第七章_ 药剂机械设计实例

第七章药剂机械设计实例本章内容：§7.1螺杆式粉剂分装机设计§7.21~2ml水针灌封机设计§7.3ZP—33型旋转压片机设计.第七章药剂机械设计实例本章内容：§7.1螺杆式粉剂分装机设计§7.21~2ml水针灌封机设计.目录§7-1螺杆式分装机主要介绍：●课题分析与技术参数●螺杆分装机总体设计●传动系统设计●确定主要机构●工艺动作循环图设计●控制系统设计.一、课题分析与技术参数1、机器技术性能●分装原理；●影响计量精确性的因素（药物的流动性、比容、颗粒大小和均匀度等）；●适应多种药粉的分装，主要用于流动性较好的抗生素等粉针剂；●螺杆分装机装量范围大，调节装量有粗调和细调；●为提高分装效率，可采用双螺杆甚至8螺杆进行分装。2、螺杆分装机主要技术参数(1)生产能力：30~120瓶／分；(2)装量范围：0.06~5克/瓶，装量误差≤±3％；(3)适用于5~25ml规格的瓶子。3、对设计的要求●本设计应符合GMP要求，适用于结晶粉、喷雾干燥粉、冷冻干燥粉等药物。●在自动控制方面，以微机为核心实现各部分动作协调，且应满足如下要求：(1)生产能力可调，并具设定功能；(2)具有生产量计数和显示功能；(3)具有防金属屑自动保护装置；(4)具有缺瓶止灌功能；(5)具有药粉料位控制功能；(6)具有开门即停机的安全保护装置。二、螺杆分装机总体设计1、工艺方案的拟定●粉针剂生产工艺流程大致如下：准备玻璃瓶、胶塞、药粉→装粉→盖胶塞→轧铝盖→贴签。总体设计思路：工艺流程→总体方案→整机布局◆装粉是粉针剂生产的关键工序；◆分装后及时盖塞→装粉与盖塞是在同一装置上先后进行的。◆轧盖是防绷弹的手段，但为避免污染→轧盖与装粉、盖塞分开进行。●本设计主要考虑送瓶、药粉的分装及胶塞输送与盖塞等装置。●根据工艺流程和生产要求可确定，粉针分装机平面工艺布置如图…。»…2、总体布局●根据设计要求和以上确定的工艺方案，粉针分装机总体上应包括如下结构：(1)贮瓶进瓶装置（包括贮瓶盘、送瓶转盘及进瓶轨道等）；(2)主工作盘部件（包括分装转盘及相关定位装置）；(3)喂料与分装装置（包括喂料送粉机构、分装头及搅拌机构等）；(4)理盖塞装置（包括胶塞理送机构和盖塞机构）；(5)出瓶机构；(6)动力与传动系统；(7)控制与检测系统；(8)机架部件（用以连接和支承各部分，内部安装有关传动部分）。●为满足生产要求，采用双螺杆分装形式，如图。螺杆式粉针分装机总体布局.1-机架；2-传动系统；3-进瓶装置；4-控制系统；5-喂送料装置；6-分装机构；7-理益塞装置；8-主工作盘部件；9-出瓶机构整机演示三、传动系统设计主要介绍：●拟定传动系统方案●电机的选择●传动链设计计算●有关强度校核（略）拟定传动系统方案●本设计要求以电脑为核心，实现各部分协调控制→传动方案与传统机型的有较大区别；●为使本设计能满足生产和控制及成本等要求→本机传动系统采用多电机分别控制不同执行机构→避免由一台电机驱动各执行机构的复杂性→使传动机构较为简单，分两块：分装机主传动系统喂料与分装装置传动.分装机主传动系统设计●思路：◆选一电机驱动主轴；◆在主轴上安装凸轮、链轮等驱动分装、盖塞、进瓶、出瓶部件→使它们协调运转。◆采用一离合器作为手动与机动切换。分装机主传动系统原理图.喂料与分装装置传动设计●思路：◆分装螺杆、搅拌桨、送粉螺杆分别用不同电机驱动；◆因分装螺杆间歇转动，所以选步进电机直接带动；◆搅拌桨、送粉螺杆选用一般电机驱动，用离合器控制起停。喂料与分装装置传动图.电机的选择传动与控制特征——核心控制、多电机驱动。1、主传动系统电机●用以驱动进瓶、分装转盘、盖塞及出瓶输送等装置；●根据设计要求，生产率可调→主电机应可调速；●分装机工作时阻力较小»电机耗功主要用于克服机器运动件之间的摩擦阻力；»要求转矩较为均恒；→为此，类比选用Z2型它励直流电动机、电气无级恒转矩调速.★电机型号为Z2-32，2.2kw，最高转速1000r/min。»