《藥物壓片機(jī)設(shè)計(jì)》15000字

Ⅱ藥物壓片機(jī)設(shè)計(jì)摘要常見(jiàn)的固體藥物片劑主要由壓片機(jī)這一設(shè)備進(jìn)行制作，同時(shí)壓片機(jī)也是制作此類片劑最重要的設(shè)備類型之一,現(xiàn)有的機(jī)型大致可以分為單沖式、旋轉(zhuǎn)式、亞高速旋轉(zhuǎn)式、全自動(dòng)高速壓片機(jī)以及旋轉(zhuǎn)式包芯壓片機(jī)，可以制作的片劑類型有圓形片、刻字片、異型片、雙層片、多層片、環(huán)型片、包芯片等片型。利用壓片機(jī)以上特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新型壓片機(jī)，該壓片機(jī)能夠壓制粉末材料（包括金屬），且壓制出的產(chǎn)品厚度大于4mm，在本次課題中產(chǎn)品為臺(tái)階銷；除了進(jìn)行壓片機(jī)的設(shè)計(jì)，還應(yīng)進(jìn)行臺(tái)階銷模具的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)考慮到其是否利于脫模。利用SolidWorks進(jìn)行建模、裝配，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)模擬，以找到最合適的結(jié)構(gòu)及方案。關(guān)鍵詞：壓片機(jī)、臺(tái)階銷、模具TOC\o"1-7"\h\z\u摘要 Ⅰ1緒論 緒論在醫(yī)藥制劑、化工、科研中，壓片機(jī)及壓片技術(shù)是很普遍的存在，他們的存在也是十分重要的。壓片機(jī)是一種將顆粒狀或者粉末狀物料置于模孔內(nèi)進(jìn)行沖壓的機(jī)器。隨著時(shí)代的變化，各領(lǐng)域?qū)ζ湫枨笞兊迷絹?lái)越大,因此壓片機(jī)的適用范圍越來(lái)越廣，不單單只是應(yīng)用于醫(yī)療片劑制作領(lǐng)域。雖然壓片機(jī)早在19世紀(jì)就已經(jīng)出現(xiàn),但直到今天，各時(shí)間段的壓片機(jī)都有其不足之處，因此壓片機(jī)的改進(jìn)和創(chuàng)新一直在進(jìn)行。最早的壓片機(jī)是單沖程壓片機(jī)，它主要由一副沖模組成，上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的沖頭將沖模內(nèi)的料粉壓制成片狀，此壓片機(jī)在之后的發(fā)展中演化成了電動(dòng)花籃式壓片機(jī)，但實(shí)際上這兩種壓片機(jī)的工作原理依舊是使用手動(dòng)的方式進(jìn)行單向壓片，即壓制時(shí)，固定住下沖頭，加上足夠的壓力使上沖向下運(yùn)動(dòng)，這種壓片的方式，由于上下受力不一致，造成片劑內(nèi)部的密度不均勻，易產(chǎn)生裂片等問(wèn)題。由于以上壓片機(jī)的缺點(diǎn)影響較大，一種旋轉(zhuǎn)式多沖雙向壓片機(jī)被研究出來(lái)。旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)能夠同時(shí)并均勻地加壓，料粉顆?？障堕g的空氣有足夠的時(shí)間從模具內(nèi)排出，從而提高了片劑密度的均勻性，減少了裂片現(xiàn)象。除此以外，旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)還具有機(jī)器振動(dòng)小、噪聲低、耗能少、效率高和壓片重量準(zhǔn)確，能夠?qū)⒎勰钤蠅褐瞥筛鞣N普通片，還可以根據(jù)客戶的要求讓設(shè)備進(jìn)行異形片壓制，而且此類型壓片機(jī)通常整體采用嚴(yán)密的密封和防塵裝置，在壓制工作處采用高清晰隔離視窗，能清楚觀察設(shè)備運(yùn)作時(shí)的狀態(tài)。沖桿隨著旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的線速度如大于等于60m/min的旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)稱之為高速旋轉(zhuǎn)壓片機(jī)，此類壓片機(jī)由PLC控制，且有自動(dòng)調(diào)節(jié)壓力、控制片劑重量、篩除廢片、打印數(shù)據(jù)、顯示故障停機(jī)等功能。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，越來(lái)越多的企業(yè)和單位所采用的壓片機(jī)很多都是旋轉(zhuǎn)式的，畢竟旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)相比其他類型的壓片機(jī)有諸多優(yōu)勢(shì)，此外，該類型壓片機(jī)維修方便，關(guān)鍵部位均能快速拆裝。在本次課題中主要設(shè)計(jì)該種類型（非高速旋轉(zhuǎn)式）的壓片機(jī)。2壓片機(jī)概述2.1原理及主要用途壓片機(jī)是片劑生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)它是一種由電驅(qū)動(dòng)的沖壓設(shè)備(無(wú)電時(shí)能用手搖壓片)，利用液壓、氣壓系統(tǒng)傳遞動(dòng)力，將一定量的粉末或者顆粒狀原料在高壓力下壓制成形。壓片機(jī)依照實(shí)際需求，確定其產(chǎn)品劑量，一旦確定是不能夠改變的。而且成型的產(chǎn)品對(duì)貯運(yùn)、保存和崩解在時(shí)間上有一定要求，因此壓片機(jī)在壓制時(shí)要求沖頭有足夠的壓力，壓力過(guò)小或是過(guò)大都，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的實(shí)際尺寸和形狀發(fā)生改變。壓片時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，壓力調(diào)節(jié)這一工作得對(duì)應(yīng)著進(jìn)行，其調(diào)節(jié)方法可通過(guò)調(diào)節(jié)沖頭在運(yùn)動(dòng)行程中的下行量來(lái)實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有的壓片機(jī)有的會(huì)裝配上下兩個(gè)沖頭，因此在壓制時(shí)除了有上沖頭向下的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還可能有下沖頭向上的運(yùn)動(dòng)，片劑的成型通過(guò)上、下沖頭的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，本課題所設(shè)計(jì)的壓片機(jī)為旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)，只需要配置一個(gè)符合行程要求的上沖頭即可。由于壓片機(jī)有裝配精度高、材質(zhì)優(yōu)良耐磨損、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，其被更加廣泛地用于制造日常生活用品、保健食品、化工片劑等，且它壓制出來(lái)的產(chǎn)品形狀各異，還可壓制帶有文字、商標(biāo)、圖案的產(chǎn)品，它適用的領(lǐng)域很廣，像制藥、保健品、食品、農(nóng)業(yè)、化工、電子電池、冶金陶瓷等行業(yè)都有它的身影，同時(shí)壓片機(jī)也能夠再科研實(shí)驗(yàn)教學(xué)中使用。2.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀無(wú)論在國(guó)內(nèi)或國(guó)外，壓片工作已涉及到各行各業(yè)，其作用深刻影響著人民生活、國(guó)際貿(mào)易，甚至在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)了過(guò)去難以想象的新情況。隨著現(xiàn)代工業(yè)向規(guī)?