《制藥機械(第二版)》第三章：制藥設備常用機構(gòu)

1、第三章 制藥設備常用機構(gòu)第三章 制藥設備常用機構(gòu)第一節(jié) 基礎(chǔ)知識一、機構(gòu)、構(gòu)件與零件 在制藥機械中，各種機器都是由種類有限的機構(gòu)，如連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇運動機構(gòu)、以及其他一些常用機構(gòu)所組成。如圖3-1所示的圓盤藥片計數(shù)裝置就是由連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)和槽輪機構(gòu)等組成。 機構(gòu)是由一個或幾個構(gòu)件組成并能實現(xiàn)運動的傳遞和轉(zhuǎn)換的機械系統(tǒng)。機構(gòu)又是由若干構(gòu)件所組成。構(gòu)件是機械系統(tǒng)的最小運動單元。而構(gòu)件可以是一個零件，也可以是由幾個零件構(gòu)成的剛性整體零件,是機械系統(tǒng)的最小組成單元。構(gòu)件與零件的主要區(qū)別在于：構(gòu)件是運動的單元，它作為一個整體參與運動，而零件是制造的單元?？傊瑱C器由機構(gòu)組成，機構(gòu)由構(gòu)件組成，

2、而構(gòu)件由一個或若干個零件組成。圖3-1 圓盤藥片計數(shù)裝置1-電磁振動器；2-落片漏斗；3-托盤；4-數(shù)片孔板；5-壓桿；6-蝸桿；7-大齒輪；8-變換手柄；9-槽輪；10-曲柄輪；11-小齒輪；12、15-蝸輪；13-旋臂；14-凸輪；16-電機；17-擋瓶閘門二、運動副及其分類 機構(gòu)是由若干個構(gòu)件組合成的，相臨的兩個構(gòu)件應以適當?shù)姆绞较嗷ヂ?lián)接，才能保持確定的相對運動。兩個構(gòu)件直接接觸而又能保持一定形式相對運動的聯(lián)接稱為運動副。根據(jù)運動副聯(lián)接的兩構(gòu)件空間位置的不同，運動副可分為平面運動副和空間運動副。1平面運動副 若運動副只允許兩構(gòu)件在同一平面或相互平行平面內(nèi)作相對運動，則稱為平面運動副。平面

3、運動副又可分為低副和高副。（1）低副 兩構(gòu)件通過面接觸組成的運動副稱為低副。低副又可分為轉(zhuǎn)動副和移動副。轉(zhuǎn)動副 若組成運動副的兩構(gòu)件只能在一個平面內(nèi)作相對轉(zhuǎn)動，則稱該運動副為轉(zhuǎn)動副，也稱鉸鏈。 圖3-2中所示構(gòu)件1與2的聯(lián)接就是轉(zhuǎn)動副。移動副 若組成運動副的兩構(gòu)件只能沿某一軸線作相對移動，則稱該運動副為移動副。圖33中所示構(gòu)件1與2組成的運動副就是移動副， (2)高副 兩構(gòu)件通過點或線接觸構(gòu)成的運動副稱為高副。如圖所示的凸輪1與從動桿2及輪齒1與輪齒2的聯(lián)接都是高副。 (2)空間運動副 若組成運動副的兩構(gòu)件只能作空間相對運動，則稱該運動副為空間運動副。如圖示即為常用的螺旋副和球面副。 三、平面

4、機構(gòu)運動簡圖 實際構(gòu)件的外形通常比較復雜，為了便于研究機械的運動，可以忽略構(gòu)件的外形和運動副的結(jié)構(gòu)，用簡單的線條和符號表示構(gòu)件和運動副，并按一定的比例定出各運動副的位置，這種能表達各構(gòu)件相對運動關(guān)系的簡圖即為為機構(gòu)運動簡圖。 常用運動副的代表符號如表所示。根據(jù)實際機械繪制機構(gòu)運動簡圖時，應首先分析該機械的實際結(jié)構(gòu)組成及其運動狀況，找出機構(gòu)的原動件（運動規(guī)律已知的構(gòu)件）、從動件（隨原動件的運動而運動的構(gòu)件）和固定件(機架，支承活動件的構(gòu)件)，然后沿著傳動路線一一確定各構(gòu)件的運動副的種類和數(shù)量，測量出各構(gòu)件上與運動有關(guān)的尺寸，然后再選擇適當?shù)谋壤吆鸵晥D平面(一般以多數(shù)構(gòu)件的運動所在面或其平行平面

