滚筒式泡罩包装机 毕业设计论文.doc

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摘要

LBP-250滚筒式泡罩包装机广泛应用于轻工、医药和化工行业，特别是药品包装。

虽然我国的滚筒式泡罩包装有了很大的发展，但是在产品开发、性能、质量、可靠性、价格、服务等方面在与进口产品的竞争中处于劣势。

因此，很有必要对滚筒式泡罩包装机深入研究，对其机构、原理、运动、功能进行研究分析，提供结构简单可靠、操作方便、自动化程度高、应用范围广的滚筒式泡罩包装机。

设计内容主要分为四大部分：

第一，系统地分析滚筒式泡罩包装机的基本结构和和工作原理，全面分析包装机的工艺路线，得出传动方案；第二，通过工作原里论述分析,对槽轮机构、热封合机构、动力步进机构,得出各结构件的参数；第三，通过数学建模，采用图解法,对运动机构进行力学和运动学分析校核；第四，根据前面所推导的理论，确定整体方案，根据设计所得到的尺寸完成总装配图和其他零件图纸。

关键词：

泡罩包装；成型；热封合

Abstract

LBP-250flatblisterpackagingmachineiswidelyusedinlightindustry,medicineandchemicalindustries,especiallypharmaceuticalpackaging.AlthoughChina'sFlatblisterpackaginghasagreatdevelopment,itisdisadvantageinthecompetitioninproductdevelopment,performance,quality,reliability,price,serviceandotherareasinandimportedproducts.Therefore,itisnecessarytoFlatblisterpackagingmachine-depthstudyofitsinstitutions,principles,sports,researchandanalysisfunctions,toprovidesimpleandreliable,easytooperate,ahighdegreeofautomationandwideapplicationoftheFlatblisterpackagingmachine.

Thedesignelementsaredividedintofourparts:

First,thesystematicanalysisofFlatblisterpackagingmachineandthebasicstructureandworkingprinciple,acomprehensiveanalysisofthepackagingmachinelinethatdrivetheplan;Second,throughtheworkoftheexposition,Analysisofthereducer,theinstitutionsofheat-sealgathers,powerstep,electricalcontroldesign,thatthestructureoftheparameters;Third,throughmathematicalmodeling,usinggraphicmethod,sportsbodiesandthemechanicsofkinematicsChecking;Fourth,accordingtopreviouslydeducedtheory,determinetheoverallplan,accordingtothesizeofthedesignbecompletedbythegeneralassemblyandotherpartsdrawings.

