药品包装机结构设计

药品包装机结构设计

摘 要：本设计的主要设计内容为药品装盒机的上料装置设计、药板装盒装置设计。确定了总体方案、包装工艺。设计了纸盒上料机构，利用负压吸盘对纸盒进行分离、输送，吸盘由凸轮机构驱动，上下移动；设计了药板上料机构，通过槽轮机构驱动齿形带对药板进行定量输送；设计了装盒机构，将药板、说明书装入纸盒内，同时完成纸盒的折叠封合。

关键词：装盒机；上料；药品；包装机；

Structural Design of Pharmaceutical Packaging Machine

Abstract:The feeding device and pharmaceutical packing device of the pharmaceutical cartoning machine are the main elements of this design. It determines the overall plan and package handicraft. The device design that paper box fixes material, makes use of the negative pressure acetabulum to carry out separation, transportation on paper box, the acetabulum drives, moves about from cam organization. Expect that organization，conveys by the fact that sheave organization drives jugged as well as carrying out a quantify on medicine board on the board having designed medicine. Organization having designed the dress box，board, specifications put medicine into the paper box inner, the enfoldment accomplishing paper box at the same time seals off the small side door.

Key words: Pack box machine; Fix material; Medicines and chemical reagents; Packer

1 前言

1.1 国外包装机械概述

药品包装机械属于高技术、高智能、高竞争的机电一体化产品，高技术成果都会在包装机械产品中得到应用。纸盒包装机械可分为折纸、下纸、药板推送、纸盒打开、纸盒传输、折舌、插舌、压平和打批号等功能。

国外的包装机械近些年有了新特点，主要有：一是生产高效率；二是资源的高利用率，高度的综合利用和发展循环经济；三是产品高度重视节能，重视降低成本；四是高新技术实用化，提高生产效率，产品上水平、上档次；五是科研成果商品化，使

包装机械产品向知识密集化、技术综合化、产品智能化等方面发展。

美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械业体系，其品种和产量均居世界之首。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制新型机械产品，以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机械和薄膜包装机占整个市场份额的15%，厚纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。从上世纪90年代初以来，美国包装机械业一直保持着良好的发展势头。日本的包装机械制造厂以中小企业为主，包装机械的品种齐全，产品品种近500种，规格有700多个。包装机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。90年代以来，已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中。日本包装机械大部分用于食品包装领域。德国、意大利、英国、瑞士和法国等，都是世界上很重要的包装机械生产国家。欧洲各国包装机械业的一个共同特点，是出口比例(出口额占产值的比例)都很大，如德国和意大利近80070 ,瑞士超过90000，荷兰出口额甚至大于产值，因为荷兰是欧洲很重要的贸易转口地。德国的包装机械在计量、制造、技术性能等方面居领先地位，特别是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点，享誉全球一些大公司生产的包装机械集机一电一仪及微机控制于一体，采用光电感应，以光标控制，并配有防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大，而且能集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占80%左右，德国是世界上最大的包装机械出口国。意大利是继美国、日本、德国之后的世界最大的包装机械生产国，又是仅次于德国的第二大包装机械出口国。意大利的包装机械多用于食品工业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点。 在这样的形势下，我国的包装机械产品由于品种少、技术水平低、产品可靠性差等原因，面临着激烈的国际竞争【1】。特别是我国近5年来，加快发展农产品深加工，建设节约型社会，发展循环经济和加大技术创新力度，造成新一轮技术引进高潮。如我国近年对农产品深加工总投资达到320多亿元，加工和包装设备80%以上靠进口。包装机械作为专业性机械，除了同于普通机械的一般要求外紧凑、运转平稳、还有外表美观、传动装置精度高、生产效率高等要求以很好地完成自身功能，适应市场需求。

1.2 我国包装机械业发展的思考和发展战略

首先，要明确我国包装机械业的发展方向预计到2005年我国包装机械产量将增加到67万台(套)，到2010年将增至93万台(套)。但是，靠简单的重复，靠扩大生产数

量，靠向上游、向下游延伸的方法是行不通的，我国包装机械业必须走专业化生产的道路。要发展中高档设备，努力提高技术含量，把产品做精、做细、做专、做强，靠技术进步来推动行业的发展。

目前，世界各国对包装机械发展十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一体的高新技术产品不断涌现生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势这也是我国包装机械业的发展方向对于我国的包装机械生产企业，并不是求大求全，而是应求精求专。美国、日本、意大利的包装机械生产企业大部分规模不大，但专业化程度很高。

其次，要进行我国包装机械业的结构调整在“十二五”期间乃至2020年，我国包装机械业要着重进行产业结构、产品结构和组织结构的调整在产业结构调整上要提高生产集中度，促进专业化、系列化生产，提高产品质量和对市场的适应能力；要积极发展和扶持一批拥有名牌产品的重点骨干企业，加快现代企业制度的建立和完善.形成行业排头兵.参与国际市场竞争，从而加快产业提升在产品结构调整上，要改变目前产品结构中以低技术含量为主的状况，淘汰一批低效高耗的、低档次、低附加值的、劳动密集型的产品，学习国外先进技术，开发生产高效低耗的、产销对路的大型成套设备和高新技术产品，开发出“新、奇、特”的包装设备，加速包装机械的更新换代，开拓国际市场【2】。在组织结构调整上，要成立跨部门的企业集团，树立大行业的全局观念，进行组织结构优化组合，实现行业资产优化配置，统一思想，强化管理，形成优势互补、分工合作、共同发展的新格局。