5、)用運動副的代表符號和簡單線條繪制出該機構(gòu)的運動簡圖。 現(xiàn)以圖所示的顎式粉碎機為例說明機構(gòu)運動簡圖的畫法。（1)確定原動件、從動件及固定件 ，該機構(gòu)是由偏心軸2（主動件），動顎3、肘板（從動件4）及機架1（固定件）所組成的曲柄搖桿機構(gòu)。(2)確定各運動副的類型和數(shù)目 偏心軸2與機架1組成轉(zhuǎn)動副A，偏心軸2與動顎3組成轉(zhuǎn)動副B，肘板4與動顎3組成轉(zhuǎn)動副C，肘板4與機架1組成轉(zhuǎn)動副D。整個機構(gòu)共有4個轉(zhuǎn)動副。(3)選擇視圖平面及比例尺，定出各運動副的相對位置 ， 用構(gòu)件和運動副的代表符號繪出機構(gòu)運動簡圖。 四、平面機構(gòu)的自由度 所謂機構(gòu)的自由度，即機構(gòu)所具有的獨立運動數(shù)目。 平面機構(gòu)中的每個構(gòu)件，

6、在未用運動副與其他構(gòu)件聯(lián)接之前，都有三個自由度(在XOY平面直角坐標體系中有沿X軸、Y軸方向的二個移動和繞任意點的一個轉(zhuǎn)動)，而在聯(lián)接之后，由于受到運動副的約束，失去某些自由度。平面低副使被聯(lián)接構(gòu)件失去兩個自由度，保留一個自由度(構(gòu)件的相對轉(zhuǎn)動或移動)，即其約束數(shù)為2； 而組成平面高副的兩個構(gòu)件，失去了沿過接觸點法線n-n方向的移動，但可繞接觸點轉(zhuǎn)動及沿過接觸點切線t-t方向的移動。所以平面高副僅使聯(lián)接構(gòu)件失去一個自由度，保留了二個自由度，即其約束數(shù)為1。若一個平面機構(gòu)由n個構(gòu)件組成，其中1個構(gòu)件為固定不動的機架，則該機構(gòu)共有n-1個活動構(gòu)件。每個活動構(gòu)件在聯(lián)接之前有3個自由度，則n-1個構(gòu)件

7、就有3(n-1)個自由度，而在聯(lián)接之后，由于受運動副的約束，機構(gòu)的自由度將大為減少。 設在該機構(gòu)中，組成的低副數(shù)是PL個，組成的高副數(shù)是PH個，則該機構(gòu)的全部運動副的約束數(shù)就共有2PL+PH個。如W表示機構(gòu)尚保留的自由度，則W=3(n-1)-2PL-PH (3-1)W就是機構(gòu)所具有的獨立運動數(shù)目，即自由度。 要使機構(gòu)具有確定的運動，則原動件數(shù)目應等于機構(gòu)的自由度。這就是機構(gòu)具有確定運動的條件。 第二節(jié) 連桿機構(gòu) 各構(gòu)件之間均以低副相連接的機構(gòu)稱為連桿機構(gòu)。 由于它能實現(xiàn)多種運動形式的轉(zhuǎn)換,并具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、使用壽命長等一系列的優(yōu)點，因此在許多制藥機械上都可以看到它的應用。 平面四桿機構(gòu)

8、是由四個構(gòu)件用低副(轉(zhuǎn)動副和移動副)組成的機構(gòu),是組成其他多桿機構(gòu)的基礎(chǔ).本章只討論連桿機構(gòu)中最簡單、最基本的也是制藥機械中應用最廣泛的平面四桿機構(gòu)。如圖示為糖漿灌裝設備噴嘴升降系統(tǒng)中的連桿機構(gòu),其主要功用是實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或?qū)崿F(xiàn)給定的運動軌跡。平面四連桿機構(gòu)包括鉸鏈四桿機構(gòu)及其演化機構(gòu)一、鉸鏈四桿機構(gòu)凡由轉(zhuǎn)動副（鉸鏈）聯(lián)接的四桿機構(gòu)即稱為鉸鏈四桿機構(gòu),其機構(gòu)簡圖的基本型式如圖38所示。固定不動的桿4稱為機架，與機架相連的桿1與桿3稱為連架桿，連接兩連架桿的稱為連桿。 在鉸鏈四桿機構(gòu)中連桿2通常作復雜的平面運動，連架桿1和3繞各自的回轉(zhuǎn)中心A和D轉(zhuǎn)動。其中能作整周回轉(zhuǎn)運動的稱為曲柄，僅能在某