…2、32、分装螺杆电机●螺杆式分装机分装精度很大程度上取决于螺杆每次旋转的转数；●分装螺杆工作时推送粉剂的阻力很小»所消耗的功主要用于克服螺杆轴与支承之间的摩擦力；»应着重考虑螺杆的旋转精度→所选电机必须能保证分装螺杆周期旋转的一致性→可选用磁阻式步进电动机.★电机型号为75BF001，步距角1.5º，最大静转矩0.392Nm；●分装量控制：控制系统→步进电机步距数→分装螺杆周期旋转。3、搅拌桨与送粉螺杆电机●搅拌桨搅拌与送粉螺杆推送药物时的工作阻力都较小»所耗的功主要用于克服传动元件间的摩擦力等；●送粉螺杆的间歇旋转可由图9—21中的电磁离合器5来实现→可选用小功率三相异步电动机.★电机型号为JW08B-2，P=180w，转速n=1400r/min。传动链设计计算●主传动系统中，由Z2-32型它励直流电动机驱动主轴，再通过凸轮或链轮分别驱动分装转盘、胶塞卡扣装置和进出瓶机构，参见传动系统图。●机器采用双螺杆分装的结构，主轴旋转一转，分装转盘转动一次，即分装两瓶，则主轴的转速范围为n主=15~60（r/min）(Q=30~120瓶／分)。●设计传动链:1、皮带传动2、进瓶转盘传动链3、进出瓶输送带传动链4、搅拌桨与送粉螺杆传动链.1、皮带传动●电机最高转速为n电=1000r/min，则电机与主轴之间的最大传动比为i电-主=n电/n主=1000/60=16.67；●由电机至主轴，中间采用皮带和一对斜齿轮进行减速。如果齿轮模数m齿=3，小齿轮齿数Z20=20，齿轮传动比i齿轮=n20/n18=Z18/Z20,皮带传动的传动比i皮带=n24/n21.按照“早升迟降”原则，设i皮带i齿轮，并取i齿轮=3.6，则大齿轮的齿数为Z18=i齿轮·Z20=3.6×20=72；皮带传动的大小带轮直径比为D/d=d21/d24=n24/n21=i皮带=i电-主÷i齿=16.67÷3.6=4.63；●设大皮带轮直径为D=d21=300mm，则小皮带轮直径为d=d24=300÷4.63=64.8(mm)，取d24=64mm。2、进瓶转盘传动链●为使分装机既适用于模制瓶（5~25ml规格的玻璃瓶瓶身外径为22~36mm，瓶全高为38.7~58mm），也适用于管制瓶（5~25ml规格的玻璃瓶瓶身外径为18.4~28mm，瓶全高为39.7~65mm），在分析计算时以直径较大的模制瓶为对象；●初步分析估算，设进瓶转盘直径为500mm。则为满足120瓶/分的生产率要求，理论上进瓶转盘转速为n进=36×120/(2π×250)=2.75(r/min)。●为使输瓶轨道上有足够玻璃瓶，并形成一定压力，选择n进max=24r/min，对应于生产率30~120瓶/分的要求，由此可确定◆进瓶转盘转速范围n进=6~24(r/min)；◆由主轴至进瓶转盘的总降速比i主-进=n主/n进=60/24=2.5。●设换向锥齿轮Z7=Z8=18，链轮m链=2.5，小链轮Z2=16，则◆大链轮齿数Z6=i主-进×Z2=2.5×16=40。3、进出瓶输送带传动链●进瓶输送带辊筒的动力来自于链传动10——主动轮与链轮6同轴，从动轮与进瓶输送带辊筒同轴。设进瓶输送带辊筒转速范围亦为6~24r/min→故采用1:1链轮，其齿数为Z10=16。●出瓶输送带辊筒由链轮传动17、14带动，链轮14与辊筒同轴。如也取辊筒转速范围为6~24r/min，则可设定Z17=Z2=16，d17=d2；Z14=Z6=40，d14=d6。4、搅拌桨与送粉螺杆传动链●参照现有机型，设搅拌桨与送粉螺杆转速为n2=n3=100r/min;●两同步齿形带相同，选择：模数m11=m16=3，齿数Z11=Z16=40；●蜗杆6、13的头数Z6=Z13=1，采用45钢，蜗轮材料采用ZQSn10-1；●电机转速n4=1400r/min。