九位医用自动点滴机毕业设计说明书.docx
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九位医用自动点滴机毕业设计说明书
九位医用自动点滴机
摘要
透皮技术是对传统皮肤用药观念的新突破，这一技术的关键是克服人体皮肤对药物透析的障碍以及提高药物经皮吸收的利用度，需经大量的实验进行科学的求证。
实验过程需对实验药剂进行接收。
本设计就是为满足这一实验要求而设计一台液体灌装机，将收集到的实验液体进行灌装。
设计要求实现实验液体通过针管流出（约一滴/20秒），注入工作台上的9列12排药瓶内，工作台做循环式间歇进给运动，针头做上下往复运动，通过控制部分实现工作台与针头运动的协调配合。
关键字：
透皮技术，液体灌装机
NineMedicalInstrumentAutomaticDrip
ABSTRACT
Transdermaltechnologyistheconceptofthetraditionalskintreatmentbreakthroughs;thistechnologyisthekeytoovercominghumanskindisordersanddialysisondrugpercutaneousabsorptionenhancingdrugbioavailability,subjecttoalargenumberofexperimentsforscientificconfirmation.Experimentneedtoreceivetheexperimentaldrug.Thedesignofthisexperimentistomeettherequirementsofthedesignofaliquidfillingmachine,thecollectedexperimentalliquidfilling.
Experimentaldesignrequirementstoachieveliquidthroughtheneedleout（aboutonedrop/20seconds）,intotheworkbench9lineand12rowsofvials,tabledocircularintermittentfeedmotion,theneedleupanddownreciprocatingmotion,partlyachievedbycontrollingtheworkTaiwanandtheneedlemovementcoordination.
KEYWORDS:
Transdermaltechnique,liquidfillingmachine
1绪论
1.1课题的目的和意义
透皮技术是对传统皮肤用药观念的新突破，这一技术的关键时克服人体皮肤对药物透析的障碍以及提高药物经皮吸收的利用度,需经大量的实验进行科学的求证。
实验过程需对实验药剂进行接收。
本设计就是为满足这一实验要求设计一台液体灌装机构。
1.2透皮技术简介
透皮技术简单的说就是透过皮肤给药的技术，利用皮肤作为药物输入体循环的门户，发挥药物的治疗作用，是对传统皮肤用药观念的重要突破。
目前这一新的领域的研究非常活跃，膜—贮存型经皮给药系统、骨架控释型经皮给药系统、微贮库控释型经皮给药系统，胶贴剂控释型经皮给药系统相继问世，受到医药界的极大关注。
这些新剂型的研究无一不涉及到克服人体皮肤对药物透析的障碍以及提高药物经皮吸收的生物利用度问题，这也是经皮给药系统的技术关键部分，亦是目前外用药剂经透皮给药疗效差的问题所在。
本实用新型以“透气胶布→防渗层→防渗圈→含远红外效应的药物载体→药物→覆盖膜”这一新型结构，克服了传统外用膏药、贴剂生物利用度低的问题。
况且，这一剂型中创新点是：
药物载体是由具有辐射远红外波的陶瓷粉以及能增强远红外辐射的某些金属和非金属氧化物及金属盐的最新材料组成。
本实用新型与目前市售的经皮给药的各种剂型相比具有如下优点：
含—载体，促进了局部微循环，提高了药物的生物利用度；使用方便，无溢出，不污染衣服；避免了肝脏的首过效应和胃肠道因素的干扰。
透皮给药系统（TransdermalTherapeuticSystem，TTS）是指药物以一定的速率通过皮肤或黏膜进入体循环产生治疗作用的一种给药系统。
利用皮肤或黏膜作为药物输入体循环的门户，发挥药物的治疗作用，是对传统给药观念的突破，现代已经成为药物制剂研究的重要方向。
TTS系统超越一般给药方法的独特优点，可以不经过肝脏的首过效应和胃肠道的破坏，提供了较长的作用时间，降低药物毒性和副作用，维持稳定、持久的血药浓度，提高疗效，减少给药次数，方便给药等。
TTS系统的研究已经成为第三代药物制剂开发研究中心之一。
但是，由于皮肤角质层的限速屏障作用，大多数药物的透皮性很差，透皮给药后，渗透速率和渗透量达不到治疗要求，所以在研究透皮给药系统时寻找合适的方法来改善皮肤的透过性，提高药物透过皮肤的量就成了经皮给药系统的关键。
