NJP3400胶囊充填机剂量调节机构设计.doc

NJP3400胶囊充填机剂量调节机构的设计 NJP3400胶囊充填机剂量调节机构设计The design of measure system for NJP3400 capsule press filling machine 摘 要胶囊充填机具有自动化程度高、卫生、高效等优点，所以一经问世就受到了广大制药厂家的好评，随着市场对胶囊制剂的需求量的增大，一些胶囊充填机的制造厂家研制出了充填效率更高的胶囊充填机，但随之而来了也出现了一些问题，如充填剂量不准确，噪音大等缺点。要提高胶囊充填的充填效率主要从两方面考虑一是增加模孔的数量，二是提高转速，过多的模孔数量会使胶囊充填机体积变的很大，不仅不美观而且制造成本也会大大增加，所以既要保持美观的外形较低的成本又要提高充填效率就只有把重点放在提高主轴的转速上，但高转速带来的问题是它会给凸轮带来了更大的冲击力，从而影响到剂量充填的准确性。目前较常用的胶囊充填机剂量调节装置主要有插管式剂量调节装置，活塞滑块式剂量调节装置以及柱塞式剂量调节装置，本文主要以充填剂量相对准确的柱塞式剂量调节装置进行研究，在合理增加模孔数量后，重点在提高转速的前提下对柱塞式剂量调节装置的剂量上下导向轴的上下往复运动机构、剂量盘与铜环之间间隙的微调机构、调节充填杆充填高度等机构进行设计。并利用pro/e软件对柱塞式剂量调节机构进行实体建模和运动仿真，使其在提高转速的同时保持充填剂量的准确性。关键词：剂量调节装置；凸轮；微调机构- II -NJP3400胶囊充填机剂量调节机构的设计The design of measure system for NJP3400 capsule press filling machine AbstractSince the capsule filling machines have the advantages of high degree automation, hygienic and efficient, it got favourable comment from majority of the pharmaceutical manufacturers as soon as it came out. With the market demand of capsule increasing, some of capsule filling machine manufacturers have developed more efficient machines, but mean while, some shortcomings showed up, such as padding dose is inaccurate, big noise, etc. To improve the efficiency of capsules filling, two main aspects are taken into considered. One is to increase the number of die holes, on the other hand is to improve the speed of the spindle. Too many die holes would make the volume of capsule filling machine become larger which its not only unsightly but also causes the costs increasing heavily. So, to keep well-formed, lower costs and improve the efficiency, the only thing is to put the focus on improving the speed of spindle. But high speed would cause more heavy impact to the cam so as to affect the accuracy of dose filling. Currently, there are several popular dosage adjustment devices of capsule filling machines include Intubation dose adjustment device, Piston slider dose adjustment device and