全隔离防护回转式放射性液体自动稀释分装系统毕业设计说明书

目 录摘 要11前 言31.1课题产生背景31.2 国内外现状及发展趋势31.3 可行性论证42分功能求解方案62.1系统黑箱法求解62.2 分装机分功能求解62.3 评价与决策73 回转式放射性液体稀释分装机总体设计93.1 分装机布局设计93.2 电机的选择及动力学计算143.2.1步进电机和蠕动泵的选择143.2.2伺服电机的选择143.3总体结构方案174产品结构设计和实用化设计184.1 分装机回转运动装置结构设计194.2分装机横向运动装置结构设计204.3 重要零部件结构设计204.3.1 回转盘结构设计204.3.1 机座结构设计214.3.2储液瓶结构设计214.4 零件强度校核计算225 加工装配检验255.1加工工艺过程255.2装配工艺过程275.3保养与维护306结论与展望31总结与体会32致谢词33【参考文献】34摘 要此毕业设计介绍了一种新型生产用全隔离防护回转式放射性液体自动稀释分装系统，该系统用于在热室中将定量的放射性液体液体和生理盐水混合，自动稀释到规定的浓度，并将稀释好的液体精确计量分装到西林瓶中。利用热室对同位素的放射性照射采取全方位防辐射屏蔽，除用机械手装取西林瓶外，整个稀释分装过程自动完成，并且实行全自动的生产过程管理。 传统的稀释分装过程均由人工操作完成，难以满足放射性液体用于医疗的要求，就需要提高生产效率。因此，为了满足放射性液体用于医疗的各种要求，研制满足临床应用的稀释分装设备已成为一个突出的问题，它需要解决传统收工稀释作业人员受到高强度放射源的辐射伤害的问题，其自动化程度和分装精度要高，提出放射性稀释分装设备有着十分现实的应用意义。因此提出回转式放射性液体稀释分装机设计，此次设计中在之前的基础上，结构有了更多的创新和自动化，解决了以往稀释分装一体化问题没有有效的解决的问题。通过对回转式放射性液体稀释分装机的结构和运动介绍，其中分装机运动要求设计和结构设计是整个设计的核心，选用伺服电机精确控制回转盘回转运动和滑块横向运动的方案，设计了伺服电机与回转盘的连接，伺服电机带动滚珠丝杠实现回转盘横向运动，由于涉及到机械手放取西林瓶，所以要使用限位开关控制其横向移动。根据放射性液体的稀释分装的要求，设计出回转装置，横向运动装置，蠕动泵装配，此次设计主要是放射性稀释分装机上进一步的改进，以实现高效率、高精度、自动化生产需求。【关键词】 自动化 放射性 回转式 AbstractThe graduation design this paper introduces a new production with full isolation protection rotary radioactive dilute liquid automatic packaging system, the system is used for quantitative in the hot chamber of radioactive liquid liquid mixed with normal saline, automatically diluted to the concentration, and will dilute good liquid precise metering divide among serving schering bottles. Using the hot chamber for isotope radioactive radiation an anti-radiation shielding, besides using manipulator pack to take schering bottles, the dilution repackaging process automatically, and the fully automated production process management.Traditional dilution repackaging process are completed by manual operation, difficult to meet the requirements of radioactive liquid for medical use, you need to improve production efficiency. , therefore, in order to meet the various requirements of radioactive liquid for medical and development meet the clinical application of dilution packing equipment has become a prominent problem, it needs to solve traditional dilution workers work high intensity source of radiation damage, the degree of automation and packing accuracy is higher, the