；较虬l(fā)展以及對(duì)產(chǎn)量、控制性能,設(shè)備穩(wěn)定可靠要求的提高，越來(lái)越多的企業(yè)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)對(duì)壓片機(jī)進(jìn)行改良以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。2.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀首先就是國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和我們?cè)趬浩瑱C(jī)與壓片技術(shù)上的差距還在不停地?cái)U(kuò)大，就目前而言國(guó)外壓片機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向主要以高速高產(chǎn)、密閉性、模塊化、自動(dòng)化、規(guī)?；跋冗M(jìn)的檢測(cè)技術(shù)為主。和其他大多數(shù)工業(yè)產(chǎn)品一樣，比較好的、先進(jìn)的壓片機(jī)主要集中在歐美，像是德國(guó)FETTE、KORSCH，英國(guó)MANESTY，比利時(shí)COURTOY，美國(guó)STOKES等，其產(chǎn)品符合更加符合時(shí)代，自動(dòng)化程度也更高。國(guó)外在壓片工藝環(huán)節(jié)的密閉性及人流、物流的隔離做的非常好。比如他們的壓片機(jī)輸入輸出的密閉性高，目的是盡可能地降低交叉污染。用于制作產(chǎn)品的粉末或者顆粒狀原料會(huì)通過(guò)密閉的料桶及密閉輸送系統(tǒng)進(jìn)入料斗，而且在壓片過(guò)程中他們會(huì)采取有效的手段防止粉塵飛揚(yáng)和顆粒分層，當(dāng)片劑壓制完成，它會(huì)通過(guò)篩片、片中檢測(cè)、金屬探測(cè)等程序，確定合格后再進(jìn)入包裝工序，從頭到尾這一過(guò)程相當(dāng)密閉。多年以來(lái)，壓片機(jī)生產(chǎn)廠商一直追求的目標(biāo)是高速、高產(chǎn)量，現(xiàn)主流的壓片機(jī)廠商都已擁有每小時(shí)產(chǎn)量達(dá)到100萬(wàn)片的壓片機(jī)。比如Courtoy公司生產(chǎn)的ModulD型壓片機(jī)最高產(chǎn)量達(dá)107萬(wàn)片/h；Fette公司生產(chǎn)的4090i型壓片機(jī)最高產(chǎn)量達(dá)150萬(wàn)片/h，國(guó)內(nèi)壓片機(jī)的產(chǎn)量與這些壓片機(jī)的產(chǎn)量相比就少得太多。德國(guó)和英國(guó)的壓片機(jī)擁有整條生產(chǎn)線連接的控制技術(shù)，即把一臺(tái)壓片機(jī)連接到一條生產(chǎn)線中。它具有開(kāi)始、結(jié)束以及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)功能。用戶可以通過(guò)這些功能，能夠可靠地、自動(dòng)地與生產(chǎn)線的其它設(shè)備，例如篩片裝置、吸塵裝置、檢測(cè)裝置、輸送裝、桶裝設(shè)備等連接在一起，同步完成藥片從壓制到包裝的一整個(gè)生產(chǎn)任務(wù)。同時(shí)，在他們壓片機(jī)的外部設(shè)備監(jiān)測(cè)手段上也與國(guó)內(nèi)的相差比較大，提供了很高的安全可靠性能。就比如藥片的毛刺、飛邊、粉塵可以使用在線檢測(cè)儀進(jìn)行清除;吸塵監(jiān)控功能是利用流量監(jiān)控儀定期地對(duì)吸氣管中指定位置的吸氣壓力進(jìn)行檢測(cè)，連續(xù)地對(duì)設(shè)定值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，若檢測(cè)儀在吸氣管中10s中內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到吸氣壓力(沒(méi)有流量)時(shí)，壓片機(jī)即發(fā)出故障報(bào)警提示并停止運(yùn)行。生產(chǎn)的可靠性就由這一功能最大程度地保障。與整條片劑生產(chǎn)線連接的控制技術(shù)是片劑生產(chǎn)控制新技術(shù)，是今后的發(fā)展趨勢(shì)。2.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀壓片機(jī)能算得上我國(guó)生產(chǎn)歷史最久的制藥裝備，因此其規(guī)格眾多、數(shù)量大，同時(shí)壓片機(jī)也是出口最早、產(chǎn)量最大的設(shè)備之一。國(guó)內(nèi)的壓片機(jī)也能夠壓制圓形片、刻字片、異型片、雙層片、多層片、環(huán)型片、包芯片等樣式的片劑。此外，國(guó)內(nèi)壓片機(jī)的制造商數(shù)量、品種規(guī)格、產(chǎn)量均居世界首位。這幾年國(guó)內(nèi)壓片機(jī)制造企業(yè)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量重視起來(lái)了，開(kāi)始奉信“以質(zhì)量取勝”這一經(jīng)營(yíng)理念，因此他們開(kāi)發(fā)的壓片機(jī)產(chǎn)品具有操作簡(jiǎn)單、清理方便快捷的特點(diǎn)，特別是更換品種時(shí)，清場(chǎng)迅速方便。但是不足之處就是技術(shù)含量較低、技術(shù)創(chuàng)新后力不夠。雖然國(guó)內(nèi)40余家制藥裝備企業(yè)生產(chǎn)六十多個(gè)品種規(guī)格的壓片機(jī)，每年都有新的產(chǎn)品在不斷推出，但這其中真正技術(shù)水平高、附加值大的品種卻寥寥無(wú)幾。最大的問(wèn)題就是抄襲剽竊盛行，再就是產(chǎn)品重復(fù)開(kāi)發(fā)嚴(yán)重。特別是一些小規(guī)模的制藥裝備企業(yè)為了生存，他們采取“模仿型”戰(zhàn)略在技術(shù)創(chuàng)新這一方面，更有甚者竟然靠完全抄襲別人的技術(shù)以此作為自己在技術(shù)方面的“創(chuàng)新”；他們通常為了爭(zhēng)奪定單，一般都會(huì)采取降低價(jià)格的手段，由于品牌忠誠(chéng)度低，價(jià)格戰(zhàn)打起后，這些品牌會(huì)陷入一種更加不利的境況，這必將導(dǎo)致我國(guó)壓片機(jī)設(shè)計(jì)制造水平整體倒退。3壓片機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)及方案的擬定3.1設(shè)計(jì)任務(wù)3.1.1設(shè)計(jì)要求查閱相關(guān)資料，了解課題的背景、意義及國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況，并根據(jù)文獻(xiàn)資料分析該系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)或難點(diǎn)，將其作為復(fù)雜工程問(wèn)題并對(duì)照畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)的能力指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求數(shù)據(jù)如下：設(shè)計(jì)粉末壓片機(jī)，額定工作壓力120KN，工作活塞行程20mm，立柱之間操作空間大于90mm。設(shè)計(jì)臺(tái)階銷的壓片模具，第一軸段直徑6mm長(zhǎng)6mm，第二軸段直徑10mm長(zhǎng)6mm。模具方便加入粉末材料，方便脫模。3.1.2研究?jī)?nèi)容壓片和脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真；繪制相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，包括壓片機(jī)裝配圖，關(guān)鍵零件的零件圖；選擇與畢業(yè)題目相關(guān)的外文文章或?qū)＠?