血管造影機C-臂設(shè)計【醫(yī)療器材】,醫(yī)療器材,血管造影機C-臂設(shè)計【醫(yī)療器材】,血管,造影,設(shè)計,醫(yī)療,器材 開題報告 開題報告 題 目： 血管造影機C-臂設(shè)計 學(xué) 號 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 教授 院 （系）部 專業(yè)及班級 日 期 2008 年 4月 4日 題 目 血管造影機C-臂設(shè)計 選題類型 設(shè)計 1. 選題的來源： 設(shè)計題目來源于長春光華微電子設(shè)備工程中心有限公司。　 2．國內(nèi)外研究現(xiàn)狀： C臂機電系統(tǒng)是血管造影機的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其功能是帶動球管和影像增強器實現(xiàn)多種空間位置運動，完成對患者特定方位的透視成像診斷。隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人們生活水平的提高，對醫(yī)療保健設(shè)備提出了越來越高的要求，用于人體心、腦血管疾病診斷和治療的大型X射線血管造影儀器——血管造影儀前些年還只能在大城市的少數(shù)大醫(yī)院才能見到，如今多數(shù)中等規(guī)模的醫(yī)院也都已經(jīng)或正在準備購置這種介入診斷和治療設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，這種設(shè)備國內(nèi)市場每年的需求量為800臺左右，這其中少數(shù)是國外進口產(chǎn)品，包括一些二手設(shè)備，還有一部分為國內(nèi)生產(chǎn)。進口設(shè)備價格昂貴，根據(jù)配置不同售價一般在600-1000萬元之間，國內(nèi)產(chǎn)品品種單一，功能簡單。為改變這種高檔醫(yī)療設(shè)備完全依賴進口的局面，光華公司于1998年投入資金進行了“三軸中心定位C形臂機電系統(tǒng)”研究開發(fā)，現(xiàn)已達到小批量生產(chǎn)的能力。 3.研究內(nèi)容： 血管造影機C軸傳動系統(tǒng)設(shè)計，其設(shè)計參數(shù)為 a) C臂的開口深度： 820mm b) C臂繞體軸旋轉(zhuǎn)動范圍： RAO：90° LAO: 90° 旋轉(zhuǎn)速度： 12°/s c) C臂沿長軸旋轉(zhuǎn)范圍： CRAN:45° CAUD:45° 旋轉(zhuǎn)速度： 15°/s d) 重復(fù)定位精度: ±0.5° e) 中心高: 1100mm f) SID: 678---1040mm 4.研究思路： 針對設(shè)計的技術(shù)要求，查閱國內(nèi)相關(guān)資料，進行C臂的方案選擇，設(shè)計計算，結(jié)構(gòu)設(shè)計。 5.工作流程： （1）學(xué)習(xí)、了解血管造影機的工作原理； （2）了解血管造影機的使用要求； （3）準備開題報告; （4）設(shè)計方案論證； （5）設(shè)計計算； （6）整理資料，準備答辯。 6. 工作進度安排 第一階段：（3月24日—4月4日） ⑴ 查閱國內(nèi)外資料，并進行資料歸納總結(jié)，分析； ⑵ 撰寫開題報告； ⑶ 開題并通過導(dǎo)師的審核。 第二階段：（4月 7日—4月25日） 設(shè)計論證，相關(guān)零部件的的選擇，完成裝配圖，并通過導(dǎo)師的審核。 第三階段：（4月28日—6月13日） 完成設(shè)計，并通過導(dǎo)師的審核。 第四階段：（6月16日—6月19日） 歸檔文件： ⑴ 開題報告； ⑵ 譯文(原文)； ⑶ 設(shè)計圖紙； ⑷ 設(shè)計說明書； 第五階段：（6月20日—6月24日） 老師審核。 第六階段：（6月25日—6月27日） 整理答辯。 7.參考文獻： [1] 大連理工大學(xué)工程畫教研室編著.機械制圖.北京：機械工業(yè)出版社. 2003 [2] 余建明著.血管減影數(shù)字造影技術(shù). 北京：人民軍醫(yī)出版社. 1999 [3] 史習(xí)敏 ,黎永明著. 精密機械設(shè)計 . 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社 .1987 [4] 鄭堤著.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ). 北京:機械工業(yè)出版社.2001 [5] 甘永立著. 幾何量公差與檢測. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2005 [6] 苗忠 ,尹桂敏著.機械設(shè)計課程設(shè)計.吉林：藍天出版社,2005年5月第4版. 