Plunger dose adjustment device. This paper takes the Plunger dose adjustment device whose precision is more accurate than the others as the study object. After increasing the amount of die holes reasonably, it emphasizes on designing the up and down reciprocating motion mechanical unit of guiding axis, the fine-tuning mechanical unit which controls the gap between dosage plate and copper ring and the padding height of the filling bar against Plunger dose adjustment device which is based on raising the rotational speed. Then by using the pro/e software to complete entity model and motion simulation so that the padding dose could keep its accurate as the spindle speeds up. Key word: Capsule with a dose the regulating device；Cam；Micro-adjusting mechanism V- -目 录摘 要IAbstractII一、 绪论1（一）课题概述1（二）主要的研究工作11胶囊充填机剂量调节机构的总体设计12计量盘尺寸及其上模孔数量的设计13调节计量盘与铜环间隙的机构的设计14胶囊充填机剂量上下导向柱上下往复运动机构的设计25对充填杆充填高度进行微调的机构的设计2二、NJP3400胶囊充填机剂量调节机构的总体方案构建3（一）设计的目的及意义3（二）剂量调节方式的选择3三、柱塞式剂量调节机构机械部分的结构设计6（一）充填机部件的选择61圆柱分度凸轮626工位圆柱分度凸轮分度箱的选择计算7（二）剂量盘尺寸及其上模孔数量设计8（三） 剂量盘与铜环之间的间隙微调机构的设计9（四）调节充填杆高度的机构设计10（五）充填杆上下往复运动机构的设计111凸轮的设计122理论廓线的设计123工作廓线的设计144摆杆长度的设计16四、基于pro/e柱塞式剂量调节机构部分零件的设计和机构仿真17（一）吸粉盒的设计171吸粉盒在柱塞式剂量充填装置中的作用172吸粉盒尺寸的设计17（二）盛粉环的设计18（三） 基于pro/e柱塞式剂量调节机构的仿真模拟1916工位槽轮机构的设计计算20210工位槽轮机构的设计计算21五NJP3400剂量调节机构设计总结24致 谢30NJP3400胶囊充填机剂量调节机构的设计 一、 绪论（一）课题概述胶囊充填机集机、电、气为一体，采用微电脑可编程控制器，触摸面板操作，变频调速，配备电子自动计数装置，能分别自动完成胶囊的就位、分离、充填、锁紧等动作，减轻劳动强度，提高生产效率，符合制药卫生要求。胶囊充填机动作灵敏，结构新颖，造型美观，操作方便，适用于充填各种国产或进口胶囊。是目前制药行业充填胶囊药品的经济实用型设备，随着我国制药工业的迅猛发展，以及市场对胶囊制剂的需求量增大，所以各胶囊充填机生产厂家开始研制充填数量更多的胶囊充填机来满足日益增大的市场需求量，但速度提高的同时问题也随着显现出来，其中最主要的两个是充填剂量的精确度难以保证和机器运行的噪音过大，本课题研究的主要目的是在提高充填速度的同时保证充填剂量精确度，而且尽可能的降低噪音。采用的方法是对胶囊充填机剂量调节装置中剂量上下导向轴上下往复运动机构、剂量盘与铜环之间间隙微调的机构、调节充填杆高度的机构、以及部分零件进行设计。并借助PRO/E软件对胶囊充填机剂量调节机构进行实体建模和运动仿真。（二）主要的研究工作1胶囊充填机剂量调节机构的总体设计基于对多种胶囊充填机的计量调节装置的比较，总结现有胶囊充填机计量调节装置的优缺点，对胶囊充填机传动系统，充填速度、充填药粉精确性以及工作噪音等方面进行总体设计。在提高充填速度的同时保证其充填剂量的精确。