任 重

(長(zhǎng)江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與電氣學(xué)院，湖北 武漢 430212)

0 引 言

膠囊檢測(cè)機(jī)主要是醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)用來(lái)鑒別膠囊缺陷，并將問(wèn)題膠囊分離的一種檢測(cè)儀器。其基本原理為通過(guò)振動(dòng)裝置,將料倉(cāng)中的膠囊一個(gè)個(gè)排列在傳動(dòng)鏈條上，鏈條循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)每個(gè)膠囊依次經(jīng)過(guò)圖像采集、缺陷識(shí)別及吹離裝置，將問(wèn)題膠囊分離出去，獲取顏色、外觀合格的膠囊。為了保證所有的問(wèn)題膠囊均能夠被分離出去，就必須要求放置在傳動(dòng)鏈條上的膠囊在通過(guò)工業(yè)相機(jī)時(shí)不能抖動(dòng)，否則將影響膠囊檢測(cè)機(jī)的檢測(cè)效果。目前,市場(chǎng)主流膠囊檢測(cè)機(jī)的傳動(dòng)鏈條多數(shù)采用的是雙層結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占用空間大等問(wèn)題。

本研究將在完成規(guī)定功能的前提,以及滿足機(jī)器性能、效率、成本等要求下，對(duì)傳動(dòng)鏈條的設(shè)計(jì)布局、結(jié)構(gòu)形式、鏈板類型等提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)機(jī)構(gòu)仿真對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。

1 雙層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條存在的問(wèn)題

目前,市場(chǎng)主流膠囊檢測(cè)機(jī)雙層結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)鏈條及其非標(biāo)外鏈板如圖1所示。

圖1中，雙層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)傳動(dòng)鏈條下面一層為兩根單排普通鏈條，與鏈輪配合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)；上面一層由一個(gè)個(gè)固定在下層外側(cè)的兩個(gè)非標(biāo)外鏈板之間的滾體組成，用來(lái)承載待檢測(cè)的膠囊。

圖1 雙層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)傳動(dòng)鏈條及其非標(biāo)外鏈板1—銷；2—標(biāo)準(zhǔn)外鏈板；3—雙層非標(biāo)外鏈板；4—軸；5—標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)鏈節(jié)；6—滾體；7—開口擋圈；8—膠囊

這種雙層結(jié)構(gòu)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。每個(gè)鏈節(jié)除了基本的組成部件外，還需要將下層外側(cè)兩邊的標(biāo)準(zhǔn)外鏈板替換成雙層非標(biāo)外鏈板[1]，并通過(guò)軸將其連接起來(lái)，然后將滾體套在軸上承載待檢測(cè)的膠囊；(2)所占空間比較大，機(jī)構(gòu)不緊湊，長(zhǎng)期不間斷工作后容易引起傳動(dòng)鏈條上下左右抖動(dòng)[2]；(3)由于滾體是安裝在外側(cè)非標(biāo)外鏈板之間，軸和滾體長(zhǎng)度尺寸較大，浪費(fèi)材料，增加了制造成本。

通過(guò)上述分析可知，市場(chǎng)上主流的單層鏈條不光在結(jié)構(gòu)上比較復(fù)雜，而且占用了較大的檢測(cè)空間，整臺(tái)設(shè)備重量較大。本文以最低的制造成本和最小的機(jī)器布局改動(dòng)為前提，對(duì)雙層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條進(jìn)行了優(yōu)化。

2 單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條設(shè)計(jì)方案

為符合整體機(jī)器布局改動(dòng)最小和盡量降低制造成本的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，兼顧優(yōu)化后的新型鏈條各組成部件能夠滿足裝配方便、容易制造成型的要求，筆者考慮將傳動(dòng)鏈條原設(shè)計(jì)中的的雙層結(jié)構(gòu)改為單層結(jié)構(gòu)。

2.1 單層結(jié)構(gòu)的新型傳動(dòng)鏈條設(shè)計(jì)思路

單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條，是通過(guò)設(shè)計(jì)新型非標(biāo)外鏈板將雙層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)傳動(dòng)鏈條的上層(承載膠囊層)和下層(傳動(dòng)層)合二為一，即可實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和承載膠囊的雙重功效。

新型非標(biāo)外鏈板和單層結(jié)構(gòu)的新型傳動(dòng)鏈條如圖2所示。

圖2 新型非標(biāo)外鏈板和單層結(jié)構(gòu)的新型傳動(dòng)鏈條1—鏈輪銷；2—085-1型標(biāo)準(zhǔn)外鏈板；3—單層非標(biāo)外鏈板；4—軸；5—標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)鏈節(jié)；6—滾體；7—開口擋圈；8—刷子；9—鏈輪；10—工業(yè)相機(jī)；11—滾子；12—膠囊；13—鏈輪轉(zhuǎn)軸；14—連接部

單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條設(shè)計(jì)思路為：首先將單層傳動(dòng)鏈條兩外側(cè)的雙層非標(biāo)外鏈板去除，更換為標(biāo)準(zhǔn)外鏈板；其次將單層傳動(dòng)鏈條內(nèi)側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)外鏈板去除，更換為單層非標(biāo)外鏈板，單層非標(biāo)外鏈板是一個(gè)由連接部將兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)外鏈板連接在一起的結(jié)構(gòu)；最后通過(guò)軸、滾體及非標(biāo)外鏈板將兩根鏈條連為一個(gè)整體。