9、一角度范圍內(nèi)擺動的稱為搖桿。鉸鏈四桿機構(gòu)有三種基本類型。1曲柄搖桿機構(gòu) 鉸鏈四桿機構(gòu)中若兩連架桿一為曲柄，一為搖桿；則該四桿機構(gòu)稱為曲柄搖桿機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)能將整周回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為往復擺動。在這種情況下曲柄為原動件，做等速轉(zhuǎn)動；搖桿為從動件做變速往復擺動。曲柄搖桿機構(gòu)也能使擺動轉(zhuǎn)換為整周回轉(zhuǎn)運動。此時，搖桿為原動件，作往復擺動，而曲柄為從動件作整周回轉(zhuǎn)運動。如圖所示的家用縫紉機的踏板機構(gòu)即是這種情況的應用實例。2雙曲柄機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，當兩連架桿均為曲柄時稱為雙曲柄機構(gòu)。如圖示的慣性篩機構(gòu)和圖示的火車車輪的聯(lián)動機構(gòu)等都是它的應用實例。3雙搖桿機構(gòu) 在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿時稱

10、為雙搖桿機構(gòu)。如圖示的鶴式起重機機構(gòu)和圖示的飛機起落架機構(gòu)等都是它的應用實例。鉸鏈四桿機構(gòu)三種類型的判據(jù)如下：當短桿與最長桿長度之和小于等于其他二桿長度之和時，若最短桿為機架，則為雙曲柄機構(gòu)；最短桿的對桿為機架，則為雙搖桿機構(gòu)；最短桿的鄰桿為機架，則為曲柄搖桿機構(gòu)。當短桿與最長桿長度之和大于其他二桿長度之和時，不論何桿為機架，均為雙搖桿機構(gòu)。 二、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化機構(gòu)1曲柄滑塊機構(gòu) 具有一個移動副和三個轉(zhuǎn)動副的機構(gòu)稱為曲柄滑塊機構(gòu)。 曲柄滑塊機構(gòu)是由曲柄搖桿機構(gòu)演變而來的(當搖桿為無限長時)，其中與機架4構(gòu)成移動副的塊狀構(gòu)件3稱為滑塊。當曲柄1連續(xù)轉(zhuǎn)動時，滑塊3將沿導軌作往復直線移動。圖中曲

11、柄回轉(zhuǎn)中心A到滑塊導軌中心線的距離e稱為偏距，當e0時稱為偏置式曲柄滑塊機構(gòu)， 當e=0時稱為對心式曲柄滑塊機構(gòu)，在對心式曲柄滑塊機構(gòu)中，在曲軸回轉(zhuǎn)一周的過程中，曲柄與連桿兩次共線，且與導軌的中心線重合，對應滑塊移動的兩個極限位置Cl 、C2之間的距離s稱為滑塊的行程。 對心式曲柄滑塊機構(gòu)較偏置式曲柄滑塊機構(gòu)工作行程大，受力情況好，因此在制藥生產(chǎn)中應用廣泛。 圖示為曲柄滑塊機構(gòu)在藥品包裝設備中的送盒機構(gòu)中的應用。使用說明：在播放幻燈片前，將“宏”的“安全性”設置為“低”時，在幻燈片放映過程中，隨時用鼠標點擊右上角的數(shù)字，即可顯示當前的時間。第三節(jié) 凸輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)主要由凸輪、從動桿及機架三個構(gòu)

12、件組成。凸輪是一個具有不規(guī)則曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。在凸輪機構(gòu)里，凸輪一般用作主動件，并作等速轉(zhuǎn)動或往復直線移動。與凸輪輪廓接觸并傳遞動力和實現(xiàn)預定運動規(guī)律的構(gòu)件即為從動桿，它一般作往復直線運動或擺動。凸輪機構(gòu)廣泛應用于各種制藥機械中。 凸輪機構(gòu)1-凸輪；2-從動桿；3-機架凸輪在制藥機械中的應用安瓿拉絲灌封機氣動拉絲封口機構(gòu) 一、凸輪機構(gòu)工作原理圖示的凸輪機構(gòu)是活塞式內(nèi)燃機的進氣機構(gòu)。 當凸輪從圖示位置逆時針轉(zhuǎn)動時，凸輪輪廓將推動進氣閥門推桿迅速上升至最高位置，使進氣閥門在短時間內(nèi)完全打開，氣缸快速進氣；凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，進氣閥門推桿在彈簧力的推動下將下降到最低位置并保持一段時間，將進氣閥門關(guān)閉