proposed radioactive dilution repackaging application has the extremely realistic significance. Therefore rotary radioactive liquid dilution racking machine design is put forward, in the design before, on the basis of structure have more innovation and automation, dilute the packing there is no effective integration problem solved ever solve the problem.Diluted by rotary radioactive liquid racking machine structure and motion is introduced, including racking machine movement requires design and structural design is the core of the whole design, choose accurate control servo motor back to rotary rotary motion and slider lateral movement of the scheme, design of the servo motor connected to the back wheel, servo motor driven ball screw back wheel lateral movement, because involves the manipulator for schering bottles, so lets use the limit switch control its lateral movement. According to the requirements of radioactive liquid dilution packing design the rotary device, lateral movement device, the peristaltic pump assembly, this design is mainly radioactive dilution packing machine for further improvement, in order to realize the high efficiency, high precision, automation production requirements.【Key words】 Automation Radioactive Rotar1前 言1.1课题产生背景随着科学技术的发展，自动化控制越来越多，它节省劳动力，降低成本，提高生产效率，其作用显而易见。目前，使用放射性液体进行病症诊断、治疗技术已经广泛应用于医学临床。医院所用放射性液体从生产厂家买来时是放装特制铅罐中的西林瓶中。由于用于病人治疗的放射性液体浓度极低，而且量少，所以医院必须对高浓度放射性液体进行二次稀释后才能提供病人服用。传统的稀释分装过程均由人工操作完成，难以满足放射性液体用于医疗的要求，就需要提高生产效率。因此，为了满足放射性液体用于医疗的各种要求，研制满足临床应用的稀释分装设备已成为一个突出的问题，它需要解决传统收工稀释作业人员受到高强度放射源的辐射伤害的问题，其自动化程度和分装精度要高，提出放射性稀释分装设备有着十分现实的应用意义。1.2 国内外现状及发展趋势中国制剂设备随着制剂工艺的法展和新型品种的日益增长而发展。一些新型先进的制剂的设备的出现又将先进的工艺转化为生产动力，促进了制药工业整体水平的提高。近年制剂设备新产品不断涌现，国内外已经出现了多种形式的稀释分装设备，如高效混合制粒机，高效自动压片机、大输液生产线、口服液自动灌装生产线、电子数控螺杆分装机、水浴式灭菌柜、双铝热封包装机、电磁感应封口机等。这些新设备的问世，为中国制剂生产提供了相当数量的先进或比较先进的制药设备，一批高效、节能、机电一体化、符合GMP要求的高新技术产品为中国医药企业全面实施GMP奠定了设备基础。就目前国内外用于放射性液体药物稀释分装的设备来看，具有以下的共同点和不足。共同点：a. 稀释分装均采用了远距离控制技术、防辐射屏蔽技术，用于解决放射性液体稀释时存在的放射性照射，同位素污染等问题。b. 都很注重提高稀释分装的自动化程度。c. 都很注重提高稀释分装的定量精度。d. 整机运行准确、稳定、可靠。e. 采用计算机技术对稀释分装过程进行管理和控制不足之处：a. 稀释分装一体化问题没有有效的解决。b. 结构体积过大，成本高，只适合大型医院使用，普及面较小。c. 采用先取样后分装的方法，病人需要几种不同剂量，就需要取几次样，这使得操作过程复杂，效率低，同时也增加了混淆剂量出错的概率。d. 大多设备不能实时监测并显示，患者对药物的服用剂量难以确认。