压片机设计方案.docx

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1、第2页共2页I前言1.1干粉压片机的概述干粉压片机是指利用传动系统将电动机的转速降低带动执行机构对粉末物质采取上下进行加压而成片状。根据干粉压片机的传动系 统和执行机构不同，干粉压片机可以分为单片式压片机，旋转式压片 机，亚高速旋转式压片机、全自动高速压片机以及旋转式包芯压片机。干粉压片机的使用行业很广泛。如制药厂、电子元件厂、陶瓷厂、 化工原料厂等等，而且压片机还能用来做冲压设备。压片机在欧美出现的较早。而在国内到1949年，上海市的天祥 华记铁工厂仿造成英国式33冲压片机；1951年，根据美国16冲压 片机改制成国产18冲压片机，这是国内制造的最早制药机械；1957 年设计制造了 ZP25

2、-4型压片机;1960年，自行设计制造成功60-30 型压片机，具有自动旋转、压片的功能。同年还设计制造了 ZP33型、 ZP19型压片机。七五期间，航空航天部206所HZP26高速压 片机研制成功。1980年，上海第一制药机械厂设计制造了 ZP-21W 型压片机，到达国际上世纪80年代初的先进水平，属国内首创产品。 1987年，引进联邦德国Fette公司微机控制技术，设计制造了 P3100-37型旋转式压片机，具有自动控制片剂重量、压力、自动数 片、自动剔除废片等功能，封闭结构严密、净化程度到达GMP要求。 1997年，上海天祥健台制药机械研发了 ZP100系列旋转式 压片机、GZPK100

3、系列高速旋转式压片机。进入21世纪，随着GMP 认证的深入，完全符合GMP的ZP系列旋转式压片机相继出现：上 海的ZP35A、山东聊城的ZP35D等。高速旋转式压片机在产量、压片坯1.3压片成形机设计数据电动机转速/ （ r/min ）: 940 ;生产率/（片/min） :25 ;冲头压力/N :150 000 ;机器运转不均匀系数/b :10% ;2、设计要求1.上冲头完成往复直移运动（铅垂上下）,下移至终点后有短时间的停歇，起保压作用, 保压时间为0.4s左右。因冲头上升后要留有料筛进入的空间，故冲 头行程为100mm。因冲头压力较大，因而加压机构应有增力能力。2.下冲头先下沉3mm ,

4、然后上升8mm ,加压后停歇保压，继而上升16mm ,将成形片坯顶到与台面平齐后停歇，待料筛将片坯推离冲头后，再下移21mm,到待料位置。3.料筛在模具型腔上方往复振动筛料，然后向左退回。待坯料成型并被推出型腔后，料筛在台面上右移约4550mm ,推卸片坯。3、原始数据设计（1）压片成形机一般至少包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构在内的三种机构。（2 ）画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟定运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必 须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。（3 ） 设计凸轮机构，自行确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角 与最小曲率半

5、径，计算凸轮廓线。（4 ）设计计算齿轮机构。（5 ） 对连杆机构进行运动设计。并进行连杆机构的运动分析，绘出运动线 图。如果是采用连杆机构作为下冲压机构，还应进行连杆机构的动 态静力分析，计算飞轮转动惯量。4、总功能分解 1、该干 粉压片机通过一定的机械能把原料（干粉）压制成成品，其功能分解 如 图IV1能量 .干粉 机械加工成品第8页共8页2、设计干粉压片机，其总功能可以分解成以下几个工艺动作：Q） 送料机构为间歇直线运动，这一动作可以通过凸轮上升段完成（2） 筛料：要求筛子往复震动（3）推出片坯：下冲头上升推出成型的 片坯（4）送成品：通过凸轮推动筛子来将成型的片坯挤到滑道（5） 上冲头往