Keywords：

Blisterpackaging;Plasticmolding;Hotsealing

目录

第1章绪论 1

1.1概述 1

1.2研究意义 1

第2章LBP-250泡罩包装机的方案设计 2

2.1设计任务分析 2

2.1.1设计参数 2

2.1.2工艺路线 2

2.1.3主要参数的确定 2

2.2功能分析 3

2.2.1总功能的确定 3

2.2.2设计任务抽象化 3

2.2.3功能分解 3

2.2.4功能结构确定 4

2.3功能分解 4

2.3.1分功能原理解 4

2.3.2系统方案求解 4

2.4方案评价 5

2.5系统方案原理图 5

第3章传动系统设计计算 8

3.1电动机选择 8

3.2传动比分配 8

3.3各轴功率、转速及转矩设计计算 8

3.4传动零件的设计计算 10

3.4.1带传动设计计算 10

3.4.2齿轮传动设计计算 12

3.4.3链传动设计计算 15

3.4.4轴的设计计算 16

3.4.6滚动轴承寿命计算 20

第4章执行系统设计计算 21

4.1成型机构运动与动力分析 21

4.2封合机构运动与动力分析 21

4.3辊式泡罩包装机的工作循环图 22

4.4典型零部件结构设计 23

4.4.1成型辊结构设计 23

4.4.2封合辊结构设计 23

第5章控制系统设计 25

5.1选择控制器 25

5.2选择PLC 25

5.3选择传感器 26

5.4程序流程 27

5.5硬件电路的设计 28

毕业论文总结 30

参考文献 30

致谢 32

附录Ⅰ（英文原文） 33

附录Ⅱ（中文翻译） 37

附录Ⅲ程序清单 39

第1章绪论

1.1概述

本次毕业设计的题目是LBP-250泡罩包装机成型热封系统设计，这个题目是在九天制药及春光包装机械有限公司参观后决定的。

本包装机主要是进行颗粒料，例如胶囊进行包装。

整个工作流程可分为药品填充、热塑薄膜成型、热塑薄膜与覆盖铝箔的密封、打码及冲裁四个部分。

由于设计时间有限，本次只进行成型及热封合的设计。

其中成型采用吸塑成型，热封采用热压封合。

整个控制部分采用PLC控制，主要是对成型温度、热封温度，及电机的控制。

PLC是根据用户需要来选择相应的模块，用户程序在系统程序上运行和编制。

正是其在系统运行时拥有诸多优点，使得技术人员与广大企业设备商在进行控制器选择时优先选择PLC作为系统设计的首选控制器。

所以在此次设计中使用PLC作为本设备的控制模块。

1.2研究意义

药用泡罩包装机是一种用来包装口服固体药片的包装机器。

塑料硬片的加热、成型等诸多操作往往都是在同一个药用泡罩包装机上完成的。

为了使人们能够更好的了解此类机械设备，笔者将此类系统设备具有的优势进行了以下总结阐述：

1、泡罩包装具有良好的阻隔性。

此类设备之所以具有良好的阻隔性主要是由原材料自身的包装决定的。

通过与瓶装药品的对比可以看出，药品经过泡罩包装之后能够有效减少要求的污染且便于患者随身进行药品携带，同时经过泡罩包装之后，药片在相气体阻隔性、透湿性等诸多方面也具有明显的优势。

2、此类包装的另一优势在于药品包装的安全性。

药品在采用泡罩包装时整个过程是一气呵成的，在包装过程未完成之前，其药片包装不会结束。

通过泡罩包装在进行药品包装之前会对药品进行多种安全检测，从根本上保证了包装的安全性和卫生性，使药品误装现象降到最低。

第2章LBP-250泡罩包装机的方案设计

2.1设计任务分析

泡罩包装机是一种广泛用于片剂、胶囊等药品及食品的包装的包装类机械，泡罩包装机按照封合方式不同，可以将其划分为成型和热压两类封合方式，且两类方式都具有滚筒式和平板式两类包装方法。