为适应市场要求，研发新型医用放射性液体稀释分装机的目标是：新型机能很好的满足医用放射性液体的稀释，保证分装精度，同时能够弥补以往产品的不足，实现自动化生产。我设计了回转式放射性液体稀释分装机，能够满足用户要求，真正成为刚柔兼备的自动化设备。1.3 可行性论证随着社会飞速的发展，环境的污染也越来越严重，现代人的生活压力和生存环境也越来越恶劣，所以我们的医疗事业的发展也要与时俱进，医疗设备的先进性和自动化生产也将走向一个新的高度。而放射性液体在医疗事业中治疗疾病有了很久的历史，然而该方法具有简便、安全、治愈率高、复发率低的优点。国内外学者对采用同位素治疗病人进行了长达半个多世纪的跟踪调查研究，并与一般人群癌症自然发生率相比较，未见白血病、癌症、畸胎的发生率增高，而且甲状腺癌的发生率明显低于一般人群的自然发生率。无论从理论上，还是从实践上都证明：放射性液体治疗疾病是一种异常安全的治疗方法。虽然放射性液体对一些复杂的疾病有很好的治疗效果，但是放射性液体初始浓度一般很高，而用于病人治疗的放射性液体浓度极低，而且量少，所以医院必须对高浓度放射性液体进行二次稀释后才能提供病人服用。传统的稀释分装过程均由人工操作完成，难以满足放射性液体用于医疗的要求，就需要提高生产效率。因此，为了满足放射性液体用于医疗的各种要求，研制满足临床应用的稀释分装设备已成为一个突出的问题， 所以在制药过程中要有必要制药设备，且要保证药的完全性与稳定性。由于病人的病情不同，对放射性液体的剂量也就要求不一样，而普通的放射性液体稀释分装机却不能达到此要求，因此我们需要一套精准与自动化为一体的机器。现代机器也都向全自动化、高速化和多样化的趋势发展。这也是当前放射性液体稀释分装机的技术发展趋势。该设备已经由机械式发展到半自动化式再到全自动化式，发展极为迅速。为了满足放射性液体用于医疗的各种要求，研制满足临床应用的稀释分装设备已成为一个突出的问题，它需要解决传统收工稀释作业人员受到高强度放射源的辐射伤害的问题，其自动化程度和分装精度要高，提出放射性稀释分装设备有着十分现实的应用意义。现在国内许多的医疗企业和医院都需要这种设备。因此本产品在市场的前景也是相当乐观的，也会受到广大医疗机构的支持，是一个有利人体健康和步入现代化医疗设备的重大意思。液体自动稀释分装系统每次需要连续对15瓶不同剂量要求的西林瓶进行灌装，分装时间小于10分钟，每瓶分装体积计量误差为0.5%。整机在热室中工作，由机械手将西林瓶安装到西林瓶工作台或从工作台取下，而且该动作由人在热室外对机械手进行操作完成，而西林瓶的供送、液体的稀释分装及回转盘横向运动均由热室外单片机通过控制电机完成。从而保证了操作人员免受放射线的照射。工作时由稀释泵将高浓度放射性液体液体稀释，并存放于储液瓶中。工作时由稀释泵将高浓度放射性液体稀释，并存放于储液瓶中。灌装时西林瓶由西林瓶驱动电机送至灌装位置定位后，再由灌装泵将定量的药液灌入西林瓶。第一瓶灌装完后，驱动电机工作，将西林瓶移动电机将下一瓶移动到灌装位置，准备灌装。液体输送系统包括稀释液体的输送和分装液体的输送，液体稀释系统采用经电机驱动的蠕动泵分别将定量的生理盐水和高浓度放射性液体输入储液瓶中混合。为保证液体在蠕动泵的驱动下，能顺利灌入西林瓶中，液体灌入西林瓶之前用两个针头插入储液瓶，一个针头用来输送液体（灌装针），另一个针头用来消除储液瓶内外的压力差（排气针），从而保持西林瓶内、外的气压始终一致，同时保证放射性液体的精确计量。单片机驱动电机转动，带动蠕动泵运转，分别将定量的生理盐水和高浓度放射性液体输入储液瓶中混合。每次输送的液体体积由单片机控制步进电机转数和蠕动泵的流量自动换算而得，实现了分装液体的精确计量，然后再用同位素活度检测仪自动检测稀释后液体的活度，以确保稀释液体达到规定的浓度。该设计实现了放射性同位素的自动稀释分装，解决了传统手工稀释和其他同类产品中存在的问题，其自动化程度和性能都能很好地满足放射性同位素稀释分装的要求。在实际应用中成功用于液体的稀释分装，满足了全部的设计要求，该设备的应用保护了作业人员免受高强度放射源的辐射伤害，达到了国家辐射防护规定和环保的要求，具有很高的社会效益。2分功能求解方案2.1系统黑箱法求解对于要解决的问题，犹如对待一个不透明、不知其内部结构的“黑箱”。利用对位置系统的外部观测，分析该系统与环境之间的输入和输出，通过输入和输出的转换关系确定系统的功能、特性，进一步寻求该功能、特性所需具备的工作原理与内部结构。黑箱法要求设计者不要首先从产品结构出发设计产品，这是一种设计方法的转变。黑箱法有助于抓住问题的本质、扩大思路、摆脱传统结构的旧框框、获得新颖的较高水平的设计方案。对于回转式放射性稀释分装机的黑箱求解放如下图： 热量 震动，噪声回转式放射性液体稀释分装机 高浓度放射性液体 盐水 已稀释液体220V单片机控制信号 - - 稀释浓度显示 图2.1分装机黑箱图由此我们可以确定分装机总共能：自动化实现放射性液体的稀释，保证分装精度。2.2 分装机分功能求解在功能分析阶段，我们需要确定产品的分功能，通过分功能求解。这种功能关系说明系统的输入和输出以及内部的转换。