1.3 我国药品装盒机的发展历程及发展现状

我国早期的药品生产装盒主要是采用手工装盒，后来随着生产的发展和技术的进步，逐渐采用机械化装盒。我国最早使用的装盒机主要是从国外进口的。在七十年代中期由于当时我国包装材料的质量及药盒的加工制作等都达不到机器包装的要求，使得装盒机一直无法正常使用，所以全自动装盒机在我国就一直得不到广泛应用，我国药品生产在很长的一段时间内不得不放弃自动装盒而采用手工操作，效率极低下。80年代特别是改革开放后，我国的药品生产领域相关技术获得了飞速发展，药品包装材料的质量及药盒的加工制作等方面的技术有了明显的进步，全自动装盒机开始得到了全面的应用。而此时药品装盒机也改变了国外产品一统天下的局面，国产药品装盒机开始上市并获得了广泛的应用。

按照不同的分类方法，可以将目前我国生产的全自动装盒机分成若干种类。若按包装物料的不同主要有四大系列，可将其分为B, P, K装盒，G型即泡罩板型、针剂型及

软膏型全自动装盒机等;若从装盒机运行速度上看，有可将其分为3类，第1类为中低速型，速度约60～80盒/min；第2类为中高速型，速度约80～120盒/min；第3类为高速型，速度大于150盒/min 。每一种机型各有其优缺点，用途也不尽一致。目前，国内比较知名的药品装盒机生产厂家有上海龙腾包装机械有限公司、北京双鹤制药装各有限公司、上海万申包装机械公司、上海顾德包装机械有限公司等。但是即使是这些比较知名的生产商，其产品的技术含量与国外同类产品相比较，也有很大的差距。在市场竞争力方面，也只是在中低端市场略有优势。在市场占有率方面，国产药品装盒机的占有率也只有三成左右，其余市场皆被进口产品所瓜分。目前，国内许多规模较大的药品生产厂家仍以采用进口的药品装盒机为主。造成这一现象的主要原因，乃是国产药品装盒机的综合性能达不到制药厂家所需所致，尽管进口药品装盒机的价格要比国产的高出许多【3】。近年来，除了一些专业生产药品装盒机的厂商以外，国内的一些大学和科研院所也参与到药品装盒机的研制生产。相信依托各个大学和科研院所的科研实力，国产药品装盒机的研制生产在不久的将来会有重大的突破。

1.4 药品装盒机发展中面临的问题研究及发展方向评估

我国国产药品装盒机虽然在近十几年来获得了快速的发展，但其面临的问题依然不少。在国内制药装备行业中药品自动装盒机的制造商之中，技术含量和质量较高的制造商寥寥无几，且大多停留在半自动或中低速水平，同国外的同类产品相比，无论在装备的发展水平、技术含量和应用推广方面都不尽人意。在市场分配中，国产的药品装盒机只是在中低档市场上略占优势，而高档市场几乎全部被国外产品所占据。现将其面临的问题分析如下：

一、从产品的产品质量性能及应用方面，国产药品装盒机明显不如国外产品，具体表现在以下几个方面：

(1)在质量上，从某种意义上说，药品自动装盒机是制药机械中最为复杂的机械，它包括机、电、气、光和其它技术于一体，而目前国内制药装备行业的目前的无论是产品的最初设计水平，还是后来的产品装配加工水平，都与国外同行有着十几年的差距，无法生产出真正有竞争力的产品。

(2)对产品的适应性方面，国产自动药品装盒机的功能比较单一，适应面比较窄，对待装的药品的形状体积等有较严格的规定，一般只适用于一两种药品，但是我国药品生产企业众多，各药企业厂和生产的药品规格品种也都大不相同，同一企业生产的药品规格也各不相同，产量也不同，就给相关工作一定的困难，而国外药品装盒机生产厂商特别注重这方面的问题，他们所生产的设备功能更加灵活多变，适用范围也更

广。

(3)在设备的运行可靠性方面，进口自动装盒机也要高出国产一截，国产药品装盒机的故障率较高，因此，许多选择企业不得不购买多台国产自动装盒机，以免因维修机器而影响正常生产并延误交货期。

(4)在工作效率方面，由于国产药品装盒机的运行速度大多在中低档水平，并且自动化水平较低，生产效率自然不如以生产高档产品著称的国外同类产品，这样就等于无形中增加了企业的成本，降低了企业的利润，造成了极大的浪费。总之，国内目前药品自动装盒机还存在着适应包装物种类单一、纸盒尺寸的变化范围小、生产速度普遍停留在中低速水平等不完善之处【4】。