2计量盘尺寸及其上模孔数量的设计传统充填装置的计量盘直径较小，当药粉黏度高，流动性较差时，药粉甩不到计量盘孔中，药粉在计量盘上分布不均匀，从而装量不准确，根据以上缺点从力学角度分析，在角速度一定的情况下，半径越大，线速度越大，所以大的计量盘更容易把药粉甩开，使药粉在计量盘上分布均匀，从而装量精度容易保证而且模孔数目增多，增大充填数量。3调节计量盘与铜环间隙的机构的设计 由于计量盘相对于铜环是做间歇回转运动的，所以它俩之间必然要存在一定的间隙，但如果间隙过大药粉就会在回转的过程中流失，造成计量不准确，但间隙过小又会造成计量盘与局部环之间的摩擦，对机器造成损害。所以本次设计要针对以上问题，设计一种机构以实现计量盘与铜环之间间隙的调节，并能够通过微调来解决以上的问题。4胶囊充填机剂量上下导向柱上下往复运动机构的设计 目前市场上销售使用的胶囊充填机，其充填凸轮均为单面槽内凸轮，单面槽内凸轮带动一根摆杆，由一根连杆来带动全自动胶囊充填机的剂量上下导向柱上下往复运动进而带动充填机的各个充填组件上下往复运动来完成药粉的充填。该充填凸轮装置在较大力矩的作用下，由于它的工作支点是一个支撑悬臂支承，刚性较差，特别是对于产量在每分钟1500粒以上的胶囊充填机，在充填过程中所受的力较大且不均匀，造成整机的稳定性差，直接影响药粉的装填量，即药粉的充填精度下降，同时噪声加大，达不到设计的性能和要求。鉴于现有技术存在的不足，本次设计的目的旨在设计一种运行平稳且充填精度高的全自动胶囊充填机的双面槽充填内凸轮装置来实现剂量上下导向柱上下往复运动。5对充填杆充填高度进行微调的机构的设计这部分的设计主要是为了解决那些流动性较差的药粉靠自身重力很难充填到计量盘上的模孔中的问题，设计此部分结构来调节充填杆的充填高度，通过充填杆的下压来进一步压实药粉，进而保证充填计量的准确性.二、NJP3400胶囊充填机剂量调节机构的总体方案构建（一）设计的目的及意义本次设计的主要目的就是在提高胶囊充填机充填速度的同时，通过对胶囊充填机剂量调节装置中部分机构、零件的优化设计保证充填剂量的精确性，并尽可能的降低噪音。用胶囊充填药品具有很多优点,目前已被国内外制药行业普遍采用,所以用胶囊充填药物是今后制药行业发展的方向，尤其是硬胶囊制剂在药品与保健品市场所占的比例日趋增长,而胶囊充填机作为其生产的基础设备也将凸现出更广泛应用的一面。据国家医药管理局行业发展规划及规范要求,今后制药行业必须采用全自动胶囊充填机灌装药物。全自动胶囊充填机是胶囊制剂生产车间改造的关键设备之一，因此对胶囊充填机的研究具有一定的现实意义。NJP3400是一种计划产量可达3400粒/min的全自动胶囊充填机，它在充填速度、充填数量以及充填精度上的要求都远远高于现有的全自动胶囊充填机，所以对它的研究不仅可以满足市场上对胶囊制剂的巨大需求量，而且可以推动同行业的发展。胶囊充填机的剂量调节机构是胶囊充填机中的一个重要部分，其结构设计的是否合理直接影响到胶囊的质量，所以对NJP3400胶囊充填机的剂量调节机构的研究具有重大的意义。（二）剂量调节方式的选择药物充填装置的种类有很多，如插管定量装置、活塞滑块定量装置以及柱塞式定量装置。如图2.1插管式定量装置所示，是将空心定量管插入药粉料斗中，利用管内活塞将药 图2.1插管式定量装置1)定量管 2)活塞 3)药粉斗 4)胶囊体粉压紧，然后定量管升离粉面，并旋转180至胶囊体上方。随后活塞下降，将药粉柱压入胶囊体中，完成药粉充填过程。此装置要想保证充填剂量的准确性对药粉的流动性要求较高2活塞滑块定量装置如图2.2所示，在料斗的下方有多个平行的定量管，每一定量管内均有可上下移动的滑块，滑块上开有圆孔，当滑块移动并使圆孔位于料斗于定量管之间时，料斗中的药物微粒或药物微丸经圆孔流入定量管，然后滑块移动将料斗与剂量管隔开，此时剂量活塞下移到合适的位置，使药物经支管和专用通道填入胶囊体。此种充填装置对粉状的药物充填效果不好，具有一定的局限性。 图2.2活塞式定量装置 1)填料器 2)定量活塞 3)定量管 4)料斗 5)物料高度调节板 6)药粒 7)滑块 8)支管 9)胶囊体 10)下囊板柱塞式定量充填装置：柱塞式定量装置的结构与工作原理如图2.3所示，其中左图将柱塞式定量装置及其工作过程展成了平面形式。药粉盒由定量盘和粉盒圈组成，工作时可带着药粉做间歇回转运动。定量盘沿周向设有若干组模孔（图中每一单孔代表一组模孔）,充填杆的组数和数量与模孔的组数和数量相对应，工作时凸轮机构带动各组充填杆做上下往复运动，当充填杆下降，将模孔中的药粉压实一次，此后充填杆再次上升，剂量盘又旋转一个角度，药粉再次将模孔中的空间填满，充填杆再次将模孔中的药粉压实一次，如此旋转一次，充填一次，压实一次，直至第F次，定量盘下方的铜环在此处有一个半圆形的缺口，其空间被下模块占据，此时充填杆将模孔中的药粉柱推入胶囊体，即完成一次充填操作。