功能元功能元分解123A回转装置步进电机伺服电机交流电机B横向运动装置带传动齿轮齿条滑块导轨C灌装装置蠕动泵真空泵D 行程控制行程开关机械自锁表2.1 肩颈腰多功能物理康复椅功能元解形态学矩阵由上表可知，理论上可以组成3x3x2x2=36种方案方案拟定：方案一、A1B3C1D2 方案二、A2B1C1D1方案三、A2B3C1D12.3 评价与决策回转式放射性液体稀释分装机的评价目标：稳定性、价格、定位精度、工作寿命、分装精度，来确定它的加权系数： 比较目标评价目标稳定性价格定位精度工作寿命分装精度稳定性2343140.21价格4334130.12定位精度3144140.23工作寿命221390.17分装精度424 3150.27 表2.2 加权系数评分表评价标准：01234不合格不重要相同重要重要很重要表2.3 评价标准：由此可判定稳定性，价格，定位精度，工作寿命，分装精度的重要性，其中分装精度与定位精度最为重要。稳定性价格定位精度工作寿命分装精度有效值法方案一323232.89方案二222322.3方案三434333.53加权系数0.320.2550.210.170.045表2.4 方案总评价由此可见方案三方案一方案二方案三的组合为A2B3C1D1该方案采用：工作时由稀释泵将高浓度放射性液体液体稀释，并存放于储液瓶中。工作时由稀释泵将高浓度放射性液体稀释，并存放于储液瓶中。灌装时西林瓶由西林瓶驱动电机送至灌装位置定位后，再由灌装泵将定量的药液灌入西林瓶。第一瓶灌装完后，驱动电机工作，将西林瓶移动电机将下一瓶移动到灌装位置，准备灌装。液体输送系统包括稀释液体的输送和分装液体的输送，液体稀释系统采用经电机驱动的蠕动泵分别将定量的生理盐水和高浓度放射性液体输入储液瓶中混合。为保证液体在蠕动泵的驱动下，能顺利灌入西林瓶中，液体灌入西林瓶之前用两个针头插入储液瓶，一个针头用来输送液体（灌装针），另一个针头用来消除储液瓶内外的压力差（排气针），从而保持西林瓶内、外的气压始终一致，同时保证放射性液体的精确计量。单片机驱动电机转动，带动蠕动泵运转，分别将定量的生理盐水和高浓度放射性液体输入储液瓶中混合。每次输送的液体体积由单片机控制步进电机转数和蠕动泵的流量自动换算而得，实现了分装液体的精确计量，然后再用同位素活度检测仪自动检测稀释后液体的活度，以确保稀释液体达到规定的浓度。3 回转式放射性液体稀释分装机总体设计3.1 分装机布局设计在总体布局设计中，关系到结构设计的合理性和操作的方便性，以及机器的工作效率。在产品整个生命周期中，设计占有极其重要的位置它在很大程度上决定着产品的品质和成本，而在机械产品设计流程中布局设计起着重要作用。在分析机械产品布局涉及因素的基础上针对布局设计探讨其求解原理提出了布局设计模型。回转式放射性液体稀释分装机要满足回转盘的回转运动和它的横向运动，从而实现西林瓶的供送，其中的动作不能相互干涉，分装精度由蠕动泵装置精确分装。在布局设计的时候要考虑结构的紧凑性，其中我把总分装机分为几部分：1、回转运动装置 ，2、横向运动装置，3灌装装置，4、蠕动泵装置，还有重要零部件：机座，前后防护板，防护罩。分装机总体布局如图3.1图3.1 分装机总体布局图 回转运动装置布局设计在回转装置中，要求回转盘能够精确的供送西林瓶，所以在回转运动装置中就要使用到伺服电机，伺服电机由单片机控制其转速，当西林瓶灌装结束后伺服电机接收到工作信号，转动一定角度，下一个西林瓶精确到达灌装位置。同时，伺服电机需要横向移动，所以回转装置需要一个连接横向移动的装置，我把其固定在不锈钢板上，回转盘与主轴相连，主轴与轴承座配合，通过保持架与伺服电机动力传动。如图3.2所示图3.2回转装置结构图 横向运动装置布局设计在回转盘上西林瓶已经灌装完毕，驱动信号发送到横向运动装置中的伺服电机，伺服电机通过联轴器将动力传给滚珠丝杠，滚珠丝杠带动滚珠螺母横向运动，滚珠螺母与支撑架相连，支撑架固定在不锈钢板上，不锈钢板又与滑块固定，此时，在回转运动装置中，回转盘是和板固定的，此时，已达到回转盘横向运动，当碰到行程开关，伺服电机停止转到，等待西林瓶被取出。其横向运动装置如图3.3显示。3.3横向运动装置 蠕动泵装置蠕动泵与联轴器相连，电机与蠕动泵使用保持架连接。在分装机中，蠕动泵与灌装针胶管相连，蠕动泵负责精确灌装，对蠕动泵的流量控制的实现主要有两种方式，一种是更换软管，另一种是控制蠕动泵电机的速度。对于本次设计采用固定软管直径，通过控制电机转速来计算稀释浓度，有利于生产的效率和便捷性。蠕动泵整个装置固定在机座的80X80的槽中，靠近储液瓶和针架，方便软管连接和灌装。其装置如图3.4所示。 防护装置在整个机器设计中，最后为了防护和美观要求，在分装机的左右两侧加上防护板，在支撑板上安装好防护罩，这样减轻了机器日常维护的任务，整体感觉就变得很合理紧凑，3.4蠕动泵装置 控制部分计算机向单片机发出控制指令，单片机驱动两台直流电机转动，带动两台蠕动泵运转，分别将定量的生理盐水和高浓度放射性液体液体输入储液瓶中混合。每次输送的液体体积由单片机控制步进电机转数和蠕动泵的流量自动换算而得，实现了分装液体的精确计量，并防止受到污染。然后再用同位素活度检测仪自动检测稀释后液体的活度，以确保稀释液体达到规定的浓度。单片机发出相应的控制指令，实现计算机和单片机的通讯。但这两大主要功能是互相关联、密不可分的，因此在软件设计中，不可能严格按这两大功能来进行模块划分。所以，把整个软件划分为：制备清单模块、制备模块、分装模块、分装动态信息模块、分装失败清单模块、分装清单模块和工单模块，共7个部分。