《制药机械(第二版)》第三章：制药设备常用机构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第三章 制药设备常用机构,第三章 制药设备常用机构,第一节 基础知识,一、机构、构件与零件,在制药机械中，各种机器都是由种类有限的机构，如连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、以及其他一些常用机构所组成。如图,3-1,所示的圆盘药片计数装置就是由连杆机构、凸轮机构和槽轮机构等组成。,机构是由一个或几个构件组成并能实现运动的传递和转换的机械系统。机构又是由若干构件所组成。构件是机械系统的最小运动单元。而构件可以是一个零件，也可以是由几个零件构成的刚性整体零件,是机械系统的最小组成单元。构件与零件的主要区别在于：构件是运动的单元，它作为一个整体参与运动，而零件是制造的单元。,总之，机器由机构组成，机构由构件组成，而构件由一个或若干个零件组成。,图,3-1,圆盘药片计数装置,1-,电磁振动器；,2-,落片漏斗；,3-,托盘；,4-,数片孔板；,5-,压杆；,6-,蜗杆；,7-,大齿轮；,8-,变换手柄；,9-,槽轮；,10-,曲柄轮；,11-,小齿轮；,12,、,15-,蜗轮；,13-,旋臂；,14-,凸轮；,16-,电机；,17-,挡瓶闸门,二、运动副及其分类,机构是由若干个构件组合成的，相临的两个构件应以适当的方式相互联接，才能保持确定的相对运动。两个构件直接接触而又能保持一定形式相对运动的联接称为运动副。根据运动副联接的两构件空间位置的不同，运动副可分为平面运动副和空间运动副。,1,平面运动副 若运动副只允许两构件在同一平面或相互平行平面内作相对运动，则称为平面运动副。平面运动副又可分为低副和高副。,（,1,）低副 两构件通过面接触组成的运动副称为低副。低副又可分为转动副和移动副。,转动副 若组成运动副的两构件只能在一个平面内作相对转动，则称该运动副为转动副，也称铰链。,图,3-2,中所示构件,1,与,2,的联接就是转动副。,移动副 若组成运动副的两构件只能沿某一轴线作相对移动，则称该运动副为移,动副。图,3,3,中所示构件,1,与,2,组成的运动副就是移动副，,(2),高副 两构件通过点或线接触构成的运动副称为高副。,如图所示的凸轮,1,与从动杆,2,及轮齿,1,与轮齿,2,的联接都是高副。,(2),空间运动副 若组成运动副的两构件只能作空间相对运动，则称该运动副为空间运动副。如图示即为常用的螺旋副和球面副。,三、平面机构运动简图,实际构件的外形通常比较复杂，为了便于研究机械的运动，可以忽略构件的外形和运动副的结构，用简单的线条和符号表示构件和运动副，并按一定的比例定出各运动副的位置，这种能表达各构件相对运动关系的简图即为为机构运动简图。,常用运动副的代表符号如表所示。,根据实际机械绘制机构运动简图时，应首先分析该机械的实际结构组成及其运动状况，找出机构的原动件（运动规律已知的构件）、从动件（随原动件的运动而运动的构件）和固定件,(,机架，支承活动件的构件,),，然后沿着传动路线一一确定各构件的运动副的种类和数量，测量出各构件上与运动有关的尺寸，然后再选择适当的比例尺和视图平面,(,一般以多数构件的运动所在面或其平行平面,),用运动副的代表符号和简单线条绘制出该机构的运动简图。,现以图所示的颚式粉碎机为例说明机构运动简图的画法。