2.1.1设计参数

①　使用药品规格：

平素片：

<Φ20*6mm；

胶囊：

0号-3号；

糖衣片：

<Φ13*6mm；

②　成型深度：

最大：

15mm；

③　包装效率：

4－8万粒/h；

④　包装材料：

PVC130×0.25mm/PTP130×0.02mm；

⑤　冲裁尺寸：

400*800mm；

2.1.2工艺路线

PVC硬片预热吸塑成型充填上料网纹热封

PVC硬片经预热软化吸塑成型，成型后牵引进入到上料工位充填上料，而后牵引至封合工位将装填好物料的PVC带和铝箔进行网纹热封。

2.1.3主要参数的确定

根据设计要求生产率定为80板/min，冲裁采用成型刀，一次两板，所以刀具每分钟需冲裁40次，间歇牵引机构每分钟也需转动40次；成型辊一转生产12

板，因此成型辊的转速为r/min。

2.2功能分析

2.2.1总功能的确定

辊式泡罩包装机是将PVC硬片真空吸塑成型。

其工作流程为：

包装机首先在泡罩内完成药品填充，并在特定的外部环境之下对泡罩完成热合密封，并通过冲裁装置完成加工。

2.2.2设计任务抽象化

根据泡罩包装机的设计要求绘制出功能描述图，如图2.1所示。

图2.1泡罩包装机总功能的黑箱描述

2.2.3功能分解

通过对设计要求及主要功能的分析，得出要完成药板的加工需要完成辊式成型、充填上料、网纹热封、批号打印、药板冲裁五个工位，如图2.2所示。

图2.2泡罩包装机的功能分解图

2.2.4功能结构确定

根据上述功能分解，可得出图2.3所示的功能结构图。

PVC

220V

铝箔药板

废料

操作指令显示

图2.3泡罩包装机的功能结构图

2.3功能分解

2.3.1分功能原理解

预热：

电加热、微波、烘烤加热

成型：

压力成型、真空抽吸成型

充填上料：

自重、人工

封合：

粘结封合、热封合、压力封合

间歇牵引：

人工牵引、吹力牵引、吸力牵引，机械牵引

打码：

激光、印码、贴码、冲码

药板冲裁：

刀具切割、红外线切割、热切割、线切割、高速气流切割

2.3.2方案求解

在包装机的动力选择上有电动机、汽油机、柴油机。

由2.3.1简略分析可得到以下四种优化方案。

A：

电动机+电加热+成型+自动上料+热封合+牵引机构+冲码+曲柄滑块机构

B：

电动机+烘烤+成型+自动上料+热封合+牵引机构+冲码+曲柄滑块机构

C：

电动机+电加热+成型+自动上料+热封合+牵引机构+冲码+凸轮机构

D：

电动机+烘烤+成型+自动上料+热封合+牵引机构+冲码+凸轮机构

2.4方案评价

根据经验对方案进行筛选：

动力源：

泡罩包装机由于工作过程中受力小，所以所需动力小，因此可以排除汽油机和柴油机。

预热：

当采用微波加热时，结构复杂，生产成本高，经济性不好。

上料：

人工上料劳动强度大，效率低。

封合：

粘结封合结构复杂，封合效果差。

牵引：

棘轮机构是将摆动转变为间歇运动结构复杂，不完全齿轮机构从动轮的启动和停顿瞬间都有较大冲击和噪声。

凸轮机构适用于交错轴之间的间歇运动，可传递较大动力，适用于高速运动，故不适合。

打码：

印码、贴码效果不好，激光打码经济性差。

从动力源、预热方式等方面分析可得下列表格

表2.5方案求解

方案A

方案B

方案C

方案D

满足功能要求

+

－

+

+

成本在规定范围内

+

+

+

+

加工装配可行

+

－

+

－

使用维护方便

－

－

+

－

满足人机学要求

+

+

+

+

总评

4+

2+

5+

3+

经上述评价得出方案C：

电动机+电加热+成型+自动上料+热封合+牵引机构+冲码+凸轮机构，为最佳方案。

2.5系统方案原理图

1．总体结构布局

总体结构布局应有利于功能的实现，结构紧凑，动力传动路线力求简短、直接，料斗、控制台的高度要适中，以方便上料和操作，如图2.6所示。

冲裁机构偏心轮

成型辊

牵引辊

减速器

槽轮间歇运动机构

图2.6总体结构布局图

（2）加热辊开合机构设计

PVC硬片在成型之前需要绕过预热辊进行预热，成型辊通过齿轮带动预热辊转动，而在更换PVC卷带时需将两辊分开，本方案采用杠杆原理手动实现该功能，常态处于闭合状态，如图2.7所示。

成型辊

手柄

预热辊

图2.7杠杆式开合机构

（3）封合辊机构设计

PVC硬片与铝箔封合时，需将两种材料压紧。

当机器处于工作状态时，采用网纹辊依靠弹簧的压紧力与成型辊压合在一起，实现封合。

当更换PVC时需要将两辊分开，本方案采用杠杆机构实现此功能，如图2.8所示。

手柄

网纹辊

图2.8封合辊开合机构

第3章传动系统设计计算

3.1电动机选择

在进行电动机型号选择时，要根据实际工作量、以及药品包装需求进行不同型号的电动机选择。

此外，本次设计也可以参考辊式泡罩包装机的电动机型号并结合本次设计需求来选取与之对应的电动机型号。

本次传动系统在进行设计计算时，通过查血相关文献资料以及实际工作需求，最终选取型号为YDYP12-6-3.5kw的单相电容电动机，该电动机的额定功率、电压等诸多物理规定值与本次电动机的工作环境相匹配。