13、，直到下一個循環(huán)再進氣前為止。1-凸輪；2-進氣閥門；3-機架圖為組合機床等機器中常用的行程控制凸輪機構(gòu)。凸輪1固定在機器的運動部件上并隨之一起移動，當?shù)竭_預定位置時，其輪廓將接觸并推動電氣行程開關(guān)(或液壓行程閥)的從動桿2，使之產(chǎn)生電信號(或液壓信號)，從而使移動部件變速、變向或停止運動等，以實現(xiàn)機器的自動工作循環(huán)、變向或停機等要求。行程控制凸輪1-凸輪 ；2-從動桿； 3-機架圖為縫紉機中的挑線凸輪機構(gòu)。安裝在挑線板2上的小滾輪嵌在圓柱凸輪1的螺旋狀溝槽內(nèi)，螺旋的形狀決定了挑線板2的運動情況。當凸輪1繞自身軸線連續(xù)轉(zhuǎn)動時，通過其溝槽推動小滾輪作相對移動，于是挑線板2繞機架3的軸O擺動，并使

14、穿在挑線板右上方小孔中的針線被拉緊并不斷向前輸送。 縫紉機中的挑線凸輪機構(gòu)1-凸輪；2-挑線板；3-機架圖為自動機床的自動進刀機構(gòu)。當具有凹槽的圓柱凸輪1回轉(zhuǎn)時，其凹槽的側(cè)面迫使推桿2繞C點（固定點）作往復擺動，并通過推桿上端的扇形齒與刀架底部的齒條嚙合運動，從而操縱刀架的自動進刀和退刀。進刀和退刀的運動規(guī)律完全取決于圓柱凸輪1上曲線凹槽的形狀。 自動機床的自動進刀機構(gòu)1-圓柱凸輪； 2-從動桿二、凸輪機構(gòu)的分類及特點凸輪機構(gòu)通常有以下幾種分類方法。1按凸輪的形狀分類（1）盤形凸輪盤形凸輪的輪廓位于 (短)圓柱體的圓周方向上，其輪廓上的各點到軸線有規(guī)律地變化，如圖（a）所示。 凸輪輪廓類型（2

15、）移動凸輪當盤形凸輪的基圓(基圓柱)為無窮大時，則凸輪的輪廓曲線演化為一條直線，同時凸輪的轉(zhuǎn)動演化為凸輪的移動，這種凸輪稱為移動凸輪，如圖（b）所示。（3）圓柱凸輪圓柱凸輪的輪廓位于圓柱體的端面上，可視為將移動凸輪的側(cè)面圍繞在一圓柱面上而形成。如圖圖（c）所示。三類凸輪有眾多的結(jié)構(gòu)形式，如圖示 2、按從動桿的形狀分類(1)尖端從動桿 如圖 (a)、(b)所示，這種從動桿的結(jié)構(gòu)簡單，但較易磨損，所以僅適用于作用力不大且速度較低的場合。(2)滾子從動桿 如圖 (c)、(d)所示，這種從動桿由于滾子與凸輪外廓之間的接觸為滾動，磨損較小，常用于傳遞較大動力的傳動。(3)平底從動桿 如圖 (e)、(f)

16、所示，這種從動桿的最大優(yōu)點是凸輪對推桿的作用力始終垂直于從動桿的底邊，故受力較為平穩(wěn)，而且由于凸輪與平底的接觸面易形成油膜，潤滑良好，所以特別適用于高速傳動。凸輪機構(gòu)具有以下特點：從動桿的運動規(guī)律可任意擬定，并且它只取決于凸輪的輪廓曲線的形狀；結(jié)構(gòu)簡單緊湊，可高速起動，動作準確可靠；凸輪輪廓與從動桿之間的接觸為點接觸或線接觸，易于磨損，故而凸輪機構(gòu)多適用于傳遞動力不大的場合。第四節(jié) 間歇運動機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)主動件連續(xù)轉(zhuǎn)動、從動件作有規(guī)律的時動、時停運動的機構(gòu)稱為間歇運動機構(gòu)。間歇運動機構(gòu)的類型較多在制藥機械中應用最多的是棘輪機構(gòu)和槽輪機構(gòu)。如圖3-33、圖3-33所示。棘輪機構(gòu)在制藥機械中的應用搖

