摄氏度。RH60%以下。

1.2.3软胶囊的制作方法

　　　1. 压制法：第一步，要配制囊材胶液。根据囊材配方，将明胶放入蒸馏水中浸泡使其膨胀，待明胶溶化后把其他物料一并加入，搅拌混合均匀；第二步，制胶片。取出配制好的囊材胶液，涂在平坦的板表面上，使厚薄均匀，然后用90℃左右的温度加热，使表面水分蒸发，成为有一定韧性、有一定弹性的软胶片。第三步，压制软胶囊。小批量生产时，用压丸模手工压制；大批量生产时，常采用自动旋转轧囊机进行生产。

　　　2. 滴制法：滴制法是指通过滴制机制备软胶囊的方法。制作时需注意胶液的配方、粘度，以及所有添加液的密度与温度。

　　　1.3 软胶囊的制造发展及现状

1.3.1 软胶囊机的现代工艺

　　　现代软胶囊的制法有两种，即滴制法和压制法。

　　　采用滴制机生产软胶囊剂，是将油料加入料斗中；明胶浆加入胶浆斗中，并保持一定温度；盛软胶囊器中放入冷却液（必须安全无害，和明胶不相混溶，一般为液体石蜡、植物油、硅油等），根据每一胶丸内含药量多少，调节好出料口和出胶口，胶浆、油料先后以不同的速度从同心管出口滴出，明胶在外层，药液从中心管滴出，明胶浆先滴到液体石蜡上面并展开，油料立即滴在刚刚展开的明胶表面上，由于重力加速度的道理，胶皮继续下降，使胶皮完全封口，油料便被包裹在胶皮里面，再加上表面张力作用，使胶皮成为圆球形，由于温度不断的下降，逐渐凝固成软胶囊，将制得的胶丸在室温（20～30度）冷风干燥，再经石油醚洗涤两次，再经过95％乙醇洗涤后于30～35度烘干，直至水分合格后为止，即得软胶囊。制备过程中必须控制药液、明胶和冷却液三者的密度以保证胶囊的有一定的沉降速度，同时有足够的时间冷却。滴制法设备简单，投资少，生产过程中几乎不产生废胶，产品成本低。

　　　软胶囊制备常采用压制机生产，将明胶与甘油、水等溶解制成胶板会胶带，再将药物置于两块胶板之间，调节好出胶皮的厚度和均匀度，用钢模压制而成。连续生产采用自动旋转扎囊机，两条机器自动制成的胶带向相反方向移动，到达旋转模前，一部分已加压结合，此时药液从填充泵中经导管进入胶带间，旋转进入凹槽，后胶带全部轧压结合，将多余胶带切割即可，制出的胶丸，先冷却固定，再用乙醇洗涤去油，干燥即得。压制法产量大，自动化程度高，成品率也较高，计量准确，适合于工业化大生产。1.4软胶囊机设计的研究内容

针对现代软胶囊的生产方式，本论文从机械设计角度出发，对压制软胶囊机主机的机械部分进行系统设计。以下为研究对象的工艺要求：

1）软胶囊生产能力：10000～30000粒/h；

　　　2）电机功率要求：1.5kw；

　　　3）主机尺寸要求：≤850×850×900mm

　　对研究方法和研究手段的要求：

1）运用大学所学基础理论及专业知识，进行正确地计算分析，有一定的创新性；

2）结构方案论证及设计计算；

　　　3）运用计算机进行编程计算及绘图.