计算机的面向对象的数据管理系统软件采用人机交互界面。图3.5计算机软件模块划分图回转式放射性液体稀释分装机的控制部分采用计算机和单片机二级控制的方式。其中，计算机承担系统管理、数据处理和人机接口功能；单片机承担动作控制任务，并且具有独立的按键手动控制功能。控制系统的设计实现了全自动的生产过程管理。控制原理如图3.5和图3.6所示： 图3.6 控制原理图3.2 电机的选择及动力学计算步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。3.2.1步进电机和蠕动泵的选择它的主要特点：1一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。2步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4步进电机低速时可以正常运转。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。它的主要特性：步进电机必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。根据设计需求的步进电机，步距角为1.2。所以选择型号为：86BYG350AL-0601其参数如下：步距角：1.2相电流：6.0保持转矩：2.5转动惯量：1320重量：3kg外形尺寸： 8585693.2.2伺服电机的选择总重量可取G=60N,角接触球轴承=98%，弹性联轴器=99%，各项摩擦损失=95% ，总传动效率 98%99%95%=92%。轴平均直径d0=22mm，轴总长度取L=153mm。(1)、等效转矩的计算： (2)、等效转动惯量的计算： 2）横向运动装置伺服电机的计算：横向运动装置中，根据经验，选择伺服电机之前先选定滚珠丝杠。滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。 1)与滑动丝杠副相比驱动力矩为1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的1/3。在省电方面很有帮助。2)高精度的保证滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度湿度进行了严格的控制,由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。3)微进给可能滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。4)无侧隙、刚性高滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力可使轴向间隙达到负值,进而得到较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际用于机械装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强)。5)高速进给可能滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给(运动)。根据工作要求，选定滚珠丝杠的规格为：Db轴径=30 mm 丝杠，Lb ：轴长=200 mm ，P ：节距=5mm总重量可取G=80N, 联轴器=98%，各项摩擦损失=95% ，总传动效。(1)、等效转矩的计算： (2)、等效转动惯量的计算：整理出两个伺服电机参数如下：型号功率额定电压额定电流额定转矩 额定转速60D4A04030-RC04002202.81.27300080AEA07530-RJ07502204.42.430003.3总体结构方案对于机座的设计十分重要，它不仅体现了整个分装机的外观，而且还反应了整个机器的结构是否紧凑，稳定性高不高。机座是使用铸造的方法，选用材料铸铝，牌号101，成分简单，容易熔炼和铸造，铸造性能好，气密性好、焊接和切削加工性能也比较好，但力学性能不高。适合铸造薄壁、大面积和形状复杂的、强度要求不高的各种零件，如泵的壳体、齿轮箱、仪表壳（框架）及家电产品上的零件等，主要采用砂型铸造和金属型铸造。机座外形如图3.7所示。图3.7机座结构综上横向运动装置和回转运动装置以及蠕动泵装置，现在就剩下机座，能将这些装置合理的组装在一起。根据结构的合理和紧凑性，总体结构方案如图3.8所示：图3.8总体结构方案4产品结构设计和实用化设计机械结构设计应满足作为产品的多方面要求，基本要求有功能、可靠性、工艺性、经济性和外观造型等方面的要求。此外，还应改善零件的受力，提高强度、刚度、精度和寿命。因此，机械结构设计是一项综合性的技术工作。由于结构设计的错误或不合理，可能造成零部件不应有的失效，使机器达不到设计精度的要求，给装配和维修带来极大的不方便。机械结构设计过程中应考虑如下的结构设计准则。1.实现预期功能的设计准则2.满足强度要求的设计准则3.满足刚度结构的设计准则4.考虑加工工艺的设计准则5.考虑装配的设计准则6.