药品自动化系统设计__药房储药机构设计.docx

北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计毕业设计（论文） 药房自动储药系统设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：工业自动化学院机械工程赵之楠 学 号：职 称：160406102784保金凤讲师中国·珠海二O二O年 五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计药房自动储药系统是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 本人签名： 日期： 2020 年 3 月 20 日药房自动储药系统设计摘 要我国真正意义上的对药房自动化系统的关注与研究从20世纪90年代开始。劳动密集型一直是发展中国家的代表，能处于工业与科技上的密集型则代表了综合国力的强盛。十年以来的医疗保障体系由不成受已然蓬勃发展。中国特色的社会主义发展道路体现在了其它方面，如药房自动化系统。由于我国早期的不成熟的自动发药技术与进口的不符合本国国情的产品，引发各样的问题。倾斜式储药槽已经成为药房储药机构的主流。我则把槽改为板，实现同样的功能，减少机械加工量。通过比较立式药槽，平端药槽与倾斜式药槽，简单地分析其优缺点，选择适用于符合国情的门诊药房储药机构。由于此前没有这方面的设计经验，现有想法与设计大多来源于现代对药房自动化系统的理解。对于关键的机械机构必然需要进行力学分析。对挡块进行共振频率分析的过程中，发现扭力弹簧是比较易损的部件，然后转成对扭力弹簧的模态分析；与此同时，发现挡板在受非均布的载荷力过程是以承力轴作为定轴转动的，进而通过已受5个自由度约束的承力轴计算载荷力在挡板上的坐标轴。对于固定托盘是否在承受固定的载荷力作用下还能通过螺栓联结维持稳定的分析，确定其疲劳分布区域。利用Visual Basic 6.0作为开发环境，通过Solidworks的多个插件实现药房自动化系统程序的编译运行。同时实现储药机构参数的可视化。最后，对本文研究进行总结，提出其中的不足之处，提出更改方向。关键词：药房储药机构；有限元分析；SolidworksDesign of automatic drug storage system in pharmacyAbstractChina's real concern and Research on pharmacy automation system began in the 1990s. The labor-intensive type has always been the representative of developing countries, while the industrial and technological intensive type represents the strength of comprehensive national strength. In the past ten years, the medical security system has been booming. The development of socialism with Chinese characteristics is reflected in other aspects, such as pharmacy automation system. Due to the immature technology of automatic drug delivery and the imported products which are not in line with the national conditions of our country in the early stage, various problems arise.The inclined medicine storage tank has become the mainstream of pharmacy medicine storage mechanism. I changed the slot into a plate to realize the same function and reduce the machining amount. By comparing the vertical medicine tank, the flat end medicine