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内容简介：: 北京工商大学毕业论文（设计）摘要摘要软胶囊是指把一定量的原料、原料提取物加上适宜的辅料密封于球形、椭圆形或其他形状的软质囊中制成的剂型。软胶囊的特点有可塑性强、弹性大，装量均匀准确、精确性高，整洁美观、容易吞服、可掩盖药物的不适恶臭气味等。对于软胶囊的制造可以追溯到十九世纪末，由于科学与技术的限制，软胶囊的生产效率与成品率当然无法与现代相比，然而这种相对落后的生产方式为今后软胶囊技术的发展奠定了基础。现代软胶囊的制法有两种：滴制法和压制法。我国软胶囊制备的发源地在上海，中国药志记载是上海东海制药厂和上海延安制药厂，时间应该在上世纪 40 年代。随着科学技术不断发展，软胶囊机越来越先进，软胶囊制备技术也越来越完善。在这次设计中，我提出了两个方案，一是采用单电动机机械传动，圆柱模具式软胶囊剂。二是采用完全独立伺服电动机驱动。通过比较，方案一同步性高，便于控制。可实现简单有效的机构运动匹配并可以较快速连续工作并保证较好的成品率，选取方案一进行设计，之后对于减速箱进行了深入分析研究并进行设计。关键词关键词：软胶囊；胶囊；软胶囊机；模具北京工商大学毕业论文（设计）AbstractSoft capsule is to a certain amount of raw material, raw material extract with the appropriate accessories sealed in the spherical, oval or other shapes made of soft capsule formulations. The characteristics of a soft capsule plasticity, elasticity, loading of uniform accuracy and precision, neat, easy to swallow, could not cover up the foul smell of drugs. For the manufacture of soft capsules can be traced back to the late nineteenth century, as science and technology constraints, soft capsule production efficiency and yield of course can not be compared with the modern, but the relatively backward methods of production technology for the future development of the soft capsule lay the foundation. The making of modern soft capsule has two: dropping method and suppression methods. The birthplace of Chinas soft capsule preparation in Shanghai, Chinese Medicine Chi is recorded in Shanghai Donghai Pharmaceutical Factory and Shanghai Yanan pharmaceutical factory, the time should be 40s of last century. With the continuous development of science and technology, more and more advanced machine soft capsule, soft capsule preparation techniques become more perfect. In this design, I put forward two proposals, one single electrical mechanical transmission, cylindrical mold soft capsules. Second, with fully independent servo motor drives. By comparison, the program of a synchronization and easier to control. Enables simple and effective body movement and can be matched more quickly and to ensure continuous good yield, select a design program, then the gear box in-depth analysis and design. Keywords: soft capsule；capsule；soft capsule machine；mold北京工商大学毕业论文（设计）目录目录第一章第一章绪论绪论.11.11.1 软胶囊的定义和产生历史软胶囊的定义和产生历史.1.1 软胶囊的定义软胶囊的定义.1.2 软胶囊的产生和制造历史软胶囊的产生和制造历史.11.21.2 软胶囊特点及制作方法软胶囊特点及制作方法.2.1 软胶囊的特点软胶囊的特点.2.2 软胶囊的工艺要求软胶囊的工艺要求.3.3 软胶囊的制作方法软胶囊的制作方法.3.4 软胶囊产品生产质量好坏的评价标准软胶囊产品生产质量好坏的评价标准.51.31.3 软胶囊的制造发展及现状软胶囊的制造发展及现状.5.1 软胶囊机的现代工艺软胶囊机的现代工艺.5.2 软胶囊制备发展现状软胶囊制备发展现状.6.3 我国软胶囊制备工艺发展我国软胶囊制备工艺发展.81.41.4 软胶囊机设计的研究内容软胶囊机设计的研究内容.9第二章第二章功能原理设计功能原理设计.102.12.1 软胶囊机的组成及分析软胶囊机的组成及分析.102.22.2 软胶囊工作流程软胶囊工作流程.112.32.3 影响软胶囊成形的因素影响软胶囊成形的因素.122.42.4 软胶囊主机功能原理分析软胶囊主机功能原理分析.132.52.5 软胶囊机工作的同步性软胶囊机工作的同步性.14第三章第三章系统方案设计系统方案设计.163.13.1 机械系统总体设计机械系统总体设计.16.1 工艺要求和设计要求工艺要求和设计要求.16.2 设计方案的提出和选定设计方案的提出和选定.163.23.2 软胶囊机主机机械系统参数设计软胶囊机主机机械系统参数设计.18.1 模具参数设计模具参数设计.18.2 电动机参数选用电动机参数选用.19第四章第四章系统结构设计系统结构设计.204.14.1 主机总体结构设计主机总体结构设计.204.24.2 减速箱结构设计减速箱结构设计.214.34.3 滚模结构设计滚模结构设计.24第五章第五章运动方案设计运动方案设计.255.15.1 减速箱运动方案设计减速箱运动方案设计.255.25.2 柱塞泵机构运动方案设计柱塞泵机构运动方案设计.26第六章第六章主机机械系统主要零部件强度校核计算主机机械系统主要零部件强度校核计算.27北京工商大学毕业论文（设计）6.16.1 蜗轮蜗杆的计算与校核蜗轮蜗杆的计算与校核.276.26.2 齿轮的校核与计算齿轮的校核与计算.316.36.3 传动轴的强度校核传动轴的强度校核.37.1 蜗轮所在轴强度校核蜗轮所在轴强度校核.37.2 主动齿轮轴校核计算主动齿轮轴校核计算.446.46.4 轴承的选取及校核轴承的选取及校核.466.56.5 联轴器的选择联轴器的选择.49第七章第七章设计总结设计总结.51致致谢谢.52参考文献参考文献.53北京工商大学毕业论文（设计）0第一章第一章绪论绪论1.11.1软胶囊的定义和产生历史软胶囊的定义和产生历史.1 软胶囊的定义软胶囊的定义软胶囊是指把一定量的原料、原料提取物加上适宜的辅料密封于球形、椭圆形或其他形状的软质囊中制成的剂型，是继片、针剂后发展起来的一种新剂型，系将油状药物、药物溶液或药物混悬液、糊状物甚至药物粉末定量压注并包封于胶膜内，形成大小、形状各异的密封胶囊，可用滴制法或压制法制备。软胶囊囊材是用明胶、甘油、增塑剂、防腐剂、遮光剂、色素和其它适宜的药用材料制成，安全性高。其大小与形态有多种，有球形（0.150.3ml）、椭圆形（0.100.5ml）、长方形（0.30.8ml）及筒形（0.44.5ml）等，可根据临床需要制成内服或外用的不同品种，胶囊壳的弹性大，故又称弹性胶囊剂或称胶丸剂。.2 软胶囊的产生和制造历史软胶囊的产生和制造历史实际上，基于相比于其他剂型所具备的独特优势，软胶囊的诞生已经有了相当长的一段历史。对于软胶囊的制造可以追溯到十九世纪末，由于科学与技术的限制，软胶囊的生产效率与成品率当然无法与现代相比，然而这种相对落后的生产方式为今后软胶囊技术的发展奠定了基础。