6、复直线运动，最好实行快速返回等特性。（6）下冲头间歇 直线运动。 例下表所示的树状功能图上冲头向瞅克战运动, 同数运动（息曰科枝）不 除 A 片机不 除 A 片机下“头间歌直线运动 ,同联运动退用机构同歇直蝶运动 .间总运动图IV2树状功能分解- 一乎 f f 7- 一乎 f f 73、根据功能的要求，进行功能元求解干粉压片机运动转换功能图如冲头送料机构成品顶出机构图IV3运动转换功能干粉压片机运动方案选择矩阵如图IV4运动方案功能元功能元分解1?34减速A带传动鞋传前齿轮传动、蜗杆传动成速B带传动链至前斐轮传动、蜗杆传动上冲头运动C移动推杆圆柱 凸轮曲柄导杆滑块机构偏遍讷畛/曲柄摇杆机:二”

7、构送料机构D蜗轮蜗杆机构 nWTS 歇移动）,，机构卜.冲头运动E双导杆间歇运、 动机构移动凸轮机灯 （间歇移动，曲线槽导杆机 构方案1 :方案2I由上表所列矩阵可知，可能的运动方案数目为N =4*4*4*3*3 = 576种。 从此方案中剔除明显不合理的，在进行综合评价：是否满足运动要求；是否满足载要求；运动精度；制造工艺；平安性；是否满足 动力源、生产条件等限制。 根据题目要求，功能元减速A而言，带传动结构简单，运转平稳，噪声小，能缓和冲击，有过载保护作 用，安装维修要求不高本钱底。齿轮传开工作可靠，效率高，易制造和精确加工。故可选用带传动或蜗杆传动。 减速B :齿轮或蜗杆 传动能满足定速

8、比传动要求，且精度较高。应用范围广，承载能力大 的优点，应选齿轮或蜗杆传动。对于上冲头运动C ，要实现往复直 线移动，还有考虑急回特性。因此选曲柄滑块或摇杆机构。 送料 机构D主要作用是将胚料送到加工位置，且能实现间歇要求，对承 载能力要求低，故采用凸轮或蜗杆机构。下冲头运动E虽然需要较高的承载能力，但下冲头中可以加两个挡板来增加其承载能力，且要 实现间歇要求，可靠性好，故采用凸轮机构完成下冲头的动作。综 上所述，可初步确定两个方案，如表中实线、虚线所示的方案方案 1 : A3 + B4+C3 + D1 + E2 方案 2 : A1+B3+C4+D2 + E2 5、 运动方案方案示意图如下：方

9、案二一翟图V、方案评价 1、运动循环图从上述工艺过程可以看出，由主动件到执行件有三支机构系统顺序动作，画出运动传递框图如下列图80运动循环图IV1从整个机器的角度上看，它是一种时序式组合机构系统，所以要拟订运动循环图。以该主动件的转角为横坐标（0360 ）,以 机构执行构件的位移为纵坐标画出位移曲线。运动循环图上的位移曲 线主要着眼于运动的起迄位置，而不是其精确的运动规律。料筛从 推出片坯的位置经加料位置加料后退回最左边（起始位置）停歇。下 冲头即下沉4mm （如下列图中X下冲头下沉完毕，上冲头可 下移到型腔入口处（如图中 待上冲头到达台面下4mm处时, 下冲头开始上升，对粉料两面加压，这时，

10、上、下冲头各移动12mm （如图中），然后两冲头停歇保压（如图中），保压时间约0.2s ,即相当于主动件转36度左右。以后，上冲头先开始退出， 下冲头稍后并稍慢地身上移动到和台面平齐，顶出成形片坯（如图 中）。下冲头停歇待卸片坯时，料筛已推进到形腔上方推卸片 坯（如图中）。然后，下冲头下移24cm的同时，料筛振动 使筛中粉料筛入形腔（如图中）而进入下一循环。机械运动 方案的拟订和设计，最终要求通过分析比拟以提供最优的方案。一个 方案的优劣通过系统综合评价来确定。下面用机械选型的评价体 系，它可用视图的方法来表示 ：根据个评价指标相互关系，建立评价模型为：H = U1*U2*U3*U4*U5 在