二、从整个行业的研发生产能力上看，主要表现有以下几个问题：

(1)研发力量薄弱，科研经费严重不足，药品装盒机的制作是一个复杂的系统工程，它包括机、电、气、光和其它技术于一体，需要有雄厚的技术力量，精密的生产工艺等多方面的要求，而目前我国在这方面的投入甚少；行业中的产品生产与基础研究的经费投入比例严重失调，生产厂家只顾眼前利益，不愿投入基金进行基础研究，造成国产的药品装盒机质量含量低下，无法与国外同类产品竞争，并且只能靠低价维持其市场竞争力，无法长期占领市场。

(2)低水平重复太多，应变能力不强，国内的大部分生产厂商规模都很小，大都生产同种类型的设备造成大量低水平重复生产，在市场上进行低价恶性竞争，而一旦遇上市场要求变动，却又无法及时转型，从而被市场所淘汰。

三、考察近几年来国外的机械发展状况，结合我国目前的药品装盒机的生产实践，我国的药品装盒机生产企业应在以下几个方面寻求突破：

(1)加大科研投入，提高创新能力，开发新技术，同时大力引进国外已经成熟的技术原理，开发出具有前瞻性的先进设备。首先各个企业要增强企业的研发能力，提高产品的档次，今后医药企业寡头垄断的趋势会越来越明显，其采购将是集团化的，这对生产供应相关设备的企业而言是个严峻的挑战，这要求有关企业把眼光放远，实行走出去，站得住的发展战略；拥有自己的核心技术，开发出属于自己的新产品。我国加入WTO后，随着市场的进一步开放，国内的相关企业必将面临外商的强有力的竞争，国内的企业要敢于参与竞争，不仅在国内市场上参与竞争，更要积极参加国际市场的竞争。这就对国内的相关企业提出了更高的要求和更广阔的市场空间，国内企业应该立足国内，放眼国际，积极参与竞争，只有这样，才能更好地发展自己。

(2)加强与各个制药企业的联系，企业可根据用户的不同要求而设计生产出符合出

客户要求的产品，实行个性化的服务，使企业与客户之间形成良好的互动，使双方受益。保持与制药企业之间的良好互动关系，可以使药品装盒机生产厂商更加清楚地了解市场动向，能够及时满足市场需求，对企业的发展壮大是大有裨益的。

(3)国家加大宏观调控，加强对市场的引导作用，加强对市场的管理，协调好企业之间的竞争行为，防止不正当竞争。同时国家应加大机械行业的投入力度，扶持一批有实力的企业，从基金技术上给子支持，从而生产出更好的产品。药品装盒机的生产是一个系统工程，需要大量的人力物力则力，短期还不能见效益，很多企业都无力去做，在这种情况下，更需要国家出面协调组织，集中人力物力进行科研攻关，组织生产等。

随着我国药品市场规模的日趋增大，产品种类的日益繁多，药品厂家的不断增多，生产自动化程度的不断提高，市场对药品装盒机的需求也在不断地膨胀，其市场前景十分看好。据统计，我国“十五”期间医药工业实现工业总产值年均递增率接近20%，其中的药品所占的贡献约占其中的一半，可见其增值潜力巨大。相信随着我国医疗体制的改革，医药市场的兴盛，药品产量的增加，我国药品装盒机的发展必将迎来一个跨越式的发展。

俗话说“健康乃生命的本钱”，随着生活水平的提高，人们越来越重视健康，药品安全尤甚，药品包装的卫生化更受到人们的关注。为了满足人们的需要，我们设计药品装盒机【4】。

1.5 毕业设计题目及基本参数

本设计的题目为药品装盒机上料、装盒装置设计。本设计主要完成纸盒、药板的上料及装盒装置设计。

基本参数为：

纸签（说明书）规格：最大300mm×210mm，最小80mm×100mm；

纸盒规格：长=100mm；宽=65 mm；高=20mm；

包装物（药板）规格：长=80mm，宽=58 mm。

设计要求为：包装能力：60盒/分，1板/盒；

本设计的设计任务为：

①总体方案设计、传动系统设计与计算；

②纸盒上料机构结构设计和计算，完成相应部装图；

③药板上料机构结构设计，完成相应的部装图；

④装盒装置结构设计、计算，完成总装图；

⑤部分零件图设计。

2 方案设计

此处省略 NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩

纸盒上料的过程主要由凸轮Ⅰ带动带有吸嘴的轴Ⅰ上下运动完成的。轴Ⅰ上附有拨杆，在将纸盒吸下的过程中，拨杆压住连杆1上的小轴，这时弹簧处于拉伸状态，连杆2向上运动，使连杆3带动挡片挡住上面的纸盒，从而保证只有一个盒被吸下。在盒被放下的过程中，挡片逐渐压在盒上，防止盒蹦起来。当负压真空装置向上运动时，连杆2在弹簧的作用下向下运动，使连杆3带动挡片向上翻。如此往复运动完成