早期的软胶囊生产中采用可溶性的片状明胶,将其置于表面具有空心模孔的多孔板形模具上,将药用液体按照期望供给量浇注于片状明胶上,再将另一张片状明胶覆盖在药液液面上并保证排除所有气泡,同时上下明胶的边缘重叠.将同样的多孔模具空心模孔方向相反放置于上层明胶上,然后将整合模具置于液压环境下.当上下模具受迫挤压闭合,液体无法溢出,在压力的作用下药液向上下两方向挤压具有弹性的明胶,这样形成模具模孔中上下各一半的胶囊形状,最终模具的上下压合实现明胶的切割,边缘的重叠实现胶囊的封闭.在此类加工工艺下,靠近模具中心的胶囊中液体多于分布于模具周边的胶囊中液体的情况时常发生.针对这种情况是由于上层明胶在放置时不能保证平坦贴合下端模具,从而导致两层明胶之间靠近模具部分存在膨胀趋势.北京工商大学毕业论文（设计）1加之明胶存在薄厚不均匀与张力不一致情况, 胶囊皮在过度拉伸下经常呈现两侧不对称的胶囊而不得不被遗弃。1.21.2 软胶囊特点及制作方法软胶囊特点及制作方法.1 软胶囊的特点软胶囊的特点美国 2009 年一项调查表明，在保健食品、药品的剂型（包括片剂、硬胶囊和软胶囊等剂型）中，52.6的顾客最欢迎的是软胶囊剂型。软胶囊的优势如此明显，源于它具有以下的几个特点：1. 整洁美观、容易吞服、可掩盖药物的不适恶臭气味。2. 软胶囊的可塑性强、弹性大。3. 软胶囊可弥补其他固体剂型的不足，如含油量高或液态药物不易制成丸剂、片剂时，可制成软胶囊。4. 装量均匀准确，溶液装量精度可达1，尤适合装药效强、过量后副作用大的药物，如甾体激素口服避孕药等。5. 软胶囊完全密封，其厚度可防氧进入，故对挥发性药物或遇空气容易变质的药6. 物可以提高其稳定性，并使药物具有更长的存储期。7. 适合难以压片或贮存中会变形的低熔点固体药物。8. 可提高药物的生物利用度。9. 可做成肠溶性软胶囊及缓释制剂。10. 若是油状药物，还可省去吸收、固化等技术处理，可有效避免油状药物从吸 11. 收辅料中渗出，故软胶囊是油性药物最适宜的剂型。12. 此外，低熔点药物、生物利用度差的疏水性药物、不良苦味及臭味的药物、微量活性药物及遇光、湿、热不稳定及易氧化的药物也适合制成软胶囊。13. 外型美观，受人欢迎。软胶囊与其他剂型不同之处在于，软胶囊可以根据不同需要，生产成各种不同的、受人欢迎的形状，更吸引顾客。综上所述，软胶囊具备生物利用度高、含量准确、均匀性好、服用方便、外形美观等特点。因此软胶囊是油性功能性物质、保健食品最适宜的剂型。近年来，中药产品的再开发，更是以软胶囊剂型为主。北京工商大学毕业论文（设计）2图 1.1 软胶囊.2 软胶囊的工艺要求软胶囊的工艺要求软胶囊生产车间应用空调保持恒温，恒湿。配料间保持室温 2028 摄氏度。RH60%以下。压丸间保持室温 2124 摄氏度。RH4055。干燥间保持室温2430 摄氏度.RH40%以下。拣丸间保持室温 2028 摄氏度。RH60%以下。.3 软胶囊的制作方法软胶囊的制作方法1. 压制法：第一步，要配制囊材胶液。根据囊材配方，将明胶放入蒸馏水中浸泡使其膨胀，待明胶溶化后把其他物料一并加入，搅拌混合均匀；第二步，制胶片。取出配制好的囊材胶液，涂在平坦的板表面上，使厚薄均匀，然后用 90左右的温度加热，使表面水分蒸发，成为有一定韧性、有一定弹性的软胶片。第三步，压制软胶囊。小批量生产时，用压丸模手工压制；大批量生产时，常采用自动旋转轧囊机进行生产。2. 滴制法：滴制法是指通过滴制机制备软胶囊的方法。制作时需注意胶液的配方、粘度，以及所有添加液的密度与温度。北京工商大学毕业论文（设计）3图 1.2 软胶囊滴丸机图 1.3 软胶囊平模压丸机北京工商大学毕业论文（设计）4.4 软胶囊产品生产质量好坏的评价标准软胶囊产品生产质量好坏的评价标准软胶囊产品质量好坏的评价指标主要有关键几点： 1产品的崩解性，这是产品能否为人体吸收的重要指标。中国药典规定软胶囊必须在 60 分钟内完全崩解，而英国药典、美国药典要求软胶囊产品必须在 30 分钟内完全崩解。如果达不到这个要求，意味着该产品不能在人体内及时释放出有效成分，也就谈不上被人体吸收了。 2产品的装量差异，这是软胶囊产品的重要指标之一，中国药典、英国药典、美国药典等均有规定，一般要求 500 毫克以下软胶囊产品装量差异不得超过75，500 毫克以上不得超过5。如达不到这个要求，意味着该产品有效成分的剂量不准确，有些含较多的有效成分，有些含量较少，影响产品的使用效果。 3产品的均匀度，虽然不同的软胶囊产品对产品均匀度的规定不同，但软胶囊产品，尤其是植物提取物等含固体物软胶囊产品，如果不能做到完全乳化均匀，这意味着该产品有效成分的剂量不准确，同样会影响产品的使用效果。 4产品的微生物检测，各种细菌指标是软胶囊产品质量好坏的重要指标之一，如果产品微生物指标超标，意味着使用该产品不但不能产生医疗、保健等效果，反而可能会引起各种疾病。如大肠杆菌超标，可能引起腹泻、中毒等疾病，各种致病菌的超标，会引起各种感染、中毒等。这些指标等均需要相应的实验仪器、设备等由专业人士来完成检测并提供相应的实验报告。 1.31.3 软胶囊的制造发展及现状软胶囊的制造发展及现状.1 软胶囊机的现代工艺软胶囊机的现代工艺现代软胶囊的制法有两种，即滴制法和压制法。采用滴制机生产软胶囊剂，是将油料加入料斗中；明胶浆加入胶浆斗中，并保持一定温度；盛软胶囊器中放入冷却液（必须安全无害，和明胶不相混溶，一般为液体石蜡、植物油、硅油等），根据每一胶丸内含药量多少，调节好出料口和出胶口，胶浆、油料先后以不同的速度从同心管出口滴出，明胶在外层，药液从中心管滴出，北京工商大学毕业论文（设计）5明胶浆先滴到液体石蜡上面并展开，油料立即滴在刚刚展开的明胶表面上，由于重力加速度的道理，胶皮继续下降，使胶皮完全封口，油料便被包裹在胶皮里面，再加上表面张力作用，使胶皮成为圆球形，由于温度不断的下降，逐渐凝固成软胶囊，将制得的胶丸在室温（2030 度）冷风干燥，再经石油醚洗涤两次，再经过 95乙醇洗涤后于 3035 度烘干，直至水分合格后为止，即得软胶囊。制备过程中必须控制药液、明胶和冷却液三者的密度以保证胶囊的有一定的沉降速度，同时有足够的时间冷却。滴制法设备简单，投资少，生产过程中几乎不产生废胶，产品成本低。软胶囊制备常采用压制机生产，将明胶与甘油、水等溶解制成胶板会胶带，再将药物置于两块胶板之间，调节好出胶皮的厚度和均匀度，用钢模压制而成。连续生产采用自动旋转扎囊机，两条机器自动制成的胶带向相反方向移动，到达旋转模前，一部分已加压结合，此时药液从填充泵中经导管进入胶带间，旋转进入凹槽，后胶带全部轧压结合，将多余胶带切割即可，制出的胶丸，先冷却固定，再用乙醇洗涤去油，干燥即得。压制法产量大，自动化程度高，成品率也较高，计量准确，适合于工业化大生产。.2 软胶囊制备发展现状软胶囊制备发展现状目前，软胶囊制剂发展很快，世界上现已拥有转模式软胶囊制造机 560 多台，年产量超过 600 亿粒，品种多达 3600 余种。美国是世界上最大的软胶囊生产国，销售量居世界之最，其次为德国、英国。全世界软胶囊剂销售额达 3 亿美元，其中滋补营养品占 70%以上，在发达国家有广阔的市场。中国软胶囊制剂在 70 年代前期均采用模压法生产，设备落后，产品质量差。80年代以来，软胶囊剂生产厂纷纷引进旋转式软胶囊机，生产能力、技术水平、产品品种有了发展和提高，逐步摆脱了落后的手工操作，向机械化自动化方向发展，在中国软胶囊剂的发展史上是一个新的突破和转折。30 年来中国软胶囊制剂发展迅速，70、80 年代开发的脉通、月见草油和多烯康胶丸，90 年代开发的藿香正气软胶囊、复方丹参软胶囊、麻仁软胶囊和环孢菌素软胶囊等均受好评。1. 设备得到更新，据不完全统计，中国现有 30 多个厂家生产软胶囊剂，拥有旋转式软胶囊机 60 余台，其中从意大利、英国、日本、加拿大和美国等国家引进约25 台，其余则由航天工业部十五所和上海延安制药厂研制，发展之快，令人瞩目。北京工商大学毕业论文（设计）6 2.品种产量不断增加，目前，中国软胶囊剂，品种已发展到 40 多个，年产量已达 30 多亿粒，厂房得到改造，品种增加，产品的色泽、形状新颖，得到中消费者的欢迎和信任，逐步向国际水平靠拢，赢得外商的好评，出现了历史上罕见的“软胶囊热”图 1.4 软胶囊设备3.新材料已经出现，软胶囊（Soft Capsule）自 1935 年问世以来已成为目前临床应用最广泛的药用制剂之一。许多油状，液状甚至膏状原料药均可加工成软胶囊剂。世界各国已上市的各类软胶囊制剂多达数百种，其中包括 VE 软胶囊、月见草软胶囊、多烯康软胶囊、深海鱼油软胶囊等常用的品种和形形色色的保健品制剂软胶囊（如鱼肝油软胶囊、锯叶棕油软胶囊等等）。软胶囊与硬胶囊一样均使用药用明胶为主要原料。明胶来自动物屠宰后的副产品（主要是猪、牛、羊骨以及猪皮和牛皮）。但 90 年代以来英国发生了震惊世界的疯牛病事件从而波及到明胶市场。因为欧洲人喜食牛肉，故牛骨与牛皮是欧洲明胶工业的主要原料。由于公众对疯牛病的普遍担心与恐慌，一些环保组织（如绿色和平组织）开始抵制来自牛副产品的明胶。