tank and the inclined medicine tank, the advantages and disadvantages of the vertical medicine tank are simply analyzed, and the medicine storage mechanism suitable for the outpatient pharmacy in line with the national conditions is selected. Because there is no previous design experience in this field, most of the existing ideas and designs come from the modern understanding of pharmacy automation system.Mechanical analysis is necessary for the key mechanism. In the process of resonance frequency analysis of the stop, it is found that the torsion spring is a relatively vulnerable part, and then it is converted to the modal analysis of the torsion spring; at the same time, it is found that the baffle plate rotates with the bearing shaft as the fixed shaft in the process of non-uniform load-bearing, and then the coordinate shaft of load-bearing on the baffle plate is calculated by the bearing shaft which has been constrained by 5 degrees of freedom. The fatigue distribution area of fixed tray can be determined by the analysis of whether it can maintain stability through bolt connection under the action of fixed loaUsing Visual Basic 6.0 as the development environment, the program of pharmacy automation system is compiled and run by several plug-ins of SolidWorks. At the same time, the visualization of the parameters of the storage mechanism is realized.Finally, this paper summarizes the research, points out the shortcomings, and puts forward the direction of change.Keywords: Pharmacy storage mechanism; finite element analysis;Solidworks目录1 绪论31.1 课题研究背景31.2 药品储药装置综述31.2.1门诊部储药机构31.2.2住院部储药机构41.2.3 中国早期储药自动化设备简述41.2.4药房自动化的现状51.3本文研究的主要内容52 储药机构的总体设计方案72.1储药机构的设计要求以及原理72.1.1设计要求72.1.2设计原理72.2储药机构的整体设计方案82.3与其它储药机构设计方案的比较132.3.1与立式药槽储药机构的比较132.3.2与平端药槽储药机构的比较132.4本章小结143 储药机构部分承重的计算153.1疲劳特性的影响因素10153.2 对托盘固定块的有限元分析163.3对弹簧挡板的有限元分析183.3.1弹簧挡板的频率模态分析183.3.2弹簧挡药块的扭转分析203.3 4040工业铝材的力学分析213.4本章小结224 基于solidworks的VB框架234.1系统开发环境234.2 VB6.0开发 Solidworks 的步骤234.3 系统开发234.3.1 界面设计源程序244.3.2 储药机构的参数设计244.4本章小结265总结与展望275.1总结275.2展望27参考文献28谢辞29附录30北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计1 绪论1.1 课题研究背景现在是2020年，自动化药房在国际上的发达国家已经成功地广泛应用。