6 吸盒的过程。当盒被放下时，停止吸气，盒被支撑起来，传送装置将盒传送到下一道

7

1 凸轮 2 弹簧 3连杆1 4连杆2 5连杆3 6挡片

7吸嘴 8拨杆 9工作台 10轴

图1 纸盒上料原理图

Figure 1 The box device principle diagram 工序。原理图如图1所示。

当凸轮转动带动轴Ⅰ向上运动时，轴Ⅰ会发生旋转，为了避免这种情况发生，特设计了导向杆，使轴Ⅰ只能沿着导向杆的方向运动。吸盒是由负压真空吸气完成的。当凸轮Ⅰ带动轴Ⅰ向上运动，吸嘴到达最高位置时，开始吸气，盒被吸下来，当吸嘴到达最低位置时，停止吸气，盒被曲柄摇杆机构带走。由气阀来控制吸气还是断气，当凸轮Ⅱ到达最大升程时，轴Ⅱ被压下去，气路被堵死，实现断气；当凸轮Ⅱ转动时，压缩弹簧作用带动轴Ⅱ向上运动，气路被连通，实现吸气。轴Ⅱ上带有圆槽，也可以在轴上做个通孔。如果轴Ⅱ上是个通孔，那安装精度要求比较高，因为要保证这个通孔的中心线与气道的中心线完全重合，这样才能达到最大的吸气程度。但是如果在轴Ⅱ上做个圆槽就避免了这个问题，不管怎样接触，气道都会打通。

2.2.2 药板上料机构设计

药板由齿形带传送到指定位置 ，经过滑槽到达工作架上，推药板的机构将药板和说明书推到纸盒里。传送药板的速度及间歇时间由槽轮控制。推药板的机构由齿轮齿条带动。推药板原理图如图2所示。

6 7 8 9

1齿轮Ⅱ 2轴Ⅲ 3齿轮Ⅲ 4推杆 5工作架

6齿条 7齿轮Ⅰ 8凸轮 9轴1

图2 推药板原理图

Figure 3 Push board schematic diagram

因为药板比较薄，如果推杆只是简单的平头，那么推药板时很容易推空或者把药

板推偏。为了防止这些情况的发生，故设计了如图3所示的推杆。

图3 推杆示意图

Figure 3 Push rod diagram

传送带的示意图如图4所示。本设计传送带的带轮是由链轮带轴带动的，而链轮轴是由槽轮带动，从而实现了间歇运动。但此处也可以通过传感器和伺服电机来实现。在指定位置安装传感器，当伺服电机接收到传感器发出的信号后，伺服电机开始工作，从而带动带轮转动，将药板送到指定位置。滑槽的角度要合理，不然药板就不会准确

2 1 的到达工作架的位置。滑槽的角度是根据多次试验得来的，滑槽的底边要非常圆滑，

置。

1药板 2带

图4 带示意图

Figure 4 Conveyor schematic diagram

2.2.3 装盒装置设计

装盒装置由曲柄摇杆机构带动，经过固定装置及拨杆，从而完成装盒的过程。 装盒共分四道工序，分别为：

装药板和说明书

打印日期

盖纸盒盖

纸盒示意图如图5所示。

图5 纸盒结构 Figure 5 Carton structure

当盒被推盒装置推走后，拨杆Ⅰ将6盖上，随即纸盒随着传送装置被送到指定A工序等待装盒。拨杆示意图如图6所示。

1 2

1拨杆 2轴

图6 拨杆示意图

Figure 6 Schematic of shifter lever

到达工序A后，盒不动，齿轮齿条机构将药板和说明书一起推进盒内。传送装置将纸盒传送到工序B。在传送的过程中，通过拨杆Ⅱ将2盖上，通过固定小轴Ⅰ将4盖上。日期由凸轮机构完成。凸轮带动成型器上下运动，完成日期的打印过程。完成打印日期后，纸盒被送到工序C。在传送过程中，通过固定小轴Ⅱ将3盖上。当经过固定装置后分别将盒盖上翻和下压，同时也完成了折1和5的过程。固定装置示意图如图7所示。

固定装置Ⅰ完成盒盖的下压和1的折叠过程，固定装置Ⅱ完成盒盖的上翻和5的折叠过程。到达工序C时，一个旋转的装置完成盖盒盖的过程。

1固定装置Ⅰ 2固定装置Ⅱ

图7 固定装置示意图

Figure 7 Fixing device schematic diagram

纸盒的传送装置曲柄摇杆机构带动，能实现上下左右运动，即作平行四边形运动。当纸盒被吸下来时，该传送装置向上运动，辅助将盒撑起来。然后传送装置向前运动，完成装盒和盖盒盖后，传送装置向下运动，然后往回运动，进行下一次动作。该机构设计为纯机械设计，要严格要求与其他动作的时间和空间同步化，因此在设计方面要求很高的精度。纸盒传送装置如图8所示。

3送盒架 1连杆 2纸盒 图8 纸盒传送装置 Figure 8 Cartons transport unit

1

2

3

2．3 本章小结

本章主要是对药品包装机进行了总体设计。对电机进行了选择，对各传动零件进行选材和设计计算，保证传动的准确性。通过立式包装机总体设计方案和总体设计计算绘制总装配图。

3 设计计算

3.1 齿轮传动设计计算

1.选择齿轮材料精度等级

齿轮材料选用45钢，调质处理，取硬度为235～255HB； 齿轮精度等级为8级。 2.按齿面接触疲劳强度设计 由表查得

3

d1≥

4KT1

⎛⎫

2

φRu(1-0.5φ ZHZR)2

Eσ⎪⎝H⎪ ⎭

初选Kt=1.2 由表查得

Z2

H=

sinαcosα

=2.5 由表查得：ZE=189.8MPa 取φR=0.3 T1=35810N⋅m

N1=60n2jLh=60×639.64×1×(8×300×10)=9.21×108

N2=N1/i2=9.21×108/3.31=2.78×108

查图表得 ZN1=1.1, ZN2=1.1

取Zw=1.0，SHlim1=1.0，ZLVR=0.92，ZX=1.0 查图表得 σHlim1=590Mpa，σHlim2=550MPa 由表查得 计算许用接触应力