,（,1),确定原动件、从动件及固定件 ，该机构是由偏心轴,2,（主动件），动颚,3,、肘板（从动件,4,）及机架,1,（固定件）所组成的曲柄摇杆机构。,(2),确定各运动副的类型和数目 偏心轴,2,与机架,1,组成转动副,A,，偏心轴,2,与动颚,3,组成转动副,B,，肘板,4,与动颚,3,组成转动副,C,，肘板,4,与机架,1,组成转动副,D,。整个机构共有,4,个转动副。,(3),选择视图平面及比例尺，定出各运动副的相对位置 ， 用构件和运动副的代表符号绘出机构运动简图。,四、平面机构的自由度,所谓机构的自由度，即机构所具有的独立运动数目。 平面机构中的每个构件，在未用运动副与其他构件联接之前，都有三个自由度,(,在,XOY,平面直角坐标体系中有沿,X,轴、,Y,轴方向的二个移动和绕任意点的一个转动,),，而在联接之后，由于受到运动副的约束，失去某些自由度。平面低副使被联接构件失去两个自由度，保留一个自由度,(,构件的相对转动或移动,),，即其约束数为,2,；,而组成平面高副的两个构件，失去了沿过接触点法线,n-n,方向的移动，但可绕接触点转动及沿过接触点切线,t-t,方向的移动。所以平面高副仅使联接构件失去一个自由度，保留了二个自由度，即其约束数为,1,。,若一个平面机构由,n,个构件组成，其中,1,个构件为固定不动的机架，则该机构共有,n-1,个活动构件。每个活动构件在联接之前有,3,个自由度，则,n-1,个构件就有,3(n-1),个自由度，而在联接之后，由于受运动副的约束，机构的自由度将大为减少。,设在该机构中，组成的低副数是,P,L,个，组成的高副数是,P,H,个，则该机构的全部运动副的约束数就共有,2P,L,+P,H,个。如,W,表示机构尚保留的自由度，则,W=3(n-1)-2P,L,-P,H,(3-1),W,就是机构所具有的独立运动数目，即自由度。 要使机构具有确定的运动，则原动件数目应等于机构的自由度。这就是机构具有确定运动的条件。,第二节 连杆机构,各构件之间均以低副相连接的机构称为连杆机构。 由于它能实现多种运动形式的转换,并具有结构简单、制造容易、使用寿命长等一系列的优点，因此在许多制药机械上都可以看到它的应用。,平面四杆机构是由四个构件用低副,(,转动副和移动副,),组成的机构,是组成其他多杆机构的基础,.,本章只讨论连杆机构中最简单、最基本的也是制药机械中应用最广泛的平面四杆机构。,如图示为糖浆灌装设备喷嘴升降系统中的连杆机构,其主要功用是实现给定的运动规律或实现给定的运动轨迹。,平面四连杆机构包括铰链四杆机构及其演化机构,一、铰链四杆机构,凡由转动副（铰链）联接的四杆机构即称为铰链四杆机构,其机构简图的基本型式如图,3,8,所示。固定不动的杆,4,称为机架，与机架相连的杆,1,与杆,3,称为连架杆，连接两连架杆的称为连杆。,在铰链四杆机构中连杆,2,通常作复杂的平面运动，连架杆,1,和,3,绕各自的回转中心,A,和,D,转动。其中能作整周回转运动的称为曲柄，仅能在某一角度范围内摆动的称为摇杆。,铰链四杆机构有三种基本类型。,1,曲柄摇杆机构 铰链四杆机构中若两连架杆一为曲柄，一为摇杆；则该四杆机构称为曲柄摇杆机构。,曲柄摇杆机构能将整周回转运动转换为往复摆动。在这种情况下曲柄为原动件，做等速转动；摇杆为从动件做变速往复摆动。,曲柄摇杆机构也能使摆动转换为整周回转运动。此时，摇杆为原动件，作往复摆动，而曲柄为从动件作整周回转运动。