【药品包装机的结构设计及solidworks仿真研究12000字（论文）】

[17]。综上所述，对本设计各个传动方案的优缺点进行了对比，带传动和齿轮传动方案满足要求，齿轮传动采用直齿圆柱齿轮，造价低而且还没有轴向力。因此药品包装机设计采用混合传动的方式实现机构的运动。2.4确定主轴转速横封和竖封和切刀都是由主轴带动的，使用凸轮运动进行间歇封装，主轴和凸轮配合转动一圈完成一次工作，因此药品包装机主轴的转速就是机器生产的速度，因药品包装机的速度为，所以主轴的速度就为。2.5电机部分在机械设计中，电机驱动是作为广泛的动力源之一，按工作电源分类：分为直流电动机和交流电动机。按结构及工作原理分类：可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。电机的选择主要根据控制的要求和精度有关，药品包装机工作的功率小，相应需要的扭矩小。工作时，主轴带动轴上零件转动时需要的转矩为由[16]得：机构运动主轴所选电机的额定功率应大于所需的功率，才可以使机构满足使用要求。通常不计算发热。选择型号YS7124三相异步电动机,功率为370W，转速。2.6整体方案设计通过上面的设计，确定药品包装机采用立式直线型的结构，如图2-7所示为药品包装机整体的方案设计简图，此方案外形美观，占地面积小，并且可以使结构相对简单，顺利的实现需要的包装效果。在重力的作用下可以减少对包装带的牵引和送袋。送料、包装、剪切等一次性完成，使整个过程更加流畅和稳定。图2-7总体设计1.漏斗2.支架3.料斗4.齿轮5.竖封机构6.主轴7.纵封机构8.隔板9.电机3.1横封机构从动件不同的运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线，横封机构在设计时凸轮机构采用力封闭式。由[14]表13.5-5。具体参数表3-1所示。等速运动产生刚性冲击，运动规律采用等加速等减速[17]运动规律。虽然会产生柔性冲击，但是对机构的影响不大。因为封装时需要有短暂时间的停顿，所以远休止角度需要有一定的范围，每转一圈封装，满足封装的效果。凸轮接触采用滚子接触方式，所以滚子与轮廓之间为滚动摩擦，磨损小[17]。两个凸轮大小相等，方向相反,两个凸轮固定成一个整体连接在轴上，可以抵消在轴上的力。接下来画出凸轮的形状，如图3-1所示。表3-1凸轮的参数凸轮的参数数值基圆半径推程运动角回程运动角远休止角推程最大压力角图3-1凸轮形状3.2竖封机构竖封机构中不需要装切刀，所以凸轮的大小可以比横封机构中的凸轮小，所以对应的升程位移也会比横封机构小。采用相同的运动规律，虽然会产生柔性冲击，但是机构的运动速度很小，所以对机构的运动影响并不大，满足封装效果。凸轮的参数见表3-2所示。每转一圈封装时间为，凸轮形状如图3-2所示。表3-2凸轮的参数凸轮的参数数值基圆半径推程运动角回程运动角远休止角推程最大压力角3-2凸轮形状3.3带传动的计算计算部分主要参考机械设计[2]。根据带传动传动平稳，增加传动距离，有过载保护。选传动比i=1,节省传动空间，小带轮直径取，小带轮转速=1400r/min；（1）确定计算功率查[2]表8-8工作情况系数表得:所以计算功率:——计算功率，——工作情况系数，——所需传递的额定功率，（2）选取V带带型根据和的值，查[2]图8-11确定带型为：Z型普通V带，满足使用条件和经济效益。（3）验算带的速度所以带的速度合适。（4）确定带的基准长度和传动中心距根据公式[2]:初步确定中心距：，计算带的基准长度:根据[2]表8-2选择普通V带的基准长度:计算实际中心距：（5）验算主动轮上的包角故主动轮上的包角合适。（6）计算V带的根数由=1400r/min，，查《机械设计》[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）计算初拉力查《[2]表8-3得，所以：（8）计算作用在轴上的压轴力3.4齿轮计算主轴上齿轮带动转盘下面的齿轮转动，主轴上齿轮转一圈，带动转盘转四分之一圈所以取传动比，主轴的转速最大为80r/min。传动效率取0.945主要参数：功率；（1）选取齿轮类型、精度等级、材料及齿数选取齿轮类型、材料：选取直齿圆柱齿轮传动，材料为HT250，硬度为170~241HBS；选取精度等级：药品包装机传动为一般齿轮传动，所以精度等级取8级；齿数：小齿轮取：；大齿轮取：（2）按齿面接触强度设计由设计计算公式[1]10-9a进行试算，即确定上述公式内的各个数值大小：试选齿轮载荷系数小齿轮传递的转矩：由[1]表10-7选取齿宽系数,表[1]10-6查得铸铁的弹性影响系数为,表[1]10-21a按齿面硬度中间值206HBS得大小齿轮的接触疲劳强度极限：由式[1]10-13计算齿轮的应力循环次：由[1]图10-19得接触疲劳强度寿命系数为：，计算接触疲劳许用应力：取失效概率为1%，安全系数S=1，得：（3）计算a)试算小齿轮分度圆直径，带入中较小值，b)计算圆周速度V:c)