考虑造型设计的准则4.1 分装机回转运动装置结构设计分装机回转运动装置结构设计应完成以下几个基本要求： (1)回转动力的传递电机通过单膜片联轴器连接主轴，主轴的固定需要使用轴承座，滚动轴承在轴承座中定心，其中轴承采用凸缘式端盖、轴肩来定位，为了保证主轴和电机轴的同心，这个时候保持架就要加工出两个凹槽，使得电机轴和轴承座同心，轴承座一边与保持架固定，一边与支撑板固定。(2)精确回转控制 1.回转盘2.支撑板3.轴承座4.保持架5.单膜片联轴器6.伺服电机图4.1 回转运动装置结构设计在轴承座与主轴的装配中的，配合公差一定要遵循对应要求，电脑和单片机控制伺服电机运动，回转的时候才能快速响应。4.2分装机横向运动装置结构设计 在横向运动装置中，伺服电机通过联轴器带动滚珠丝杠转动，为了将动力传递给滑块就需要中间使用连接架传递动力。如果回转电机和横向电机在同一平面，则中间连接架就会过长，刚度就会不够，如果增加刚度，则重量就会相应增加，于是在回转电机下面开槽，这样底面上移，连接架的长度大大减短，强度相应提升。支撑板与两边滑块相连接，可以起到很好的支撑作用，可以使两边滑块同步带动回转盘横向运动，实现回转装置横向运动。在导轨面安装了左右行程开关，来控制回转盘在一定范围内的移动。当滑块碰到行程开关，伺服电机就会停止转动，下一个电机开始完成相应的工作。1.伺服电机2.滑块导轨3.连接架4.行程开关5.挡块6.滚珠丝杠7.滚珠丝杠支撑座8.单膜片联轴器图4.2 横向运动装置结构设计4.3 重要零部件结构设计4.3.1 回转盘结构设计为了降低重量，同时要配合西林瓶的大小，如果使用机械加工，则其成本会大大提升很多，故采用铸造。回转盘的结构和机座相同，使用铸造的方法，选用材料铸铝，牌号101，成分简单，容易熔炼和铸造，适合铸造薄壁、大面积和形状复杂的、强度要求不高的各种零件，主要采用砂型铸造和金属型铸造。回转盘的中心固定在轴肩上，上面是M8X40的六角螺钉与主轴固定。如若分装机使用的时间很长，可能会有灰尘或者其他杂质将回转盘弄脏，于是在每个西林瓶槽底都有一个清洗口，方便清洗，非常具有实用价值。回转盘的背部使用筋结构，提高回转盘的强度，因为回转盘受力不大，可以降低重量，节约材料。图4.3 回转盘结构设计4.3.1 机座结构设计机座经过铸造后，为了保证灌装精度还要进行机加工才能进行装配，机座的底部为了减短回转运动与横向运动之间的连接架的刚度要求，在底部开了槽，可以方便回转装置横向运动时不与机座和横向运动装置相互干涉。在机座中，需要开槽保证蠕动泵装置的定位，储液瓶的摆放位置，针架，限位开关的定位等，再下一章加工工艺的时候我们会讲到这些孔的位置的确定，以及基准的选择。4.3.2储液瓶结构设计储液瓶是储存高浓度放射性液体和盐水混合后的已稀释溶液，蠕动泵再将其分装到各个西林瓶。由于防止储液瓶有液体残余，因此，它的底部就不能是平底，我将其设计成一个半圆状底部，可以实现无残余灌装。为保证液体在蠕动泵的驱动下，能顺利灌入西林瓶中，液体从储液瓶中抽出的结构采用两个针头插入，一个针头用来输送液体（灌装针），另一个针头用来消除西林瓶内外的压力差（排气针），从而保持储液瓶内、外的气压始终一致，同时保证稀释液体的精确计量。瓶身和瓶盖使用卡口配合，灌装针与排气针与橡胶塞配合，橡胶塞定位在瓶盖上，过盈配合。如图4.4所示： 图4.4储液瓶装置结构设计4.4 零件强度校核计算轴的校核计算1、选择轴的材料该轴同样选取45号钢、调质处理。查表得：许用弯曲应力，屈服极限。 MPa2、初步确定轴的最小直径当轴的支承距离为定时，无法有强度确定轴径，要用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式： 选用45号调质钢，查机设书表15-3，得A=112初选联轴器LH4，初定轴的最小直径3、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，经分析比较，各轴的直径和长度选用如下方案：图4.5主轴零件图1）联轴器采用轴肩定位，半联轴器与轴的配合的毂孔长度L=25mm，2）初步确定滚动轴承 因轴承受径向力和轴向力作用，高速转速较小，载荷大，故选用深沟球轴承6010，故,为了便于齿轮安装，为了使齿轮有较好的轴向定位，取，；轴承B=16mm，为了便于安装，其他长度由轴2的计算方法求得3）轴上零件的轴向定位齿轮的轴向定位采用普通平键连接，根据，选择轴上的键为，根据，选择与轴段7的键为，滚动轴承与轴采用过度配合来保证，直径公差m6；轴承校核计算已知轴承的预计寿命 L=28300=4800h轴承的的寿命计算公式（13-5）：（1）查机械设计手册可知，7204C的 求出轴承受到的径向载荷和（2）求轴承的计算轴向力和对于7204C轴承按表137 ，轴承内部附加轴向力，其中 e为表135中的判断系数，其值由的大小来确定，但现在轴承轴向力未知，故设取，因此可以估算：按式（1311），得 （3）求两轴承的当量载荷P1和P2 因为 由表135可查得径向载荷系数和轴向载荷系数为 对轴承1 对轴承2 故轴承运转中无冲击载荷，按表136，取，则 （4）最后求验算轴承的寿命因为，所以按轴承2的受力大小验算5 加工装配检验5.1加工工艺过程机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明。