近年来，随着新材料、新技术和新设备的不断发展，促渗透方法也取得了很大的进展，使更多的药物开发成TTS制剂成为可能。
中国医药学家对经皮给药早有认识，在中国的医学典籍中收集了大量的用于局部和治疗内科疾病的膏药处方。
目前，国内透皮给药研究领域已形成百花齐放、百家争鸣的可喜局面，不仅参与的科研人员多，涉及全国各大医药院校及各类型医院，而且研究内容全，包括基础理论及应用开发等。
近几年来各种形式的中药外用治疗呼吸系统、心血管系统、胃肠道等内科疾病取得了一定成绩。
目前中国正以现代科学技术方法进行研究使之提高，同时对TTS的研究也作了大量的工作。
1.3灌装机简介
灌装机的定义及分类：
灌装机主要是包装机中的一小类产品，从对物料的包装角度可分为液体灌装机，膏体灌装机，粉剂灌装机,颗粒灌装机；从生产的自动化程度来讲分为半自动灌装机和全自动灌装生产线。
近来随着食品的QS认证，食用油的厂家已经开始注重产品质量和包装，所以油类灌装机在灌装机中地位凸现。
从灌装原理角度可分为常压灌装机、压力灌装机、液体灌装机、油类灌装机、膏体灌装机、酱类灌装机、颗粒浆状灌装机、粉剂灌装机、大桶水灌装机和真空灌装机。
灌装生产线的定义：
因其特殊的工作原理，生产线即可以实现产品从原料进入包装设备开始，经过加工、输送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。
生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要。
灌装机生产线的应用可以实现食品、医药、日化企业的高量生产，进而帮助生产企业实现高速生产的目的。
过去，灌装机生产线并不是用户企业的选择方法。
主要是过去的灌装生产线的系统有不少缺点，包括采购成本高、设备大而重、安装困难、维修费用高等等问题。
但是，现在，灌装生产线的缺陷已经被先进的科技和新的灌装生产线系统取代，越来越多的企业开始关注和使用灌装机生产线，他们开始认识到灌装生产线能够为其带来的好处.灌装生产线在食品、医药、日化生产企业中扮演着重要的角色，优化灌装生产线直接关系着产品的质量和生产的效率，因此成为各大生产企业不得不关注的话题。
灌装生产线的流程：
装有空瓶的箱子堆放在托盘上，由输送带送到卸托盘机，将托盘逐个卸下，箱子随输送带送到卸箱机中，将空瓶从箱子中取出，空箱经输送带送到洗箱机，经清洗干净，再输送到装箱机旁，以便将盛有饮料的瓶子装入其中。
从卸箱机取出的空瓶，由另一条输送带送入洗瓶机消毒和清洗，经瓶子检验机检验，符合清洁标准后进入灌装机和封盖机。
饮料由灌装机装入瓶中。
装好饮料的瓶子经封盖机加盖封住并输送到贴标机贴标，贴好标签后送至装箱机装入箱中再送到堆托盘机堆放在托盘上送入仓库。
灌装生产线优势：
灌装机生产线优势在于为制造业提供性能优良、稳定可靠的灌装生产线；材料浪费少，在大规模生产中节约成本；根据生产流程进行编程控制，生产效率高；生产过程对环境污染小等等。
灌装技术的发展趋势：
当今的灌装机械，尤其是饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点，也是目前灌装机械行业发展趋势走向。
多功能：
同一台设备，可进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料的热灌装；均可进行玻璃瓶与聚酯瓶的灌装。
速度、高产量碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000罐/分，德国KHS公司、SEN公司、KRONES公司，其灌装机的灌装阀分别达到165头、144头、178头。
非碳酸饮料灌装机的灌装阀50—100头，灌装速度最高达1500罐/分。
技术含量高、可靠性强：
全线的自控水平和全线效率高。
在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数，计量精确。
集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现。
成套供应能力强：
如一条饮料灌装线，由微电脑件、控制软件、灌装封盖配套组合，现实生产力与理论科技相结合。
供货商可以为用户提供工程设计、安装、调试，最后交用户验收。
比如：
沈阳东泰包装机械设计是将普遍使用仿真设计技术把各种机器单元以数据库形式存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，再把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机，再由工程师依照实际工作情况进行操作，演示出生产能力、废品率、生产环节匹配、生产线瓶颈在何处等，还可根据用户意见进行修改模型直到用户满意。
当前灌装机械技术在食品、饮料包装上的开发、设计和制造过程中广泛应用。