[σσHlim1

H]1=S ZN1ZXZ590⨯1.1⨯1.0⨯0.92

WZLVR =

Hmin

1.0=597.3Mpa [σσHlim2

550⨯1.1⨯1.0⨯0.92

H]2=

S ZN2ZXZWZLVR =

Hmin

1.0

=556.6Mpa 将各结果带入公式（3.1）

2

d4KT1

⎛ ZHZ⎫

1≥φRu(1-0.5φ2R) Eσ⎪⎝⎭

H⎪ =4⨯1.1⨯35810⎛2.5⨯189.8⎫

2

0.3⨯3.38⨯(1-0.5⨯0.3)2 ⎝

524⎪⎭=56.08mm 1） 2）

4）

5）

6） （ （（ （（

取Z1=28，Z2=i⨯Z1=3.38×28=95

m=

d156.08

==2.003mm 28z1

取标准模数m=2.25mm

28=63mm d1=mz1=2.25×

(1-0.5×0.3)=53.55mm （7） dm1=d1(1-0.5⨯φR)=63×

Vn2

π⨯53.55⨯639.64

m =

πd160⨯10

3

=

60⨯10

3

=1.79 由表查得 取KA=1.1

vmz1100

=1.79⨯20

100=0.358 由表查得 取Kv=1.02 R=

mz22

3221+z2=228+952=148.56mm b=φRR=0.3×

148.56=44.56 取b=45 φbR=

d=4553.55

=0.784 m1由图表查得 Kβ=1.175 K=KAKvKβ=1.1×

1.02×1.175=1.32 σ2KT1

u2+1

H=ZHZE

bd2u

＜〔σH〕2 1(1-0.5φR)2

=2.5×189.8×

2⨯1.32⨯3581032⨯632⨯(1-0.5⨯0.3)2

⨯(3.382+1

3.38) =491.74Mpa＜[σH]2 安全。

接触疲劳强度足够。 校核齿根弯曲疲劳强度

由

σ2KT1

F=

bd-0.5φ2

YFa1Ysa1≤[σF] 1m(1R)

（8）

（9）

10） 11） 12） 13） 14）

（ （

（ （ 3. （

δ1=arctan

z128=arctan=16.84︒

95z2

δ2=90︒-δ1=90︒-16.84︒ =73.52︒ zv1=z1cosδ1=28/cos116.48︒ =21.90

zv2=z2cosδ2=95/cos73.52︒=250.28

按zv1,zv2

查图表得 YFa1=2.85,YFa2=2.3

查图表得 Ysa1=1.55，Ysa2

=1.74

查图表得 σFlin1=220～230MPa,σFlin2=170～180MPa 查图表得 YN1=1.0，YN2=1.0

由表查得 YX=1.0 取YST=2.0，SFmin=1.4 代入式（14）中

[σSTF1]=σFlim1YSY⨯2N1YX=220⨯1⨯1=314MPa Fmin

1.4

[σσFlim2YSTF2]=SYN2YX=180⨯2⨯1⨯1=257MPa

Fmin

1.4

将各数值代入公式（14）：

σ2KT1

F1=

bdm(1-0.5φ2

YFa1Ysa1 1R)

=

2⨯1.32⨯35810

35⨯63⨯2.25⨯(1-0.5⨯0.3)

⨯2.85⨯1.55=85.86MPa

Y=85.84⨯2.3⨯1.74

Fa1Ysa1

2.85⨯1.55=77.78MPa〈[σF2]=257MPa 3.2 轴的设计计算

（1）选择轴的材料

轴的材料为45号钢，调质处理。

（2）按扭矩初步估算轴端直径

15）安全安全 （

查阅文献得 d1≥A03 查表选取 A0=130

P1

（16） n1

d1≥130⨯2.42

=40mm

639.64

考虑轴端有一个键槽

d1=20×3﹪d1=18.77 取d1=30mm 该段轴长l

l=(z-1)e+2f=384mm （17）

轴的结构示意图如图

9.