柱塞式定量充填装置中各充填杆的高低位置可以调节，其中e处的充填杆位置最高，f处的充填杆位置最低，此外，在f组充填位置处还有一个不运动的刮粉器，利用刮粉器与定量盘之间的相对运动，可将剂量盘表面的多余药粉刮除。综上所述，柱塞式定量充填装置在充填剂量的准确性上具有一定的优势，而且剂量盘及充填杆可以更换来适应不同胶囊所需要的药粉体积，所以本次设计采用柱塞式定量充填装置。图2.3柱塞式定量充填装置1)底盘 2)定量盘 3)充填冲头 4)粉盒圈 5)刮粉器 6)上囊板 7)下囊板三、柱塞式剂量调节机构机械部分的结构设计（一）充填机部件的选择1圆柱分度凸轮圆柱分度凸轮机构的特点是：(1) 机械结构简单、紧凑、刚性好、承载力大，可用于大转矩的间歇运动场合。(2) 分度范围大，适合范围广，尤其是分度数较多时，该机构的优点明显，因此分度数多的场合，其使用较其他间歇机构运动机构多。(3) 设计上限制较少，可以方便的实现各种运动规律。(4) 分度精度高，可达。(5) 制造成本较低，在空间凸轮机构中，它的制造费用是最低的。由于凸轮式间歇分度机构本身具有较高的定位精度，是当前被公认的一种比较理想的高速高精度的分度机构，目前已有专业厂家从事系列化生产。 图3.1圆柱凸轮分度机构1)从动盘 2)输入轴 3)滚子 4)主动凸轮 5)输出轴安装孔 如图3.1所示的圆柱凸轮分度机构，圆柱分度凸轮属于凸轮式间歇运动机构，它主要由2)输入轴、4)主动凸轮、1)从动盘、3)滚子组成，他的工作形式是4)主动凸轮在2)输入轴的带动下作连续转动，而1)从动盘在其垂直方向上做间歇转动，这主要是靠4)主动凸轮上的凸轮轮廓曲线带动从动盘上的滚子按一定角度转动，3)滚子再带动转盘运动，转盘上安装输出轴，输出轴与工件相连，从而带动工件运动。4)主动凸轮上的轮廓曲线是围绕着圆柱体形成的凹槽，当4)凸轮转动某一个角度，在这个角度里4)凸轮的轮廓曲线与4)凸轮的转动的直线方向上成一定的角度，这段凸轮曲线就会带动3)滚子转动一定的角度，4)主动凸轮继续做圆周转动，但在接下来凸轮曲线与4)主动凸轮转动的直线方向重合，这段时间里如果把4)主动凸轮看成是静止不动的，那么1)从动盘上的3)滚子则是绕着4)主动凸轮做圆周运动。所以这个时候从1)动盘上的滚子是静止不动的。4)主动凸轮连续回转，1)从动盘在3)滚子的带动下转动后静止一段时间再转动再静止一段时间，这样重复着这样的运动就实现在间歇分度的功能。26工位圆柱分度凸轮分度箱的选择计算如图3.2所示按照设计的的要求工作台高度h=20mm ,直径D为600mm，工装和工件安装直径为500mm，6工位，工装重力为50N，工件重力为5N。在工作台半径250mm位置处是滑动面。工作台支撑工作台重力，1个循环为1s，分度时间为0.3s。凸轮轴和输出轴的旋向如图3.2所示，寿命是20000h(1) 分度数n 因为是6工位，所以n =6(2) 分度角 因为一个分度时间和工作循环时间之比为0.3/1,所以=360*1/3=120(3) 凸轮轴转速N 因为一个循环为1s，则N=60/1/r/min=60r/min(4) 凸轮螺旋方向 凸轮螺旋方向决定于与之相连的工作台机械方向，因为凸轮轴和输出轴的旋向是不能改变的，所以凸轮旋向为左旋(5) 凸轮曲线 一般情况选用修正正弦曲线(6) 工作台重力 W=6.126*10*600*20N=441N (3.1)(7) 工作台惯性矩 I= (3.2)(8) 工装惯性矩 I= (3.3)(9) 工件惯性矩 I= (3.4)(10) 总惯性矩 I= I+ I+ I=(2.025+1.913+0.191) =4.129 (3.5)(11) 输出轴最大角加速度=52.093rad/s (3.6)(12) 惯性转矩 Ti=I=4.129*52.093=215.092N.m (3.7)(13) 摩擦转矩T=0.15*(441+6*(50+5)*=28.913N.m (3.8)(14) 工作转矩T,因为分度时不做功，工作转矩T=0(15) 负荷转矩 T0= Ti+ T+ T=(215.092+28.913+0)=244 N.m (3.9)(16) 实际负荷转矩 设使用系数=1.5 T= (3.10)(17) 凸轮轴转矩T= (3.11)(18) 所需动力P 涡轮减速机的效率 P=因为是峰值，取其0.5 则P (3.12) (19) 按寿命计算转矩T (3.13)(20) 凸轮分度箱尺寸 凸轮转速为60r/min时的输出转矩要比按理想寿命计算出的转矩Ti=426.8N,m大一些，所以分度箱也大，结果选择125型分度箱。 