2006年6月21日，上海第一医药股份有限公司于北京欧迈世纪科技有限公司正式签订引进德国欧娲（ROWA）自动化药房设备系统的协议。虽然中国在当时有意图设计自己地药房自动化系统，但现实实际已经落后国际药房自动化发展十年之久。纵观中国特色主义的符合国情的发展道路，门诊药房自动化在我国也是特殊的存在。人口基数大，人口老龄化趋势，新增人口体质偏差给我国医疗卫生体系带来巨大的冲击。因此，门诊自动化药房在迎合病人取药的巨大流量上有很大的缓解程度。相较国外的门诊药房，他们的机械自动化程度更高，国内的人工劳作程度偏大，但这却加快了处方药的处理速度，这可以说是一个无奈之举的解决方式，因为这还涉及到药房建筑面积。随着信息技术、自动化技术及医疗保障体系的不断发展和完善，以上的无奈之举或许会被解决。1.2 药品储药装置综述药房自动化系统在医疗卫生体系健全的发达国家已得到比较广泛的应用，甚至于在发展中国家也频繁现身。其中药房系统中，储药装置是药房自动化系统的重要组成部分，它最占位置，也需要合理的建筑空间。针剂、拆零、盒装药品很难在一个有限的空间中共同存在。于是它在门诊与住院两个地方有各自的变化。 1.2.1门诊部储药机构在门诊部常见的储药装置，常称为储药槽式1。多个储药槽体或者一块板上承载着盒装药品，首端设有机械式或者光电感应式的阻挡装置，方便分拣系统识别与提取；尾端着联结自动补药系统的补充。多数机构利用了重力向下的原理，槽体或者板呈一定的角度倾斜，使得药盒能够在某一角度下可以顺利从补药机构滑落至阻挡机构2。相对于早期的机械手式药品自动分拣系统平端夹取药盒更加方便。而该种分药形式药是我国特色自动化药房主要的发展方向。1.2.2住院部储药机构 针剂，拆零在早期的自动化药房是纯人工劳作。后来演变成流水线机械手进行运作。但是有限的建筑空间，大量的颗粒物和易碎的瓶子限制了拆零、针剂在门诊自动化药房的发展。因此，药片自动配置机也就出现。该配置机的储药模式主要人为拆零，有序地放置在盒子中，盒子底端有容许颗粒提取、混合以及分装打印标签的设备。针剂主要是人为控制。典型的该类分拣设备主要有英国 Mission 公司的 Script Pro Robot 系列自动分拣系统、美国 Parata 公司的 Parata RDS 自动分拣系统、日本 TOSHO 公司的全自动单剂量锭剂分包机和日本株式会社汤山制作所的 YUYAMA 全自动片剂摆药机。1.2.3 中国早期储药自动化设备简述2000年，实用新型专利“旋转药盘架”被授权使用3 ，如图1.1所示。该旋转药盘为多层结构，盘面与水平有一定的角度，每一层也被分为多个区域，适合多种药品的分区放置，又可以使药品自动弹出，但其自动化程度较低。1-底座 2-支撑轴 3-药盘 4-隔离条 5-盘面图1. 12002年，实用型专利“医院门诊药房自动投药机”被授权使用4，如图1.2所示。该机构运用倾斜储药槽式，药品是被推着出口，与重力式储药槽相反。1-药盒槽 2-电动推杆 3-定位机构 4-传输机 5-药盒架 6-顶杆图1. 2 自动发药机2008年，实用新型专利“自动化药房”采用的是多层、重力式、倾斜式与储药槽式的储药机构，在当时较好地提高了盒装药发放的整体流程效率。 总的来说，目前拆零药品分拣设备的类型主要有三种：第一种是手工分拣设备，如电子标签分拣系统；第二种是半自动分拣设备，如 A 字型分拣机；第三种是全自动药品分拣机，如全自动单剂量分包机、自动分拣药库等5。1.2.4药房自动化的现状如今患者对应用自动投药系统后自动投药系统运行前后的等待时间、药品标识清晰度和配药差错的满意度比较，从术前手工书写到自动打印药品标签，对药品的使用和用量进行了优化。标签清单除了病人的基本信息外，还包括药品名称、规格、数量、用法用量、注意事项等，不仅提高了工作效率，而且有效避免了手写药品的用法用量不清甚至写错的情况，更多的患者认为，服药等待时间缩短，药品标识更清晰，配药差错率降低6。1.3本文研究的主要内容本文以药品储藏机构为研究对象，根据现有的、成熟的药房自动化系统，在仿照其功能和结构的基础上，尽可能地体现机械自动化地特点。1.