图9 输出轴的结构示意图 Figure 9 Output shaft structure diagram

（3）初选滚动轴承

考虑装拆调整方便起见，选用深沟球轴承。根据轴端尺寸和轴承的大概安装位置，初选深沟球轴承6204。 （4）对轴进行分析 对轴的压轴力Q=670N a．求垂直面内的支反力

∑MR1H=0， 75R2H+28Fa1=90Q+136Fr1

R2H=(136×397+90×670-28×117) /75 =1480

∑Y=0,R

b.求水平面内的支反力

1H

=Fr1-Q-R2H =397-670-1480=-1753N

1137=69357N⋅m MH=Ftl1=61×

∑MR1V=0

75R2V-(75+61)Ft=0 R2V=136×1137/75=2062N

∑Fy=0

R1V=397-2062=-1665N

求A，B，D三点水平面内的弯矩

670-75×1165=23175N⋅m M1V=165Q-75R1V=165×

670-136×1165+61×2062=118762N⋅m M2V=226×

c．求合成弯矩

2222+MV=13126N⋅m （18） M1=MH69375+231751=2222+MVM2=MH=137531N⋅m 69375+1187622=

d．求当量弯矩 取α=0.6

Mca1=M1=73126N·mm

22

=139199N·mm （19） Mca2=M2+(αT)2=+ 0.6⨯35810

2

Mca3=αT=0.6×35810=21486N·mm

（6）校核轴的静强度

由当量弯矩可以看出B点的弯矩最大，但直径却较小，故应验算B点的强度。 查表及公式得

dB≥MVB118.8

=27.25mm （20） =0.1[σb]-10.1⨯58.7

27.25mm

由于E点的弯矩较大，而直径却最小，所以还需验算E点的静强度。 E点处的当量弯矩ME

ME=22.6+

64.5-21.12

=28.4N⋅m

85.2

dE≥MVE23.6

=16.0mm =0.1[σb]-10.1⨯58.7

考虑键槽影响，需加大（3-5）%

dE=dE+3﹪dE=16.0+1.60×3﹪=16.5mm

故E剖面强度也足够。 （7）校核轴的疲劳强度 a．判断危险剖面

I-Ⅳ剖面均有应力集中源，均有可能是危险剖面。其中I，Ⅱ，Ⅲ均为过渡圆角引起的应力集中，但Ⅳ剖面的合成弯矩值较大。所以只验算I，Ⅳ剖面的疲劳强度。 b．校核I剖面的疲劳强度。

I剖面因键槽引起的应力集中系数由表查得 Kσ=2.73 Kτ=1.96 由表查得：εα=0.83，ετ=0.89 由表查得：β=0.95

I剖面的扭剪应力，应力副和平均应力为：

τTmax=

W=35810T

0.2⨯303=6.6MPa τα=τm=τmax/2=6.6/2=3.3MPa

由表查得ϕτ=0.21,由表查得τ-1=275MPa

Sτ=

τ-1

K=

275

=25 τ

+ϕ2.73

εττm

⨯3.3τβ

τα0.89⨯0.95

+0.1⨯3.3

σmax=

MVEW=28400

0.1⨯303

=10.5MPa σa=σmax=10.5MPa σm=0 S477

σ=

σ-1

K=

σ

εσα+ϕ2.73

=13.12 στm

σβ

0.83⨯0.95

⨯10.5

S=

SσSτ13.12⨯25S2

2

=

.122

+25

2

=11.62 σ+Sτ

取[S]=1.8，S＞[S]所以I剖面安全。 c.校核IV剖面的疲劳强度 由表查得

30-22

1=8 r1b=22=0.05

Kσ=1.88 Kτ=1.59 由表查得 εσ=0.83 ετ=0.89 由表查得 β=1

(22)

(23)

(24)

(21)

Sσ=

σ-1

Kσ

=

εσβ

σα

477

=2.17

1.85

⨯92

0.95⨯0.83

275

Sτ=

τ-1=

=16.51

τ

1.62

ετα+ϕττmτβ

0.95⨯0.89

⨯8.41+0.1⨯8.41

S=

SσSτ.17⨯16.51S2

2

=

2σ+Sτ

2.172

+16.51

2

=2.15

由于S＞[S]=1.8，此设计在安全范围内。

3.3 滚动轴承寿命计算

已知：6204AC轴承。基本额定动载荷C=25.2KN，基本额定静载荷 C0=29.5kw,e=0.68。

由前面计算得知，该对轴承的水平支反力分别为RAZ=1480N,RAB=-1753N 垂直支反力分别为：RAy=2062N,RBy=-1665N 合成支反力：

R2A=RAy+R2

Az=2+17532=2418N R22B=RBy+RBz=20622+14802=2538N

SA=0.68RA=0.68×2418=1644.24N SB=0.68RB=0.68×2538=1725.84N

SB+FA=1725.84+117=1842.84N>SA=1644.24N

AA=1842.84N,AB=1725.84N AA/RA=1842.84/2418=0.76>e=0.68

XA=0.4,YA=1.67

轴承承受轻度载荷冲击，支反力A处有弯矩。所以取fd=1.2

PA=fd (XARA+YARB)=1.2×(0.4×2418+1.67×1842.84)=3114N AB/RB=1725.84/2538=0.68>e

XB=1,YB=0 ，PB=fdRB=1.2×2538=3045.6N

PB>PA 计算轴承B的寿命

ε3

L106⎛ftc⎫106⎛25200⎫10h=60n ⎝P⎪⎭

=60⨯639.64 ⎝3114⎪⎭=13808.90h 预期寿命:10年 。

(25)(26)