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Beijing: China Agricultural Science And 168～173； 指導(dǎo)教師評語: 指 導(dǎo) 教 師 簽 字 教研室（系、所）負責(zé)人簽字 年 月 日 序號（學(xué)號）： 開 題 報 告 血管造影機C-臂設(shè)計 姓 名 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 教授 2008 年 4 月 17 日 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 血管造影機C臂 [摘要] C臂機電系統(tǒng)是血管造影機的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其功能是帶動球管和影像增強器實現(xiàn)多種空間位置運動，完成對患者特定方位的透視成像診斷。本次設(shè)計的主要任務(wù)就是根據(jù)血管造影機的結(jié)構(gòu)特點及具體的使用情況，針對其在使用方面存在的問題對C臂進行改善，以實現(xiàn)改善其性能的目的。其中C軸系統(tǒng)的定位精度對血管造影機的性能有相當(dāng)大的影響，決定著血管造影機在檢查病人身體時有無“盲點”。設(shè)計主要就是要解決血管造影機所面臨的這一問題。設(shè)計過程中繪制了C臂的裝配圖，并進行了相應(yīng)的計算，如：蝸桿傳動，鏈傳動，同步帶傳動的設(shè)計計算等。還對設(shè)計方案進行了比較選擇，最終確定了主傳動機構(gòu)與副傳動機構(gòu)的最佳方案。 [關(guān)鍵詞] C臂 血管 造影機 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Angiography C-arm [Abstract] C-arm mechanical and electrical systems are angiography for one of the critical systems, their function is to promote the ball image intensifier tubes and space to achieve a variety of locations campaign, complete with a specific position on the Perspective of Diagnostic Imaging. The main task is to design the angiography machine according to the structural characteristics and the specific use, for its use of the existing problems to improve the C-arm, in order to achieve the objective of improving its performance. One C-axis system on the positioning accuracy of the performance of angiography have a considerable impact, the decision of the angiography machine in the body when patients check whether the "blind spot." Design is the key to solve the angiography machine faced by this problem. Drawing the process of designing a C-arm of the assembly, and the corresponding terms, such as: worm transmission, chain drive, the belt drive design calculation. Also on the design choices were compared and eventually identified the main transmission mechanism and the transmission mechanism of the best solution. [Key words] C-arm vascular imaging machine 共 1 頁 第 1 頁 裝 訂 線 目錄 摘要 Abstract 1 序言 -1 1.1課題研究的目的和意義 -1 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 -1 1.3 三軸 C臂系統(tǒng)概述及主要技術(shù)指標 -3 1.3.1 三軸 C臂系統(tǒng)概述 -3 1.3.2 三軸 C臂系統(tǒng)外形 -3 1.3.3 設(shè)計參數(shù)及應(yīng)達到的技術(shù)要求 -3 2 設(shè)計方案論證 -5 2.1 總體方案的確定 -5 2.2 動力源的選擇 -6 2.3 設(shè)計方案的選擇 -6 2.3.1主傳動機構(gòu)方案的選擇 -6 2.3.2 副傳動機構(gòu)方案的選擇 -11 2.4所選方案的特點 -14 3 機械部分設(shè)計計算 -15 3.1 電動機的選擇 -15 3.2 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 -16 3.3 鏈傳動的設(shè)計計算 -20 3.4 同步帶的設(shè)計計算 -23 結(jié) 論 -26 致 謝 -28 參考文獻 -29 序號（學(xué)號）： 設(shè) 計 血管造影機C-臂設(shè)計 姓 名 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 教授 2008 年 6 月 8 日 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 血管造影機C-臂設(shè)計 1 序言 1.1課題研究的目的和意義 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)事業(yè)也取得了巨大的成就。