与此同时，信奉伊斯兰教的国家要求进口明胶必须是“清真”的（即不能掺杂有猪皮和猪骨提取的明胶）。但实际上对于明胶生产厂来说，由于从各地收购的动物骨大多混杂堆放在一起，很难彻底分开，故要求生产明胶的原料绝对符合“清真”要求恐怕操作难度较大。在这种情况下，一些北京工商大学毕业论文（设计）7伊斯兰国家也抵制明胶软胶囊制剂的进口。这就给传统的软胶囊制剂产业造成很大冲击。寻找非动物来源的明胶替代产品作为软胶囊辅料已成为当务之急。.3 我国软胶囊制备工艺发展我国软胶囊制备工艺发展我国软胶囊制备的发源地在上海，中国药志记载是上海东海制药厂和上海延安制药厂，时间应该在上世纪 40 年代。上海东海制药厂起先历来使用的是平板模半自动软胶囊压丸机，接着又具备了可以制备含片芯软胶囊的工艺技术，于上世纪 50 年代研制出国产第一台软胶囊滴丸机，文革后又自我设计制造出国内外唯一的块模软胶囊滴丸机，薛荣林老技师是中国第一代国产软胶囊机的设计和制造者之一。上世纪 80 年代，我国从国外引进了第一批滚模式全自动软胶囊机，主要是MARK II 型机。几乎不久，我国北京航天工业部十五研究所和上海延安制药厂分别测绘研制软胶囊机，北京航天工业部十五研究所率先研制制造出国产 RJNJ 2 型滚模式全自动软胶囊机，随后又起草了第一部企业产品标准，报国家后相应制订了我国第一份滚模式全自动软胶囊机国家标准（GB）。上海延安制药厂紧接着北京航天工业部十五研究所后推出自己成立的机械分厂制造的 2 型滚模式全自动软胶囊机。经过上世纪 80 年代的应用和摸索滚模式全自动软胶囊机及制备工艺技术等，在原来比较单一的纯油型内容物软胶囊类型到混悬型软胶囊成功国产制备成功，就几年时间，个别企业已经工艺技术成熟并领先，脱颖而出，但是，国内总体水平仍然不高。应当说从上世纪 90 年代始，我国的软胶囊制备开始了一个新局面，制备设备和制备软胶囊的企业像雨后春笋，快速增加，软胶囊的生产企业几乎遍布全国各地，但是软胶囊的设备制造企业基本是南北格局为主，即北是北京航天工业部十五研究所的北京天民高科技公司和南是上海延安制药厂机械分厂一统天下，并都发展了出口贸易。其中最早的民营公司已经出现，是从北京天民流失的骨干人员，一度业绩非常，质量等与北京天民公司的没有丝毫差异。目前国内软胶囊机的销售制造商已经比较多，基本都是从 19982002 年间涌现出第二批，再到目前又步入了一批新的设备制北京工商大学毕业论文（设计）8造商，形成了几乎是战国时代。但从中可以看到我国软胶囊事业的迅猛发展，也更应看到促进了像鑫航成的 PLC 首创、天民气动装置的领先、东方慧神 180 机和实验100 机的首推等的技术提高与发展。这时期，对软胶囊产品及种类来讲，是极大丰富又多种多样的发展，产品遍及在国内与国际，软胶囊制备技术从此也有了一个质的大飞跃，也是常规软胶囊制备工艺成熟和混悬型等制备工艺日趋进步的时期。国内真正混悬型等工艺比较成熟形成的是在 2000 年后。然而，对我国绝大多数软胶囊制备的企业来说，在软胶囊制备这个领域，都还比较年轻，在软胶囊制备技术问题上，认识与应用等还存在着一定的差异与相当距离，迫切需要交流与取得经验，以提高并巩固自己的软胶囊制备技术水平。1.41.4 软胶囊机设计的研究内容软胶囊机设计的研究内容针对现代软胶囊的生产方式，本论文从机械设计角度出发，对压制软胶囊机主机的机械部分进行系统设计。以下为研究对象的工艺要求： 1）软胶囊生产能力：1000030000 粒/h；2）电机功率要求：1.5kw；3）主机尺寸要求：850850900mm 对研究方法和研究手段的要求： 1）运用大学所学基础理论及专业知识，进行正确地计算分析，有一定的创新性； 2）结构方案论证及设计计算；3）运用计算机进行编程计算及绘图.北京工商大学毕业论文（设计）9第二章第二章功能原理设计功能原理设计2.12.1 软胶囊机的组成及分析软胶囊机的组成及分析软胶囊生产线由主机、输送机、干燥机、冷风机、控制系统柜、保温贮存罐及其他相关配套设备组合而成。其中主机是软胶囊生产线的核心设备，其功能是同时完成胶膜的制备、内容物（多种形式）定量供给、胶囊封装成丸。主机主要由机座、机身、机头、供料系统、胶皮轮、油滚系统、拉网轴、下丸器、胶盒、润滑系统等组成。如图 2.1 所示：图 2.1 软胶囊机主机图软胶囊机主机作为一套自动化程度很高的设备，由 PLC 实施控制，各个系统配合工作生产软胶囊。通过滚模上模孔啮合后形成半密封胶囊囊体，再向开口处喷射北京工商大学毕业论文（设计）10药物，由于药液压力，胶带向两面充满模孔，从而随滚模转动密封开口，形成完整软胶囊。在设计软胶囊机主机的机械系统之前，应先对软胶囊具体制作流程有大致的设计。在初步运动设计基础之上针对工作状态来归纳出软胶囊机各个部分所应提供的物理参数，再针对机械系统应满足的物理参数进行具体的机械运动分析。2.22.2 软胶囊工作流程软胶囊工作流程明胶液通过保温胶桶保温，依靠气压或重力自流流入明胶盒，在明胶盒的保温作用下仍然处于流动的液状，由明胶盒底部缝隙（可调节）流出至胶皮轮上。流动的明胶在胶皮轮匀速旋转的作用下形成厚度均匀的明胶膜，通过胶皮轮的冷却作用和胶皮风机的干燥作用，明胶膜温度降至 25左右，并脱去部分水分，使明胶膜具有比较强的动力性能。明胶膜在胶皮轮上旋转约一周后，脱离胶皮轮，通过传送机构（胶滚系）进入油滚系，对胶皮两面进行油膜润滑，减少明胶膜与其他零部件之间的摩擦力和粘滞性，依靠自身弹性保持均匀厚度，并保证软胶囊形成过程中不会粘结在模具和喷体上。最后，明胶膜进入喷体与左右模具之间。通过安装在喷体上的加热棒加温，明胶膜恢复了良好的粘合性。在两片明胶膜受模具型腔的挤压、粘合和剪切过程中，供料泵通过其柱塞的往复运动，经过喷体向两片明胶膜之间注药，便可以形成软胶囊了。具体工作示意图如图 2.2 所示，图 2.1 则是软胶囊制作程序流程图。北京工商大学毕业论文（设计）11图 2.2 软胶囊机主机工作原理图开机滚模校准（校准气缸）升温化胶（化胶胶盒）形成明胶带（胶皮轮）明胶带通过两滚模中央（拉网轴）滚模转动供料（供料泵）向滚模中央喷药液形成软胶囊输送胶囊（传输带）结束图 2.3 软胶囊制作流程图北京工商大学毕业论文（设计）122.32.3 影响软胶囊成形的因素影响软胶囊成形的因素1. 软胶囊的囊壁组成的影响：可塑性和弹性式软胶囊剂的囊壁特点，也是软胶囊剂形成的基础，它由明胶、增塑剂、水三者构成，其重量比例通常是，干明胶：干增塑剂：水=1：(0.40.6)：1。若增塑剂用量过低(或过高)，则囊壁会过硬(或过软)；由于在软胶囊的制备中以及放置过程中仅仅是水分的损失，因此明胶与增塑剂的比例对软胶囊剂的制备及质量有着十分重要的影响。常用的增塑剂有甘油、山梨醇或二者的混合物。 2. 药物性质与液体介质的影响：由于软质囊材以明胶为主，因此对蛋白质性质无影响的药物和附加剂才能填充，而且填充物多为液体，如各种油类和液体药物、药物溶液、混悬液，少数为固体物。值得注意的是：液体药物若含 5水或为水溶性、挥发性、小分子有机物，如乙醇、酮、酸、酯等，能使囊材软化或溶解；醛可使明胶变性等，这些均不宜制成软胶囊。液态药物 pH 以 2.57.5 为宜，否则易使明胶水解或变性，导致泄漏或影响崩解和溶出，可选用磷酸盐、乳酸盐等缓冲液调整。 3. 药物为混悬液时对胶囊大小的影响：软胶囊剂常用固体药物粉末混悬在油性或非油性(PEG400 等)液体介质中包制而成，圆形和卵形者可包制 5.57.8ml。为便于成形，一般要求尽可能小一些。为求得适宜软胶囊大小，可用“基质吸附率”来计算，即 1g 固体药物制成的混悬液时所需液体基质的克数，可按下式计算：基质吸附率=基质重量固体药物重量 4. 根据基质吸附率，称取基质与固体药物，混合匀化，测定其堆密度，便可决定制备一定剂量的混悬液所需模具的大小。显然固体药物粉末的形态、大小、密度、含水量等，均会对基质吸附率有影响，从而影响软胶囊的大小。2.42.4 软胶囊主机功能原理分析软胶囊主机功能原理分析针对软胶囊生产中影响软胶囊形成质量的因素，根据对软胶囊制做流程的初步了解，可以总体上确定软胶囊生产过程中所需参数及各个参数之间的关系。第一应给予考虑的是软胶囊成形和装量的主要工作部分，即模具。模具承担着软胶囊制做最重要的工作任务。软胶囊的形状、大小直接取决于模具型腔的大小与北京工商大学毕业论文（设计）13形状。模具形成药斗的时间要配合注药的时间，模具的准确啮合直接影响到软胶囊成形及其密封的成功率。而形成以上诸多功能的条件是模具的合理转动因为以上功能是在模具转动过程中才能够完成的。滚动模具的转动速度是首先需要考虑的物理参数，模具的转速直接决定软胶囊的生产。转动过快会导致明胶由于张力过大拉扯撕破，或不能形成良好的密封，或不能保证注满合适的药量。转动过慢则影响软胶囊制作的效率。所以模具需要满足的功能原理是：1）能够保证合理的转速；2）能够实现型腔的吻合。第二，要考虑到注药系统。注药系统需要保证的是实现药物连续的供给，保证供药的压力是否能满足药液在规定时间喷出的要求，药量的控制更是需要考虑的重要因素。