如图所示的家用缝纫机的踏板机构即是这种情况的应用实例。,2,双曲柄机构 在铰链四杆机构中，当两连架杆均为曲柄时称为双曲柄机构。如图示的惯性筛机构和图示的火车车轮的联动机构等都是它的应用实例。,3,双摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆时称为双摇杆机构。如图示的鹤式起重机机构和图示的飞机起落架机构等都是它的应用实例。,铰链四杆机构三种类型的判据如下：,当短杆与最长杆长度之和小于等于其他二杆长度之和时，若最短杆为机架，则为双曲柄机构；最短杆的对杆为机架，则为双摇杆机构；最短杆的邻杆为机架，则为曲柄摇杆机构。,当短杆与最长杆长度之和大于其他二杆长度之和时，不论何杆为机架，均为双摇杆机构。,二、铰链四杆机构的演化机构,1,曲柄滑块机构 具有一个移动副和三个转动副的机构称为曲柄滑块机构。,曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演变而来的,(,当摇杆为无限长时,),，其中与机架,4,构成移动副的块状构件,3,称为滑块。当曲柄,1,连续转动时，滑块,3,将沿导轨作往复直线移动。图中曲柄回转中心,A,到滑块导轨中心线的距离,e,称为偏距，当,e0,时称为偏置式曲柄滑块机构，,当,e=0,时称为对心式曲柄滑块机构，在对心式曲柄滑块机构中，在曲轴回转一周的过程中，曲柄与连杆两次共线，且与导轨的中心线重合，对应滑块移动的两个极限位置,Cl,、,C2,之间的距离,s,称为滑块的行程。,对心式曲柄滑块机构较偏置式曲柄滑块机构工作行程大，受力情况好，因此在制药生产中应用广泛。 图示为曲柄滑块机构在药品包装设备中的送盒机构中的应用。,使用说明：,在播放幻灯片前，将,“,宏,”,的,“,安全性,”,设置为,“,低,”,时，在幻灯片放映过程中，随时用鼠标点击右上角的数字，即可显示当前的时间。,第三节 凸轮机构,凸轮机构主要由凸轮、从动杆及机架三个构件组成。凸轮是一个具有不规则曲线轮廓或凹槽的构件。在凸轮机构里，凸轮一般用作主动件，并作等速转动或往复直线移动。与凸轮轮廓接触并传递动力和实现预定运动规律的构件即为从动杆，它一般作往复直线运动或摆动。凸轮机构广泛应用于各种制药机械中。,凸轮机构,1-,凸轮；,2-,从动杆；,3-,机架,凸轮在制药机械中的应用,安瓿拉丝灌封机气动拉丝封口机构,一、凸轮机构工作原理,图示的凸轮机构是活塞式内燃机的进气机构。,当凸轮从图示位置逆时针转动时，凸轮轮廓将推动进气阀门推杆迅速上升至最高位置，使进气阀门在短时间内完全打开，气缸快速进气；凸轮继续转动时，进气阀门推杆在弹簧力的推动下将下降到最低位置并保持一段时间，将进气阀门关闭，直到下一个循环再进气前为止。,1-,凸轮；,2-,进气阀门；,3-,机架,图为组合机床等机器中常用的行程控制凸轮机构。凸轮,1,固定在机器的运动部件上并随之一起移动，当到达预定位置时，其轮廓将接触并推动电气行程开关,(,或液压行程阀,),的从动杆,2,，使之产生电信号,(,或液压信号,),，从而使移动部件变速、变向或停止运动等，以实现机器的自动工作循环、变向或停机等要求。,行程控制凸轮,1-,凸轮 ；,2-,从动杆；,3-,机架,图为缝纫机中的挑线凸轮机构。安装在挑线板,2,上的小滚轮嵌在圆柱凸轮,1,的螺旋状沟槽内，螺旋的形状决定了挑线板,2,的运动情况。