在當(dāng)今的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，大型、精密醫(yī)療設(shè)備的出現(xiàn)，既方便了醫(yī)生的診治，也方便了病人的治療，且還可以取得更好的治療效果。 人們通過X線可以隔著皮肉看到某些內(nèi)部器官的形態(tài)，因此便產(chǎn)生了X線拍片和透視的檢查。拍片和透視只能分辨密度相差較大的組織器官，如骨、心、肺等，而對于人體大量密度相差較小的器官和組織，便顯得無能為力。于是人們想到了造影檢查，即先用高于或低于人體軟組織密度的造影劑灌注檢查部位，然后進行X線檢查。由于已灌注造影劑的組織器官與周圍部位密度差異變大，在X線下形成鮮明對比，便可以發(fā)現(xiàn)形態(tài)或功能是否異常。因此造影技術(shù)在現(xiàn)在醫(yī)學(xué)上用途非常廣泛，造影技術(shù)也得到飛速的發(fā)展。 本次設(shè)計的對象“血管造影機”正是這樣一個設(shè)備，他方便大夫診治的同時也極大地提高了診斷的準確性，為醫(yī)學(xué)事業(yè)的長足發(fā)展做出了巨大的貢獻。 C臂機電系統(tǒng)是血管造影機的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其功能是帶動球管和影像增強器實現(xiàn)多種空間位置運動，完成對患者特定方位的透視成像診斷。隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人們生活水平的提高，對醫(yī)療保健設(shè)備提出了越來越高的要求，用于人體心、腦血管疾病診斷和治療的大型X射線血管造影儀器——血管造影儀前些年還只能在大城市的少數(shù)大醫(yī)院才能見到，如今多數(shù)中等規(guī)模的醫(yī)院也都已經(jīng)或正在準備購置這種介入診斷和治療設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計，這種設(shè)備國內(nèi)市場每年的需求量為800臺左右，這其中少數(shù)是國外進口產(chǎn)品，包括一些二手設(shè)備，還有一部分為國內(nèi)生產(chǎn)。進口設(shè)備價格昂貴，根據(jù)配置不同售價一般在600-1000萬元之間，國內(nèi)產(chǎn)品品種單一，功能簡單。為改變這種高檔醫(yī)療設(shè)備完全依賴進口的局面，光華公司于1998年投入資金進行了“三軸中心定位C形臂機電系統(tǒng)”研究開發(fā)，現(xiàn)已達到小批量生產(chǎn)的能力。 1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 1895 年11 月8 日,倫琴在研究低壓氣體放電時,發(fā)現(xiàn)放在旁邊的鉑氰化鋇晶體發(fā)出了熒光,他以一個物理學(xué)家極為敏銳的眼光意識到,這是一種新的輻射現(xiàn)象1 經(jīng)過反復(fù)實驗,拍下了人類第一張X 光照片,即他的夫人的左手像,同時寫出了“一種新的射線”的論文報告,由于不知其本質(zhì),稱之為X 射線11901 年倫琴成為第一個諾貝爾物理學(xué)獎的獲得者1 倫琴發(fā)現(xiàn)X 射線3 個星期以后,維也納一家醫(yī)院用這種射線來協(xié)助外科手術(shù)1 直到1912 年勞厄用晶體衍射的方法證實X射線是一種波長極短的電磁波,這時人們才知道X 射線的本質(zhì)1 從X 射線的發(fā)現(xiàn)至今已有百年多時間,在X 射線的理論研究和技術(shù)應(yīng)用方面,都獲得重大成就,現(xiàn)已成為醫(yī)學(xué)診斷和治療疾病的主要手段之一。 造影設(shè)備隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異而不斷發(fā)展，它根據(jù)介入檢查和治療的深入開展而日趨完善。為了適應(yīng)DSA技術(shù)的微創(chuàng)性、可重復(fù)性強、定位準確和療效高、見效快的特點,DSA設(shè)備根據(jù)臨床醫(yī)生在介入放射學(xué)工作中的要求而不斷完善發(fā)展。目前，介入放射學(xué)設(shè)備主要有以下3點新技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用。 大型DSA設(shè)備采用旋轉(zhuǎn)曝光方式的三維信息采集以實現(xiàn)三維圖像顯示，旋轉(zhuǎn)速度從最初的每秒15度到目前最快每秒60度?？