综合十年以来国内外药房自动化的进展，筛选出符合目前中国的门诊自动药房设计方案，重点在于储药机构的设计重力式储药板式。2.建立药房储药机构的三维模型，在重力作用式上进行材料学以及动力学进行设计模型，寻求通过现实数据范围的最优解，确定结构设计的合理性。3.对建立的三维模型在现实数据的支撑下进行运动仿真。4.门诊药房需要信息技术的支撑。HIS为医院信息系统7，其中有一个优点，在门诊药房中对病人进行分流，其依靠计算机的严密性和准确性，把它用在储药机构地管理上，能最大化地实现当天门诊处方药的处理速率，可以使药房更加顺利地运行。2 储药机构的总体设计方案选择盒装药是合理、快速且准确地在自动化系统中进出的关键因素。在高度自动化的情况下，物体的形态决定自动化工作效率。运输的物体形态简单，结构设计地更简单合理，运输过程不容易造成卡顿，药品发放速度快，门诊取药服务质量更高。因此，本章节对储药装置进行设计。2.1储药机构的设计要求以及原理2.1.1设计要求从简单说，医院药房是集合存药、发药、处方药、管理的一个科室。质量合格的药品是首要保证，给病人提高准确的药物是第二保证，快速地发放药物是第三保证。综上3点，储药机构必须满足以下几个设计要求:1. 大容量集中存储。该大容量集中存储并不是指在一个地方堆积物品，是有一定量的、单品种药品，可以在短时间内进行间歇补充，达到发药不停顿的效果。2. 合理的空间利用。不同盒装药种的尺寸基本上不一样。盒装药在储药机构上的摆放空间可以灵活变化。3. 低错误率。储药机构中的每一种药品单独有空间存放，使进行机械抓取的机械手容易区分每一个坐标空间。进口药品前会有系统进行药品识别，达到一种药一个区。4. 高效率。作为储药机构，除了对药品种的管理让取药系统快速识别，可以使用重力式倾斜结构使药品快速离开储药机构。5. 稳定性。完全自动化系统不能够使用。不能因为高作业量导致进出口系统崩溃，进而影响发药效率。2.1.2设计原理作为单个储药系统，负责硬件的系统上，由支架、横梁、挡药装置、落药滑道运输带等组成。而作为软件系统，应具有设备管理模块、处方处理模块、药品基本信息管理模块以及医嘱模块。在这些流程如图2.1所示：图2. 1 自动化药房简略流程图药师在电脑上开据处方药药房系统接受信号并对机电设备发出指令按照药房系统的运作流程先让补药机构对药品信息进行记录，补充储药机构接受药品分拣机构按照处方药进行抓药出库系统包含着滑道以及医嘱打印机构，由窗口药师完成交接药品的最后一个步骤。每一个药盒通道都存放几盒同一种药品。如果对药品的需求量很大，同一种药品也可以储存在多个药箱通道中。储药通道的宽度和高度由药箱的宽度和高度决定。为了使储药装置适应更多不同大小的药盒，药箱通道的宽度和高度根据具体需要而有所不同，但药盒通道与药箱周围的间隙必须保持在一定的数值范围内，防止药盒卡位、静止不动等药物不能顺利离开等现象而 影响了药物使用和输送的顺利进行。这是由每层存放的各种药品的中药盒的最大高度决定的。每层中不同分配通道的宽度可以不同。不同层的每列中存药盒通道的宽度相同，但高度可能因需要而不同。总而言之，盒装药已经成为门诊药房的主流运输对象，因此本文以储存盒装药品为主要地研究对象。储药板块在货架上可以以需要的角度进行固定，储药板的宽度可以向各个区域内的药盒调节，以适应不同的药盒尺寸。药品在重力作用下滑向储药槽的前端。2.2储药机构的整体设计方案即便确定了盒装药是储药机构的运输对象，需要对不同的盒装药进行差异性归纳总结。在对储药通道的设计过程中，需要考虑到重力倾斜式储药通道的尺寸设计的原则和问题。高密集存储量的体现在于储药通道的合理尺寸设计，以下是某家医院门诊药房某一段时间的药品流通记录尺寸归纳表，如表2.1所示：表2. 1 药品流通尺寸归纳表（mm）编号长宽高编号长宽高编号长宽高112076241195553321120603221257220129555332212065303809676139555332312065504125762114125753324120653059171151511676162512560366125722116111702326105613671208520171131773827100611081173726181266519289570199786520191057030291036735101036420201347620301304936由于众多的规格差异的盒装药需要被放置在一个密集的、高空间占有率的储药机构中，这需要对该机构进行数值均分，即减少储药通道间隙总冗余度。药盒的宽度以及长度尚可以通过将以上数据进行整理后，得到各个尺寸的药品在整体药品中所占的比率。