，翻譯相關(guān)英文文獻(xiàn)資料；按照符合規(guī)范要求的論文格式要求及合適的文字表達(dá)，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份。3.1.3設(shè)計(jì)關(guān)鍵1）此壓片機(jī)為旋轉(zhuǎn)式（不是高速壓片機(jī)）。2）壓片機(jī)上轉(zhuǎn)盤由不完全齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)周期性運(yùn)動(dòng)。3）旋轉(zhuǎn)盤上有傳感器及對(duì)應(yīng)的執(zhí)行元件。3.2方案的擬定3.2.1工藝過(guò)程分析在本次課題中，要求生產(chǎn)出的產(chǎn)品為一臺(tái)階銷，考慮到其形狀及脫模的情況，大致的壓片流程如下：料斗加料，向臺(tái)階銷模具內(nèi)加料并填滿模具。沖頭下壓，將料斗內(nèi)的粉末壓制成預(yù)計(jì)形狀。產(chǎn)品完全成型后沖頭退出，拿下模具，取出臺(tái)階銷產(chǎn)品。根據(jù)任務(wù)要求上的尺寸，設(shè)計(jì)一臺(tái)階銷模具（圖1）。圖1臺(tái)階銷模具根據(jù)其大致壓片流程，再加上臺(tái)階銷模具，同時(shí)考慮到壓片機(jī)為旋轉(zhuǎn)式，設(shè)計(jì)出以下壓片機(jī)，其整體預(yù)覽圖見(jiàn)圖2。圖2整體預(yù)覽圖：（a）機(jī)架透明化之前（b）機(jī)架透明化之后 將圖3壓片機(jī)上的送料口處、沖頭處、落料口處分別標(biāo)號(hào)，分別為1號(hào)位、2號(hào)位、3號(hào)位，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)盤標(biāo)號(hào)，分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)，壓片機(jī)初始狀態(tài)為1號(hào)位與1號(hào)重合，2、3號(hào)位同理。圖3標(biāo)號(hào)順序圖：（a）空間視圖（b）俯視圖其整體工作流程如下：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪組及不完全齒輪機(jī)構(gòu)，進(jìn)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)盤還未動(dòng)時(shí)1號(hào)位開(kāi)始加料，將料粉加入到旋轉(zhuǎn)盤上1號(hào)的模具內(nèi)，該步驟添加的料粉量恒定，以保證臺(tái)階銷質(zhì)量相同（此時(shí)狀態(tài)如見(jiàn)圖3）。旋轉(zhuǎn)盤由不完全齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，其上的1號(hào)旋轉(zhuǎn)到2號(hào)位，此時(shí)，沖頭在氣缸的推動(dòng)下開(kāi)始下壓工作，將料粉壓制成臺(tái)階銷。（此時(shí)狀態(tài)見(jiàn)圖4）壓制完成后，沖頭推出，不完全齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤使1號(hào)旋轉(zhuǎn)到3號(hào)位。圖4第2步狀態(tài)圖：（a）空間視圖（b）俯視圖當(dāng)1號(hào)到3號(hào)位后，旋轉(zhuǎn)盤底部的傳感器會(huì)檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)，同時(shí)傳感器旁的彈出裝置接收到傳感器的信號(hào)后將蓋板彈下，此時(shí)位于模具下方的推桿在氣缸帶動(dòng)下向上移動(dòng)，頂出模具上的臺(tái)階銷，臺(tái)階銷順勢(shì)從落料口落出（此時(shí)狀態(tài)見(jiàn)圖5）。圖5第3步狀態(tài)圖：（a）空間視圖（b）俯視圖推桿處的氣缸完成工作并完全退回后，不完全齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤使得1號(hào)從3號(hào)位重新回到1號(hào)位（此時(shí)狀態(tài)回到圖3）。當(dāng)1號(hào)完成第1）即2號(hào)位于1號(hào)位時(shí)，可以重復(fù)以上所有步驟，3號(hào)同理，以上便是一完整的工作流程，具體工作流程見(jiàn)圖3至圖5。3.2.2確定傳動(dòng)路線此次設(shè)計(jì)的壓片機(jī)設(shè)備本身不算是大型設(shè)備，因此傳動(dòng)方案中的減速部分用齒輪減速即可，齒輪共用三組，一級(jí)齒輪減速為錐齒輪減速，二三級(jí)齒輪減速為斜圓柱齒輪減速，電動(dòng)機(jī)與齒輪組的連接采用聯(lián)軸器連接，齒輪組上輸出軸與旋轉(zhuǎn)盤之間是由不完全齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，整體傳動(dòng)路線如圖6。圖6傳動(dòng)路線圖：（1）電動(dòng)機(jī)（2）一級(jí)錐齒輪組（3）二級(jí)斜齒輪組（4）三級(jí)斜齒輪組（5）不完全齒輪機(jī)構(gòu)，左邊齒不全（6）旋轉(zhuǎn)盤3.2.3設(shè)計(jì)理由 從以上文已知壓片機(jī)大致雛形，此壓片機(jī)內(nèi)部包含了各個(gè)部分，大致可分為兩個(gè)部分，一是上部分的工作部分，而是下部分的動(dòng)力傳動(dòng)部分，各部分的設(shè)計(jì)理由在此敘述，相關(guān)的計(jì)算內(nèi)容見(jiàn)后文。上部分設(shè)計(jì)理由 上部分總的零件及裝置數(shù)量較少，主要有沖壓裝置和加料裝置。這兩大裝置的分布主要跟旋轉(zhuǎn)盤大小及形狀有關(guān)，旋轉(zhuǎn)盤隔120°就有一個(gè)安放模具的位置，因此兩大裝置的主要工作部分的中心與旋轉(zhuǎn)盤中心在連接起來(lái)的角度成120°，從壓片機(jī)上部分的俯視圖（圖7）來(lái)看呈如下情況。圖7上部分俯視圖沖壓裝置沖壓裝置的構(gòu)成是沖壓動(dòng)力裝置（此處選擇氣缸）和上沖頭組成，將沖頭連接的氣缸的活塞桿上便構(gòu)成沖壓裝置（圖8）。圖8沖壓裝置其安裝位置選擇上文所描述的位置；固定時(shí)用若干枚螺釘（具體數(shù)量從圖9可數(shù)得）和一塊蓋板將氣缸表面的螺紋孔與上部分的機(jī)架進(jìn)行連接，見(jiàn)圖9，選擇此處安裝能使沖頭在沖壓時(shí)沖頭和模具的軸線重合，沖壓所制成的產(chǎn)品也更加符合要求。圖9加料裝置加料裝置的料斗直接在上部分的機(jī)架上制作，高于機(jī)架的部分可以焊接上去，機(jī)架內(nèi)部的部分可以直接鑄造或是用機(jī)床加工形成，加料裝置內(nèi)部有兩個(gè)分層片，其作用有兩個(gè)：一是使每次加料時(shí)，讓料粉在兩個(gè)分層片之間以一個(gè)固定的料粉量進(jìn)入模具；二是將每次要加入和未加入的料粉分開(kāi)，工作時(shí)由設(shè)定好的計(jì)時(shí)器及執(zhí)行元件帶動(dòng)工作。加料裝置頂端還裝有一加料蓋板，設(shè)計(jì)其原因是防止其他雜質(zhì)進(jìn)入料斗內(nèi)。以上構(gòu)件共同組成加料裝置（圖10）。圖10加料裝置此外以上沖壓裝置要能完全放進(jìn)上部分機(jī)架內(nèi)部，因此機(jī)架厚度有一定要求；再就是為了看見(jiàn)沖壓時(shí)的情況，機(jī)架兩側(cè)不設(shè)金屬板材，而使用透明塑料板代替，總體效果見(jiàn)圖11。圖11上部分總體圖下部分設(shè)計(jì)理由 在下部分的設(shè)計(jì)中，主要也是兩部分，一是動(dòng)力傳動(dòng)部分，該部分為旋轉(zhuǎn)盤提供動(dòng)力，并使之周期性運(yùn)動(dòng)，二是頂出裝置，該部分與上部分的沖壓裝置類似。