当前灌装机械的发展趋势是不断提高单机的自动化程度，改善整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力，可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。
随着我国酒业的快速发展,啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒等酒类产量持续增长，我国饮料酒总产量已达2878万千升,同比增长8.2%。
有关专家指出，我国饮料行业是高成长性的行业，成熟饮品增长稳定，新的热点和增长点不断涌现，新兴饮品的增长更快。
同时，中国包装机械已发展成世界液态食品行业中有重大影响和极大市场占有率行业。
因此，液体灌装机市场发展潜力巨大。
我国液体灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破“小而散”的行业态势，在“高精尖”的方向上不断前进。
业内人士认为，未来液体灌装机将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展液体。
因此灌装机的发展为食品、药品的现代化加工和大批量生产提供了必要的保证。
从而再一次证明了液体灌装机的发展市场潜力巨大。
2总体方案设计
2.1概述
本设计中的九位医用自动点滴机实际上是一台医学上用的液体灌装机，它的作用是将收集来的药剂通过针头分装到一个个的试管中。
该灌装机分为针头上下往复运动和工作台间歇进给运动。
主要技术要求：
针头上下往复运动：
20mm；工作台每次进给17mm；工作台上有12排瓶子，每排有9个瓶子；实验液体通过针管流出约一滴/20秒，实验持续时间最短24小时，最长72小时。
药瓶高度为34mm。
2.2工作流程
根据设备技术要求设定设备的工作流程如下：
（a）起始位置：
料盘在X轴（料盘的一排药瓶在针头正下方）原位，针头在（Z轴上位）原位。
（b）系统启动,药瓶不动，第一排药瓶位于针头正下方，针头下行20mm。
（c）灌装结束，针头上行20mm，工作台进给17mm，第二排药瓶到达灌装位置。
（d）针头下行，重复灌装过程12次，一个料盘上的药瓶全部灌装完成。
（e）系统运行到达原位，准备下一个料盘的灌装。
（f）工作流程中的同步带与针头位移量可根据料盘规格设定和改变，具有兼容性。
（g）以上数据均可依据不同规格料盘自行设定。
2.3工作台运动方案
工作台做的是间歇运动，有往复式间歇运动和循环式间歇运动两种方式，本设计做的是循环式间歇运动。
实现工作台的间歇式进给运动可以采用如下三种方案：
方案一：
采用棘轮机构，通过连杆机构使摇杆往复摆动，再通过棘轮棘爪转换为间歇转动，最后转换成需要的间歇运动。
方案二：
采用槽轮机构，通过不完全齿轮的转动，带动从动齿轮的间歇转动，最后转换成直线间歇运动。
方案三：
采用不完全齿轮机构，通过主动轮上的圆柱销进入槽轮的径向槽，从而形成间歇转动，再把转动转变成传送带的间歇直线运动。
虽然一、二、三方案都能实现间歇运动，但是由于设计要求的工作台速度很低，持续的时间长达一到三天，所以不能靠这些机构来实现间歇运动。
最终工作台方案选择为：
工作台采用同步带，将料盘置于同步带上，用步进电机带动同步带，依靠PLC控制程序实现间歇运动。
2.4针头运动方案
针头做的是上下往复直线运动，可以采用如下几种方案：
方案一：
采用曲柄滑块机构，曲柄的整周转动和滑块的直线往复运动带动安装在滑块上的针头上下往复运动。
方案二：
采用导杆机构，曲柄的整周转动通过连杆带动导杆上下往复运动，从而带动安装在导杆上的针头上下往复运动。
方案三：
采用凸轮机构，凸轮的整周转动带动从动件导杆的往复运动，从而带动安装在导杆上的针头上下往复远动。
方案四：
采用电动推杆，电动推杆是靠电动机通过一对齿轮减速后带动一对丝杠螺母把电机的旋转运动变为直线运动，利用电动机正反转完成推拉动作，推力和拉力相等。
几种方案中由于电动推杆是一种组件，可以在市场上按照规定型号买到符合要求的，而且价格不高，经济适用。
所以最终选择方案四。
电动推杆选择型号为TG-300B的永磁直流电机驱动微型电动推杆，其主要参数：
行程：
20mm，安装尺寸：
120mm，推杆完全伸出去前后两孔之间的距离140mm。
2.5系统传动简图
综合工作台运动方案和针头运动方案确定系统传动方案简图如图2-1所示，采用PLC控制工作台和针头运动配合。
2.5总体结构方案
根据传动系统图，最终确定机构设备的总体方案如下图2-2所示：
采用两个等直径的同步带轮，用步进电机驱动同步带轮，在同步带上放置两个料盘，在同步带的一端再设计一个料盘距离的盛接装置，用来暂时放置以经灌装满了的料盘；在同步带的上方设计一个可以安装九个针头的滑块，用电动推杆带动滑块上下往复运动。
箱体采用钢板拼接。
2.6电机及减速机选择
本设计中的动力源采用步进电机。