13808.90/(8×300)=5.75 5年换一次轴承----寿命足够。

3.4 键的选择和校核

链轮装在主轴轴端，需用键进行周向定位和传递转矩。由前面设计计算得知：链轮材料为钢，轴的材料为45钢，链轮与轴的配合直径为15mm，链轮45钢，轮毂长为20mm。选择最常用的圆头（A型）平键，因为它具有结构简单，对中性好，装拆方便等优点。键的截面尺寸由键所在轴段的直径d由标准中选定，键的长度由轮毂的宽度确定，查表得b⨯h=5×5,L=30mm。普通平键的主要失效形式是键，轴和轮毂三个零件中较弱零件的压溃。由于链轮材料是钢，许用挤压应力由表查得σp=100MPa。

键的工作长度l=L-b=30-5=25mm 挤压面高度 h’=h/2=5/2=2.5mm

2⨯0.15⨯1052T挤压应力σp===5.97MPa＜σp (27)

(dh'l)15⨯2.5⨯25

[]

[]

故安全。

3.5 本章小结

本章主要是对药品包装机进行了总体设计计算。对电机进行了选择，对各传动零件进行选材和设计计算，保证传动的准确性。通过药品包装机总体设计方案和总体设计计算绘制总装配图。

4 结构设计

4.1 纸盒上料结构方案设计

4.1.1 凸轮机构设计计算【9】

凸轮机构采用力封闭式。运动规律为双停歇运动，由文献[29]表13.5-5查得改进等速Vm=1.28 。由结构初定凸轮行程为100mm，推程运动角Φ=120°，最大压力角αm选用30°，由图可算得基圆半径Rb=50mm。 推杆推程位移如下表所示。 h=100mm，δ0=120°

'

由式 s=h[1-(δ/δ0)+sin(2πδ/δ0 )/ 2π ]

v=hw[cos(2πδ/δ0')-1]/δ0'

a=-2πhw2sin(2πδ/δ0')/δ0'

其中 δ0'=90°，h=100mm，可计算得推杆回程位移，如下表所示。

表2 推杆回程位移

δ/(°) s/mm

0 100

15 83.042

30 66.085

45 49.128

60 32.171

75 15.214

90 0

2

然后根据作图法画出凸轮的理论廓线和实际廓线。

4.1.2 气阀结构设计

当带吸嘴的轴到达最高位置时，气阀通道接通，开始吸气。当轴到达最底位置时，气阀通道被堵死，停止吸气。气阀的结构图如图10所示。因为如果轴Ⅱ上是个通孔，只有保证这个通孔的中心线与气道的中心线完全重合，这样才能达到最大的吸气程度。那么安装精度要求就比较高。为了避免这些问题，本设计采用在轴Ⅱ上加工一个圆槽这样不管怎样接触，道都会打通。

当轴Ⅱ在凸轮的作用下作上下运动时，轴Ⅱ会发生转动，为了解决这个问题，本设计设计了导杆机构。轴Ⅱ在弹簧的作用下，在凸轮回程的时候也能回到初始位置，而在导向杆的作用下，能沿着直线运动，不会发生旋转。

1气道 2导向杆 3轴Ⅰ 4凸轮 5轴Ⅱ 6弹簧 7管

图10

气阀结构图 Figure 10 Valve structure

3 3 2 1

4 5 6 7

2 1

1轴Ⅰ 2轴Ⅱ 3机架 4弹簧

图11 挡爪结构图 Figure 11 Block claw structure

4.1.3 挡爪机构设计

托纸盒的架上带有挡爪，当盒被吸下来时，挡爪绕轴Ⅱ向下转动，盒被吸走时，挡爪在拉伸弹簧的作用下又回到最初位置。这样防止纸盒在被吸下来的过程中遭到损坏。挡爪结构图如上图11所示。