動(dòng)力傳動(dòng)部分在安裝時(shí)要根據(jù)下部分機(jī)架的尺寸、旋轉(zhuǎn)盤中心位置及電機(jī)位置選擇相應(yīng)的位置安裝，而頂出裝置的安裝位置與上部分兩裝置安裝位置一樣，總體來(lái)說(shuō)頂出裝置、沖壓裝置和加料裝置均勻分布在360°圓周上（圓半徑為模具中心到旋轉(zhuǎn)盤中心的距離），頂出裝置安裝位置俯視圖見(jiàn)圖12。圖12頂出裝置安裝位置動(dòng)力傳動(dòng)部分該部分的傳動(dòng)路線圖在上文已畫出，而該部分的主要零件有電機(jī)、聯(lián)軸器、若干根軸、若干齒輪、不完全齒輪機(jī)構(gòu)，固定軸的位置也提到過(guò)要根據(jù)機(jī)架的尺寸、旋轉(zhuǎn)盤中心位置及電機(jī)位置來(lái)進(jìn)行選擇，因此要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，而每根軸上所連接的齒輪位置應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、分布均勻，因此借助三維建模軟件進(jìn)行實(shí)際參考，以確定齒輪安裝的具體位置。此外，因?yàn)檩S和大齒輪是豎直方向安放，因此齒輪固定時(shí)采用軸肩和圓螺母進(jìn)行軸向固定，周向采用鍵固定，而軸上連接圓螺母的螺紋采用細(xì)牙螺紋，目的是防止軸的強(qiáng)度過(guò)低；再就是小齒輪和軸連接時(shí)如果和大齒輪采用相同方法連接顯然不可取，因?yàn)榇致怨烙?jì)的小齒輪的半徑太小，將其中心挖空做鍵槽會(huì)使鍵槽底部與齒根圓距離過(guò)小，以至于齒輪強(qiáng)度過(guò)低，因此設(shè)計(jì)時(shí)采用齒輪軸以保證小齒輪強(qiáng)度，齒輪安裝在軸上的總體示意圖見(jiàn)圖13。圖13齒輪安裝示意圖而該部分的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇是不完全齒輪機(jī)構(gòu)，主要結(jié)合了各類間歇機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)（表1）和此處的運(yùn)動(dòng)情況（要求正常運(yùn)作時(shí)有周期性且連續(xù)穩(wěn)定）進(jìn)行選擇的。表1間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)機(jī)構(gòu)名稱優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)可靠；棘輪轉(zhuǎn)角在大范圍內(nèi)可調(diào)有較大沖擊和噪聲；運(yùn)動(dòng)精度不高槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、機(jī)械效率高；能較平穩(wěn)、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位存在柔性沖擊；轉(zhuǎn)角不可調(diào)節(jié)；圓柱銷進(jìn)入與脫離徑向槽時(shí)加速度大不完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造方便；從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)和靜止時(shí)間不受機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制開(kāi)始和結(jié)束時(shí)速度會(huì)突變，沖擊較大；一般用于低速場(chǎng)合頂出裝置頂出裝置與上部分的沖壓裝置類似，其主要工作部分也是由氣缸執(zhí)行，安裝時(shí)其軸線中心與模具中心偏離一小段距離，因此頂出裝置與其余上部分的兩裝置并不是真正的均勻分布，以這種方式安裝是為了是頂出裝置推出臺(tái)階銷時(shí)使受力點(diǎn)不在臺(tái)階銷中心上，當(dāng)臺(tái)階銷完全被頂出模具時(shí)，臺(tái)階銷朝著模具中心和推桿中心連線的方向自動(dòng)落出并落入頂出裝置旁的落料口，進(jìn)而進(jìn)入收集盒中。此處的推桿為氣缸的活塞桿，其長(zhǎng)度及工作行程均能符合此處的尺寸和工作情況。 此外，下部分除了這兩大裝置，在機(jī)架上還有一落料口和收集槽（放置收集盒用），由于其作用簡(jiǎn)單，在此不再贅述，其具體尺寸在結(jié)構(gòu)上合理即可，總體情況見(jiàn)圖。圖下部分機(jī)架模型圖圖14（a）軸測(cè)圖（b）隱藏了一面后的內(nèi)部圖3.2.4選取并設(shè)計(jì)壓片機(jī)的主要構(gòu)件根據(jù)以上流程所選取的壓片機(jī)內(nèi)部的主要構(gòu)件有以下：氣缸、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、臺(tái)階銷模具的設(shè)計(jì)。氣缸的選取 考慮到?jīng)_頭處和推桿處的氣缸均在壓片機(jī)內(nèi)部，選擇多位置固定式單作用氣缸，其中主要計(jì)算沖頭處的氣缸，因?yàn)槠溆蓄~定工作壓力要求，推桿處氣缸的壓力足夠?qū)⒛＞咻p輕推出即可。沖頭處氣缸的選取沖頭處氣缸要求的工作壓力有120kN，可以根據(jù)公式（1）推算出其相關(guān)的參數(shù)，并進(jìn)行選擇 （1）式中：F——系統(tǒng)所需要的輸出力n——安全系數(shù)，氣缸水平使用取0.7，垂直使用取0.5，本課題中為垂直使用，同時(shí)為了安全起見(jiàn)，此處取其值為0.5P——系統(tǒng)（工作）壓力S——活塞面積代入數(shù)值計(jì)算可得參考?xì)飧走x型表（表2）選擇氣缸型號(hào)。表2氣缸選型表氣缸缸徑（mm）活塞桿直徑（mm）活塞面積（cm2）工作壓力（MPa）1662.0140.260.380.4100.5126.6140.7160.82083.1462.894.2125.6157.118822025125104.9198.2147196.324530134339232128.03160240321.2401504561.9640最后選擇的氣缸缸徑為32mm，活塞桿直徑為12mm，其輸出力根據(jù)式（1）計(jì)算可得因此該型號(hào)氣缸符合要求。 2）推桿處氣缸選擇推桿處氣缸要求的輸出力只要能夠頂出臺(tái)階銷即可，考慮到臺(tái)階銷在模具上可能會(huì)被壓制得比較緊，用手無(wú)法將其從模具上取下或者摳下，再查詢資料可得常人單根手指力量在30~65N之間，因此此處假設(shè)其所需輸出力為5根手指的力量的10倍，即1.5~3.25kN。根據(jù)式（1）計(jì)算可得再根據(jù)表1選擇氣缸型號(hào)，初步選擇氣缸，選擇的該氣缸其缸徑為16mm，活塞桿直徑為6mm。由式（1）計(jì)算得該值比較偏大，但符合要求，能夠滿足頂出條件。電動(dòng)機(jī)的選取 在本次課題中，電動(dòng)機(jī)最終是帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤運(yùn)動(dòng)，因此根據(jù)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速選擇電動(dòng)機(jī)，在本次設(shè)計(jì)中，旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速設(shè)定為6s轉(zhuǎn)一圈，即角速度為0.33πrad/s，則其轉(zhuǎn)速根據(jù)公式（2）計(jì)算 （2）式中：ω——旋轉(zhuǎn)盤角速度n——旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速此外，從之前的傳動(dòng)方案部分已經(jīng)知道本次設(shè)計(jì)中的壓片機(jī)本身不算大型設(shè)備，因此電動(dòng)機(jī)整體的選擇是小型三相電機(jī)（功率范圍大致在25~40W）。