步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件，每当对其施加一个电脉冲时，其输出轴便转过一个固定的角度称一步，当供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动。
步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。
步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。
每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量；电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。
步进电机在选择时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。
而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。
在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。
一般地说最大静力矩
大的电机，负载力矩大。
选用型号为57BH2A41-148的步进电机，对应的驱动器选择型号为VC-M804H。
57系列电机技术参数如表2-1。
型号
步距角（）
保持转矩
（
）
静态相电流（A）
相电阻（）
相电感（
）
转动惯量
（g.cm.s2）
重量（Kg）
57BH2A41-148
1.8
0.5
1.4
1.4
1.4
135
0.4
57BH2A56-288
1
2.8
0.75
1.2
300
0.7
57BH2A76-288
1.47
2.8
1
2.1
480
1.0
57BH2A76-304
2
3
1.3
5.0
480
1.0
表2-157系列步进电机技术参数
步进电机到输入轴之间，还需要用一个减速器。
减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。
在原动机和工作机之间用来提高转速的独立的闭式传动装置称为增速器。
减速器的种类很多，按照传动的形式不同可以分为齿轮减速机，蜗杆减速机和行星轮减速机；按照传动的级数可以分单级和多级减速机；按照传动的布置形式可以分为展开式，分流式和同轴式减速机。
一般在选步进电机时会选择自带减速器的步进电机，本设计中的减速机选用上海柯雄精密机械有限公司生产的FF系列步进电机减速机，型号为FF60-4-S2-P2/57。
3零部件设计
3.1同步带传动设计
在机械设备传动中，许多部件都需要大跨距传动，而传统的大跨距传动大多选择皮带或者链条传动，而这两种传动方式都存在着各自的缺点。
后来人们发明了同步带，同步带不但具有皮带传动适应高速无噪音的优点，还具有链条传动比准确的特点。
同步带传动也被称为啮合型带传动，它是通过传动带内表面上等距分布的横向齿和带轮上的相应齿槽的啮合来传递运动的。
由于同步带中心是强力层不能收缩，与摩擦型带传动相比较，同步带传动的带轮和传动带之间没有相对滑动，能够保证严格的传动比。
同步带按照材料主要分为氯苯橡胶和氯胺脂两种，带中强力层主要为钢丝及玻璃纤维绳等。
同步带传动设计分为同步带设计和同步带轮设计。
在进行同步带传动设计时，首先要了解同步带传动的主要失效形式。
同步带传动是以带齿与轮齿以此啮合来传递动力，达到同步传动的目的。
因此，在同步带传动扭矩时，带将受拉力作用，带齿承受剪切，而带齿的工作表面在进入和退出与轮齿啮合的过程中将被磨损。
因此同步带传动的失效形式主要有以下几种：
（a）带体疲劳断裂；
（b）带齿剪断和压溃；
（c）带侧、带齿磨损、包布剥离；
（d）承载层拉伸、节距增大、形成齿的干涉、爬齿；
（e）冲击、过载使带体断裂。
根据实验分析，当同步带绕与带轮时，在所包圆弧内，带齿和带轮齿的啮合齿数大于6时，带的剪切强度将大于带的抗弯强度。
同时，随着粘附于带齿工作表面上的尼龙包布层的设置，使带齿的耐磨性能有了很大的提高。
因此在同步带正常工作条件下，同步带的主要失效形式是带在变拉力作用下的疲劳断裂。
所以同步带传动是根据带的抗拉疲劳强度作为设计基准进行设计的。
本设计中，工作台的运动采用步进电机驱动同步带运动实现，由于工作台是循环的间歇运动，因此在一定的时间段内就需要检测工作台是否复位，需要安装检测装置。
检测装置可以采用光电对射式传感器，当同步带轮转动一圈时传感器检测一次。
同步带传动最基本的参数是节距
，它是在规定的张力下，同步带纵截面上相邻两齿对称中心线的直线距离。
当同步带垂直其底边弯曲时，再带中保持原长度不变的周线，称为节线，通常位于承载层的中线。
节线长度
为公称长度。
同步带分为梯形齿、圆弧齿、平顶圆弧齿、凹顶抛物线齿。
这里选择单面有齿的梯形齿同步带。