11、 式 中 U1=S1+S2U2=S3+S4+S5+S6U3=S7+S8+S9+S10U4=S11+S12 + S13 + S14 U5 = S15 + S16+S17 上述表达式表 示UI、U2、U3、U4、U5各指标之间采用了乘法原那么， 而它们之间用了加法原那么。根据题目要求，功能元比拟如表V-2 :方案中机构的性能、特点、评价性能指 标八体指 标工价带传动齿轮机 构小杆滑块机构谕单六杆机构凸轮机 构雄轮期杆机 构A功能A1运动规律定比传 动定比传 动和移 动定比比 动任理性 较后能 到达行 限梢度JE本 1: 任总定比传动和 移动A2传动 精度高而较为B 1：作 性能B1应川 公阳较广广

12、较广较广rB2 iifM 柞很好较注傲较好叔后B3 二 m收高较高较为高较庙B4 .能力大大大较大较小大CC1 ；川上度峰值小小较小小C2小小般较小较大技小C3 Al. I 1较好较好.般收好圣较好C4 i f :性可靠W茁可保可隘DD1 1.1_ 难度技易较难易易难较雄D2 误片城 感性啾运敏感敏感不敏感敏感外13孤共：3贝方便性较方便较伙：.一1一方便较麻烦方便D4能耗 大小股也傲股.般股EEl R1较大较小较小较大较小似小E2戊家发轻较近较轻似粕较iR较iftE3结果 复杂度简单般.殷简单复杂4架表示上述两个机构方案的评价指标体系、评价值及计算结果。表 中，所以的指标值分为5个等级：很好

13、、好、较好、不太好、不好，分别用1、0.75、0.5、0.25、0 表示。如表 V3:& V3评价指标系统1邪评价法方案,方案：UiSt0.750.75S210.75Si10.75S40.750.5Ss0.751S60.750.75u；s，0.750.75Sx07:0.5s.0.750.5s1005?07?u4Su0.750.5S|20.50.5Su0.750.5sl40.50.5UsSis0.750.75Sl60.50.75S|70.750.75Hj85.3156.95由表中H值可知，方案1较方案2好，故可优先选用方案1 为最终方案。2、尺度计算 A.上冲头B.下冲头C.对心直动滚子推杆盘形

14、 凸轮机构D.曲柄滑块机构E曲柄滑块机构F.蜗轮蜗杆机构G. 蜗轮蜗杆机构H.料筛第15页共15页I.圆锥齿轮J.圆锥齿轮K.L传动齿轮 M.传动齿轮 N.传动蜗杆0.电动机3、执行机构的尺寸计算根据选定的驱动电机(在图中没画 出)的转速n=940r/min和 生产率为25件/分钟，它传动系 统的总速比为： 1=940/24 =37.6k=1.20=180*( k-l)/(k+1) = 180*(1.2-1)/(1.2 +1) = 16.4 以下压力角 和模数均取标准值a =20 m = 5第一级皮带减速1= 4 zl=17 z2= 68第二级齿轮减速1= 9.8 zl=17 z2= 167

15、如图： nl = nl, = nlz, =25 r/min ; n4 =n6=25 r/min 取蜗杆齿数 z 3 =z 5 =4 ,贝!查表可知：d = 50mm, 0=2148,05,/; z 6 =z 4 =52, 贝！ :n5 = n6z6/z 5 = 325i7min = n5N3 =n4z4/z3 =325r/min = n 3 取 z 5 =20 z 3 =18 z 2Z =30 那么 z 1=n 5 z 5 /n 1 =260 ; d = mz=1300mm 83=arctanl8/30=31.082, =90-31.0=59.0 n2z =n2 = n3z3/z2 =325*

16、18/30=195r/min 取 z 2 =15 贝J z 1 =117, 81=arctanl5/117=731 82 =90 -7.31 =82.69 综合以上计算可得定轴轮系传动7个齿轮设计如表V5 :G/av代匕m：! tk zMi业 rmin分度N久ffrdZ7310511725Z.-20525200526025130082.60s515195Z59.00530195z31.00518325Zr2F4S,055432550乙205225120乙20520325100Zr2104so54325504IO。55225265卜冲头对心“动滚/推杆叁膨凸轮机对心亘动海子推杆自形凸轮机构卜冲头