從電動(dòng)機(jī)到旋轉(zhuǎn)盤之間總共經(jīng)過(guò)三級(jí)減速，考慮到結(jié)構(gòu)緊湊、受力情況及設(shè)備大小的關(guān)系，各級(jí)傳動(dòng)比暫時(shí)先分配如下，一級(jí)減速為錐齒輪減速（i1=3），同時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)向，二三級(jí)減速為斜齒輪減速（i2=3，i3=3.35），則所電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大致可以算出 （3）式中：n電——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速i1、i2、i3——各級(jí)傳動(dòng)比根據(jù)表3初步選擇電機(jī)型號(hào)表325W電機(jī)選型表功率W轉(zhuǎn)速r/min轉(zhuǎn)矩N·m4500.532700.80251801.191351.591081.99初步選擇的電動(dòng)機(jī)型號(hào)功率為25W，轉(zhuǎn)速為450r/min，轉(zhuǎn)矩為0.48N·m。為了后文的計(jì)算方便，由此可以先暫時(shí)計(jì)算得到各軸的功率和轉(zhuǎn)矩，公式如下，計(jì)算過(guò)程中已自動(dòng)換算單位。 （4）式中：Pi——第i根軸功率P——電動(dòng)機(jī)功率ηi——第i根軸的機(jī)械效率Ti——第i根軸的轉(zhuǎn)矩第一根軸，即小錐齒輪軸軸的功率第二根軸，大錐齒輪與二級(jí)斜齒輪組上小齒輪軸的功率第三根軸，二級(jí)斜齒輪上大齒輪與三級(jí)斜齒輪上小齒輪軸的功率第四根軸，三級(jí)斜齒輪上大齒輪軸和不完全齒輪機(jī)構(gòu)軸上的功率第五根州，連接旋轉(zhuǎn)盤的軸，即輸出軸將以上結(jié)果匯總至表4表4各軸的功率及扭矩表第i根軸功率（W）扭矩（N·m）電動(dòng)機(jī)軸250.53055556124.750.52525224.00751.57575323.527354.4929885423.05680314.74832342522.59566714.4533569聯(lián)軸器的選取 在此次課題中，減速完全靠齒輪進(jìn)行，從電動(dòng)機(jī)軸輸出的到齒輪組上需要用聯(lián)軸器連接，即電動(dòng)機(jī)軸與小錐齒輪軸連接時(shí)使用聯(lián)軸器，以上已經(jīng)暫時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了選型，該型號(hào)電動(dòng)機(jī)軸直徑為8mm，同時(shí)，小錐齒輪軸的軸徑也為8mm，因此聯(lián)軸器直徑也選擇8mm的，參考聯(lián)軸器選型表，聯(lián)軸器類型選擇有對(duì)中環(huán)凸緣聯(lián)軸器。臺(tái)階銷模具的設(shè)計(jì) 在本課題中臺(tái)階銷總共分為兩段，每段長(zhǎng)6mm其中一段軸徑為6mm另一段軸徑為10mm，考慮到料粉在進(jìn)入模具后料粉顆粒本身之間還有一定空隙，因此模具的長(zhǎng)度要較長(zhǎng)，以至于模具內(nèi)裝的料粉的量至少能壓制出合格尺寸的臺(tái)階銷；臺(tái)階銷有軸徑較小的一端，模具內(nèi)對(duì)應(yīng)也有軸徑小的一部分結(jié)構(gòu)，為了使模具內(nèi)料粉填充滿模具放置時(shí)小軸徑的一端應(yīng)朝下；此外，由于壓片機(jī)的周期性連續(xù)工作，本次設(shè)計(jì)的模具安裝時(shí)是位于旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)部的，因此模具的外部應(yīng)有與旋轉(zhuǎn)盤連接的部分；在壓片機(jī)壓制時(shí)，上沖頭和臺(tái)階銷模具在此過(guò)程中受的壓力非常大大，因此通常使用軸承鋼（如crl5等）制作模具，并進(jìn)行熱處理以提高其硬度。綜合以上條件，臺(tái)階銷模具設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1，其尺寸見(jiàn)圖15。圖15模具尺寸圖4關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核4.1齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核4.1.1一級(jí)減速錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算及校核錐齒輪加工是多為刨齒，不宜采用硬齒面，小齒輪采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241HB~286HB，取平均硬度260HB，大齒輪選用42SiMn，調(diào)質(zhì)處理，硬度為217HB~255HB，取平均硬度230HB。齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒數(shù)z和精度等級(jí)，取z1=20,z使用壽命KA由表5選取，值為1表5使用系數(shù)K工作機(jī)工作特性均勻平穩(wěn)輕微沖擊中等沖擊嚴(yán)重沖擊動(dòng)力機(jī)工作特性均勻平穩(wěn)1.001.251.501.75輕微沖擊1.101.351.601.85中等沖擊1.251.501.752.0嚴(yán)重沖擊1.501.752.0≥2.25動(dòng)載系數(shù)Kv取1齒間載荷分配系數(shù)KH （5） （6）齒向載荷分布系數(shù)Kβ表6選取，錐齒輪可將以下取值增大，暫取值為1.9表6齒向載荷分布系數(shù)K應(yīng)用兩輪均為兩端支承一輪兩端支承一輪懸臂支承兩輪均為懸臂支承飛機(jī)、車輛1.51.651.88工業(yè)機(jī)器、船舶1.651.882.25載荷系數(shù)K彈性系數(shù)ZE根據(jù)大齒輪和小齒輪的材料選取相應(yīng)數(shù)值，此處取值189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH根據(jù)螺旋角大小取值，此處取值2.5接觸疲勞極限σHlim根據(jù)兩齒輪材料進(jìn)行取值，此處大小齒輪分別取值為σHlim1=710MPa接觸最小安全系數(shù)根據(jù)使用要求取值，此處取值SHmin接觸壽命系數(shù)取值ZN1許用接觸應(yīng)力[σH] （7）分別代入大小齒輪的參數(shù)得小輪大端分度圓直徑d1按式（8）計(jì)算，其中ΨR取值為0 （8）驗(yàn)算 （9）9.32865N/mm<100N/mm 該值符合要求。3）確定傳動(dòng)主要尺寸大端模數(shù)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，取錐齒輪模數(shù)m=1。實(shí)際大端分度圓直徑d錐距R齒寬b圓整取齒寬b=10。4）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒形系數(shù)YFa,按照當(dāng)量齒數(shù)查圖得Y應(yīng)力修正系數(shù)YSa，按照當(dāng)量齒數(shù)查圖得Y重合度系數(shù)Y （10）齒間載荷分配系數(shù)K載荷系數(shù)K彎曲疲勞極限σFlim根據(jù)兩齒輪材料進(jìn)行取值，此處大小齒輪分別取值為彎曲最小安全系數(shù)SFmin根據(jù)使用要求取值，取彎曲壽命系數(shù)取值Y尺寸系數(shù)YX按照材料和模數(shù)查圖取值，此處取值許用彎曲應(yīng)力[σF]根據(jù)式（11 （11）分別代入大小齒輪的參數(shù)得 校核驗(yàn)算彎曲應(yīng)力σF1，小校核使用式（12），大齒輪校核使用式（13 （12） （13）480MPa>89.6MPa,456MPa>89.07MPa，因此該對(duì)齒輪許用應(yīng)力在安全范圍內(nèi) 綜合以上計(jì)算，在此一級(jí)減速中所設(shè)計(jì)使用的錐齒輪符合要求且各數(shù)值在安全范圍之內(nèi)。