由于是料盘上每排有9个瓶子，每个瓶子的直径为12毫米，所以料盘的宽度应该大于106毫米，根据料盘的宽度，应该选择重型H带，其基准宽度
为76.2毫米，节距
为12.70毫米。
同步带轮设计为标准梯形齿同步带轮，梯形同步带轮的齿形一般采用渐开线齿形，并由渐开线齿形刀具用展成法加工而成。
两个同步带轮的直径设计成一样大小。
由于该机构中同步带轮转度小于900转每分钟，所以最少齿数大于等于12。
选定同步带轮齿数
为16，则其节圆直径
mm，齿顶圆直径
mm。
当同步带轮转一圈时，则同步带上前进的距离为
式中：
——同步带表明圆弧直径。
——同步带带高。
——同步带齿高。
——同步带接根距。
料盘的估计为：
由于机器工作时同步带上至少要放置两个料盘，所以同步带的长度至少为6个料盘的距离即1320mm，所以选用510号同步带，其公称长度
为1295.4mm，齿数
为102。
两同步带轮中心距：
所以同步带的规格为510H100GB/TI1-1989。
同步带轮宽度：
同步带主动轮设计成无挡圈，型号为16H300，其宽度为83.5mm。
为了防止同步带在运动过程中从带轮上滑脱，同步带从动轮设计成两边有挡圈形式，型号为16H300，其有齿部分宽度为79mm，单边挡圈宽度为4.5mm，带轮宽度为88mm。
轴设计：
由于同步带轮直径不大，结构相对简单，因此可以将轴与同步带轮设计成一体，做成齿轮轴。
步进减速机的输出轴直接与同步带主动轮轴靠键连接起来，轴通过深沟球轴承与机架固定，因为步进减速机的输出轴直径为14mm，由于要在轴上打一个孔用来套步进减速机的输出轴，所以深沟球轴承选择型号为6205，轴承宽度为15mm，内径为25mm，外径为52mm。
根据轴承内径及宽度，初步确定第一段轴直径为25mm，长度为16mm，第二段轴直径为32mm。
将机架之间的宽度定为180mm，则第二段轴的长度为48.25mm，轴两端对称，因此齿轮轴总长度为212mm。
同步带主动轴的一端设计一个直径为14mm深度为35mm的孔，用来与步进减速机输出轴连接，孔上再开一个长为30的键槽。
同步带主动轮如图2-3所示，同步带从动轮如图2-4所示。
同步带轮材料选择：
轴的材料主要是碳钢和合金钢。
钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的直接用圆钢，由于碳钢比合金钢廉价，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。
本设计中由于同步带轮传动效率不高，速度也很低，故选择45号钢就可以满足要求了，毛坯为锻件。
因为希望传动效率高些，耐磨性能好些，故同步带轮需要调质处理，处理后硬度HBW220~240。
轴的校核：
本设计中两同步带轮轴只受扭矩，只需进行扭转强度条件校核计算，而两带轮的结构基本一样，同步带主动轮轴受到的扭矩大一些，因此只需要对主动轮轴进行扭转强度校核计算就可以了。
轴的扭转强度条件为：
（3-4）
式中：
——扭转切应力，
；
——轴所受的扭矩，
；
——轴的抗扭截面系数，
；
——轴的转速，
；
——轴传递的功率，kW；
——计算截面处轴的直径，mm；
——许用扭转切应力，
。
由上式可得轴的直径：
（3-5）
式中，
，可通过查表得到。
对于空心轴，则
（3-6）
式中，
，即空心轴的内径
与外径
之比，通常取
。
应当指出，当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的消弱。
对于直径
mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。
对于直径
mm的轴，有一个键槽时，轴径增大
；有两个键槽时，应增大
。
然后将轴径圆整为标准直径。
应当注意，这样求出的直径，只能作为承受扭转作用的轴段的最小直径
。
本设计中，
查表得
，
，
取0.55。
则有
所以轴的最小轴段直径应该大于4mm，而实际设计的直径为25mm，远远大于4mm，满足扭转强度要求，所以轴满足要求。
3.2料盘设计
料盘是用来承载药瓶的的装置，机器正常工作时，至少有两个料盘在同步带上放置。
料盘上要求放置12排瓶子，每排9个。
料盘的设计要根据试管瓶的尺寸来设计，要求药瓶能够稳定地放在料盘里面，并且可以方便的取放。
瓶全高33.64mm，瓶身高24.40mm，瓶身直径11.70mm。
根据瓶身直径将料盘上的孔直径设计为12mm。
由于复位检测时候，采用的是同步带轮转一圈传感器检测一次，这就要求当同步带轮转一圈是料盘刚好走过整数排瓶子的距离。
同步带轮转一圈，同步带上走过211mm，所以将料盘的长度设计成211mm，这样就是每前进一个料盘的距离，系统就会复位检测一次。
料盘的长度为211mm，上面有12排瓶位，所以每排瓶位之间距离为17mm。
料盘边缘与瓶孔之间的距离为：
将宽度上每个瓶子的
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