图3.2工作台示意图D)工作台直径 d)工件安装直径 H)工作台高度 （二）剂量盘尺寸及其上模孔数量设计剂量盘上的模孔数量是影响胶囊充填机充填速度的关键因素之一，本次设计要求胶囊充填机在正常工作的情况下，充填速度达到每分钟3400粒左右，已知胶囊充填机主轴和凸轮分度箱的传动比是1：1即主轴旋转一圈凸轮分度箱完成一次分度工作，同时胶囊充填机完成一次充填工作，已知3200胶囊充填机的剂量盘上有6组模孔，每组模孔有24个模孔，因此可知3200正常工作时主轴的转速是133.33rad/min,假设3400胶囊充填机正常工作时主轴转速也是133.33rad/min，按此计算若3400胶囊充填机的剂量盘上模孔其他条件不变则每组需要模孔数是28个，才能达到设计要求，剂量盘上的模孔排列图3.3所示。图3.3 剂量盘上的模孔排列图1)轴头连接孔 2)模孔如上图3.3所示，剂量盘通过3个1)轴头连接孔与轴头连接，轴头与凸轮分度箱的输出轴连接，当药粉从料斗撒落到剂量盘上时，剂量盘和轴头由凸轮分度箱的输出轴带动做间歇回转运动，在剂量盘上的药粉由于离心力的作用向剂量盘的四周甩开，并落到剂量盘的2)模孔中。2)模孔的体积就是将要充填到胶囊中的药粉的体积，柱塞式定量充填装置的另一个优点就是，可以通过更换剂量盘和配套的充填杆等组件来适应不同的胶囊。（三） 剂量盘与铜环之间的间隙微调机构的设计如图3.4所示，2)铜环位于4)座体的上方，1)剂量盘的下方，1)剂量盘由凸轮分割输出轴带动做间歇回转运动，如果把整个充填装置比喻成一个容器，那么2)铜环在1)剂量盘的下方相当于这个容器的底座，而且2)铜环是固定不动的，它与1)剂量盘之间应该存在一定的间隙，但由于一部分药粉会通过剂量盘的模孔散落在铜环之上，随着1)剂量盘的间歇回转，时间长了药粉会在2)铜环上产生划痕，造成铜环的损坏。此机构设计的目的有两个，一是让2)铜环定位，在1)剂量盘间歇回转时2)铜环不随其旋转，二是能使2)铜环上下移动从而能够对2)铜环和1)剂量盘之间的间隙进行微调，如图3.4所示，在4)座体上有两个对称的小孔5)定位孔，对应的2)铜环上也有两个孔，这是2)铜环的定位孔，在4)座体上还均布的分散着5个3)螺纹孔，当安装上5个配套的螺钉后，2)铜环由5个螺钉来支撑，通过旋转5个螺钉来调节铜环的高度。 图3.4剂量盘与铜环之间间隙微调机构原理图 1）剂量盘 2）铜环 3）螺纹孔 4）座体 5）定位孔（四）调节充填杆高度的机构设计如图3.5所示，充填杆高度微调机构由1)夹器体 2)压紧旋钮 3)下压板 4)高度调节螺杆 5)固定杆 6)充填杆 7)充填杆座 8)上压板 9)高度调节旋钮 10)压板组成。柱塞式计量充填装置是依靠多组不同高度的充填杆对计量盘上的药粉进行多次充填来达到充填精度的要求。此机构的工作原理是将高度调节螺杆的螺旋运动转换成上压板、夹器体、下压板、以及充填杆的上下运动。如图3.6首先将下压板和夹器体通过螺栓将其固定，然后将充填杆依次放进夹器体的孔洞中，然后从下方将充填杆拉出，使充填杆的突台下表面卡在下压板的上表面为止然后将弹簧装入夹器体的孔洞中，然后将上压板与夹器体固定在一起。然后将固定杆固定在充填杆座板上，在将充填杆对准充填杆座板上的模孔将其装配在充填杆座板上，此时夹器体和上压板两端的半圆形凹进部分会与固定杆贴合，然后将压板固定在固定杆上，高度调节螺杆装配到夹器体中，高出压板的部分与旋钮配合，然后通过旋转旋钮，夹器体会带动上压板、下压板、以及充填杆沿着固定杆上下移动，从而实现对充填杆高度的调节。 图3.5充填杆高度微调机构原理图 图3.6充填杆高度微调机构爆炸图1）夹器体 2）压紧旋钮 3）下压板 4）高度调节螺杆 5）固定杆 6）充填杆 7）充填杆座 8）上压板 9）高度调节旋钮 10）压板（五）充填杆上下往复运动机构的设计目前生产、销售、使用的全自动胶囊充填机，其充填凸轮均为单面槽内凸轮，单面槽内凸轮带动一根摆杆，由一根连杆来带动全自动胶囊充填机的充填组件作上、下移动来完成药粉的充填。该充填凸轮装置在较大力矩的作用下，由于它的工作支点是一个支撑悬臂支承，刚性较差，特别是对于产量在每分钟1500粒以上的胶囊充填机，在充填过程中所受的力较大且不均匀，造成整机的稳定性差，直接影响药粉的装填量，即药粉的充填精度下降，同时噪声加大，达不到设计的性能和要求。鉴于现有技术存在的不足，本次设计的目的旨在提供一种运行平稳且充填精度高的全自动胶囊充填机的双面槽充填内凸轮装置。如图3.7所示此机构包括2)主轴、3)充填凸轮3、1)连杆3-1和4)连杆3-2及5)支撑，所述的3)充填凸轮为双面槽内凸轮，该双面槽内凸轮上的两凸轮内槽对称设置，所述的1)连杆3-1和4)连杆3-2为平行设置的双连杆，该双连杆分别与所述的3)凸轮两内槽连接。