因此，供药系统要满足的功能原理是：1）在规定频率下实现连续供药；2）保证注药时合理的压力，既要满足时间，也要能够通过液压撑起胶使胶囊成形饱满；3）药量供给要准确。第三，拉网轴和胶皮滚是明胶供给的重要部分，也是软胶囊制作不可分割的部分。胶皮轮的转动实现明胶带的传送，源源不断的传送才能保证胶囊的包装。拉网轴则要在模具下方通过转动抻住明胶带，保证胶带的平整。胶皮轮的转速直接控制胶带，即软胶囊囊皮的供给，要配合软胶囊生产的效率，配合模具的转动速率。而拉网轴则要有稍快的转动速度，以保证胶带受到适当的拉伸，但转动过快则会造成胶带的撕裂。所以，拉网轴和胶皮轮缩影满足的功能原理是：1）有合理的转速保证胶带供给；2）保证对胶带适当的拉抻，为胶带平整，厚度均匀提供条件。2.52.5 软胶囊机工作的同步性软胶囊机工作的同步性上面所提到的功能原理涉及到软胶囊制做的主要部分，也是应当满足的主要功能原理。他们是三个组成软胶囊生产的要素，而三个因素之间必须要绝对精确的配合，才能保证软胶囊的成形和注药。因此还要考虑三个因素之间的时间同步性。下北京工商大学毕业论文（设计）14面给出前两者的功能原理结构图 2.4，以考虑运动参数之间的合理布置。以为确定机械系统奠定基础。其中预设供料泵为轴向柱塞泵。胶带药液图 2.4 软胶囊形成功能结构图根据功能结构图对时间同步性进行合理布置，以取得最高的生产效率。即模具转动形成合适药斗时，供料泵柱塞单侧运动到位形成注药。值得注意的是，形成的药斗开口既不应该太大，要完成部分密封，开口也不应小，要足以使药液通过。在完成一排胶囊密封后，下一排结构形成药斗时，柱塞泵刚好向反侧运动到位，完成一个往返，同时进行对第二排的打药。如此循环往复，实现了软胶囊的连续生产。也就是说，保证机械系统的同步性是软胶囊压制法的前提和条件。结合以上分析粗略估计，软胶囊整个的形成过程约为 1.6 秒，其中合理的注药时间约为 0.50.8 秒，依靠操作人员的经验，难以精确控制，因为如果模具模腔变小或转速增加，则实际的合理注药时间区域更短，所以由此可以凸显机械设计中首先应当考虑的是运动的同步性。输送至两模具中央模具转动，压合胶带形成药斗由柱塞泵压出至两模具中间药斗中模具继续转动，实现密封胶囊北京工商大学毕业论文（设计）15第三章第三章系统方案设计系统方案设计3.13.1 机械系统总体设计机械系统总体设计.1 工艺要求和设计要求工艺要求和设计要求工艺要求：1）软胶囊生产能力：1000030000 粒/h；2）电机功率要求：1.5kw；3）主机尺寸要求：850850900mm设计要求考虑因素：1）考虑到要求生产能力较高，设计应能实现连续不断的生产，包括连续供药，供胶以及药物密封、剪切。2）考虑到空间尺寸要求，软胶囊不能过多使用电动机，较大限度的预留维修检查工作状态的空间，合理利用空闲位置。3）结构要求简单合理，可以较简单的实现调节控制。4）由于软胶囊应用广泛，用途不尽相同，要求可以制造不同形状以及规格。设计方案制定与评选：5）这是最后一条，但也是最重要的一条，就是保证系统的时间同步性。北京工商大学毕业论文（设计）16.2 设计方案的提出和选定设计方案的提出和选定1. 设计方案的提出根据以上所提出的设计应考虑要素，特提出两个方案以供筛选，其中未被选中的方案将自动成为备选方案或未来发展方案。方案一：采用单电动机机械传动，圆柱模具式软胶囊机。如图 3.1 所示。模具，胶皮轮，拉网轴驱动，柱塞泵打药均由一主电机控制。主电机工作，通过减速装置和机械传动，主要是齿轮传动比传动，控制模具与胶皮轮协调工作，胶皮轮负责传送作为胶囊包装的胶皮，拉网轴保证胶皮平整并处于竖直状态，最终模具吻合实现密封。同时通过机械传动控制柱塞泵打药时间，在模具密封时间内完成注药。密封胶囊全过程仅使用一台电机控制，通过机械运动的同步性来实现软胶囊的制作。图 3.1 单电机驱动方案图方案二：采用全独立伺服电机驱动。作为该方案，对某些相关组件如左右模具、左右胶皮轮、拉网轴采用各自独立的驱动装置，通过控制系统来解决同步问题的技术方案。供料泵和机头之间，采用气动离合器的方式进行调整。总体来讲，全独立驱动方案也就是将软胶囊机中还与主机共用一个驱动装置的供料泵与主机分开驱动。采用交流异步电机伺服控制原理，北京工商大学毕业论文（设计）17在柱塞开始注药的位置进行旋转编码转换，变为相应的圆周上的点，以便与柱塞注药时间相对应。主电机启动后，带动模具进行旋转运动。当检测装置检测到模具上的零位标志后，便向 PLC 发出一次零位信号。PLC 在收到信号后，向伺服器发出信号控制异步交流电机开始工作，自动寻找与主电机随动的零点。当零点被确认后，伺服控制器锁定转速比，保持主电机与供料泵电机的同步，自动校对注药时间过程完成。2.方案的选定对于以上三种方案进行比较得出结论。方案一：方案一中胶囊机采用单电机驱动、各组件之间通过机械传动的方式来实现其协调动作。机械传动具有同步效果好的突出优点，能够满足使用要求。但该方法除了调整时对人的依赖性较强的缺点外，还由于加工精度（特别是形位公差）要求高，带来生产成本和对检验设备的要求也较高；而且在转速提升后，由于明胶膜是具有弹性的，会出现拉明胶膜或明胶膜下垂的现象。方案二：采用全独立驱动方案可以解决方案 1 所存在的问题。作为该方案，对某些相关组件如左右胶皮轮、拉网轴采用各自独立的驱动装置，通过控制系统来解决同步问题的技术方案，较好的解决了主机转速发生变化时，机械传动对明胶膜产生影响这一问题。虽然方案 2具有控制精度高，可靠性强，能源损耗低等突出优点，但采用多个伺服步进电机工作，成本较高，且需要较复杂的电路控制以及多个传感器实现同步运作。在维修方面也比较复杂。基于这些因素，普遍采用全独立驱动方案进行大规模生产不太容易在近日内实现。而且方案 2 还处于试验阶段，技术尚待于成熟。通过上述两个方案的比较，方案 1 同步性高，便于控制。可实现简单有效的机构运动匹配并可以较快速连续工作并保证较好的成品率，在成本与维修成本方面相对较低，便于普及生产。因而选择方案 1，单电机控制软胶囊机主机。 3.23.2 软胶囊机主机机械系统参数设计软胶囊机主机机械系统参数设计.1 模具参数设计模具参数设计北京工商大学毕业论文（设计）18 模具的设计包括材质、外形尺寸、型腔尺寸等。模具属于标配零件，在制作软胶囊时应根据所制软胶囊数量、大小以及形状选用不同规格的模具。在本设计中，为使计算方便，采用模具尺寸为：外径：200mm 内径：100mm 长度：300mm型腔规格（软胶囊规格）：814模具上型腔排列为 20（排）13，共 260 个，也就是说，模具每转过一圈，生产 260 个软胶囊。型腔将滚模圆截面平均分为 20 份，也可以说，模具每转过 18，将有 13 个软胶囊产生，那么 13 个柱塞泵将完成喷药一次。模具每转过 36，柱塞泵往返运动一次。按照之前设计，曲柄连杆的转动部分，也就是齿轮转动部分旋转一周，即 360，柱塞泵往返一次，由此可算出模具转速与柱塞泵带动齿轮转速之比为 i=/=10：1。实际生产中，为了最大限度的利用空间，不一定将型腔每排同数量排布，模具设计可以如下图，型腔周边带齿，用于剪切胶囊。图 3.2 实际生产中模具北京工商大学毕业论文（设计）19.2 电动机参数选用电动机参数选用在之前的设计中，我们已经选用了三相异步电动机。由于电机转速比较高，特选用电动机规格如下：（最大功率）=1.5kw，（最大转速）=2000r/min maxPmax1n电动机配以 10：1 的减速比后输出功率为 0.96kw，同时配以变频器，最大实际输出转速为 200r/min。第四章第四章系统结构设计系统结构设计4.14.1 主机总体结构设计主机总体结构设计软胶囊机主机总体结构如图 3.1 所示，各部分名称在图中已经表明。机头部分内置减速装置以及各级齿轮传动控制模具、胶皮轮、拉网轴转动，同时以锥齿轮传输电机转矩至上层供料泵，实现一台电机控制，各部分机械机构同步协调配合运转。在第二章的工作原理设计中，已经基本阐述了机械系统的结构设计意图，就是满足各部分功能原理设计，以及各部分之间的同步性设计需求。按照方案 1 的设计，我们将分为几个部分，逐一对如胶囊机主机的机械系统进行结构上的设计及其分析。北京工商大学毕业论文（设计）20图 4.1 软胶囊机主机总体结构图4.24.2 减速箱结构设计减速箱结构设计减速箱位于软胶囊机主机的机头内部。机头部分下部安放电动机。减速箱在软胶囊机主机内有非常重要的作用，如图 3.2 所示。减速箱主要功能包括：1）控制模具、胶皮轮以及拉网轴转动；2）向上层供料泵传送电机扭矩。北京工商大学毕业论文（设计）21 图 4.2 减速箱整体图可见，减速箱除了承载着控制软胶囊成形的大部分机构的运转功能，还同时向供料泵提供能量传送，起到了承上启下的作用。在软胶囊机主机的机械系统中，减速箱机构在其中扮演重要角色。减速箱采用最大输出功率为 0.96kw，最大输出转速为 200r/min 的减速电机作为驱动。主要控制模具的转动以及明胶层的传送和拉抻。而首先的作用应是对模具转动的转速进行控制，实现模具的相对转动。如下面图 3.3 和图 3.4 机构部分所示，电机由带传动将扭矩传输至蜗杆，此时蜗杆获得电机输出转速。