17、擺式顆粒機自動鎖緊裝置1-棘輪；2-棘爪蝸形凸輪機構(gòu)在制藥機械中應用膠囊充填機粉劑充填機構(gòu)一、棘輪機構(gòu)1棘輪機構(gòu)原理及特點圖示由曲柄連桿機構(gòu)帶動的棘輪機構(gòu)。它主要由棘爪2、棘輪3組成。搖桿1與棘輪3可分別繞機架上的同一軸線O轉(zhuǎn)動，有時還設有彈簧和止退棘爪。在棘輪機構(gòu)中，一般棘爪為主動件，棘輪為從動件。在圖3-35中，曲柄連續(xù)轉(zhuǎn)動，則搖桿往復擺動。 棘輪機構(gòu)的組成和工作原理1-搖桿；2-棘爪； 3-棘輪當搖桿逆時針擺動時，棘爪推動棘輪相應逆時針轉(zhuǎn)過一定角度(由搖桿擺角決定)，此時止退棘爪在棘輪齒背上滑過。當搖桿順時針擺動時，棘爪在棘輪的齒背上滑過，而止退棘爪插在棘輪齒槽中，阻止棘輪轉(zhuǎn)動。如此，搖

18、桿連續(xù)往復擺動可以使棘輪作有規(guī)律的單向間歇運動。圖3-35為內(nèi)嚙棘輪，其工作原理與外嚙棘輪相似。棘輪轉(zhuǎn)角的大小，取決于主動搖桿的擺角大小，其調(diào)節(jié)方法一般有以下兩種：（1）改變主動推桿的擺角大小，見圖3-36；（2）在棘輪上加一遮板，見圖3-36(b)。這樣，棘爪行程的一部分在遮板上滑過而不與棘輪接觸，只有當棘爪插入棘輪齒槽后才能推動棘輪轉(zhuǎn)動。由此只要適當?shù)刈兏诎逦恢?，就可以改變棘輪轉(zhuǎn)角的大小。6棘輪轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)1、搖桿 2、棘爪3、棘輪4、遮板棘輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造安裝方便、運動可靠等特點，故廣泛用于制藥機械中，以實現(xiàn)制動、周期性送進、分度等功能。它的缺點是傳遞的動力不大，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)性差，棘爪

19、在棘輪齒背上滑過時，有較大的沖擊及噪聲，而且爪尖容易磨損，所以只適用于轉(zhuǎn)速不高且間歇轉(zhuǎn)角不大的場合。2棘輪機構(gòu)的類型及應用棘輪機構(gòu)按工作原理可以分為齒式棘輪機構(gòu)(圖3-37、38)和摩擦式棘輪機構(gòu)（圖3-39）；按嚙合方式可以分為外棘輪機構(gòu)(圖3-37)和內(nèi)嚙合棘輪機構(gòu)（圖3-38）。圖3-37為起重、牽引設備中的棘輪制動器。當動力裝置驅(qū)動棘輪1逆時針轉(zhuǎn)動時，重物被提升，此時棘爪2在棘輪的齒背上滑過。 若在提升重物的過程中，由于設備故障或意外停電而造成動力源被切斷時，棘爪2將插入棘輪齒槽中，制止其順時針轉(zhuǎn)動，從而可防止重物失去控制從空中加速墜落而造成事故。此外，當重物提升到任何需要的高度位置時，也可以人為切斷動力源(以節(jié)約能源)而保持重物不動。用作制動器的棘輪機構(gòu)1一棘輪；2一棘爪 圖為自行車后輪軸的內(nèi)嚙合齒式棘輪機構(gòu)。當騎車者用力蹬轉(zhuǎn)主動大鏈輪并通過鏈條帶動從動小鏈輪，棘輪1順時針方向轉(zhuǎn)動時，便通過棘爪帶動后輪軸一起順時針轉(zhuǎn)動(此時棘輪為主動件)，從而使自行車向前行進。超越離合器的棘輪機構(gòu)1-棘輪；2-棘爪 當騎車者停止蹬車(如下坡)時，棘輪相應停止轉(zhuǎn)動，而自行車借慣性