由于储药的不能针对各个盒装药尺寸给予对应的通道尺寸，调节。一个货架板可以放置多个分隔板，如图2.2所示：弹簧挡块分隔板储药板图2. 2 储药板装配体储药板上分布有多个嵌入位，嵌入位主要为分隔板使用。如此密集的嵌入位是为不同规格尺寸的盒装药作准备。一块板上的使用宽度与高度是决定药盒储量的短板，嵌入位的使用是为了最大化地适应不同宽度尺寸地药盒。而在高度上打开储药量的容纳量，这要取决于储药板的倾斜度。因此，我使用标准化的药盒120mmX90mmX50mm,基本最大限度地把门诊药房经常使用的药盒的尺寸囊括进去，总体的货架为8行5排药。每两个挡药板中间有一个弹簧挡板。当弹簧挡板被外力作用下被压下，药盒将无阻挡物地根据重力作用下滑。对于货架板地倾斜角度，本人有幸在一次专业实习的实验室中的10°平衡板上，进行了大量的实验，经过传感器计算的测试，得出如下一组数据：表2. 2 实际测量数据结果角度 盒数一盒药三盒药四盒药五盒药10°不顺畅不顺畅一不顺畅一般顺畅11°不顺畅不顺畅一般顺畅一般顺畅12°不顺畅一般顺畅一般顺畅一般顺畅13°一般顺畅一般顺畅一般顺畅一般顺畅14°一般顺畅一般顺畅比较顺畅比较顺畅15°一般顺畅比较顺畅比较顺畅比较顺畅通过表2.2可以看出，当角度小于12°，不顺滑的药盒下落滑情况仍有出现；当角度大于12°时，实验中的药盒基本没有不下滑的。当角度持续增大时，药盒在货架上的下滑速度会变快。顺滑的程度越高，接近90°就越明显。但是，综合货架板角度，药盒下滑速度以及假想的药房空间大小，我便选用了15°作为我们倾斜角度。我做实验的平面是玻璃制成，为了提高其平滑度，在这上面使用水凝胶作为镀层。我们计划采用1060铝材板作为倾斜板，铝型材特点为质量较轻，有一定的硬度与刚度，加工的简易程度时期性价比较高。为了提高其平滑度，在这上面使用水凝胶作为镀层。储药板前后两端两边各有一个固定块，如图2.2所示。固定块上一共有4个螺纹孔，两个M6弹簧波珠定位孔，主要是避免储药板块相对固定块的垂直运动；一个M6的螺纹孔，是作为铝型材支架与固定块的联结点；一个M8螺纹孔，当储药板与固定块装夹的时候，避免储药板块相对固定块的水平运动。M8T型螺钉固定M6波珠定位M6止动螺钉图2. 3 固定块弹簧挡板，作为唯一需要被运动的部件，我致力于简单，如图2.4所示：挡块销轴扭力弹簧图2. 4 弹簧挡块顾名思义，弹簧挡块的作用机制在于弹簧。使用180°,线径为30mm的扭力弹簧。将销轴固定在储药板上，扭力弹簧安装在销轴上，挡块复位的关键在于弹簧的位置。对于分拣系统而言，它只需要从储药板上往挡块的上端下压，使药盒经过而不触碰挡块，从而顺利下滑到分拣机构上。实际上，对于弹簧挡板，我更倾向于另外一种设计，如图2.5所示：压板滚轴2滚轴1图2. 5 挡药机构当分拣机构工作之前，药盒已位于滚轴1上端，药盒前端被滚轴2阻挡。分拣机构工作，抵住压板，滚轴1随着轴把药盒抬起，滚轴2下摆，药盒由于重力作用下滑。该挡药机构由于安装时比较占空间位置，不太适用于高密集货架。关于整体装配图框架，我采取工业铝型材材质欧标4040铝型材作为支撑架。如图2.6所示：支撑件图2. 6 储药机构装配图工业铝型材已经成为标准化部件。长度可以按照我们的需求进行剪接，使用专用的连接件，无论角度变化也能链接。因其质量较轻，加工与安装非常简便。而且4面都可以进行外部结构的衔接，可以多衔接一个储药装置，可以添加挡板，防止尘土进入。2.3与其它储药机构设计方案的比较有一种说法，储药槽是药房自动化系统实现药品集中存储的唯一方法。我对此不敢苟同，我使用的是储药底板,两个分隔板可以组成一个“储药槽”。储药槽被用得非常地普遍，平面端地、倾斜端的、垂直的都有。2.3.1与立式药槽储药机构的比较立式储药机构有一个明显的优点，完全靠重力作用完成药盒的运输。不需要另外对分拣机构做复杂的设计，比较优化的设计是，只需要在其底下放置运输带，着重在储药机构上加一个类似光电感应的弹簧挡板8，如图2.7所示：11-发药组 2-落药斜板 3-底部传送带图2. 7 立式药槽结构示意图从图中可以得知，这个立式发药组还有一个优点，它的空间利用效率极高。倾斜式储药在空间利用上不尽人意。但是，立式储药机构由于处于垂直状态，在盒装药出口容易造成由于挡板开关时间长短不同而发生卡药、出多药的情况。而且药槽的储药量由药槽的长度决定。这个长度过高会影响补药机构的补药时间，长度过短会影响储药量。同时垂直状态下发药装置所承受的压力不容小视，需要进行大量的计算由于实验。2.3.2与平端药槽储药机构的比较早期的储药机构都是水平放置，补药机构水平推入，分拣机构水平取出，被称为机械手搬运式，这都是需要额外进行机械手的设计与实验，如图2.8所示：图2. 