经过一级蜗杆蜗轮减速，通过与涡轮同轴的齿轮啮合主动轮完成第二级减速的同时，将所需求的转速赋予主动齿轮轴上固定的模具。主动轮与相同参数的从动轮啮合，从动轮与另一模具通过联轴器连接，上述两齿轮配合转动，北京工商大学毕业论文（设计）22使两模具以相同转速，图 4.3 减速箱机构(1)北京工商大学毕业论文（设计）23图 4.4 减速箱机构(2)为了保证机构设备的技术指标能够最大限度符合工艺要求，应在两轴上进行精度设计。譬如将两端轴承的同轴度控制在 0.01mm 范围内。并以两轴承安装位置为基准，控制两模具安装位置的形位公差，使模具安装后的精度满足工艺要求。其次，分析轴承自身游隙，制定适当的轴承安装公差，是轴承游隙控制在指定范围之内。值得注意的是，两模具除了应在同轴度上保持一定的精度，还有许多方面应予以校正。譬如模具上型腔的完全吻合至关重要。设计中在主动齿轮所在轴后端沿轴方向铣出一道细槽。主动轴后端法兰中固定一可转动齿轮。此齿轮为调节齿轮，上有与分度圆同心的两圆弧槽，槽中穿螺钉固定在箱壁上。调节齿轮上铣有刻度，可根据模具所在位置，松动螺钉转动齿轮将指针刻度转到型腔完全吻合的角度后拧紧螺钉固定齿轮，指针刻度位置被随之固定。将轴后端的细槽对准指针刻度，可以完成轴位置的校正，使模具转动后，保证工作中模具型腔完全扣合，实现胶囊生产。从动齿轮以联轴器与模具相连接。在开机之前，为能够使模具保持一定距离以将明胶带从两模具中间穿过。联轴器可设计为十字万向联轴器，可以在开机前偏移从动模具，在开机之后，在外力作用下使模具恢复正常位置。蜗杆另一端连接箱体外齿轮，经过两参数相同齿轮的传动将电机转速传至另一横轴，横轴上固定一锥齿轮，从而实现电机转速向上供料泵箱的传送。胶皮轮与拉网轴的旋转以固定在主动轴以及从动轴上的齿轮向外啮合齿轮传递运动。胶皮轮的转速应与模具大致相同。拉网轴应适当快于模具转速。北京工商大学毕业论文（设计）244.34.3 滚模结构设计滚模结构设计图 4.5 模具示意图如图 3.10 所示滚模由轴，法兰盘，涨紧连接套，气嘴，轴承组成。滚模上布有模孔（2013）图示为椭圆形胶囊所用型腔，型腔外缘有齿，胶囊规格为 14（长）8，型腔扣合胶皮，在两片明胶膜受模具型腔的挤压、粘合和剪切过程中，供料泵通过其柱塞的往复运动，经过喷体向两片明胶膜之间注药，便可以形成软胶囊了。型腔内开一直径为 2 的小孔，小孔通至模具内部一管道中，在胶层贴紧型腔内壁时可以排除孔内空气。在胶层要求较硬较厚时（如制作彩弹），液压不足以撑起胶皮，通过管道抽真空，可使胶皮贴紧孔壁，保持胶囊造型。管道通过前端气嘴连接至抽真空泵中。前端端盖中间为一圆环空间，气嘴随滚模在环道中转动，端盖通过胶皮环及轴承固定在滚模上，起到密封作用。由于抽真空时会在周围产生负压，除要求周围环境清洁达标，还要以外罩保护模具上未接触胶皮处，以防灰尘进入，如图中所示。当然，对于普通药用胶囊不用抽真空即可制造，可将气嘴拆卸，前端盖可以换成普通轴承盖。模具中同轴前端为轴承配接轴承，后端用法兰盘涨紧套固定以保证相对轴静止，随轴转动。北京工商大学毕业论文（设计）25第五章第五章运动方案设计运动方案设计经过第三章的结构设计，我们已经对软胶囊机主机的机械系统有了比较直观的认识，也能够大致了解机械系统运动的工作原理和工作过程。对于减速箱机构与供料泵减速机构，主要是利用蜗轮蜗杆及齿轮传动比实现运动速率的转化来达到工艺要求。5.15.1 减速箱运动方案设计减速箱运动方案设计电动机配以的减速比后最大实际输出转速为。1:10min/2001rn 滚模转速为，min/402rn ,min/2001rn min/42rn 传动比2121nniii 蜗轮蜗杆传动比，齿轮传动比1i2i取蜗轮蜗杆公称传动比251i 齿轮公称传动比22i总传动比，满足条件5025221iii(1)初步选定蜗杆蜗轮基本尺寸查文献1,表 11-2，选用中心距mma160 蜗杆头数；41z 蜗轮齿数；100112izz 模数。4m（2）选定齿轮基本参数小齿轮齿数32；3z 大齿轮齿数64；4z北京工商大学毕业论文（设计）26 小齿轮分度圆；mmd1003 大齿轮分度圆；mmd2004 模数. 2m5.25.2 柱塞泵机构运动方案设计柱塞泵机构运动方案设计根据上述运动分析，得知滚模型腔分布为每一排 18，偏心轴齿轮每转一周，实现喷药两次。令偏心轴齿轮转速为3n 由于 50/21nn 1/23nn于是，可知 r/min43n传动比21iii取前两齿轮传动比，与带有偏心轴齿轮啮合端齿轮传动比21i22i总传动比,符合要求421 i ii初步选定直齿圆柱齿轮基本参数如下：模数2m北京工商大学毕业论文（设计）27第六章第六章主机机械系统主要零部件强度校核计算主机机械系统主要零部件强度校核计算6.16.1 蜗轮蜗杆的计算与校核蜗轮蜗杆的计算与校核1.设计对象与已知参数：（1）设计对象：设计软胶囊机主机减速箱内的蜗轮蜗杆传动。（2）已知参数：输入功率，蜗杆转速，传动比kWP96. 0min/2001rn ，软胶囊为大批量生产，传动不反向，工作载荷较稳定，无大的冲击，要2012i求寿命。hLh120002.选择蜗杆传动类型根据 GB/T10085-1988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。3.选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度不快，故蜗杆采用 45 钢；因希望效率高，耐磨性好，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜,金110PSZCnu属模铸造。为了尽量节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯采用灰铸铁HT100 制造。4.蜗杆受力分析在进行蜗杆传动的受力分析时，由于机构实施润滑，通常不考虑摩擦力的影响。图 6.1 所示是一右旋蜗杆为主动件，并沿图示方向旋转时，蜗杆螺旋面上的受力情况。设为集中作用于点处的法向载荷，可分解为三个互相垂直的分力，即圆周nFP力、径向力和轴向力。显然，在蜗杆与涡轮间，相互作用着与、tFrFaF1tF2aF与和与这三对大小相等、方向相反的力。1rF2rF1aF2tF 不计摩擦力影响，各力的大小可按下列各式计算，各力的单位均为 N。 = （6-1tF2aF112dT1） = （6-1aF2tF222dT2）北京工商大学毕业论文（设计）28 = （6-1rF2rF2tFtan3） = （6-nFcoscos1naFcoscos2ntFcoscos222ndT4）式中：、分别为蜗杆及蜗轮上的公称转矩，；1T2TmmN 、分别为蜗杆及蜗轮的分度圆直径，。1d2dmm5.按齿面接触疲劳强度进行设计和齿轮传动一样，蜗杆传动的失效形式也有点蚀、齿根折断、齿面胶合及过度磨损等。由于材料和结构上的原因，蜗杆螺旋部分的强度总是高于蜗轮轮齿的强度，所以失效经常发生在蜗轮轮齿上。根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。图 6.1 蜗杆传动受力分析图北京工商大学毕业论文（设计）29 查文献1,254计算公式，传动中心距（6-232)(HEZZKTa5）（1）确定作用在蜗轮上的转矩 2T 按=2，估取效率，则=9.55=9.55=9.551z8 . 02T61022nP610121inP610=766440 （6-6）202008 . 096. 0mmN mmN （2）确定载荷系数K 因工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数；由文献中表1,11-5选取使1K用系数；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数；则15. 1AK05. 1VK （6-21. 105. 1115. 1VAKKKK7）（3）确定弹性影响系数EZ因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=160EZ21aMP（4）确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距 a 的比值，从参考文献1,图 11-181d35. 01ad中可查得=2.9。Z（5）确定许用接触应力H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度110PSZCnu45HRC，可从文献1，表 11-7中查得蜗轮的基本许用应力=268。HMPa 应力循环次数（6-62102 . 7120002020016060hLjnN8）寿命系数（6-04. 1102 . 710867HNK9）北京工商大学毕业论文（设计）30则 = （6-HMPaMPaKHHN72.27826804. 110）（6）计算中心距 mmmma979.136)72.2789 . 2160(76644021. 