当凸轮,1,绕自身轴线连续转动时，通过其沟槽推动小滚轮作相对移动，于是挑线板,2,绕机架,3,的轴,O,摆动，并使穿在挑线板右上方小孔中的针线被拉紧并不断向前输送。,缝纫机中的挑线凸轮机构,1-,凸轮；,2-,挑线板；,3-,机架,图为自动机床的自动进刀机构。当具有凹槽的圆柱凸轮,1,回转时，其凹槽的侧面迫使推杆,2,绕,C,点（固定点）作往复摆动，并通过推杆上端的扇形齿与刀架底部的齿条啮合运动，从而操纵刀架的自动进刀和退刀。进刀和退刀的运动规律完全取决于圆柱凸轮,1,上曲线凹槽的形状。,自动机床的自动进刀机构,1-,圆柱凸轮；,2-,从动杆,二、凸轮机构的分类及特点,凸轮机构通常有以下几种分类方法。,1,按凸轮的形状分类,（,1,）盘形凸轮,盘形凸轮的轮廓位于,(,短,),圆柱体的圆周方向上，其轮廓上的各点到轴线有规律地变化，如图（,a,）所示。,凸轮轮廓类型,（,2,）移动凸轮,当盘形凸轮的基圆,(,基圆柱,),为无穷大时，则凸轮的轮廓曲线演化为一条直线，同时凸轮的转动演化为凸轮的移动，这种凸轮称为移动凸轮，如图（,b,）所示。,（,3,）圆柱凸轮,圆柱凸轮的轮廓位于圆柱体的端面上，可视为将移动凸轮的侧面围绕在一圆柱面上而形成。如图图（,c,）所示。,三类凸轮有众多的结构形式，如图示,2,、按从动杆的形状分类,(1),尖端从动杆 如图,(a),、,(b),所示，这种从动杆的结构简单，但较易磨损，所以仅适用于作用力不大且速度较低的场合。,(2),滚子从动杆 如图,(c),、,(d),所示，这种从动杆由于滚子与凸轮外廓之间的接触为滚动，磨损较小，常用于传递较大动力的传动。,(3),平底从动杆 如图,(e),、,(f),所示，这种从动杆的最大优点是凸轮对推杆的作用力始终垂直于从动杆的底边，故受力较为平稳，而且由于凸轮与平底的接触面易形成油膜，润滑良好，所以特别适用于高速传动。,凸轮机构具有以下特点：从动杆的运动规律可任意拟定，并且它只取决于凸轮的轮廓曲线的形状；结构简单紧凑，可高速起动，动作准确可靠；凸轮轮廓与从动杆之间的接触为点接触或线接触，易于磨损，故而凸轮机构多适用于传递动力不大的场合。,第四节 间歇运动机构,能够实现主动件连续转动、从动件作有规律的时动、时停运动的机构称为间歇运动机构。间歇运动机构的类型较多在制药机械中应用最多的是棘轮机构和槽轮机构。如图,3-33,、图,3-33,所示。,棘轮机构在制药机械中的应用,摇摆式颗粒机自动锁紧装置,1-,棘轮；,2-,棘爪,蜗形凸轮机构在制药机械中应用,胶囊充填机粉剂充填机构,一、棘轮机构,1,棘轮机构原理及特点,图示由曲柄连杆机构带动的棘轮机构。它主要由棘爪,2,、棘轮,3,组成。,摇杆,1,与棘轮,3,可分别绕机架上的同一轴线,O,转动，有时还设有弹簧和止退棘爪。在棘轮机构中，一般棘爪为主动件，棘轮为从动件。在图,3-35,中，曲柄连续转动，则摇杆往复摆动。,棘轮机构的组成和工作原理,1-,摇杆；,2-,棘爪；,3-,棘轮,当摇杆逆时针摆动时，棘爪推动棘轮相应逆时针转过一定角度,(,由摇杆摆角决定,),，此时止退棘爪在棘轮齿背上滑过。当摇杆顺时针摆动时，棘爪在棘轮的齿背上滑过，而止退棘爪插在棘轮齿槽中，阻止棘轮转动。如此，摇杆连续往复摆动可以使棘轮作有规律的单向间歇运动。图,3-35,为内啮棘轮，其工作原理与外啮棘轮相似。,棘轮转角的大小，取决于主动摇杆的摆角大小，其调节方法一般有以下两种：,（,1,）改变主动推杆的摆角大小，见图,3-36,；,（,2,）在棘轮上加一遮板，见图,3-36(b),。