上述的双连杆一端由双联螺栓滚轮滚针轴承连接安装，另一端与所述的5)支撑连接。上述的双连杆分别通过螺栓滚轮滚针轴承安装在双面槽内凸轮的两凸轮内槽内。此机构与现有技术相比，充填摆杆在运行时受力均匀，传动平稳噪音降低，大幅度提高了整机的使用寿命，并使药粉的装填量差异限制在3%，优于国家药机行业标准的5%。如图3.7表示了此机构的结构，下面再结合实例对此机构的构造及其原理作进一步详细阐述。此机构包括2)主轴、3)充填凸轮3、4)连杆3-2和1)连杆3-1及5)支撑，所述的充填凸轮为双面槽内凸轮3，该3)双面槽内凸轮3上的两凸轮内槽对称设置，所述的连杆为平行设置的1)连杆3-1和4)连杆3-2该双连杆分别与所述的两凸轮3内槽连接。此机构所述的1)连杆3-1和4)连杆3-2分别通过螺栓滚轮滚针轴承安装在3)双面槽凸轮3的两凸轮内槽内，其一端由双联螺栓滚轮滚针轴承连接安装，另一端与所述的5)支撑连接。此机构所述的3)双面槽内凸轮3安装在全自动胶囊充填机的2)主轴上，由2)主轴的旋转带动3)双面槽充填凸轮3的旋转，通过3)双面槽充填凸轮3两面的凸轮内槽与平行设置的1)连杆3-1和4)连杆3-2连接，从而带动两个连杆同步运行作上下摆动，然后通过双联螺栓滚轮滚针轴承带动整个充填组件作上、下移动，从而完成药粉的充填。此机构采用双面槽内凸轮带动双摆杆摆动的结构，使整机运行的稳定性大幅度提高，噪音降低，充填精度提高，尤其适宜于生产产量在每分钟1500粒以上的全自动胶囊充填机上应用。 图3.7计量上下导向轴上下往复运动原理图1)连杆3-1 2)主轴 3)双面槽凸轮3 4)连杆3-2 5)支撑1凸轮的设计要实现计量上下导向轴的运动要求，本次设计采用直动滚子推杆几何封闭的凸轮机构，其工作条件是高速轻载，对推杆的运动要求为：当凸轮转过60时推杆上升15mm凸轮继续转动10推杆静止不动，凸轮继续转动260推杆下降15mm，凸轮继续转动30推杆静止不动。设计时先要确定的凸轮机构的基本尺寸在初步确定凸轮的基圆半径为 推杆滚子半径为其次要选定推杆的运动规律，因为其工作条件是高速轻载，应选用较小的运动规律，以保证推杆运动的平稳性和工作精度。对此推程运动规律可选用正弦加速度运动规律，回程运动可选用5次多项式运动规律 2理论廓线的设计对于对心直动滚子盘形凸轮机构凸轮的理论廓线的坐标可表示为 (3.14)式中位移s应分段计算(1)推程阶段 (3.15)(2)远休止阶段 (3.16)(3)回程阶段 (3.17)(4)近休止阶段 (3.18)取计算时间间隔为5，将以上各式相应值代入（a）计算理论轮廓线上各点的坐标值。计算时推程阶段取，在远休止阶段，在回程阶段取，在近休止阶段计算结果见表3.1表3.1理论廓线计算结果xy00.00050.00054.45949.826108.70549.370350-8.68249.240355-4.35849.8103600.00050.000 3工作廓线的设计由=x- (3.19)其中 (3.20)（1） 推程段 = = (3.21) = = (3.22)（2） 远休止阶段 = (3.23) = (3.24)（3） 回程阶段 = =（ (3.25)=（ (3.26)（4） 近休止阶段= (3.27) = (3.28)计算结果见表3.2 表3.2工作廓线计算结果00.00025.00053.60224.855107.40924.455350-6.94624.392355-3.48624.8473600.00025.000 图3.8双面槽凸轮3廓线 1)理论廓线 2)工作廓线 3)基圆如图3.8双面槽凸轮3廓线所示，凸轮3在0到60时为升程阶段，在这段时间里充填杆在凸轮连杆机构的带动下从最低点运动到最高点，即充填杆从剂量盘的模孔中被提出向上运动到最高点，在60到70时为远休阶段，在这段时间里充填杆在最高点停留，剂量盘回转，70到330这段时间为凸轮的回程阶段，在这段时间里充填杆由凸轮连杆机构带动从最高点运动到最低点，即充填杆对剂量盘模孔中的药粉进行一次充填，在330到360这段时间为凸轮的近休阶段，在这段时间里充填杆静止在剂量盘的模孔中，保持药粉能够被压实。凸轮继续旋转充填杆重复以上运动。4摆杆长度的设计根据剂量上下导向柱上下往复运动机构的运动规律可以将剂量上下导向柱上下往复运动机构的运动形式转化成简单的数学模型，如图3.9所示，l代表所要计算的连杆长度，a代表连杆绕5-支撑转动的中心到连杆上滚子的距离，h代表凸轮的动程，H代表剂量上下导向柱的动程，根据设计得要求凸轮的动程h是15mm，剂量上下导向柱的动程H是37mm凸轮上滚子到连杆绕5-支撑旋转的中心距离a是50mm，设计连杆的长度l来满足以上的条件。