17、对心“动浪插杆席形四轮机的位移他线4、干粉压片机动作说明 各级传动都为齿轮或蜗轮蜗杆传动，传 动精度高，运动可靠；上冲头由曲柄滑块机构带动运动精度高，移动力信号采集、剔废等技术上有了长足的开展，最高产量一般都大于 300000片/小时，最大预压力20kN最大主压力80kN或10080kNo 譬如，北京国药龙立科技的GZPLS-620系列高速旋转式压 片机、上海天祥健台制药机械的GZPK3000系列高速旋转 式压片机、北京航空制造工程研究所的PG50系列高速旋转式压片机 等。随着制造加工工艺水平、自动化控制技术的提高以及压片机使用 厂家各种不同的特殊需求，各种特殊用途的压片机也相继出现。譬如,

18、实验室用ZP5旋转式压片机、用于干粉压片的干粉旋转式压片机、 用于火药片剂的防爆型ZPYG51系列旋转式压片机等。国内压片机的现状：（1）压片机规格众多、数量大；（2 ）操作简单；（3 ）技 术含量较低，技术创新后力缺乏。国外压片机的现状：高速高产、密 闭性、模块化、自动化、规模化及先进的检测技术是国外压片机技术 最主要的开展方向。1.2干粉压片机的研究现状121压片机动 力学分析及力的优化文献阐述了主加压机构的运动学分析。对 机构进行运动学分析可采用图解法分析和解析法分析.在此，我们采 用解析法，应用c语言程序进行分析。杆组法运动学分析原理，由机 构的组成原理可知，任何平面机构都可分解为原动

19、件、基本杆组和机 架三个局部，每一个原第3页共3页 动件为一个单杆构件.分别对单杆构件和常 见的基本杆组进行运动学分析，并编制成相应的子程序，在对整个 机构进行运动分析时，根据机构组成情况的不同，依次调用这些子程 序，从而完成对整体机构的运动分析。 文献10阐述了各种方案的 料筛H至下冲头的型腔上方等待装料，并将上一循环已成型的工件推 出（卸料）然后料筛震动，将粉料筛入型腔,下冲头下沉一定深度Y , 以防止上冲头向下压制时将粉料扑出然后上冲头继续向下，下冲头向 上加压，并在一定时间内保持一定的压力；而后上冲头快速退出下冲 头随着将成型的工件推出型腔，这便完成了一个循环周期。由于要 求每分钟制成

20、成品25件。所以要求C、D、E转速同步，且转 速均为2517min oVI .心得与体会 在一周多的实习设计过程中，我发现了许多的 问题-在设计的过程中有许多我们平时都不太重视的东西，也有很 多的难题，再这一周多里我们每个人都是互相询问和帮助，这给了我 很大的动力，有的不懂我们就会再一起讨论问题，设计完了我们就会 回到宿舍去画图。设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很屡次设 计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一 次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是必不可少的。 这次的 机械设计我学到了很多以前在书本没有学到的东西，知识有了较大的 提升，特别是对干粉压片机的结构原理与

21、设计分析更加清楚深刻。真 用铅笔来做图真的很困难，怪不得大家都喜欢CAD。在这次课程设 计中，充分利用了所学的机械原理知识，根据设计要求和设计分析, 选用组合成机械系统运动方案，从而设计出结构简单，制造方便， 性能优良，工作可靠的机械系统。这次课程设计让我充分体会到设 计需要大胆创新这一层面。创新也是一个国家、一个社会、一个企业 必不可少的，设计中的创新需要高度和丰富的创造性思维，没有创造性的构思，就没有产品的创新，产品也就不具有市场竞争性。在设计 过程中，虽然我们的创新是简显的，但这也锻炼了我们的能力，更指明了我们努力的方向。整个设计我基本上还满意，由于水平有限,难免会有错误，还望老师批评指