2.2 單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條工作原理

采用單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條后的膠囊檢測(cè)機(jī)傳動(dòng)裝置包括兩個(gè)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的鏈輪和兩根鏈條，通過(guò)每對(duì)鏈節(jié)之間的軸、滾體和非標(biāo)外鏈板，將兩根鏈條連為一體用于搭載膠囊，兩個(gè)滾體之間可以搭載一個(gè)膠囊；滾體與軸之間是間隙配合，通過(guò)刷子的撥動(dòng)，可以使?jié)L體在軸上進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能夠讓工業(yè)相機(jī)對(duì)膠囊進(jìn)行360°全方位拍照，檢測(cè)膠囊是否有缺陷。

由于單層結(jié)構(gòu)的新型傳動(dòng)鏈條同時(shí)具備了循環(huán)傳動(dòng)和搭載膠囊的雙重功能，該設(shè)計(jì)根據(jù)膠囊橫截面尺寸確定鏈節(jié)、外鏈板等采用085-1型鏈條標(biāo)準(zhǔn)部件[3]，通過(guò)查詢《簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定其參數(shù)，如表1所示。

表1 085-1型鏈條標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)

筆者根據(jù)表1中085-1型鏈條標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)節(jié)距P、滾子直徑d1、鏈板寬度T等，設(shè)計(jì)得到非標(biāo)外鏈板零件尺寸參數(shù)。

非標(biāo)外鏈板零件圖如圖3所示[4]。

圖3 非標(biāo)外鏈板零件圖

非標(biāo)外鏈板可以在完成前期鍛壓、熱處理、機(jī)械加工后，采用沖壓一體成型的工藝方案進(jìn)行制造[5]，制造成本低。

2.3 單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條機(jī)構(gòu)仿真

本文通過(guò)Pro/E軟件對(duì)整個(gè)鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果顯示，該單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)干涉現(xiàn)象[6]。

單層結(jié)構(gòu)的新型傳動(dòng)鏈條機(jī)構(gòu)如圖4所示。

圖4中，單根鏈條由若干個(gè)鏈節(jié)組成，相鄰鏈節(jié)之間通過(guò)1個(gè)外鏈板、1個(gè)非標(biāo)外鏈板進(jìn)行連接；兩根鏈條之間通過(guò)軸和滾體相連成一個(gè)整體，軸端用開口擋圈進(jìn)行固定，即為單層結(jié)構(gòu)的新型傳動(dòng)鏈條。

圖4 單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條機(jī)構(gòu)1—非標(biāo)外鏈板；2—膠囊；3—滾體

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

原雙層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)傳動(dòng)鏈條分為上下兩層，下層為循環(huán)傳動(dòng)層，上層為承載膠囊層，其動(dòng)鏈條實(shí)物如圖5所示。

圖5 原雙層結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)傳動(dòng)鏈條實(shí)物

由圖5可以看出，其上下層之間高度方向所占空間較大，機(jī)構(gòu)并不緊湊。另外，其承載膠囊層核心部件非標(biāo)外鏈板被布置在兩根鏈條外側(cè)，中間通過(guò)軸和滾體連接為一體，增加了承載膠囊層寬度方向的尺寸，進(jìn)一步占用了膠囊檢測(cè)機(jī)有限的內(nèi)部空間，又額外浪費(fèi)了軸、滾體的材料，增加了不必要的設(shè)備成本。

單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條在企業(yè)一方裝備后，并經(jīng)試運(yùn)行結(jié)果表明，采用單層結(jié)構(gòu)傳動(dòng)鏈條后，整個(gè)傳動(dòng)鏈條在尺寸上都有顯著縮小，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更加緊湊，制造成本得到壓縮；同時(shí)，減輕了重量，降低了長(zhǎng)期工作下各部件松動(dòng)引起抖動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)[7]。另外，因鏈條型號(hào)、軸及滾體尺寸縮小所帶來(lái)的制造成本也相比之前降低了13%，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

優(yōu)化設(shè)計(jì)前后的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比如表2所示。

表2 原設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)之間的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某膠囊檢測(cè)機(jī)上的傳動(dòng)鏈條存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地空間大、成本高等問(wèn)題，本文提出了新的設(shè)計(jì)方案，對(duì)其關(guān)鍵部件建立了三維模型，并通過(guò)機(jī)構(gòu)仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性[8-11]。

相比雙層結(jié)構(gòu)，單層結(jié)構(gòu)新型傳動(dòng)鏈條所占空間變??；采用一體沖壓成型的新型非標(biāo)外鏈板，使其既具有固定鏈節(jié)的普通標(biāo)準(zhǔn)外鏈板的作用，又具備原設(shè)計(jì)中將兩根鏈條連成一個(gè)整體的作用，機(jī)構(gòu)更為緊湊；原來(lái)安裝在最外兩側(cè)非標(biāo)外鏈板之間的軸和滾體改為安裝在最內(nèi)側(cè)，縮短了長(zhǎng)度尺寸、降低了制造成本。