4.2 药板上料机构方案设计

4.2.1 槽轮机构设计

药板由传送带传送到工作架的位置，而传送带的间歇传送是由槽轮带动的。根据结构，初定槽轮的槽数 z=6，中心距 a=150mm，圆销半径 r=5mm。

槽轮每次转位时主动件的转角 2α=180︒(1-2/z)=120°，

槽间角 2β=180︒-2α=60°，主从动件圆销中心半径 R1=asinβ=75mm

R1与a的比值 λ=sinβ=0.5，槽轮外圆半径 R2=

acosβ2+r2

=130mm

槽轮槽深 h≥a(λ+cosβ-1)+r=59.9mm 主动件轮毂直径 dk

槽轮结构图如图12

所示。

3 4

1拨销 2轴Ⅲ 3槽轮 4轴Ⅰ 5轴Ⅱ 6锁止弧

图12 槽轮结构图

Figure 12 Groove wheel structure

4.2.2 齿轮齿条设计计算

a.齿轮设计

齿数 z=200 ，模数 m=1，则 d=mz=200mm

压力角 α=20°，变位系数 x=0 ，齿顶隙系数 C*=0.25 齿顶高 ha=ham=1 齿根高 hf=1.25m=1.25

齿顶圆直径 da=m(z+2)=202mm b.齿条设计

齿条总长 L=120mm ，ha=ham=1

*

*

4.3 纸盒上料机构方案设计

4.3.1拨杆设计

当盒被推盒装置推走后，拨杆将纸盒的舌头盖上，随即纸盒随着传送装置被送到指定工序等待装盒。拨杆结构图如图13所示。

2

3

4 5

1内六角螺钉 2拨杆 3摩擦轮 4紧定螺钉

5轴 6推理轴承 7工作台

图13 拨杆结构图

Figure 13 CAM structure

4.3.2 盖盒装置设计

当完成盒盖的上翻和下压的过程后，纸盒被传送到指定工序时，一个旋转的装置完成盖盒盖的过程。盖盒装置结构图如图18所示。

3 2 1

4

5

3键 4螺钉Ⅰ 5螺钉Ⅱ 2垫片1拨杆

图14 旋转装置结构

Figure 14 Rotating device structure

4.4 循环图结构设计

4.4.1 机构循环图

图15 吸盒机构循环图

Figure 15 Suction box of organization cycle diagram

图4.4-2送盒机构循环图

90

270

图16 送盒机构循环图

Figure 16 Send box of organization cycle diagram

360

Φ

图17 送药板机构循环图

Figure 17 Send medicine cyclic graph plate mechanism

4.4.2 机器循环图

吸盒 机构

120 180

240 270

360

Φ(°)

送盒 机构

△Φ1

推药板机构

0 90

290 360

Φ(°)

图18 机器循环图

Figure 18 Machine cycle diagram

其中△Φ1=10°，△Φ2=20°

4.5 本章小结

本章主要进行了三大部分的结构设计，纸盒上料机构、药板上料机构、装盒机构 的总体结构设计，和气阀、挡爪、齿轮齿条、槽轮、拨杆、盖盒等装置进行细化设计，并完成了几大部分的循环机构图，利与使用者对产品生产的了解。

5 结论

药品包装机械属于高技术、高智能、高竞争的机电一体化产品，高技术成果都会在包装机械产品中得到应用。纸盒包装机械可分为折纸、下纸、药板推送、纸盒打开、纸盒传输、折舌、插舌、压平和打批号等功能。因此在设计过程中还要考虑机械润滑、机械安全运行、包装卫生等功能。

在进行设计初始阶段时应充分考虑产品的可行性。一方面是市场的考虑，包括产品销售、产品原料、制造费用的考虑；另一方面是产品加工的考虑，包括现有加工能力、加工工艺、加工性能及周边配套行业的考虑。

本设计的主要设计内容为药品装盒机的上料装置设计、药板装盒装置设计。完成的主要工作有：综述；药品装盒机的发展历程，发展现状及发展战略；确定总体方案、包装工艺，物料的运动方式采用垂直与水平相结合的方式，从而缩短了机器的尺寸；设计纸盒上料机构，利用负压吸盘对纸盒进行分离、输送，吸盘由凸轮机构驱动，上下移动；设计药板上料机构，通过槽轮机构驱动齿形带对药板进行定量输送；设计装盒机构，将药板、说明书装入纸盒内，同时完成纸盒的折叠封合。

本设计充分考虑了机械动力学分析，使机械运行平稳。设计过程参考了各类包装机械设计的长处，同时借鉴了其它机械的优点完成了药品装盒机的设计。本机器包装

能力为50～120盒/分。

为实现预定的功能，我们需要使用不同的机构。这一过程中需综合考虑整机的各个部分，使设计的产品在满足使用要求的同时，结构简单、实用。糖果包装机械机构设计时，应选择和组合适当的机构运动原理，充分考虑实现特定运动所需机构，如凸轮机构，连杆机构，凸轮连杆机构。同时还应运用分离传动技术，综合考虑传动轴和传动系统的设计问题。设计过程中应尽量减少不确定性因素造成的影响，使机构运行平稳。设计时还应对机械进行动力学分析，以提升机械运行速度和平稳性。另外还应考虑包装机械的多样、可调、容错、可扩展、平稳性以及美观化，追求机械轻巧但稳定。设计过程可参考各类包装机械设计的长处，同时借鉴别的机械，如塑料机械、印刷机械的优点。除进行机构设计外.还应考虑各功能另外的实现途径，如真空、电器控制等，以期最优组合该产品。

本机总体上具有较高的性价比，具有很强的竞争力和很好的发展前景。此外包装机械也可以有一些附加功能，如包装盒中加入量杯、药勺等工具，以方便用户使用。在机种的开发方面可以设计较为先进的机械，如无菌包装机械、保鲜包装机械等。还可以开发药品包装前处理成套设备和后处理配套设备。

由于经验不足，本设计存在不足之处，有些地方考虑不够周到，这些问题都有待进一步解决。

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致 谢

本设计是在董亮老师的悉心指导和热情关怀下完成的，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。历时将近四个月，终于完成了此次毕业设计，在设计与计算中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了，向帮助我和指导我的各位老师与同学表示最衷心的感谢，感谢本设计所涉及到的各位学者的专著，引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本次设计。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。

四年的大学生活在这个季节即将画上一个句话，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始，四年年来的求学生涯，在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获颇丰，我要把我的敬意献给每一位教过我的老师，尤其是指导老师，虽然我不是您最出色的学生，但我保证我今后成为让您骄傲的学生。 在此再次感谢你们，祝愿你们在今后工作生活中一帆风顺，心想事成。