4.1.2二級(jí)減速圓柱斜齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算及校核在此處設(shè)計(jì)中，對(duì)齒輪無(wú)嚴(yán)格要求，因此設(shè)計(jì)時(shí)小齒輪采用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241HB~286HB，取平均硬度260HB，大齒輪選則用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229HB~286HB，取平均硬度240HB。齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算首先進(jìn)行初步計(jì)算，如下：轉(zhuǎn)矩T2，其數(shù)值見(jiàn)表4，值為1575.75N·M齒寬系數(shù)Ψd，根據(jù)表7選取，取值為1.0表7齒寬系數(shù)齒輪相對(duì)于軸承的位置軟齒面硬齒面對(duì)稱布置0.8~1.40.4~0.9非對(duì)稱布置0.6~1.20.3~0.6懸臂布置0.3~0.40.2~0.25Ad值按照螺旋角取值，估計(jì)螺旋角β=18°，取其值為83接觸疲勞極限σHlim,按照大小齒輪所用材料查圖，得大小齒輪接觸疲勞極限值分別為初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力σH，根據(jù)式（14 （14）代入大小齒輪參數(shù)得初步計(jì)算小齒輪直徑d （15）圓整取d初步齒寬b進(jìn)行校核計(jì)算，如下：齒數(shù)z、模數(shù)m和螺旋角β取z1=19查表取m與估計(jì)值接近，因此螺旋角估計(jì)值符合要求。使用系數(shù)KA按工作情況從表4選取,此處取值1.5動(dòng)載系數(shù)Kv查圖可得，此處取值1.2齒間載荷分配系數(shù)K由此得齒向載荷分布系數(shù)KHβ，先按照齒輪的結(jié)構(gòu)布局選擇公式，此處選擇式（16）,其中A、B、C大小按齒輪精度選取，此處值分別為1.17、0.16、0 （16）載荷系數(shù)K彈性系數(shù)ZE根據(jù)大小齒輪材料進(jìn)行選取，此處取值189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH查圖可得，此處取值2.42重合度系數(shù)Zε，使用式（17）進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)棣纽?gt;1 （17）螺旋角系數(shù)Z許用接觸應(yīng)力σH按照式（7驗(yàn)算從計(jì)算結(jié)果可以得知，齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度足夠，因此齒輪的尺寸已經(jīng)合適，無(wú)需進(jìn)行尺寸調(diào)整。最后確定傳動(dòng)主要尺寸：中心距a實(shí)際分度圓直徑d齒寬b2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒形系數(shù)YFa,首先計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)z按照當(dāng)量齒數(shù)查圖得YFa1應(yīng)力修正系數(shù)YSa，按照當(dāng)量齒數(shù)查圖得Y重合度系數(shù)Y 螺旋角系數(shù)Y齒間載荷分配系數(shù)K因此K齒向載荷分布系數(shù)KFβ，按照式（18 （18）計(jì)算后取K載荷系數(shù)K彎曲疲勞極限σFlim根據(jù)大小齒輪所用材料查圖可得，其值分別為σFlim1=600MPa彎曲最小安全系數(shù)SFmin根據(jù)使用要求取值，取S彎曲壽命系數(shù)YN根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取值，取YN1=0.95尺寸系數(shù)YX根據(jù)材料和模數(shù)取值，此處值為1.0許用彎曲應(yīng)力使用式（11）計(jì)算，分別代入大小齒輪的參數(shù)得 校核驗(yàn)算彎曲應(yīng)力σF1，小齒輪使用式（19），大齒輪校核使用式（13 （19）349MPa>91.48MPa,349MPa>89.63MPa，因此該對(duì)齒輪許用應(yīng)力在安全范圍內(nèi)，不需進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。 綜合以上計(jì)算，在此二級(jí)減速中所設(shè)計(jì)使用的錐齒輪符合要求且各數(shù)值在安全范圍之內(nèi)。4.1.3三級(jí)減速圓柱斜齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算及校核第三級(jí)減速齒輪和第二級(jí)減速齒輪一樣，要求上沒(méi)有嚴(yán)格的限制，因此所用材料也一樣，小齒輪用40Cr調(diào)質(zhì)處理，硬度為241HB~286HB，取平均硬度260HB，大齒輪用45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為229HB~286HB，取平均硬度240HB；此外，因?yàn)槎?jí)、三級(jí)都為圓柱斜齒輪，因此計(jì)算過(guò)程中所使用公式也一樣，在此步計(jì)算不再重寫，直接代入數(shù)值計(jì)算。齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算初步計(jì)算如下：轉(zhuǎn)矩T3，其數(shù)值見(jiàn)表4，值為4492.9885N·M齒寬系數(shù)Ψd，根據(jù)表7選取，取值為1.0Ad值按照螺旋角取值，估計(jì)螺旋角β=16°，取其值為82.7接觸疲勞極限σHlim,按照大小齒輪所用材料查圖，得大小齒輪接觸疲勞極限值分別為初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力σH，根據(jù)式（14）計(jì)算，初步計(jì)算小齒輪直徑d圓整取d初步齒寬b進(jìn)行校核計(jì)算，如下：齒數(shù)z、模數(shù)m和螺旋角β取z1=24，則z2查表取m與估計(jì)值接近，因此螺旋角估計(jì)值符合要求。使用系數(shù)KA按工作情況從表5選取,此處取值1.5動(dòng)載系數(shù)Kv查圖可得，此處取值1.2齒間載荷分配系數(shù)K由此得齒向載荷分布系數(shù)KHβ，先按照齒輪的結(jié)構(gòu)布局選擇公式，此處選擇式（16）,其中A、B、C載荷系數(shù)K彈性系數(shù)ZE根據(jù)大小齒輪材料進(jìn)行選取，此處取值189.8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH查圖可得，此處取值2.42重合度系數(shù)Zε，使用式（17）進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)棣纽?gt;1螺旋角系數(shù)Z許用接觸應(yīng)力σH驗(yàn)算從計(jì)算結(jié)果可以得知，齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度足夠，因此齒輪的尺寸已經(jīng)合適，無(wú)需進(jìn)行尺寸調(diào)整。最后確定傳動(dòng)主要尺寸：中心距a圓整中心距后，取a=55mm。