根据所学的几何学知识可以知道,由连杆绕5-支撑转动的中心到连杆上滚子的距离a和凸轮动程h及其所对应的斜边所构成的直角三角形和由连杆长度l和剂量上下导向轴动程及所对应的斜边所构成的直角三角形成比例关系，由相似三角形性质定理可知连杆绕5-支撑转动的中心到连杆上滚子的距离a比上中间变量c等于凸轮动程比上剂量上下导向轴的动程H即 所以中间变量c=，在由连杆长度l和剂量上下导向柱H以及中间变量c组成的直角三角型中，由勾股定理可知,所以可以求出连杆长度=128.76mm 图3.9连杆工作原理图四、基于pro/e柱塞式剂量调节机构部分零件的设计和机构仿真（一）吸粉盒的设计1吸粉盒在柱塞式剂量充填装置中的作用如图所4.1所示，吸粉盒分为两部分，3)吸粉盒1和4)吸粉盒2,3)吸粉盒1上有两排通孔，它们与剂量盘上的模孔的尺寸相对应，在充填工位上会有少量的药粉洒落出来，洒落的药粉就会落入3)吸粉盒1的通孔中，吸粉盒的底部中空。4)吸粉盒2在3)吸粉盒1的下方，在4)吸粉盒2上有一个偰形的7)吸粉孔，7)吸粉孔孔底部与大板上的孔相对，并连接着真空泵，所以洒落在3)吸粉盒1上的药粉会被真空泵吸走，这样即避免了药粉的浪费又防止了药粉散落在空气中造成污染。 图4.1吸粉盒实体模型1)、2)与座体配合部分 3)吸粉盒1 4)吸粉盒2 5)、6)与下模块托板相干涉部分 7)吸粉孔 2吸粉盒尺寸的设计如图4.2所示，由于在充填工位胶囊充填机的2)下模块托板将移动到3)吸粉盒1和4)吸粉盒2的正前方，由于受胶囊充填机的总体尺寸限制，所以2)下模块托板会与3)吸粉盒1和4)吸粉盒2的一部分相干涉，而且由于2)下模块托板从上一工位间歇回转到充填工位时的运动路线是一段曲线，所以要确定2)下模块托板与3)吸粉盒1和4)吸粉盒2相干涉的部分的尺寸比较困难。但借助于pro/e软件的强大的三维功能，能够对机构进行仿真，所以在设计时首先将2)下模块托板的运动规律进行仿真，然后借助仿真来确定3)吸粉盒1和4)吸粉盒2的尺寸，这样不仅节约设计时间，而且设计出的尺寸更加合理并避免了材料不必要得浪费节约了成本。 图4.2 吸粉盒工作原理截图1)座体 2)下模块托板 3)吸粉盒2 4)吸粉盒1（二）盛粉环的设计如图4.3盛粉环将剂量盘包围起来，相当于盛粉装置的外壁，在设计盛粉环的时候重点就是在美观的前提下保证它不与随6)大转盘转动的3)上模块相干涉，3)上模块在上一个工位运动到充填工位时会随着凸轮曲线的变化而有一个升程阶段，在这一阶段，3)上模块会与2)盛粉环产生干涉，由于3)上模块托板是在做旋转运动，所以对应的与2)盛粉环干涉部分的尺寸比较难确定，于是借助与pro/e软件的三维仿真功能可以方便的确定2)盛粉环合适的尺寸来满足设计要求。图4.3盛粉环工作原理图1)计量盘 2)盛粉环 3)上模块 4)吸粉盒1 5)吸粉盒2 6)大转盘 图4.4盛粉环实体模型1)与计量盘连接孔 2)与计量盘连接孔 3)与计量盘连接孔 4)与上模块干涉部分如图4.4所示盛粉环上有三个与剂量盘的连接孔分别与剂量盘上的三个螺纹孔相对应，通过螺栓将剂量盘与盛粉环固定在一起，计量盘通过轴头与凸轮分割器的输出轴相连接，并随着输出轴间歇回转，同时带动盛粉环做间歇回转，在回转的同时，剂量盘上的药粉由于离心力的作用下会向计量盘的四周甩开，而盛粉环将计量盘包围在中间，就保证了药粉不会甩到外面，如图所示的与上模块干涉部分是指在胶囊充填机在充填过程时标号4所指的位置会与承载上胶囊的上模块组件中得上模块托板发生干涉，由于这个原因在设计盛粉环是将其设计成上图的形状。（三） 基于pro/e柱塞式剂量调节机构的仿真模拟柱塞式剂量调节装置的运动机构主要有两个，一个是剂量上下导向柱带动充填杆座及夹器体组件的上下往复运动，另一个是剂量盘和盛粉环的间歇回转运动，第一个运动主要由凸轮连杆机构来实现，第二个运动本次设计运用槽轮机构来代替圆柱凸轮分度机构来实现剂量盘和盛粉环的间歇回转运动，首先分别设计一个6工位的槽轮机构，和10工位的槽轮机构 图4.5槽轮机构16工位槽轮机构的设计计算根据整体的设计要求取槽轮机构中心距C=120、6工位、最长工序时间（即工作台静止时间）t=2s，采用单销6槽的外槽轮机构，即z=6，m=1。