计算齿宽b和模数:，d)计算载荷系数K查[1]表10-得使用系数:根据，8级精度，由[1]图10-8查得载荷系数：，直齿圆柱齿轮假设由[1]表10-3得：的计算式：载荷系数：e)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径为：f)计算模数m（4）按齿根弯曲强度设计a)确定公式内各个计算数值由[1]图10-20c查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限为,由[1]图10-18查得弯曲疲劳寿命系数：，b)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由公式[1]10-12得：c)计算载荷系数Kd)查取齿形系数由[1]表10-5查得:，e)应力校正系数由[1]表10-5查得:，f)计算大小齿轮的并加以比较对比一下发现小齿轮数值比较大（5）设计计算对比计算结果，由齿面接触强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度的承受能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承受能力仅与齿轮直径有关，由弯曲强度算的模数2.57mm，就近整数取2.5mm，按接触强度算得的分度圆直径。由此得，取，，取（6）几何尺寸计算a)分度圆直径b)中心距c)齿轮宽度（7）验算与假设符合，所以符合要求。3.5主轴的设计与校核（1）轴的输入功率和转矩主轴的输入功率为0.35kw，主轴的转动速度为，轴的输入转矩为：（2）计算齿轮在轴上的力由前面计算已知主轴的转速，功率,转矩。小齿轮的齿数，模数，小齿轮的分度圆直径为，可求得齿轮作用在轴上的力：圆周力：径向力：轴向力：（3）确定凸轮作用在轴上的力由于凸轮受滚子作用力，其受力方向始终与两接触面的公法线方向相同，凸轮为成对的对称式分布，故其作用力的径向分力始终相互抵消，只存在切向力分力，所以凸轮对轴只存在转矩作用。如图两对凸轮3-1、3-2所示。根据设计的弹簧弹力，可知，作用力的距离分别和，因此两对凸轮对主轴产生的扭矩分别为：图3.1图3.2（4）初步确定轴的最小直径图4.3轴的结构图初步选定主轴的材料为45号钢，经调质处理。根据[2]表15-3，取,于是得：。根据机构的结构，如图4.3所示，可以得出，将主轴设计为光轴，主轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径，将其取为，长度为。其余部分考虑到键槽对轴的强度的影响，取直径为，由[2]表6-1查得平键截面尺寸，轴的总长度为（5）求轴上的载荷首先根据轴的结构图，如图4.3所示，做出轴的计算简图。如图4.4所示。首先将轴上受力分解为水平分力和竖直分力，如图4.4（a）所示。1）弯矩图将水平方向力对取矩，可得：由水平合力为0可得:得到水平方向上的弯矩图如图4.4（b）所示，最大弯矩：将垂直方向上力对取矩，可得：由垂直方向合力为0得：得到垂直方向上的弯矩图如图4.4（c）所示，最大弯矩故可得B点处的总弯矩（如图4.4（d）所示）：2）扭矩图计算出轴的扭矩图，如图4.3（e）所示，由扭矩图可以看出：最大扭矩为轴的输入扭矩：图4.4受力分析（6）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面，即主轴的危险截面的强度。扭转切应力为脉动循环变应力，故，轴的计算应力：前面已选定轴的材料为45钢，正火处理，由[2]表15-1查得。因此，，所以安全。（7）校核轴的疲劳强度从应力集中对轴的疲劳强度的影响，从截面来看K处的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面B点上的应力最大。截面B的应力集中的影响因素与截面K的影响因素相似,故只需要校核截面B左、右两侧即可，如图4-5所示图4-5轴截面B左侧：抗弯截面系数：抗扭截面系数：截面Ⅵ左侧的弯矩：弯曲应力为：扭矩：扭转切应力为：轴的材料为45钢，正火处理。由《机械设计》[2]表15-1得：，，。主轴截面上，在轴肩上形成的理论应力集中系数及按[2]附表3-2查取，得：，，得：，又由[2]附图3-1得，轴的材料敏性系数为：，故有效应力集中系数为：由[2]附图3-2得尺寸系数为:；又由附图[2]3-3得扭转尺寸系数为:。主轴按磨削加工处理，按附图[2]3-4取得表面质量系数为：主轴未经表面强化处理，即：得到综合系数为：钢的特性系数为：轴在截面右侧的安全系数为：故知其安全。截面B的左侧：由设计可得，该轴为光轴，故截面B左右两侧的截面参数和受力情况相同，故截面B的右侧校核过程同左侧相同，因此左侧的安全系数也为：通过设计到校核我们可以得出该轴满足使用要求。3.6键的选择与校核根据上述设计主轴的直径为20mm，参考[16]表8-50取得键的界面尺寸,键长,轴深度3.5mm,轮毂深度2.8mm。