这样，棘爪行程的一部分在遮板上滑过而不与棘轮接触，只有当棘爪插入棘轮齿槽后才能推动棘轮转动。由此只要适当地变更遮板位置，就可以改变棘轮转角的大小。,6,棘轮转角调节,1,、摇杆,2,、棘爪,3,、棘轮,4,、遮板,棘轮机构具有结构简单、制造安装方便、运动可靠等特点，故广泛用于制药机械中，以实现制动、周期性送进、分度等功能。它的缺点是传递的动力不大，转动平稳性差，棘爪在棘轮齿背上滑过时，有较大的冲击及噪声，而且爪尖容易磨损，所以只适用于转速不高且间歇转角不大的场合。,2,棘轮机构的类型及应用,棘轮机构按工作原理可以分为齿式棘轮机构,(,图,3-37,、,38),和摩擦式棘轮机构（图,3-39,）；按啮合方式可以分为外棘轮机构,(,图,3-37),和内啮合棘轮机构（图,3-38,）。,图,3-37,为起重、牵引设备中的棘轮制动器。当动力装置驱动棘轮,1,逆时针转动时，重物被提升，此时棘爪,2,在棘轮的齿背上滑过。,若在提升重物的过程中，由于设备故障或意外停电而造成动力源被切断时，棘爪,2,将插入棘轮齿槽中，制止其顺时针转动，从而可防止重物失去控制从空中加速坠落而造成事故。此外，当重物提升到任何需要的高度位置时，也可以人为切断动力源,(,以节约能源,),而保持重物不动。,用作制动器的,棘轮机构,1,一棘轮；,2,一棘爪,图为自行车后轮轴的内啮合齿式棘轮机构。当骑车者用力蹬转主动大链轮并通过链条带动从动小链轮，棘轮,1,顺时针方向转动时，便通过棘爪带动后轮轴一起顺时针转动,(,此时棘轮为主动件,),，从而使自行车向前行进。,超越离合器的棘轮机构,1-,棘轮；,2-,棘爪,当骑车者停止蹬车,(,如下坡,),时，棘轮相应停止转动，而自行车借惯性或坡度继续前进，此时顺时针转动的棘爪将从不转的棘轮的齿背上滑过，从而起到从动超越主动的作用。,用作,二、槽轮机构,槽轮机构也是一种常用的间歇运动机构，又叫马尔他机构，它有外啮合图和内啮合图两种。,图（,a,）所示为外啮合槽轮机构，它主要由销轮,1,和槽轮,2,所组成。,a),圆销刚进入槽轮径向槽,b),圆销开始脱出槽轮径向槽槽轮机构,1,一销轮；,2-,槽轮,上述槽轮机构为单销外啮合槽轮机构，销轮转一周，槽轮转动一次，两者的转向相反。若在销轮上安装多个圆销，则销轮转一周，槽轮就转动多次，即多圆销外啮合槽轮机构，见图,3-41,；当需要槽轮与销轮的转向相同时，可采用内啮合槽轮机构，,槽轮的转动角度取决于槽轮上的槽数；槽数越多，转动角越小。但槽轮的槽数越少，槽轮的角速度及角加速度越大，引起的冲击、振动越大，因此通常槽轮的槽数取,4,8,个。,槽轮机构具有转位迅速、工作可靠、结构简单、制造方便、及工作效率高等优点，其缺点是不能像棘轮机构那样，可改变转动角度的大小，且制造装配精度要求较高，所以一般用于要求间歇地转过一固定角度的装置中，如图,3-43,电影放映机的送片装置中的槽轮机构。,槽轮机构具有转位迅速、工作可靠、结构简单、制造方便、及工作效率高等优点，其缺点是不能像棘轮机构那样，可改变转动角度的大小，且制造装配精度要求较高，所以一般用于要求间歇地转过一固定角度的装置中，如图,3-43,电影放映机的送片装置中的槽轮机构。,使用说明：,在播放幻灯片前，将,“,宏,”,的,“,安全性,”,设置为,“,低,”,时，在幻灯片放映过程中，随时用鼠标点击右上角的数字，即可显示当前的时间。,