123 取中心距，因，故从参考文献1,表 11-2中取模数，mma16020immm4蜗杆分度圆直径。这时，从参考文献1，图 11-18mmd7114 . 01ad中可查得接触系数，因为，因此以上计算结果可用。74. 2ZZZ 4.蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1 )蜗杆蜗杆头数为 4，轴向齿距；直径系数；齿顶圆mmmpa56.1275.171mdq直径，齿根圆直径；分度圆导程mmmhddaa792*11mmcmhddaf5 .62)(2*11角；蜗杆轴向齿厚。638111 mmmSa2831. 621(2 ) 蜗轮蜗轮齿数；变位系数；822Z5 . 02x 验算传动比，这时传动比误差为，在5 .2024112ZZi%25025. 020205 .20允许范围内。蜗轮分度圆直径mmmZd32822蜗轮喉圆直径 mmhddaa3362222蜗轮齿根圆直径 mmhddff4 .318)42 . 12328(2222蜗轮咽喉母圆半径 mmdarag821222）校核齿根弯曲疲劳强度 53. 12212FFaFYYmddKT当量齿数 2 .87)31.11(cos82cos3322zzv北京工商大学毕业论文（设计）31根据，从文献1,图 11-19中可查得齿形系数。5 . 02x2 .872vz42. 22FaY螺旋角系数 9192. 014031.1111401Y许用弯曲应力从文献1,表 11-8中查得由制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56110PSZCnuF。MPa寿命系数 802. 0102 . 710966FNK MPaF912.44802. 056 MPaMPaF184.409192. 087. 243287176644021. 153. 1弯曲强度在允许范围之内。3）验算效率 )tan(tan)96. 095. 0(v已知；与相对滑动速度有关。 31.11638111vvfarctanvfsv = svsmnd/75. 031.11cos10006020071cos10006011 从文献1,表 11-18中用插值法差得、；代入式中得0204. 0vf1687. 1v，大于原估计值，因此可采用。86. 04）精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从 GB/T10089-1988 圆柱蜗杆，蜗轮精度中选择 8 级精度，侧隙种类为，标注为 GB/T10089-ff81988。然后由有关手册差得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。6.26.2 齿轮的校核与计算齿轮的校核与计算 1.设计对象与已知参数：北京工商大学毕业论文（设计）32（1）设计对象：设计软胶囊机主机供料泵减速机构第一级圆柱直齿轮传动。（2）已知参数：输入功率，蜗杆转速，齿数比，kWP96. 0min/2001rn 2:1u由电动机直接驱动，工作寿命 15 年（设每年工作 300 天），两班制，带式传动，工作平稳，转向不变。2.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选用直齿圆柱齿轮传动（2）软胶囊机主机供料泵速度不高，但对时间精度有较高要求，故选用 4 级精度。（GB 100095-88) (3)材料选择。由1,表 10-1选择小齿轮材料为（调质），硬度为rC40280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质），硬度为 240HBS，二者材料硬度差为40HBS。（4）选小齿轮齿数，大齿轮齿数。161z3212uzz3.齿轮受力分析进行齿轮强度计算之前，首先应明确轮齿上所受到的力，作出受力分析，对齿轮传动进行受力分析也是计算安装齿轮的轴及轴承时所必须的。齿轮传动一般加以润滑，啮合轮齿间的摩擦力通常很小，计算轮齿受力时，可不予考虑。沿啮合线作用在齿面上的法向载荷垂直于齿面，为了计算方便，将法向载荷nF（单位为）在节点处分解为两个相互垂直的分力，即圆周力与径向力nFNPtF（单位均为）如图 6-2 所示。由此得rFN 112dTFt tantrFF costnFF 式中：小齿轮传递的转矩，；1TmmN 小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径，；1dmm 啮合角，对标准齿轮，。 20北京工商大学毕业论文（设计）33 图 6.2 直齿圆柱齿轮受力分析以上分析的是主动轮轮齿上的力，从动轮轮齿上的力分别与其大小相等，方向相反。4.按齿面接触强度设计由文献1,10-9a计算公式进行试算，即 3211)(132. 2HEdtZuuKTd（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数3 . 1tK2）计算小齿轮传递的扭矩。 mmNmmNnPT45116110776. 420096. 0105 .991095. 93）由文献1,表 10-7选取齿宽系数1d4）由文献1,表 10-6查得材料的弹性影响系数。218 .189 MPaZE5）由文献1,图 10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。MPaH6001limMPaH5502lim6）由文献1,式 10-13计算应力循环次数。北京工商大学毕业论文（设计）34 8111048. 6)1530062(12006060hjLnN 8821024. 321048. 6N第 5 章由图 10-19 取接触疲劳寿命系数，。90. 01HNK95. 02HNK第 6 章计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数，由文献1,式 10-12得1S MPaMPaSKHNH5406009 . 01lim11 MPaMPaSKHNH5 .52255095. 02lim22（2）计算1)试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值。td1H 24.633 3243211)5 .5228 .189(23110776. 43 . 132. 2)(132. 2HEdttZuuTKdmm2)计算圆周速度v smsmndvt/24. 0/10006020076.22100060113）计算齿宽 b mmdbtd682.2514）计算齿宽与齿高之比hb 模数 mmmmzdmtt6051. 116682.2511 齿高 mmmht611. . 36051. 125. 225. 2 11. 7611. 3682.25hb5）计算载荷系数。根据，4 级精度，由文献1,图 10-8查得动载荷系数；smv/24. 001. 1vK直齿轮，；1FHKK由文献1,表 10-2查得使用系数；1AK北京工商大学毕业论文（设计）35由文献1,表 10-4用插值法查得 4 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，。423. 1HK由，查文献1,图 10-13得；故载荷系数11. 7hb423. 1HK35. 1FK 437. 1423. 1101. 11HHVAKKKKK6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由文献1,式 10-10a得 mmKKddtt469.253 . 1437. 1633.2433117）计算模数m mmmmzdm47. 116532.23113.按齿根弯曲强度设计由文献1,式 10-5得弯曲强度的设计公式为 311)(22FSaFadYYzKTm（1）确定公式内的各计算数值1）由文献1,图 10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的MPaFE5001弯曲疲劳强度极限；MPaFE38022）由文献1,图 10-18取弯曲疲劳寿命系数,;85. 01FNK88. 02FNK3）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数，由文献1,式 10-12得4 . 1S SKFEFNF111MPaMPa57.3034 . 150085. 0 SKKFEFNF222MPaMPa86.2384 . 138088. 04）计算载荷系数 K 363. 135. 1101. 11FFVAKKKKK5)查取齿形系数由文献1,表 10-5查得；。65. 21FaY226. 22FaY6）查取应力校正系数。由文献1,表 10-6查得；。58. 11SaY764. 12SaY北京工商大学毕业论文（设计）367）计算大、小齿轮的并加以比较。11FSaFaYY 01379. 057.30358. 