22、正。希望辩论时，老师多提些问题, 由此我可用更好地了解到自己的缺乏，以便课后加以弥补拟定。根据各功能元的解，动力源可以采用电动机、汽油机、蒸汽 透平机、液压机、气动马达等；上下加压那么可采用凸轮机构、齿轮机 构、连杆机构、液压缸等；送料可采用连杆机构、齿轮机构、槽轮机 构等.这样可组合的方案达上百种。文献阐述了谐响应分析。分析动态响应实际上是解一个完整的动力学方程，它是一个二阶常系 数线性微分方程:Mx(t)+cx(t)+Kx(t)=P(t)式中: M、K-质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵。x、x(t)、x(t)- 结点的加速度、速度和位移向量，它们均为时间的函数。fP卜一激 振力向量，也是时问的

23、函数。谐响应分析是用于确定线性结构在承受 随时问按正弦规律变化载荷时稳态响应的一种技术。分析的目的是计 算出结构在谐波激振力下的响应，即位移响应与应力响应，并得到系 统的动态响应与系统激振力频率的曲线，称为幅频曲线。压片机工作 时，冲头和压轮周期性接触，这样就会造成有周期性的激振力作用在 整个结构上。当激振力的频率与压片机的固有频率接近时，就会发生 共振。共振现象的发生不但不能保证冲压的加工精度，还会对冲头和 压轮以致整个机床造成严重破坏，这是一定要防止的。通过以上分析, 可以得到以下结论:Q)经过力的优化以后，防止了在第一、二阶固有 频率处的共振现象的发生，虽然优化后，第三阶固有频率处的位移

24、比 其他频率处较大(1 . 8x104)，但小于优化前该频率处的位移 (2 . 1x104),更远远小于机器共振时的(1。6x10 -),振动量降低了 接近1。倍。(2)经过力的优化以后，由于对整体结构不存在激振力, 所以一、二、四、五阶振型不会对动态性能产生影响。(3)由于该压 片机的实际工作转数在每分钟40 - 60转之间，即工作频率为48 73Hz之间，而优化后在96Hz处振动量较大，远离工作频率范围， 所以，机器处于平安良好的工作区域范围，具有良好的动态性能。通 过对压片机的模态分析，动力学谐响应分析，得出了压片机在不同工 作频率范围下的响应，在此基础上对整体结构进行了力的优化，有效

25、的抑制了共振现象的发生，解决了机器工作时振动和噪音的问题，分 析结果对压片机的设计具有很实用的理论参考价值。文献13阐述 了冲压机构杆件的优化设计。冲压机构的应用非常广泛，以干粉压片 机为例，其中的冲压机构对压痕机的性能影响很大。它要求机构中的 滑块在工艺行程中速度尽可能均匀且施加于曲柄的平衡力矩尽可能 小，为此有必要对各构件进行优化分析。 运动及受力分析。冲压机 构，由一曲柄摇杆机构及一摇杆滑块机构组成的多杆机构。采用解析 法，建立起3种目标函数，运用罚函数法进行程序编制及计算，进行 优化设计。首先，按机构的组成原理将机构分解成假设干基本杆组，对 每一个基本杆组编制相应的运动分析和受力分析的

26、子程序，对具体某 一机构只须建立一个简单的主程序和调用相应的子程序即可。优化 设计。采用有约束优化设计问题的间接求解方法中的罚函数法，编制 程序suMT ,编制目标函数子程序FuNC和约束函数子程序FNT, 编制各基本杆组的运动和受力分析子程序。文献12阐述了连杆送 料机构的运动优化。连杆机构推动的推板式送料装置能够实现冲压生 产的自动送料，该机构与斜楔推动的推板式送料机构和杠杆推动的推 板送料装置相比，可实现较大的行程。设计连杆迭料机构所需考虑 的因素较多，直观性较差.容易导致设计失误.因此设计了用于优化 机构各杆长、送料行程、送料加速度等的多目标函数，综合连杆机构 成立的条件、机构大小限制

27、、运动参数要求等建立约束条件，采用直 观的可视化方法对优化结果和连杆送料机构的运动特性进行分析。目标函数的建立。根据结构要求，连杆机构的迭料行程ZI,在蟆篁 M , 2330mm的前提下，尽量取较小值，以防止总体结构过大；送 料的左半行程 L :与右半行程L Z4目围I连杆送料机构原理图当， 以满足机构的对称性要求，因此设计第一目标函数为： Fl(x)= I165-LL11 + I165 + LL11冲床的工作频率为每分钟30次, 为减少送料机构启动时所产生的冲击，使最大送料速度降低，设计送 料最大加速度，即开始的加速度A。与结束时的加速度4 :满足第二 目标函数：F2 ( x ) = | A