则◆齿形带直径d11=d16=m16×Z16=3×40=120（mm）；◆蜗杆蜗轮减速比为i蜗=n6/n7=n13/n14=1400÷100=14；◆蜗轮齿数Z7=Z14=i蜗×Z6=14×1=14；◆蜗杆轴直径ds≈130(P/n)1/3=130×(0.18÷1400)1/3=6.7(实际可取10mm)；◆蜗杆分度圆直径d6≈2.5ds=2.5×6.7=16.75(mm)，取d8=20mm；◆模数m≥0.1d6=0.1×20=2，取m=4；◆蜗杆直径系数q=d6/m=20÷4=5；◆蜗杆分度圆升角λ=arctg(Z6/q)=arctg(1/5)=11.31；◆蜗轮分度圆直径d7=d14=mZ7=4×14=56(mm)；◆蜗杆蜗轮中心距a=m(q+Z7)/2=4×(5+14)÷2=38(mm)；◆蜗杆螺旋部分长度L≥[(d7+2m)2-d72]1/2=[(56+2×4)2-562]1/2=31(mm)；◆蜗轮宽度b7=b14=0.45(d8+6m)=0.45×(20+6×4)=20（mm）。四、确定螺杆分装机主要机构(1)贮瓶进瓶装置(2)主工作盘部件(3)喂料与分装装置(4)理盖塞装置(5)出瓶机构(6)动力与传动系统；(7)控制与检测系统；(8)机架部件●螺杆分装机主要组成部分：进瓶装置分装转盘部件分装头机构喂料送粉机构理盖塞装置.●介绍主要机构初步设计：1、进瓶装置●驱动——动力来自主轴，链轮传动、锥齿轮换向，定速旋转。●进瓶动力——相互推挤和离心力使玻璃瓶进入输瓶轨道，并依次被送至分装转盘的定位槽中。●结构——进瓶转盘采用带加强筋的圆盘，圆盘周边用薄不锈钢片围成，并开有用于倒瓶剔除的矩形孔：孔长以管制瓶瓶全高为参考，取70mm；孔高则以模制瓶瓶身外径为参考，取为38mm。进瓶演示2、分装转盘部件●功用——将由进瓶轨道送来的玻璃瓶间歇送达分装工位、盖塞工位进行装粉、盖胶塞，然后再送至出瓶轨道。●运动——分装转盘的旋转须与分装螺杆的转动相协调，亦即两者必须保持严格的运动关系。●驱动——为实现分装转盘的间歇旋转→本设计中选用蜗形圆柱凸轮步进机构，即利用蜗形凸轮驱动端面带有滚子、且与分装转盘固结在同轴上的分度盘。●结构——设计成圆周上开有定位槽，以对玻璃瓶定位（图示）。蜗形圆柱凸轮及分度盘1—蜗形凸轮；2—分度盘；3—滚子分装转盘●定位槽宽度比瓶子半径大1.5mm左右；●为使瓶子容易进入定位槽，r1比r2稍大；●由于分装转盘与分度盘同步旋转◆定位槽数与分度盘端面的滚子数相对应◆蜗形凸轮旋转一周，分装转盘转动一次→完成两瓶工作（双螺杆分装机）。3、分装头机构●驱动——分装螺杆直接用步进电机带动，通过微机控制和调节。●结构——采用双分装头一体式，结构紧凑、外形美观。●搅拌——搅拌桨轴空套于螺杆轴上，由一异步电动机驱动(图9-21）；通常搅拌桨与分装螺杆反向旋转。●螺杆——采用矩形螺纹结构，一圈螺旋槽计量容积V为V=t(s-b)πD中/cosα中(cm3)。●安全措施——螺杆与导管及送药嘴避免接触→以防产生金属屑而污染药物。一般取间隙0.2mm。演示4、喂料送粉机构●驱动——送粉螺杆与搅拌桨分别由一异步电动机驱动。●粉位控制——在送粉螺杆传动链中安装有电磁离合器。●结构——也采用螺杆－粉斗结构，送粉螺杆也采用矩形螺纹。●为防止药粉从送粉室进入支架轴承◆设计有阻粉环片、粉末冶金含油轴承、容纳粉末空腔、泄粉孔→送粉室与传动部分通过中间空腔而隔离。喂料送粉机构1—送粉螺杆；2—加粉斗；3—支承腔；4—支架；5—轴承；6—泄粉孔；7—含油轴承；8—阻粉片；9—送粉筒体；10—出粉斗●安全措施——送粉螺杆与出粉漏斗口避免接触产生金属屑（常取间隙0.2mm左右）。演示5、理盖塞装置●粉针分装机的理盖塞装置由两部分组成：理塞、盖塞；●理塞常用胶塞振荡供料器，有多种形式，本设计采用电磁振荡供料结构（图）。●盖塞机构一般有两种结构：一是利用机械手卡扣块往复转动将轨道出口处胶塞移至瓶口并压下；另一种为压板直接将出口处胶塞压进瓶口。本题将设计成凸轮压板盖塞机构（图）。胶塞振荡器1—机架板；2—支承弹簧；3—振荡磁铁；4—筒壳；5—螺旋环板；6—翻身轨道；7—胶塞