165. 2111FSaFaYY 01644. 086.238764. 1226. 2222FSaFaYY大齿轮的数值大。（2）设计计算 mmm00. 201644. 016110584. 4363. 12324对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的m模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触m疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数 2，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿mmd532.231轮齿数 122532.2312mdz 大齿轮齿数 241222z4. 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 mmmzd2421211 mmmzd4822422（2）计算中心距 mmmmdda3624824221（3）计算齿轮宽度 mmmmdbd242411取，。mmB242mmB291北京工商大学毕业论文（设计）376.36.3 传动轴的强度校核传动轴的强度校核.1 蜗轮所在轴强度校核蜗轮所在轴强度校核1.设计对象蜗轮所在轴为第一级减速轴，由于在所有轴中此轴转速最快，因而承受扭矩最大，在本章节中对其进行校核。2.轴的材料与机械性能（1）材料：钢#45表面调质处理硬度为 217255HBS。（2）机械性能：查文献1,表 15-1可知：抗拉强度极限 MPaB640 屈服强度极限 MPas355 弯曲疲劳极限 MPa2751 剪切疲劳极限 MPa15513.轴上零件布置及基本参数（1）根据轴上轴承，蜗轮，齿轮的装配方向、顺序及相互位置关系，轴上零件布置如图 6-3 所示。北京工商大学毕业论文（设计）38图 6-3 轴的主要尺寸及轴上布置零件图（2）轴的基本数据转速： min/10min/200201121rrinn式中：电机最大转速；1n 蜗轮蜗杆减速比。12i4.按弯矩合成进行轴的强度校核（1）轴的结构及尺寸如图 6-3 所示；北京工商大学毕业论文（设计）39（2）对轴进行受力分析与强度校核计算1）轴的驱动力矩： PTP1 n260 式中：轴的驱动功率；1P 电机的最大功率；P 蜗轮蜗杆传动效率；轴的转动角速度；轴的频率；n 驱动力矩。T式中各数值为：，kwP96. 0min/10rn 8 . 0解得驱动力矩为： mmNmNnPPT2037037.201202）求与此轴配合的齿轮作用力 NNdTFt4 .40710020370221 NNFFtr8 .147363. 04 .40720tan4 .407tan113）求与此轴配合的蜗轮作用力 2222dTFt 122PT n2602式中：蜗轮驱动力矩2T 蜗轮轴功率1P北京工商大学毕业论文（设计）40 蜗轮转动角速度2 蜗轮转动频率n 蜗轮分度圆直径2d式中各数值为：，， kwP768. 01min/10rn mmd3282解得 NFt2 .1242 tan22trFF解得 NFr2 .4524）计算轴在轴承处所受支反力竖直面的支反力： NFFFrrVA9 .14248. 04365. 03315. 021 NFFFrrVB3 .2748. 01485. 00435. 021水平面的支反力： NFFFttHA1 .39448. 04365. 03315. 021 NFFFttHB3 .5548. 01485. 00435. 0215）计算弯矩：竖直面内： mNlFMVAV2 . 611 mNllFlFMrVAV5 . 5)(12122水平面内： mNlFMHAH1 .1711 mNllFlFMtHAH7 .15)(12122总弯矩： 22HVMMM北京工商大学毕业论文（设计）41 mNM1 .181 mNM7 .152AB HAFVAF HBFVBFVBFVBF12VMHMMT 1tF1rF 2tF2rF北京工商大学毕业论文（设计）42 图 6.4 轴的载荷分布图6）绘制弯矩、扭矩图如图 4.27）校核轴的强度根据轴的弯矩图可看出截面 2 是轴的危险截面，故选择截面 2 做弯矩合成强度校核计算，按第三强度理论有： = (6-11）caWTM22)(1式中：轴的计算应力，单位：MPa ca 轴所受弯矩，单位： NmmM 轴所受转矩，单位：Nmm T 轴的抗弯截面系数，单位：mm W3 扭转切应力为静应力时，取0.3所以 ca3221 . 0)(dTM322501 . 0)203703 . 0(18100MPa52. 1查文献2，表 38.1-1得：1MPa275故，可知轴安全。ca18）按疲劳强度进行精确校核查文献1，374 (6-12)22SSSSScaS其中：北京工商大学毕业论文（设计）43 轴的计算安全系数caS 只考虑弯曲和轴向力时的安全系数S 只考虑扭矩时的安全系数S 轴的设计安全系数S 根据弯矩图可出判断危险截面，轴上分布有键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将削弱轴的疲劳强度，同时有存在轴径的变化，但综合考虑各截面和轴所受的弯矩，1 截面受到的合成力矩最大，最后选取 1 截面进行校核。抗弯截面系数：0.1W3d0.1350312500mm抗扭截面系数：0.2TW3d0.2350325000mm弯曲应力为：b WMb =MPa125001081. 13 =MPa448. 1扭转切应力为：T =TTWT =MPa2500020370北京工商大学毕业论文（设计）44 MPa814. 0轴的机械特性在上面已经提到：抗拉强度极限 MPaB640 屈服强度极限 MPas355 弯曲疲劳极限 MPa2751 剪切疲劳极限 MPa1551经比较可知，轴符合强度安全要求。.2 主动齿轮轴校核计算主动齿轮轴校核计算A B C D 图 6.5 主动轴承受外部载荷图1.设计对象主动齿轮轴前端承受滚模重力载荷，由于模具重力较大，主动齿轮轴承受弯矩较大，由于转速较慢，扭矩可不重点考虑，本章节主要针对主动齿轮轴的弯矩进行强度校核。如图 6.5 所示,点为减速箱支点，点为减速箱另一支点,点同样为ABD支点，为计算方便，暂忽略点支撑力。D2.轴的材料与机械性能（1）材料：钢#45表面调质处理硬度为 217255HBS。（2）机械性能：查文献1,表 15-1可知：弯曲疲劳极限 MPa27513.轴的基本数据段距离为，段距离为，段距离为。ABmma500BDmmb450CDmml315北京工商大学毕业论文（设计）45其中段承受均布载荷，来自于质量于的滚模。为计算方便，忽略轴径变CDqkg30化，取轴主要受力部分直径。mmD30（点受力记为,点受力记为）A1FB2F4.按弯矩计算进行强度校核1）计算轴承所受支反力以为支点，考虑力矩A095. 0635. 02dxqxaFMa NF4762 以为支点，考虑力矩B 45. 0135. 010dxqxaFMb NF4001以为原点D考虑段，CD 22047621)(xxqdxqxxMxcd考虑段，BC 8 .423002/ )2()(315. 02xlxlqdxqxxMxxbc考虑段，AB 315. 02206348)()(xxabxdxqxbxFxM5.绘制弯矩图，如图 6.66.校核轴的强度由弯矩图可知最大弯矩作用于点，为CmNM14.107max轴在外力作用下承受弯矩，产生弯曲正应力，截面为圆形，可以表示为 zIMy式中：惯性矩zI北京工商大学毕业论文（设计）46dddArIRz02324DzIRMmaxmax取通轴截面为 30，求出最大应力，1max40MPa 可以满足安全性。A B C DA B C D107.1492.249.4M图 6.6 主动齿轮轴弯矩图6.46.4 轴承的选取及校核轴承的选取及校核由于主动齿轮轴终端固定的模具具有较大重量，对轴承有较大的径向压力，加之各轴之间齿轮啮合轮齿上对轴产生的轴向与径向力，需要对各轴轴承进行选择与校核。北京工商大学毕业论文（设计）471.根据工作条件选取轴承类型如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时，滚动轴承可以概括的分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承这三大类，具体说来，主要承受径向载荷的轴承叫做向心轴承，其中有几类还可以同时承受不大的轴向载荷；只能承受轴向载荷的轴承叫做推力轴承；能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承叫做向心推力轴承。首先我们来分析主动齿轮轴，轴的一端固定有较重的模具，因而轴必然受到径向力，此处的轴承必须能承载径向力。在齿轮传动中，齿轮的受力分析可表明，齿轮啮合过程中，对轴会施加

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