加工过程中，粗基准的选用原则：1、保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则。当有些不加工表面与加工表面之间有相互位置要求时，一般不选择加工表面作为粗基准。2、保证各加工表面的加工余量合理分配的原则。应选择重要加工表面为粗基准。3、粗基准不重复使用的原则。粗基准的精度低，粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差，因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。精基准的选用原则：1、基准重合原则。尽可能使设计基准和定位基准重合，以减少定位误差。2、基准统一原则。尽可能使用同一定位基准加工个表面，以保证各表面的位置精度。如3、互为基准原则。当两个加工表面间的位置精度要求比较高的时候，可用互为基准的原则4、自为基准的原则。当要求加工余量小而均匀时，可选择加工表面作为自身的定位基准。5.1.1 支撑板的加工在支撑板中，其中最主要的就是各个孔之间的位置关系，如图5.1.1所示，设计出以下的加工工艺：图5.1板零件图1.选择毛坯2.粗铣板上下表面3.精铣板上下表面，达到Ra1.64.以板中心为粗基准，加工通孔225.以22基准加8孔，并保证同轴度偏差不大于0.02 6.以板中心为基准，两边与滑块的孔要求公差不应大于0.027.加工9孔8.对所加工的螺纹孔攻丝9.质量检验5.1.2 机座的加工机座使用的是铸造，铸造铝合金，从液态转变为固态存在应力，消除应力的办法就是时效处理。铸铝合金时效温度一般选在1705,时效时间一般为610h,考虑到适当提高时效温度可以相应缩短时效时间,对合金进行190时效处理。 机座上根据孔的位置关系和表面要求，设计其加工工艺如下：1. 粗铣机座上下面，钻地脚螺栓孔2. 精铣机座上表面，放置导轨面粗糙度要求Ra1.63. 铣出储液瓶槽和蠕动泵槽4. 根据如图标注尺寸链，加工剩下的M12，M3螺纹孔图5.2机座零件图5.2装配工艺过程装配工作及其重要性：在生产过程中，按图纸及技术要求的规定，将经检查合格的零件，通过各种形式连接起来，成为组件、部件，最终组成一台整机的工艺过程，称为装配在装配时，若零件间的配合不符合规定的技术要求，或各零部件之间的相互位置不正确，则装配后必将影响机器的工作性能，使机器无法正常运行。一台装配质量差的机器必然精度低，性能差、寿命短。相反，尽管某些零部件质量不高，但在装配时经过仔细的修配和调整，亦能装配出性能良好的产品，因此装配工作是一项非常重要的工作，必须认真做好。作为维修工，如能熟悉和掌握一定的装配知识，必能在很大程度上提高检修工作的技术水平。装配工作的划分：1组件装配它是从设计图纸中的一部分(部件)里分出来的通常有几个零件连接组对为一个单独的构件。一般称为装配的基本单元。2部件装配它是指以设计图纸的一个部分为一个单元，将这个部分的所有零件和组件装配成一体，成为一个完整机构的过程。3总装配它是指将零件、组件、部件连接成一台整体机器或设备的过程。4总装试车一般总装完毕的机器或设备，都要求在总装后进行试车工作，经检验合格后方能投入使用。在试车过程中可对机器或设备进行调试，发现或解决装配时未能发现的问题，保证其使用性能达到设计图纸及有关技术文件的规定要求。在回转式放射性液体稀释分装机中，我将其分为5部分：1、回转运动装置，2、横向运动装置，3、蠕动泵装置，4、灌装装置，5、防护装置，在装配的时候我们要按照一定的装配工艺顺序，首先安装横向运动装置，其中包括电机与支撑座，联轴器，滚珠丝杠支撑座，滚珠螺母，支撑架的装配，如图3.1.3其中，滚珠丝杠的装配较为复杂，滚珠丝杠的安装方式一般有四种：（1）一端固定，一端叫自由；（2）两端固定；（3）一端固定，一端游动；（4）两端固定。其各安装方式所使用的加工状况如下：方式（2）适于低速回转、丝杠较短的情况；方式（2）适用于中速回转的情况；方式（3）适用于中速回转、高精度的情况；方式（4）适用于高速回转、高精度的情况。在横向运动装置中明显属于使用方式（1）。滚珠丝杠安装顺序：1)将丝杠螺母插入螺母支座后临时锁紧。（将丝母处在丝杠轴的中间位置）2)将固定侧和支撑侧的支撑单元临时固定到基座上。3)移动工作台至固定侧支撑单元后，将支撑单元拧紧固定到基座上。 4)固定好后，将工作台移动至靠近固定侧的行程尽头附近，并将工作台和螺母支座相互固定。 5)固定好丝母和螺母支座。 6)将第4步中固定的螺栓松开，再次将工作台和螺母支座相互固定。推动工作台至固定支撑单元处调整其中心位置，使工作台能顺畅移动，对于精密工作台还需要将丝杠轴调整到与LM导轨平行的位置。7)固定好后，确认工作台的运行状态，将工作台移动至支撑侧。8)移动工作台至支撑侧支撑单元后，将拧紧支撑单元的固定螺栓。9)固定好后，将工作台移动至靠近支撑侧的行程尽头附近，并再次将工作台和螺母支座松开后相互固定。10)将工作台移动到固定侧，左右移动，确认运行状态。往返移动多次将工作台调整到在全行程内都能顺畅运行的状态。11)如果运行中发生异响、阻塞的现象，请重复3)10)的工序。12)确认精度和完全拧紧螺栓。13)使用千分表确认丝杠轴端外径部分的跳动、轴方向上的间隙，并依次完全拧紧螺母、螺母支座、固定侧支撑单元、支撑座固定单元各处的螺栓。