實(shí)際分度圓直徑d圓整后，取d1=25mm，齒寬b2）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒形系數(shù)YFa,首先計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)z按照當(dāng)量齒數(shù)查圖得YFa1應(yīng)力修正系數(shù)YSa，按照當(dāng)量齒數(shù)查圖得Y重合度系數(shù)Y螺旋角系數(shù)Y齒間載荷分配系數(shù)K因此K齒向載荷分布系數(shù)KFβ，按照式（18計(jì)算后取K載荷系數(shù)K彎曲疲勞極限σFlim根據(jù)大小齒輪所用材料查圖可得，其值分別為σFlim1=600MPa彎曲最小安全系數(shù)SFmin根據(jù)使用要求取值，取S彎曲壽命系數(shù)YN根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取值，取YN1=0.95尺寸系數(shù)YX根據(jù)材料和模數(shù)取值，此處值為1.0許用彎曲應(yīng)力使用式（11）計(jì)算，分別代入大小齒輪的參數(shù)得 校核驗(yàn)算彎曲應(yīng)力σF1，小齒輪使用式（19），大齒輪校核使用式（13349MPa>162.28MPa,349MPa>158.41MPa，因此該對(duì)齒輪許用應(yīng)力在安全范圍內(nèi)，不需進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。綜合以上計(jì)算，在此三級(jí)減速中所設(shè)計(jì)使用的錐齒輪符合要求且各數(shù)值在安全范圍之內(nèi)。以上所有齒輪參數(shù)如表8。表8各齒輪基本參數(shù)基本參數(shù)一級(jí)小錐齒輪一級(jí)大錐齒輪二級(jí)小斜齒輪二級(jí)大斜齒輪三級(jí)小斜齒輪三級(jí)大斜齒輪法面模數(shù)/大端模數(shù)111111齒數(shù)206019572480螺旋角--18181616法面壓力角--20202020分度圓直徑206020602585分錐角18.1971.81錐距31.6231.624.2關(guān)鍵軸的計(jì)算及校核 在本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)樾↓X輪直徑太小，因此設(shè)計(jì)連接小齒輪的軸時(shí)采用齒輪軸的設(shè)計(jì)；而大齒輪上的軸與小齒輪的齒輪軸共用，周向固定連接時(shí)通過(guò)鍵連接，軸向固定采用圓螺母固定。使用式（20）初步估計(jì)軸的最小直徑，分別代入連接幾個(gè)大齒輪的軸（表3中2、3、4軸）的相關(guān)參數(shù)，其中軸的材料使用45鋼調(diào)質(zhì)，C的值按材料取值為112MPa。 （20） 因軸上有單個(gè)鍵槽，因此軸徑適當(dāng)加上3%，且考慮安全起見(jiàn)軸徑暫時(shí)全部采用13mm。按照表3，可以得知第四根軸的扭矩最大，因此直接計(jì)算校核第4根軸即可，因?yàn)樗休S的材料和處理方法都相同，若此軸校核結(jié)果符合要求，則其余軸也符合要求。此后計(jì)算中的d均取值15mm，此外，在該步計(jì)算的軸在壓片機(jī)中應(yīng)為豎直放置，但在此步作圖時(shí)為方便，將其水平作圖。計(jì)算第三級(jí)減速齒輪上大齒輪受力轉(zhuǎn)矩T，按照表三可知T=14748.32342N·mm，將其取整為14750N·mm。圓周力F徑向力F軸向力F軸的受力情況如圖16。圖16軸受力情況圖計(jì)算軸承反力水平面內(nèi)反力豎直面內(nèi)反力計(jì)算彎矩大小并作彎矩圖。水平面內(nèi)彎矩,其彎矩圖見(jiàn)圖17圖17水平面彎矩圖豎直面內(nèi)彎矩，其彎矩圖見(jiàn)圖18。圖18豎直面彎矩圖合成彎矩，其彎矩見(jiàn)圖19。圖19合成彎矩圖4)畫轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩圖見(jiàn)圖20圖20轉(zhuǎn)矩圖5）許用應(yīng)力首先根據(jù)軸所用材料和轉(zhuǎn)矩性質(zhì)查表9（單位均為MPa）選取[σ?1b]和[σ0b表9轉(zhuǎn)軸和心軸的許用彎曲應(yīng)力材料σ[[[碳素鋼40013070405001707545600200955570023011065合金鋼80027013075100033015090鑄鋼40010050305001207040 應(yīng)力矯正系數(shù)α計(jì)算當(dāng)量彎矩并畫彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩當(dāng)量彎矩（大齒輪處），當(dāng)量彎矩圖見(jiàn)圖21。圖21當(dāng)量彎矩圖7）校核強(qiáng)度此處校核安裝大齒輪處的軸端的中間截面，因?yàn)榇私孛鏋榱χ苯幼饔玫慕孛妫丛撦S的危險(xiǎn)截面。根據(jù)軸的材料可知σB=645MPa對(duì)稱循環(huán)疲勞極限σ?1b、脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限σ0b、等效系數(shù)彎矩M，從合成彎矩圖可知為16929N·mm。彎曲應(yīng)力幅彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，通過(guò)查手冊(cè)可知kσ=1.76，表面狀態(tài)系數(shù)查手冊(cè)可知β=0.93。尺寸系數(shù)查手冊(cè)可知εσ=0.83，彎曲安全系數(shù)根據(jù)工作要求設(shè)kN扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)復(fù)合安全系數(shù)因此該軸上，此截面足夠安全，即該軸的強(qiáng)度在安全范圍內(nèi)，且符合工作要求；根據(jù)此軸，可知其余軸強(qiáng)度也足夠安全、符合工作要求。5其余標(biāo)準(zhǔn)件的選取 這部分標(biāo)準(zhǔn)件的選擇根據(jù)工作情況和之前計(jì)算的各部分零件進(jìn)行選取計(jì)算即可，主要要選擇的標(biāo)準(zhǔn)件有鍵、軸承、細(xì)牙圓螺母及墊圈，根據(jù)設(shè)計(jì)的壓片機(jī)鍵共計(jì)使用3個(gè)，軸承使用3對(duì)共計(jì)6個(gè)，細(xì)牙圓螺母共計(jì)使用3個(gè)，墊圈中圓螺母止動(dòng)墊圈共計(jì)使用3個(gè)，軸承擋圈共計(jì)使用6個(gè)。5.1鍵的選取 因?yàn)樾↓X輪和不完全齒輪機(jī)構(gòu)都是齒輪軸的形式，因此需要用到鍵的地方只有大齒輪處，選取時(shí)也只選這幾處，借助SolidWorks將各大齒輪的參數(shù)輸入其中，分別生成三個(gè)大齒輪，并使用其中的測(cè)量工具測(cè)量所需鍵的大小，經(jīng)測(cè)三個(gè)大齒輪因安裝在軸上15mm的軸端，因此齒輪上該部分對(duì)應(yīng)的鍵槽寬為5mm，高2.7mm左右，對(duì)照鍵的選型參照表所選擇的鍵寬度為5mm，厚度為5mm（圖22），長(zhǎng)度按各齒輪與軸配合之后重合的長(zhǎng)度選取，選一級(jí)大錐齒輪處鍵長(zhǎng)度為10mm，二級(jí)大斜齒輪處20mm，三級(jí)大斜齒輪處25mm。圖22鍵尺寸圖 校核鍵時(shí)采用式（21） （21）式中：T——能傳遞的扭矩 h——鍵的高（厚）度 l’——鍵的有效接觸長(zhǎng)度 d——軸的值徑 [p]——許用壓強(qiáng)，此處根據(jù)材料取值40MPa 分別代入幾處大齒輪處鍵的參數(shù)可得由此可知所選的鍵強(qiáng)度足夠，符合安全工作的要求。5.2軸承的選取 需要用到軸承的地方在安裝三個(gè)大齒輪的三根軸上，由于這三根軸都要承受徑向載荷，因此選用軸承時(shí)采用角接觸球軸承，根據(jù)軸徑選取軸承的型號(hào)，因安裝軸承的地方都是在最小軸徑處，因此按13mm的軸徑選擇軸承，所選軸承型號(hào)為7001C，內(nèi)徑為12mm，外徑28mm，寬度8mm。校核時(shí)校核第三級(jí)減速軸上的齒輪即可，因?yàn)槠涫盏降呐ぞ刈畲?。首先?jì)算根據(jù)上步計(jì)算選取再計(jì)算根據(jù)e查表取載荷系數(shù)，取根據(jù)工作情況選擇沖擊載荷系數(shù)，并估計(jì)使用壽命為5000h。則當(dāng)量動(dòng)載荷則其額定動(dòng)載荷因此選用的軸承符合工作要求，且強(qiáng)度、壽命足夠。5.3細(xì)牙圓螺母的選取 細(xì)牙圓螺母在安裝于軸上，其作用是和軸肩一起固定齒輪（固定時(shí)從上往下的順序?yàn)檩S肩、齒輪、圓螺母），因此圓螺母的選擇也根據(jù)軸徑選擇，因?yàn)樗写簖X輪的內(nèi)徑都是一樣的，因此選用圓螺母時(shí)也選擇相同大小的即可，綜上，選擇的圓螺母內(nèi)徑為14mm，外徑為28mm，厚度8mm。5.4墊圈的選取 墊圈的選取主要有兩部分，一是軸承擋圈的選取，二是圓螺母止動(dòng)墊圈的選取，選取時(shí)均根據(jù)軸徑選擇。 1）軸承擋圈的選取結(jié)合圖及軸承擋圈選型表選取其型號(hào)，最終選擇的擋圈內(nèi)徑為7.4mm，厚度為1mm。圖23 軸承擋圈參數(shù)圖2）圓螺母止動(dòng)墊圈的選取圓螺母要與圓螺母止動(dòng)墊圈成套使用，使用時(shí)墊圈裝在螺母開(kāi)槽的那一側(cè)，緊固后將內(nèi)外止動(dòng)耳折彎放到槽里，圓螺母緊固后，分別將內(nèi)外耳朵扳成軸向，分別卡在軸上的鍵槽和圓螺母的開(kāi)口處，這樣圓螺母就不會(huì)由于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而松脫。因此選擇的圓螺母止動(dòng)墊圈內(nèi)徑為14mm，厚度為1mm。

