針劑擺藥機的結構設計研究論文
針劑擺藥機主體框架結構承受電機旋轉沖擊，機架承受底板及相關組件造成的重量載荷，底板承受藥架、推拉機構、下導軌等組件的重量載荷，底板下表面主動軸孔處承受電機，減速器等器件的重量。考慮其剛度和強度的需要，采用的是機架、底座、基座螺栓相連接的方式，機架采用45×30×3的鋼管、30×30×3的鋼管、30×30×3的角鋼焊接而成，基座由45×30×3的鋼管、30×30×3的鋼管、1175×90×10的鋼板焊接而成，基座底板的下表面布筋。其結構，如圖3所示。
1模型參數
針劑機擺藥機主體結構所用材料為普通碳鋼[2]，材料密度為7.8kg/cm3，彈性模量206GPa，泊松比0.3，許用應力［σ］=161MPa。為提高有限元計算效率，在盡量不影響分析精度的前提下，基座與底板建模建為一體，忽略倒角和螺紋孔，簡化和去除了一些細小零件[3]。由于模型最小壁厚為1mm，采用的劃分網格單元尺寸為1mm。采用的是自動劃分法，接觸面采用細分網格的方法[4]。劃分完后模型節點數為68420，單元數為34699。
2針劑擺藥機主體結構靜態分析
基座底面施加固定約束，機架的頂端施加頂板及上導軌、兩軸、鏈輪的重量帶來的壓力4233.4N，基座底板上面分別施加藥架重量載荷4116N、推拉機構重量載荷650N、下軌道重量載荷744.8N，底板主動軸孔下面施加電機和加速器重量載荷490N，從動軸孔下面施加張緊機構載荷333.2N，在基座底板上下面上畫出其相應受力軌跡，分別施加力。有限元靜力學分析等效應變圖，如圖4、圖5所示。通過有限元靜力學分析可以得到：機架受力上端面最大變形為0.013μm；底板承受載荷的上端面最大變形為0.006μm；基座的底端最大為0.032μm，所用碳鋼鋼管的允許變形程度已滿足此要求。從靜力學分析應力云圖可以得到，最大應力為11.285MPa，發生在機架鋼管和基座鋼管的一些連接處，普通碳鋼的`彎曲疲勞極限為0.43［σ］，值為69.23MPa，抗壓疲勞極限為0.3［σ］，值為48.3MPa，所以鋼管滿足其工作使用要求。在底板軸孔處的應力為5.0159MPa，軸采用的是調質45#鋼，許用應力為161MPa，也滿足軸的安全工作范圍[5]，所以在靜態作用下，針劑擺藥機主體結構工作在穩定狀態。
3針劑擺藥機主體結構動態分析
為分析針劑擺藥機主體結構的穩定性，需要分析其固有頻率，采用Ansys分析中的模態分析。在基座底面施加固定約束，劃分網格方法同靜態分析一樣，由于優化后的主體結構第一階和第三階的振動發生在基座下端的矩形鋼板上，機架與基座主體沒有發生任何振動，電機轉動時產生的振動主要經由軸傳動到基座底板和機架上，不會影響到基座下端的矩形鋼板上，所以第一階振型與第三階振型不予考慮。針劑擺藥機主體結構的固有頻率、相應的振型與振幅，如圖6~圖11、表1所示。不考慮基座上下連接板振動，從振型圖和表中可以看到，針劑擺藥機主體結構第二階發生了沿y方向的一階彎曲。第四階振型是主體結構前后沿y方向的二階彎曲，左右沿x方向的二階彎曲，是類似于擴張、收縮的振動，這說明由于主體結構的鋼管立柱長度比較長，較之易發生彎曲。從第五階開始主體結構的上端部分發生二階彎曲和繞動，特別是第六階底板發生橫向振動，這會加劇機構的損壞程度，應避開外界激振頻率對此附近的影響。從整體的振型我們可以看到，設計的針劑擺藥機主體機構一階固有頻率為31.787Hz，所用電機的回轉頻率為159Hz，減速器為1：60，所以主動軸的回轉頻率為2.65Hz，遠低于主體機構的一階固有頻率，說明針劑擺藥機的主體結構在正常工作下有良好的動態特性。
采用ANSYS有限元分析軟件中的workbench模塊對針劑擺藥機主體結構進行動靜態仿真分析。當主體結構處在額定載荷下時，靜態最大變形為0.058um，最大應力為11.25MPa，低于材料的許用應力。動態分析下的模態分析中，主體結構的一階頻率為31.787Hz，二階頻率為31.902Hz，沿y方向發生一階彎曲，固有頻率隨階數上升而上升，針劑擺藥機采用的電機回轉頻率為16.7Hz，主動軸的工作頻率為0.28Hz，工作頻率遠小于機構的固有頻率。所以針劑擺藥機主體結構可以在正常工作下遠離共振區[6]，實現正常工作，動態特性良好。
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