焖俚男D(zhuǎn)使得在造影過程中造影劑的用量減少，縮短了“短暫缺血”的時間，使患者更安全。利用3D重建工作站，可以把三維血管成像應(yīng)用，利用RSM-DSA技術(shù)，可以在采集過程中C臂進行三維運動，僅需一次曝光，無需病人屏氣配合即可很方便地獲得三維血管信息，避免了腹部檢查需要病人長時間屏氣，病人身體負擔(dān)打的影響，并且極大地提高了檢查成功率。 隨著FPD技術(shù)的完善以及計算機技術(shù)的發(fā)展。平板探測其2應(yīng)用到最新的DSA設(shè)備中。DSA設(shè)備中的FPD有直接方式與間接方式2種類型。直接方式的檢測元件采用非晶體硒加薄膜晶體管。間接方式則采用碘化銫與非晶體硅加TFR。直接方式的平板探測器空間分辨力優(yōu)于間接方式，并且在臨床有意義的空間分辨范圍下具有更好的量子檢出效果特性。FPD型DSA的主要優(yōu)點與：平板探測器的動態(tài)范圍與探測靈敏度和密度分辨率有關(guān)。當(dāng)射線穿過探測器時，X射線被嚴格限制在很窄的縫隙中?？朔松⑸渚€造成的干擾，本底噪聲幾乎為0，探測靈敏度高，使原本被本底噪聲與淹沒的微弱的X射線也能被檢測出來，能夠分辨出面成像不能看到的人體組織更加細微密度差別，密度分辨率高，提高了圖像質(zhì)量；在FPD窄縫隙中。有消除了70%的散射線，僅需5毫秒掃描每一個像素。因此，只需很低輻射劑量，就可獲得良好的圖像質(zhì)量。隨著介入放射學(xué)的發(fā)展，檢查由單純的診斷向治療擴展，平板探測器在DSA設(shè)備中的運用，新型C臂的發(fā)展使整個設(shè)備結(jié)構(gòu)合理緊湊化。完善了整機設(shè)備的優(yōu)化布局。使之靈活又美觀大方。 由于傳統(tǒng)DSA的原理是采用注射造影劑的圖像F蒙片像和注射造影劑后的圖像進行相減而獲得，因此在檢測過程中。環(huán)志運動會造成剪影對的不能精準重合，即配準不良，致使剪影影像模糊，RSM-DSA作為一種新的下成像方法，不采集獨立的蒙片像，采用蒙片像隨時更新的方法?？朔粲坝跋裰械囊苿觽斡啊τ谝寻l(fā)生運動的部位。尤其是腹部的檢查。提高二樓檢查的成功率，減少不必要的重復(fù)曝光?？s短了因病人無法配合造影檢查而重復(fù)采集的時間。節(jié)省了2次檢查的成本。 1.3 三軸C臂系統(tǒng)概述及主要技術(shù)指標 1.3.1 三軸C臂系統(tǒng)概述 三軸C臂機電系統(tǒng)是血管造影機的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其功能是帶動球管和影像增強器實現(xiàn)多種空間位置運動，完成對患者特定方位的透視成像診斷。 三軸C臂機電系統(tǒng)由L軸系統(tǒng)、P軸系統(tǒng)、C軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)組成，再配以影像增強器、高壓發(fā)生器和球管，就可構(gòu)成一套完整的血管造影機。 1.3.2 三軸C臂系統(tǒng)外形 C臂系統(tǒng)構(gòu)成如圖1-1所示。由L軸系統(tǒng)、P軸系統(tǒng)、C軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)以及影像增強器、高壓發(fā)生器、球管等構(gòu)成。 1.3.3 設(shè)計參數(shù)及應(yīng)達到的技術(shù)要求 a) C臂的開口深度： 820mm b) C臂繞體軸旋轉(zhuǎn)動范圍： RAO：90° LAO: 90° 旋轉(zhuǎn)速度： 12°/s 1．L軸系統(tǒng) 2.P軸系統(tǒng) 3.C軸系統(tǒng) 4.Z軸系統(tǒng) 圖 1-1 C臂系統(tǒng)構(gòu)成 c) C臂沿長軸旋轉(zhuǎn)范圍： CRAN:45° CAUD:45° 旋轉(zhuǎn)速度： 15°/s d) 重復(fù)定位精度: ±0.5° e) 中心高: 1100mm f) SID: 678---1040mm 2 設(shè)計方案論證 C臂系統(tǒng)構(gòu)成如圖1-1所示。由L軸系統(tǒng)、P軸系統(tǒng)、C軸系統(tǒng)、Z軸系統(tǒng)以及影像增強器、高壓發(fā)生器、球管等構(gòu)成。L軸系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對上起支撐P軸、C軸、Z軸的作用，對下與地基連接并實現(xiàn)繞L臂回轉(zhuǎn)中心作±90。的回轉(zhuǎn)。P軸系統(tǒng)位于L軸系統(tǒng)和C軸系統(tǒng)之間，其作用是帶動C軸系統(tǒng)，使其繞P軸±90?；剞D(zhuǎn)。C軸系統(tǒng)位于P軸系統(tǒng)和Z軸系統(tǒng)之間，其作用是帶動Z軸系統(tǒng)回轉(zhuǎn)。Z軸系統(tǒng)由兩根直線導(dǎo)軌來導(dǎo)向，由伺服電機經(jīng)過帶傳動、蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)減速，通過雙鏈條傳動帶動導(dǎo)板實現(xiàn)影像增強器的位置調(diào)整。 其中C軸系統(tǒng)的定位精度對血管造影機的性能有相當(dāng)大的影響，決定著血管造影機在檢查病人身體時有無“盲點”。