8 ROWA自动化药房这样放置的盒装药是最安稳的，最具有标准化。但是这种药房自动化不适用于需要药种多却量大的中国医院门诊药房。原因如下：1. 机械手搬运式的出药效率过低。补药系统可夜间工作，能够补充大量的药盒。取药只能在白天有需要时工作，当人流量大时，处方药需要多，机械手只能一个一个取，效率低下，影响医疗保障系统。2. 机械的加工、电气控制成本过高。非标件的开模成本高，且存在一定的失误率。电气感应设备需要采买，电气系统需要开发。就以上两点，便可以放弃其在医院的使用。2.4本章小结本章首先对药房储药机构的设计要求与设计原理进行了阐明。通过对罗列的设计要求的总结归纳，对储药机构进行了整体结构的分析。重点对重力倾斜式板块进行实验分析，得出最优的角度设计。然后根据药房自动化发展以来的储药机构的变化，对它进行了列举比较，说明重力倾斜式的储药机构在近年来普遍使用的优势。3 储药机构部分承重的计算在机械制造行业中，机械变形普遍存在，这是因为应力的存在。关键部件能否顺利地工作，承重部件的强度、刚度能否适用于机械整体机构，长时间的工作状态能否持续，这是需要大量的实验与计算。本次的药房储药机构的设计中，由于我使用的是重力倾斜式工作原理，倾斜角度的转轴T型螺栓是承受重量的关键，托盘固定块也是间接承重的关键部件。因为它们的稳定性决定着药盒存储与流动的工作状态。 另外一点，为了确定整体机械结构的稳定性，除了检验其疲劳特性，通过运用Solidworks中的simulation模态分析插件对机械机构进行模态分析，如图3.1所示：图3. 1 分析模块选择静应力分析是对带线性材料的零部件进行应变、位移、应力及安全系数的综合模拟；频率是研究共振频率和震动模式下结构振动特性的数值技术；高级模拟中的疲劳也是我们分析的重点，它的定义是研究由于受常量或变量高低振幅事件所定义的周期性转载所产生的设计生命和损坏等。以上的各种模拟模块都是在响应谱分析、随机振动分析、谐响应分析的基础上，通过添加约束以及载荷进行模拟实验，得到直观的、映射计算的图形。因此，本章会对储药板进行有限元分析，确定其稳定性。3.1疲劳特性的影响因素10大概有50%90%的机械结构损伤是由疲劳损伤引起的。载荷变化，塑性形变，突然断裂，这一过程就是代表了机械结构在被破坏下的变化。接下来简略地归纳了疲劳特性地影响程度。1.零件尺寸：零件尺寸对疲劳强度有很大影响，特别是加药轴等弯扭载荷频繁的零件，零件尺寸的影响不容忽视。在相同的加载方式下，大尺寸零件具有大范围的高应力区，使其更容易产生疲劳裂纹。2.显微组织：热处理工艺对零件的疲劳性能有明显的影响。疲劳断裂的主要过程是裂纹的形成、扩展和快速断裂。此时，金属材料内部晶粒的细化可以提高材料的疲劳强度和抗滑移变形能力，有效抑制断裂力学中裂纹的产生和滑移带的形成，进而有效抑制裂纹的扩展。3加载特性：加载的频率和模式会影响零件的疲劳特性。在一定条件下，过载现象在一定程度上对金属材料并不是完全有害的。变形强化、裂纹尖端钝化和残余压应力的作用甚至可以强化材料。然而，长期不规则的循环载荷会在一定程度上引起材料的损伤，进而导致疲劳裂纹的形成。一般来说，疲劳特性可以用两种方式来表示，一种是疲劳强度，另一种是疲劳寿命，本文采用的是后者。对于一个特定的载荷谱，在计算每个周期或半个周期所引起的损伤后，一方面，整个载荷谱所引起的损伤可以根据一定的损伤累积规律来计算，另一方面，根据设计要求的分散系数，可计算出疲劳寿命预测值。3.2 对托盘固定块的有限元分析在药房储药机构中，只存在一个机械运动，弹簧挡板的轴承运动。但是有一个固定几何体也承担着不可或缺的作用T型螺栓，连接工业铝型材与托盘固定块的桥梁。但是在这里，我想知道，假设T型螺栓的材料选择能够承受，托盘固定块在承受这一过程是怎么变化的，因此，我对它进行疲劳分析。通过solidworks上simulation我对它进行了一次模拟固定在一块板上的静应力载荷分析，如图3.2所示：图3. 2 装夹T型螺栓静应力结果比较图模拟中，载荷力采取竖直向下37N的载荷，我采用的实验板材料为1060铝板，托盘固定块的使用材料是304不锈钢。根据模态图结果可知，螺母与螺栓的连接处附近托盘固定的表面有明显的应力、应变图像显示。图3.2中最后一幅图是显示存在疲劳损伤的监测，它显示螺母附近的红色区域是在装夹T型螺栓时的危险区域。以上为装夹螺栓的情况下的模态图，以下为只存在托盘固定块在承受载荷下的模态图，如图3.3所示：图3. 3 托盘固定块静载荷分析模态图图3.3中显示了托盘固定块受竖直向下的力的变形情况。