結(jié)論在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中所設(shè)計(jì)的題目是：粉末壓片機(jī)及臺(tái)階銷模具設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)內(nèi)容在大學(xué)本科四年內(nèi)接觸甚少，整個(gè)流程下來(lái)綜合運(yùn)用了本科時(shí)期內(nèi)所學(xué)的機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、液壓與氣壓傳動(dòng)等課程內(nèi)的知識(shí)，基本完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)，最終所設(shè)計(jì)出的壓片機(jī)能夠壓制出本次要求尺寸的臺(tái)階銷產(chǎn)品，同時(shí)其也能壓制4mm以上厚度的、偏厚的片劑。從最開(kāi)始的設(shè)計(jì)方案擬定到最后的完成三維模型的建立，這期間遇到了很多困難，也體驗(yàn)到了多次的失敗，同時(shí)也得到了很多的經(jīng)驗(yàn)。最開(kāi)始在設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有細(xì)看任務(wù)書，以至于后面的設(shè)計(jì)方案出錯(cuò)，為此我把任務(wù)書內(nèi)的關(guān)鍵部分仔細(xì)審閱了一番，將其重點(diǎn)內(nèi)容列于記事本上；之后根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，一步步完成了設(shè)計(jì)方案的擬定、草圖的繪制、三維模型的建立等，但每一步都有其困難之處，通過(guò)翻閱資料、詢問(wèn)同學(xué)和老師，也最終解決了這些難題。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)完成下來(lái)其有一些比較好的地方，同時(shí)也存在著一些不足之處。首先，在最初設(shè)計(jì)時(shí)，所設(shè)計(jì)的壓片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是幾個(gè)零件和模具按順序組裝，這樣在工作時(shí)即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，在之后的設(shè)計(jì)中參考現(xiàn)代許多壓片機(jī)的樣式，選擇設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)式壓片機(jī)，這一壓片機(jī)其優(yōu)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上依舊簡(jiǎn)單，但其整體壓片工作部分能通過(guò)肉眼可見(jiàn)，本壓片機(jī)透過(guò)透明板便能觀察其工作情況，能實(shí)時(shí)觀察其工作情況就能最大程度的降低意外發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，而其動(dòng)力傳動(dòng)部分又是處于密閉環(huán)境中，最大程度地保護(hù)了內(nèi)部零件，進(jìn)而保證了工作時(shí)的穩(wěn)定性；并且此壓片機(jī)的最大特色是實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，而在本設(shè)計(jì)中自動(dòng)化的關(guān)鍵便是不完全齒輪機(jī)構(gòu)、和三大裝置及傳感器（和執(zhí)行元件），從原料的添加到最后產(chǎn)品的收集都在一臺(tái)設(shè)備上完成；而且本次課題所設(shè)計(jì)出粉末壓片機(jī)及臺(tái)階銷模具，還能進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)時(shí)的成本，減少其工作時(shí)的偏析現(xiàn)象及提高生產(chǎn)率等（這是其在本領(lǐng)域一直存在的問(wèn)題，在此問(wèn)題上有所突破），一方面可以生產(chǎn)出更高質(zhì)量的片劑，造福更多領(lǐng)域及行業(yè)，另一方面該領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步可以相應(yīng)地提高國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平，提升我國(guó)在該領(lǐng)域的國(guó)際科研實(shí)力；再就是粉末壓片機(jī)已經(jīng)出現(xiàn)了一定時(shí)間，其發(fā)展已到達(dá)一個(gè)階段，因此，難免會(huì)出現(xiàn)一些困難和挑戰(zhàn)（如漏粉、偏析等現(xiàn)象），因此設(shè)計(jì)新的粉末壓片機(jī)及臺(tái)階銷模具，有助于保證整個(gè)直接壓制過(guò)程的順利進(jìn)行，也將降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，提高藥品生產(chǎn)效率等。其次，此壓片機(jī)還可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，從設(shè)計(jì)到完成模型的建立只有短短兩三個(gè)月，不管其內(nèi)部結(jié)構(gòu)還是外部結(jié)構(gòu)，都還有改進(jìn)的空間，比如在本次設(shè)計(jì)中的不完全齒輪機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)所在的軸在各軸段的尺寸不太相對(duì)于設(shè)備整體來(lái)說(shuō)顯得不協(xié)調(diào)；當(dāng)然除了結(jié)構(gòu)上的不足還有其他的不足，像是本次設(shè)計(jì)的壓片機(jī)的壓片效率也有待提高，該壓片機(jī)總共3個(gè)工位，且6s為生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品完整的周期，其生產(chǎn)效率為360個(gè)/h，和先進(jìn)的壓片機(jī)比起來(lái)還相差甚遠(yuǎn)，增加其工位、提高其生產(chǎn)周期都能大幅改進(jìn)這一缺陷。此外，本次設(shè)計(jì)中借助了SolidWorks、AutoCAD、MathType等軟件進(jìn)行了模型的建立、關(guān)鍵尺寸的測(cè)量、受力情況圖的繪制及公式的編寫，通過(guò)這些軟件，已將設(shè)計(jì)時(shí)的誤差控制在最小范圍內(nèi)。

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