3.2传动比分配

（1）电机到分配轴之间的传动比为：

通过文献查阅，并根据机械系统在进行工作运行时产生的传动比变化，本文组中选取[18]了KWU型减速器来进行转速控制。

（1）分配轴到冲裁轴之间的传动比为：

（3）分配轴到成型轴之间的传动比为：

3.3各轴功率、转速及转矩设计计算

为了使人们能够更好的了解传动系统中各轴之间的功率以及转速变化，笔者将传统系统各轴的运行值进行了下述总结（本次计算采用的功率单位为KW/、转速为r/min、力矩单位为N∙m）：

0轴：

电机输出轴

Ⅰ轴：

减速器高速轴

Ⅱ轴：

减速器低速轴

Ⅲ轴：

冲裁轴

Ⅴ轴：

过渡轴

Ⅵ轴：

牵引轴

Ⅶ轴：

中间轴

Ⅷ轴：

成型轴

3.4传动零件的设计计算

3.4.1带传动设计计算

1.带传动设计的初始数据（本次计算采用的功率单位为KW、转速为r/min、力矩单位为N∙m，长度单位为mm，速度单位为m/s）

电动机的输出功率:

=3.5

满载转速:

=1000

带传动传动比

2.带传动设计的实施步骤和计算公式

1）带种类选择

通过资料查询[22]，最终选择窄V带进行传动设计计算。

2）功率的Pc实际数值为

=3.5

得KA=1.0

3.5

3）系统带型选择

在本次传动系统选择的带型[17]为V带Z型。

4）小带轮基准直径的数值为[17]，=75。

5）大带轮直径dd2计算公式为

6）带速v的计算公式为：

，满足本次设计需求。

7）中心距的适用范围

本次设计选定的数值为225mm。

8）的计算公式为

9）中心距的计算公式为

10）的使用范围为：

=+0.03==236.3

=-0.015==202.7

11）包角α的角度数值

α×60

×57.3=大于系统规定的符合本次设计需求。

12）额定功率P的计算公式1

根据文献当中带型、以及对系统转速和直径确定[17]可以得出本次额定功率为=0.41,=0.02。

13）V带根数计算公式

根据文献[17]当中小轮包角系数以及带长修正系统，可以推算出V带根数的计算公式为：

14）预紧力F0的计算公式

根据之前推导得到的V带质量，可以推算出和的计算公式为：

15）作用在轴上的力FQ

3.4.2齿轮传动设计计算

本次齿轮设计的选择符合低速级齿轮传动设计，即设计的功率、转速等相关物理量符合低速级齿轮要求，通常此类齿轮的使用年限为10年。

1.齿轮材料，精度以及应力确定

本文齿轮材料选取的为大45钢,正火处理的齿轮，且齿面硬度高达162～217HBS。

计算应力N的计算公式为：

由[18]的相关图示推导出：

1.08　1.15

由[18]的相关图示推导出：

==1.0

由[18]的相关图示推导出：

1.0　

由[18]的相关图示推导出：

由[18]的相关图示推导出：

根据齿面硬度180HRS和162HRS以及[18]的相关图示推导出：

和的实际数值。

且两者的接触应力为：

本次齿轮设计选取的数值为：

2.中心距的计算公式为：

小轮转矩T1的实际数值为：

本次设计选取的，，并根据[18]的相关图表推算出，根据[21]的公式推导出：

得出中心距为：

最终本次设计选取的中心距=138mm

根据[18]中的相关公式推算出本次设计的模数为m=2mm

其中齿轮分度为：

d1=92mm

=184mm

齿轮齿顶为：

==96mm

==188mm

齿轮基圆为：

=cos=86.45mm

=cos=172.9mm

圆周速度为：

m/s

由[18]的图标推算出本次设计的齿轮精度为8级。