所以槽轮运动角2=60 (5.1)拨盘运动角2=180-2=120 (5.2)圆销回转半径R1=C*Sin=120*sin30=60 (5.3)槽轮外径R2=104.23 (5.4)圆销半径 取=8轮槽深 h=R1+R2-C+ 取5 所以h=60+104.23-120+8+5=57.23 (5.5)回转轴径d2(c-R2)=2(120-104.23)=31.54 取 30 (5.6)拨盘上锁止弧所对中心角 =2-2=360-120=240 (5.7)取槽轮槽口处厚度b=5mm结果如图4.6所示 图4.6六工位槽轮机构实体模型1)主动轮 2)从动轮本次设计利用6工位的槽轮机构来模拟剂量盘的间歇回转运动，如图4.6六工位槽轮机构实体建模所示，槽轮机构由主动轮和从动轮组成，1)主动轮连续回转，当其上的圆销进入2)从动轮的槽沟时带动2)从动轮和1)主动轮一起回转，当转过一定的角度时圆销脱离从动轮，1)主动轮继续转动，2)从动轮处于静止状态，直到1)主动轮上的圆销再次与2)从动轮的槽沟配合，将再次带动2)从动轮运动，1)主动轮的动力由电机通过滚子链传递给主轴，主轴通过链轮和滚子链将动力传递给一个输入轴，输入轴通过锥齿轮将动力传递给与其垂直的另一根输入轴，此输入轴固定在主动轮上带动主动轮连续回转，从动轮通过输出轴与轴头连接，轴头固定在剂量盘上，当主动轮由电机带动连续回转时将带动从动轮间歇回转，从而达到了是剂量盘间歇回转的目的。210工位槽轮机构的设计计算根据设计要求心距C=120mm,本次设计采用单销外槽轮机构即z=10，m=1。所以槽轮运动角2=36拨盘运动角2=180-2=108圆销回转半径R1=C*Sin=120*sin18=37.08mm槽轮外径R2=114.41mm圆销半径 取=8mm轮槽深 h=R1+R2-C+ 取5 所以h=37.08+114.41-120+8+5=51.3mm回转轴径d2(c-R2)=2(120-114.41)=11.81 取 11拨盘上锁止弧所对中心角 =2-2=360-108=252取槽轮槽口处厚度b=5mm锁止弧半径R0=R1-b-=37.08-5-8=24.08mm结果如图4.7所示 图4.7十工位槽轮机构的实体模型1)主动轮 2)从动轮十工位槽轮机构中主动轮的动力来源于六工位槽轮机构的动力来源相同，而十工位槽轮机构的从动轮是控制胶囊充填机大转盘的间歇回转运动，大转盘带动各个滑块做间歇回转运动，滑块下端有滚子，滚子与安装在大板上的盘凸轮曲线配合，在随着大转盘转动的同时按照盘凸轮的轮廓曲线运动。使用pro/e软件进行机构仿真的首要工作就是辨认整个组件产品中哪些是固定不动的元件，哪些是可动的元件、可动的元件的自由度为何、可动元件之间如何连接，以及可动元件的运动方式。明确这些之后将各个零件按照一定的连接条件一一装配起来然后进入pro/e软件中的机构模块，设置一个伺服电动机，以作为机构运动的动力来源，就可以对机构进行运动仿真了。 图4.8 NJP3400胶囊充填机计量调节机构仿真运动视频截图1）主轴 2）凸轮3 3）计量上下导向轴 4）充填组件 5）回转组件 6）大转盘图4.8为胶囊充填机的运动仿真视频截图，通过运动仿真可以更直观的了解胶囊充填机的工作情况及工作原理，为产品的开发及生产提供了有利的参考依据。NJP3400胶囊充填机通过链传动将电动机的动力传递给主轴，主轴带动其上的凸轮及链轮连续回转，主轴将动力分为两部分，一部分通过链传动传递给两个凸轮分割器，凸轮分割器带动计量盘、盛粉环、大转盘和其上的回转部件做间歇回转运动，另一部分则通过主轴上的凸轮连续回转带动其对应的凸轮机构运动，如图4.8所示，1)主轴带动其上的2)凸轮3连续回转，2)凸轮3带动其凸轮机构运动，使得3)计量上下导向轴做上下往复运动，进而带动4)充填组件做上下往复运动。在2)凸轮3运动的同时，主轴通过链传动将动力传递给两个凸轮分割器，凸轮分割器带动大转盘做间歇回转运动，大转盘在带动其上的回转组件运动，从而完成了胶囊充填机的总体运动。图4.9一组充填杆的运动位移分析图4.9是基于pro/e软件对充填组件中一组充填杆的运动位移分析，横坐标是运动时间，纵坐标是充填杆运动的位移，从图上可以看出，充填杆的运动规律是正弦曲线在50s的时间内完成了10次充填动作，即上下往复一次完成一次充填动作，充填的位移是37mm。五NJP3400剂量调节机构设计总结 图5.1 NJP3400胶囊充填机实体模型及其主要零件1）3400盘凸轮 2）大板 3）大转盘 4)压板 5)凸轮3 6)计量盘 7)压紧旋钮 8）高度调节旋钮 9）铝座板 10)充填杆座板 11)铜环 12)座体 13）座箱 14）座板耳朵 15）盛粉环16）上模块 17）上模块托板 18）下模块托板 19）连杆 20）夹器体 21）隔离块 22）立柱调整块 23）支撑3 24）吸粉盒1 25）吸粉盒2 26）支撑