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醫(yī)藥生產(chǎn)制造過程中，對藥品包裝設備穩(wěn)定性和產(chǎn)品包裝質(zhì)量都有較高的要求。為滿足生產(chǎn)要求，目前只能依靠國外進口設備，但更換零配件的周期較長、維修服務費用較高。如果能對進口藥品包裝機主要零部件進行國內(nèi)自主改進設計、制造和維護，將能更好地提高生產(chǎn)效率及設備的柔性和靈活性^[1]，降低企業(yè)設備維護成本，提高企業(yè)利潤。針對某進口藥品包裝機導向零件受損問題， 深入研究其在長時間進行導向作業(yè)環(huán)境中發(fā)生斷裂失效的原因，準確找出導向零件的危險截 面，為后期改進設計提供理論支持。

1. 導軌零件的工作原理

該進口藥品包裝機導向零件主要對藥品和使用說明書進行推裝作業(yè)，在整個藥品包裝過程中使用密度大、所受載荷沖擊次數(shù)多。導向機構(gòu)如圖 1 所示。導向零件的螺紋孔與其下方的推動氣缸相連接，實現(xiàn)導向零件上下工位切換，導向零件的臺階端面與包裝機床身滑動接觸。當導向零件通過氣缸推動作用處于上工位時開始進行藥品推裝導向作業(yè)，推桿的兩個滑動頭（1 和 3）通過床身上的導向槽（4 和 6）， 再分別進入導向零件的導向壁和導向槽（10），從而實現(xiàn)藥品推裝入盒。當導向零件通過氣缸推動作用處于下工位時開始進行說明書推裝導向作業(yè)，推動桿的兩個滑動頭（1 和 3）通過床身的導向槽（4 和 6），直接從導向零件的上端通過，而不進入導向零件的導向壁和導向槽 10， 從而實現(xiàn)說明書推裝入盒。

1、3.滑動頭 2.推桿 4、6、10.導向槽 5.包裝機床身

7.導向零件 8.導向壁 9.螺紋孔 11.臺階端面

圖 1 某進口藥品包裝機的導向機構(gòu)

2. 導向零件的靜力分析
3. 1. 有限元模型

首先，利用 Solidworks 對實物零件進行三

維數(shù)字化建模，啟動 ANSYS Workbench 并導入導向零件三維模型。對于導向零件螺紋孔螺紋和與其相連接的氣缸結(jié)構(gòu)不再進行建立模型， 將其機械運動簡化為系統(tǒng)環(huán)境約束作用在導向零件上^[2]。其次，在 ANSYS Workbench 系統(tǒng)中對導向零件進行網(wǎng)格劃分，建立導向零件的有限元網(wǎng)格模型，并對螺紋孔進行局部網(wǎng)格控制處理^[3-4]。最后得到導向零件有限元模型，共計27004 個單元、42263 個節(jié)點，如圖 2 所示。

圖 2 導向零件的有限元模型

1. 2. 材料屬性

根據(jù)對導向零件材料的分析和檢測，確定導向零件的材料為普通碳素鋼 Q235，并進行了表面熱處理。設置導向零件材料屬性^[5]為：彈性模量 208000 MPa、泊松比 0.3、抗拉強度 460

MPa、屈服強度 235 MPa、密度 7.8 g/mm³。

1. 3. 環(huán)境設置

為得到準確的計算結(jié)果，必須根據(jù)零件實際工況正確地對有限元模型施加約束和載荷^[3]。根據(jù)導向零件在導向工況下的特征，約束導向零件螺紋孔為圓柱面約束，設置徑向和切向為自由約束、軸向為固定約束；約束導向零件臺 階形端面的所有自由度，限制 X、Y、Z 的平移； 導向槽 10 的導向壁受到滑動頭 3 沖擊載荷 F_Z＝－217.35 N，導向壁 8 受到滑動頭 1 沖擊載荷 F_Z＝－14.27 N。

1. 4. 分析結(jié)果

根據(jù)導向零件的實際載荷和約束條件，利用 ANSYS Workbench 有限元分析軟件求解出導向零件的最大應力和應力主要集中區(qū)域，如圖3 所示?？芍獙蛄慵茏畲髴?/font>223.73 MPa，在螺紋孔位置；導向槽導出端斜角的應力接近 174.01 MPa；導向槽底面的應力分布主要是 24.56～174.01 MPa；導向零件所受最大應力小于材料極限屈服極限，說明原導向零件的靜力強度能滿足實際工作要求。通過靜力分析結(jié)果知道，導向零件所受最大應力并不會導致零件斷裂失效，因此還需進一步分析和研究。