14)将电机支座安装在电机支撑座上。15)用联轴器连接电机和滚珠丝杠。16)充分的试运行。电机支座、联轴器的安装精度影响工作台的行走定位精度，同样要充分注意丝杠的情况。滚珠丝杠安装完成后，就需要安装滑块导轨了，这两个东西在横向运动装置中是最重要的，它们决定了回转式放射性液体稀释分装机的横向移动情况。滑块导轨安装顺序：1）安装面的检查和打磨2）确认螺栓孔的间隙3）安装螺栓稍微拧紧后，以直线块规为基准，从轨道的一端开始，通过千分表一边调试轨道侧面基准面的平行度，一边拧紧安装螺栓。4）将基准侧的滑块和从动侧的滑块固定支撑板上，从动侧的滑块稍微固定在支撑板上，在行程范围内移动支撑板，一边确认滚动阻力，一边依次将从动侧轨道安装螺栓固定。在横向装置装配完成之后，我们用连接架将板和滚珠丝杠螺母相连，用于带动滑块移动。然后进行回转运动装置装配。在回转运动装置中，最重要的是主轴与轴承座以及电机的装配，在装配过程中要注意轴的同轴度，先将主轴与轴承座装配，再将轴承座与电机保持架装配，主轴通过联轴器与电机轴相连，此时，轴承座再与支撑板相连，再安装回转盘。这些都完成之后，整个机器最重要的两个部分已经安装完毕，接下来就可以进行蠕动泵装配体装配，将蠕动泵主轴通过十字联轴器与电机轴相连，中间保持架对心。回转盘应该安装之前一定要先将防护罩安上，但是不要担心会忘记，因为如果直接装回转盘会显得，轴肩突出的长度过长而显得不匀称，将防护罩安装后就会显得十分紧凑，当然，装配还是要注意装配的工艺顺序，防止出现混淆。5.3保养与维护 1、 定期给滑块导轨润滑；2、 定期给支撑座润滑；3、 隔一段时间要对回转盘进行清洗；4、 如果出现定位不准确要及时查看定位开关是否出现松动或变形，及时调整；5、 每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一次，清洗丝杠上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂，润滑脂可采用锂基润滑脂，润滑脂一般加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内；6、 设备内外整洁，各滑动面、丝杠、油孔等处无油污，各部位不漏油、不漏气，设备周围的切屑、杂物、脏物要清扫干净6结论与展望此次毕业设计从开始的资料整理到使用机械设计学，机械系统设计对机器的功能分析结构设计，和零件强度计算，到最后的加工装配工艺。在整个过程中，我学习到了许多新的知识，完成了一次整个机器装置的设计，有很多的收获。在这次设计中最为重点的就是回转运动装置和横向运动装置的结构设计，要将我们平时所学习到的机械结构进行组合，选优，完成最后回转式放射性液体稀释分装机的稳定工作和精确分装。 但是本次设计中还是存在许多问题，如在结构设计方面还有待提高，在单片机控制方面还有很多提升的空间，以后设计可以使用PLC控制，可以将机器更加的完善，还有许多新的问题需要在实际应用中不断积累和完善，从工业外形设计上还需要做进一步的完善。没有最好，只有更好，随着技术的发展，还会有崭新的天地让我们去开拓。总结与体会这次的毕业设计相对于以前的课程设计，多了很多思考，也锻炼了我的学习能力和对一些知识的深刻认识，使我受益匪浅。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计，使我明白了自己原来的知识比较欠缺，自己要学习的东西还很多。以前老师觉得自己什么都懂了，有点眼高手低的感觉。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个不断积累的过程，我以前所懂的都只是停留在表面，并让我知道，在以后的工作和生活中都应该不断的学习，努力的充实自己的大脑。本次在陈老师指导下，完成了回转式放射性液体稀释分装机的设计。在整个过程中遇到了许多未接触过的知识，都需要老师的指导和查阅资料，感觉自己学习到了很多新东西，机械行业的道路确实是一个很漫长的道路，需要去慢慢积累和学习，另外通过这次设计，对solidworks软件更加的熟悉，总而言之，这次毕业设计对我的以后工作都有着重要意义。致谢词经过两个多月的努力，毕业设计终于完成了。在这条路上遇到了许多困难和不曾见识的问题，感谢陈老师的指导和同学们的帮助。从我们选择毕业设计课题时开始，陈老师就指导我们如何去展开查询、收集和整理资料。而且陈老师还及时了解我们完成毕业设计的情况，并且认真的检查我们所做的毕业设计，帮助我们如何去修改错误，渊博的学识，严谨的治学态度给我们留下了深刻的印象，在此向陈老师衷心的感谢。 还要感谢母校西华大学对我们的栽培，在这里我们学习了知识，结识了朋友，感谢老师和朋友们对我的帮助，在此深深地表示谢意！【参考文献】1.成大先.机械设计手册M.化学工业出版社，1993.1.2.黄靖远.机械设计学M.机械工业出版社，2005.13.方键编.机械结构设计M. 化学工业出版社，2006.2.4.Solidworks三维设计及应用教程. 机械工业出版社5.机械制图画法范例.化学工业出版社6. 欣科公司口服溶液稀释、分装机技术要求7. 中国医疗器械信息全隔离防护自动稀释分装机的研制开发31