28、1+A21该送料机构的摇杆长度L,将影 响传动的效率，希望它的长度大些，同时不应使该机构因此而变得庞 大，就此设计第三且标函数为：F3(x) =90-L3为控制机构的总 体尺寸，需要对送料机构的连杆长度Zv支架高度人进行限制，按实 际情况确定第四目标函数为：F4(x) =L2-580第五目标函数为： F5(x) =L4-390依据各目标的重要性、数量级以及对优化结果的 影响，确定各目标的加权因子分别为L I、L 0.1、0.1o采用统一 目标函数的加权组合法建立目标函数：F(x) = Fl(x) + F2 (x) +F3 (x ) +0.1F4 ( x ) +0.1F5 ( x )该优化模型对

29、机构位置的优化效果 良好.可控制最大速度与加速度，以及在机构总体尺寸限制的情况下 实现对各杆长度的优化。机构运动优化的结果能够满足工程使用的要 求，利用该模型进行多目标优化是可行的。该连杆机构在启动时存在 柔性冲击，具加速度特性难以得到根本改善，因此该机构只适合于低 中速连续生产的场合。122结构优化的开展和研究现状文献8 阐述了国内外压片机的创新与研究。1.向高速高产量开展是压片机首 要开展方向；2.全封闭的一体化的片剂成型系统是压片机的一个主要 开展方向，目前国外的压片机十分注重输入、输出环节的密闭性，尽 可能的减少交叉污染及粉尘飞扬，而国内大多数的压片机这个过程是 敞开的，断裂的工序致使

30、压片机的粉尘和泄露是药厂的一个通病；3. 集成化、模块化使Courtoy公司、Fette公司的压片机获得巨大进步； 4. Courtoy压片机片重控制的新方法；5. 21CFR Partll（电子记录和 电子签名）在压片机上的应用；6.新颖的压片机及压第5页共5页 片机技术层出不穷，Q）增加预压力，（2）为了 最大程度的提高设备利用率，降低设备使用本钱，使设备的清洗更规 范,WIP（washinginplace）在位清洗的理念在更多的压片机上得 到了贯彻。II摘要 随着现代科技的开展，压片机涉及的行业越来越广泛，高科 技、高效率，低本钱已成为现代压片机的一个重要的开展趋势。与国 外的压片机相比

31、，我国生产的压片机规模小、产量低、技术含量较低。 干粉压片机是将干粉压制成直径为30mm ,厚度为5mm的圆形片 坯状的装置。本文以压片机为研究对象，以造价低、结构简单为基础, 通过方案比照及力的分析,从而设计出合适的压片机。本文阐述了加 压机构、送料机构及传动系统的设计过程。in目录i前言2 ii摘要5HI目录61V设计任务书7 1设计题目82设计要求8 3原始数据设计8 4总功能分解85运动方案10V方案评价12 1运动循环图122尺度计算 14 3执行机构尺寸计算15 4干粉压片机动作说明17 VI心得与体会17 VII参考书目18IV设计任务书1.设计题目1.1压片成形机介绍 设计自动 压片成形机，将具有一定湿度的粉状原料（如陶瓷干粉、药粉）定量 送入压形位置，经压制成形后脱离位置。机器的整个工作过程（送料、 压形、脱离）均自动完成。该机器可以压制陶瓷圆形片坯、药剂（片） 等。1.2压片成形机的工艺动作（1）干粉料均匀筛入圆筒形型 腔。（2 ）下冲头下沉3mm ,预防上冲头进入型腔是粉料扑出。（3 ）上、下冲头同时加压，并保持一段时间。（4 ）上冲头退出, 下冲头随后顶出压好的片坯。（5 ）料筛推出片坯。粉粉料.上冲头(4)