3.齿面接触疲劳强度的计算

按电机的工作特征，以及[18]的相关图表推算出KA的实际数值。

同时根据[18]的相关图表也可以计算出VZ1和Kv的具体数值。

确定齿宽为：

。

由[18]的相关图表推算出b/d1==0.6,1.3，Ka=1.2。

载荷系统

根据公式推算出齿顶压力角为

由[18]的相关图表推算出，并计算出本次齿面的接触疲应力

。

4.齿根弯曲疲劳强度的推导过程

根据之前计算得到的=46,=92以及[18]的相关图表推算出，，，。

由[21]的运算公式推导出

由[18]的相关图示推导出：

由[21]的相关图示推导出：

，。

由[21]的运算公式推导出，m=2,。

最终确定，。

由[21]的运算公式得出：

。

，确保了整个齿轮设计的安全性。

5.各齿轮之间的详细参数

随着泡罩包装机的受力减少，最终取b1=18，b2=20。

3.4.3链传动设计计算

1.链轮参数计算

通过对链轮参数的计算能够推算出本次链传动的工作功率以及链轮齿数。

（1）修正功率P的计算公式为：

P=

其中:

工况系数可用表示，并得出的数值为1.0。

主动链齿数系数可用表示，并得出的数值为0.96。

（2）链条节距根据[17]的相关图示推算出，P=12.7mm。

=

（3）链长节数

==90

取

（4）最大中心距

链轮几何尺寸计算

3。

3.4.4轴的设计计算

1．轴设计的基本计算公式

在进行轴设计计算之前，本文对已知成型轴的相关物料量进行确定。

（1）选择轴材料

根据文献[18]的表格显示计算出各个物理量的实际数据为：

E=2.1510MPa

（2）扭矩轴端直径的计算公式

根据[18]的相关表格可以准确的计算出扭矩轴端直径数值。

由于本次研究采用的材料为45钢，因此根据文献[18]推算出A=118，

由文献[18]的相关公式推算出：

=120mm

（3）轴的结构设计

根据本次设计需求以及轴自身的承受力，本次课题设计选取型号为6209型的轴承，为了方便轴承的正确装配，本次设计对取装轴承处的直径数值进行规定。

并根据设计需要，将34mm定为了本次轴环Ⅰ的实际宽度。

（4）轴上受力分析（如图3.1）

轴传递的扭矩340.94N∙m

齿轮圆周力的计算公式为：

齿轮径向力的计算公式为：

3706=1349N，并根据结构需求分别将齿轮的两种力向X轴、Y轴进行投影，推算出：

根据上述公式得出：

可以系统承受的封合压力推算出：

，，按照上述方法将两种力分别向X轴、Y轴投影，推算出：

根据上述公式得出：

N N

TABCDT

图3.1受力结构示意图

（5）支反力的计算

水平面支反力的运算公式为：

根据上述公式推导出

水平面支反力的运算公式为：

根据上述公式推导出

（6）作弯矩图和转矩图（如图3.2）

根据水平平面弯矩图的图像变化可以推算出：

=143.96

=0.69N∙m

X

图3.2水平面弯矩示意图

B

垂直平面弯矩图

M

Y

图3.3垂直面弯矩示意图

通过不同方向的弯矩图可以推算出最大弯矩M为：

作转矩图（如图3.4）

T

X

图3.4做转矩示意图

（7）轴强度核算

在进行轴强度核实的过程中，主要是通过以下两部分进行强度校核。

①.确定危险截面

在进行轴转动设计的整个过程中，要对危险截面进行划分。

在进行危险截面核实时，要采用与之对应的核算方法。

②.安全系数核实计算

此轴在进行转动过程中，往往会产生与之对应的弯应力，其弯曲应力的计算公式为：

===34.15MPa