以M8螺纹孔为基本固定件，在载荷力15N的作用下，板面出现位移形变。但是图3.3中的静应力分析节点显示固定块T型螺栓下端存在最大应力节点。再结合图3.2中的疲劳检测节点，可以得出托盘固定块的设计优化方向是M8螺纹孔所在的板面。3.3对弹簧挡板的有限元分析在储药机构中，弹簧挡板是唯一一个需要进行动力学分析的机构。3.3.1弹簧挡板的频率模态分析由于在倾斜15°的板面上，假设有8个盒装药已经在面板上摆置好，按照力学分析它们对弹簧挡板的力不超过1N。 图3. 4 理想状态下的模态分析图上图显示的是挡块在承力轴与扭力弹簧的共同支撑下完成的一次由多个静止物体所带来的静载荷力。扭力弹簧以及挡块的变形比例还比较小。另外，在正常的工作状态下，分拣机构需要对挡药块做竖直向下的压力，这个力在多个频段中处于非线性分布，我把这些力通过Solidworks中的共振频率算例进行了一次模态图实验得到图3.5，同时得出固有频率的归纳表，如表3.1：图3. 5 扭力弹簧的模态云图表3. 1 扭力弹簧的固有频率模态阶次1234固有频率（HZ）32.709362.39364.28765.35图3.5上只显示了扭力弹簧以及挡板的承受轴，隐藏了挡块。这是因为在进行多次的频率振幅后，我发现扭力弹簧的形变比较大。综合表格与模态图的显示，弹簧挡板的振动频率随着阶数的增加不断增大。为了防止弹簧由于共振而发生断裂或扭曲的现象，在出药过程中，应避免固有频率32.709产生的破坏。3.3.2弹簧挡药块的扭转分析图3. 6 承力轴的空间分布图Z方向为弹簧与挡块的接入方向。由于该零部件的6个自由度只允许z 方向上的旋转，即做定轴转动的承力轴在其它自由度上处于约束状态。但是药盒的下滑以及X,Y方向上非线性载荷力使得承力轴时刻受到冲击力发生非均布的弹性形变，理论力学分析已经无法满足实际运动造成的误差。当承力轴转动或不转动时，通过简化的Impact 函数为公式3-1：F=cosz-sinzcoszy+sinzxdxsinzcoszcoszy+sinzxdy-y0x0 10 dz1 （式3- 1）F为近似等效于定轴转动的变换矩阵，其中，sinx=x ，siy=y ， cosx=cosy=1，同时，二阶微小量忽略不计。轴上的坐标系PXpm,Ypm,Zpm在原点坐标系中Xpf,Ypf,Zpf可以这么表示：XpfYpfZpf=FXpfYpfZpf=Xpmcosz-Ypmsinz+coszy+sinzxZpm+dxXpmsinz+Ypmcosz+sinzy-coszxZpm+dy-Xpmy+Ypmx+Zpm+dZ (式3- 2)Impact函数中的理想运动矩阵M可以表示为：M=cosz-sinz00sinzcosz01-y0x0 1001 (式3- 3) 由公式3-2与公式3-3可以推得承力轴在运动过程中的固定坐标系在任意一点上，即：Xpf0Ypf0Zpf01=FXpfYpfZpf1=Xpmcosz-YpmsinzXpmsinz+YpmcoszZpm1 (式3- 4)3.3 4040工业铝材的力学分析欧标4040工业铝型材作为支撑件，变形量一直是关键依据。由于需要铝型材作为支撑件以及横梁，根据下列公式计算其强度是否满足需求。1. 当工业铝材作为支撑件时，不需要计算其强度。2. 当工业铝材作为横梁时，只作为连接支撑件，载荷的情况下，公式如下：m 铝型材线性密度（kg）F 载荷（N）L 铝型材无支撑长度（mm）E 弹性模量（7000N/mm2）I 集合惯量（cm4）Z 截面惯性（cm3）g=9.81N/kg 变形量（mm）无载荷状态下的变形量：=m×g×L4384E×1×104 （式3- 5） 铝型材最大允许弯曲应力：Qmax<200N/m3Q=(m×g×l+F)×L8Z×103 （式3- 6） 根据需求可计算所选择的铝型材的强度是否符合要求。3.4本章小结本章先从理论上简单地列举了3点对影响疲劳强度的影响因素，阐明疲劳损伤带来的危险性。然后运用了Solidworks软件中的simulation插件对药房储药机构中的关键承重零部件与运动部件的有限元分析。其结论如下：1.对于托盘固定块仅仅进行了模态分析。从图中的主要产生的变形点中可以看出，采用304不锈钢足以承受储药板带来的载荷，证明固定块的强度与稳定性；2.对于弹簧挡板进行了共振频率的模态实验。原先猜想固定块是否由于偏心而造成块变形，实际上是扭力弹簧首先发生变形。扭力弹簧模拟使用的材料是316退火不锈钢，随后进行的瞬态动力分析表明扭力弹簧的最大变形量在可控范围内。3.对弹簧挡板上的被约束5个自由度的承力轴做非均匀载荷力坐标点的分析与计算，由此可以推演挡块与扭力弹簧持续运动的受力点。4 基