由公示[17]10-5校核挤压强度：——转矩，由上式计算得——轴径，——键的高度，——键的工作长度，由《机械设计基础》[18]表10-5得有轻微冲击时许用挤压应力所以挤压强度符合要求。3.7轴承的选择和校核1.轴承的选择因为设计轴的直径为20mm，查[16]表8-53,所以选择标准深沟球轴承型号为6204，轴承外径，宽度为。轴承的校核因为轴承只承受径向力，即，所以：以小时数表示轴承的额定寿命：C——基本额定动载荷，查[16]表8-53得N——轴的转速为P——径向力——指数，因为为球轴承，所以取所以：在方案设计中设计寿命为10年，一年工作300日，每天工作10小时。所以此机器寿命为：两者对比之下，所以轴承选择合适，大大满足使用要求。4.1SolidWorks介绍Solidworks软件功能非常强大，里面的组件也非常繁多。同时它还具有易学易用和创新等非常好的特点，页面良好的流畅度，组件的标准性，清晰的视觉窗口，减少的很多不必要的对话框，所以很大程度的减少界面的凌乱。这也使它成为现今非常主流的三维建模软件。它在设计时还可以提高不同的设计方案，可以在不同的方案中选择最好的方案，减少设计过程中的错误以及提高设计产品的质量。所以适合大多数的设计师，顺利的达到自己预想使用效果，提高三维建模等工序的工作效率。4.2对药品包装机的建模和装配（1）首先启动Solidworks软件，创建一个新的零件进行绘制。（2）使用相关命令绘制出要求的大齿轮，其模数为2.5、齿数为72、齿宽为45的齿轮。（3）对画出的大齿轮进行开孔，分别如图5-1所示。图5-1大齿轮（4）接下来选择新建零件对塑料包装袋牵引轮进行建模，两个大小相同的牵引轮安装在一起。如下图5-3所示。图5-3牵引轮（5）接下来创建新的零件对放漏斗进行建模，通过两个不同角度观看漏斗的形状。如图5-4、5-5所示。图5-4漏斗图5-5漏斗（6）下料漏斗与定量斗转盘之间的毛刷建模图，三排毛刷具有非常重要的作用。如图5-6所示。图5-6毛刷（7）创建新的零件对定量斗整体的三维建模然后进行装配，得到一个整体的定量斗，如图5-7、5-8所示图5-7定料斗图5-8定料斗（8）接下来新建零件对切刀进行建模，使用命令把切刀制成锯齿状。如图5-9所示。图5-9切刀（9）接下里将带轮与带进行装配，得到如图5-10所示图5-10带传动（10）通过命令操作对横封机构进行装配，得到如图5-11所示。图5-11横封机构（11）使用命令操作对竖封机构进行装配，得到如图5-12所示。图5-12竖封机构4.3三维建模整体装配打开solidworks新建装配体，进入装配界面选择浏览，找到需要装配的零件，选择并确定，右击选择的零件名，选择浮动，这样可以方便之后其他零件的装配。在配合中将零件的前视基准面和坐标装配模板前视基准面重合[5]，右视基准面与装配体模板右视基准面重合。找到重合的基准面，依次插入零件进行装配。最后得到一个装配整体。如下图5-13所示为药品包装机的整体三维建模图。图5-13药品包装机装配体打开已经装配好的装配体，在建立整体模型的基础上作相关步骤。由于机构的零件过多，机构相对复杂，电脑不能够支持这么多的零件运动仿真，太过卡顿。所以在整个装配体的基础上选择横封机构和竖封机构对其进行运动仿真分析。得到相关运动曲线，分析其运动的合理性。对运动仿真的机构进行装配配合，添加零件的约束和连接属性，固定其相对位置，首先对横封机构作仿真，其升程为。得到加速度-时间曲线图和速度-时间曲线图，如图5-1、5-2所示。5-1加速度-时间5-2速度-时间接下来对竖封机构进行运动仿真，由于竖封机构中无切刀，所以凸轮的大小要比横封机构的小，所以其升程为，对应的曲线图如下5-3、5-4所示。5-3加速度-时间5-4速度-时间本文设计了一种自动药品包装机设计方案，通过对该方案的分析和选择和工作原理的论述，完成了该方案的机械传动件的选型与计算，并根据实际情况进行理论分析计算，完成该方案的建模与运动仿真，利用软件得出机器的运动曲线图。并对机器运动曲线做简单分析，最后完成此次毕业设计。由于时间的关系，本人因找工作和实习的原因，在有限的时间内完成全自动药品包装机毕业设计的书写工作，压力非常大。在这个过程中，设计难免会出现一些漏洞和缺陷。本文在前期设计时，做了大量的阅读和调查工作，希望自己做出的设计更加完善，通过三维建模和运动仿真分析得出机器能够运行且符合设计的要求。我希望自动药品包装机在未来的研究会光芒万丈，对此出现无限遐想。希望继续努力，为我国自动药品包装机在该领域的发展贡献自己的一份小小的力量，将我国自主的机械产品发展到新领域，不必受制于欧美等发达国家的技术封锁。未来是美好的，但是，付出是必须的。我们将一起努力，将机械行业做出新的高度。濮良贵,纪名刚.机械设计[J]第七版.北京:高等教育出版社,1996.濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计[M]第十版.高等教育出版社,2019.王都阳,张建昌.药