本次設(shè)計主要就是要解決血管造影機所面臨的這一問題。 2.1 總體方案的確定 ①考慮到此器械為醫(yī)療器械這一前提。因為醫(yī)療器械所直接面對的使用對象為患者，所以我們的設(shè)計中應(yīng)以人性化為指導(dǎo)，力求減少患者的不便及達到最好的治療效果。 ②由于是醫(yī)療器械，且直接面對的患者，所以要求儀器傳動平穩(wěn)，無噪聲污染且使用方便，這一點應(yīng)在設(shè)計中有充分的體現(xiàn)。 綜合設(shè)計中應(yīng)考慮到的因素，初步擬定如下傳動方案： Ⅰ級減速機構(gòu)：蝸桿傳動，降速比i=30; Ⅱ級減速機構(gòu)：鏈傳動，降速比i=1; Ⅲ級減速機構(gòu)：同步帶傳動，降速比i=26. 繪制傳動關(guān)系圖如圖（圖 2-1）： 同步帶傳動 id=1 M i1=30 i2=1 i3=26 C=780 電位器 P．M 電機 蝸桿傳動 鏈傳動 同步帶傳動 C軸傳動 圖 2-1 傳動關(guān)系圖 2.2 動力源的選擇 三軸C臂機電系統(tǒng)的機械傳動部分為斷續(xù)工作,要求電壓一旦取消,電動機必須立即停轉(zhuǎn),且要求其技術(shù)性能穩(wěn)定可靠,動作靈敏,精度高,體積小,重量輕,耗電少. 伺服電動機的特點:①調(diào)速范圍廣, 伺服電動機的轉(zhuǎn)速隨著控制電壓改變,能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)速;②轉(zhuǎn)子的慣性小,即能實現(xiàn)迅速啟動,停轉(zhuǎn);③控制功率小,過載能力強,可靠性好. 把三軸C臂機電系統(tǒng)對動力源的需求與伺服電動機的特點相比較可知,該動力源選為伺服電動機最為合適,所以此三軸C臂機電系統(tǒng)的動力源采用伺服電動機. 2.3 設(shè)計方案的選擇 2.3.1主傳動機構(gòu)方案的選擇 1）Ⅰ級減速機構(gòu)的選擇 Ⅰ級減速機構(gòu)直接與電動機相聯(lián),屬于高速級.根據(jù)所學(xué)知識可知,一般適合布置在高速級的傳動裝置有帶傳動,蝸桿傳動等,下面將分別介紹帶傳動與蝸桿傳動的特點, 再與血管造影機三軸C臂機電系統(tǒng)的需求相比較加以選擇. ①帶傳動是由固聯(lián)于主動輪上的帶輪、固聯(lián)于從動輪上的帶輪和緊套在兩輪上的傳動帶組成的。當(dāng)原動機驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳遞一定的動力。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉以及緩沖吸震等特點，在近代機械中被廣泛應(yīng)用。帶傳動的承載能力小，傳遞相同的轉(zhuǎn)距時，結(jié)構(gòu)尺寸較其他形式的大，但他傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，適宜布置在高速級。 ②蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動機構(gòu)，兩軸線交錯的夾角可為任意值，常用的為90度。這種傳動由于具有下術(shù)特點，故應(yīng)用頗為廣泛。 a）當(dāng)使用單頭蝸桿（相當(dāng)于單線螺紋）時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過一個齒距，因而能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比i=5～80;在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)的餓傳動中，傳動比可達300；若只傳遞運動，傳動比可達1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。 b）在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 c）當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動便具有自鎖性。 d）蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大，效率底；當(dāng)傳動具有自鎖性時，效率僅為0.4左右。同時由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸輪（或輪圈），以便與鋼制蝸桿配對組成減摩性良好的滑動摩擦副。 蝸桿傳動通常用于減速裝置，但也有個別機器用作增速裝置。 ③血管造影機三軸C臂機電系統(tǒng)對傳動系統(tǒng)的要求:傳動比較大,沖擊載荷小,傳動平穩(wěn),噪聲小,最好具有自鎖性,結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間小。 將①②與③作比較可知, Ⅰ級減速機構(gòu)選用蝸桿傳動比較合適。 2） Ⅱ級減速機構(gòu)的選擇 根據(jù)所學(xué)知識, Ⅱ級減速機構(gòu)一般使用的傳動機構(gòu)為齒輪傳動,鏈傳動等。 下面將分別介紹齒輪傳動與鏈傳動的特點, 再與血管造影機三軸C臂機電系統(tǒng)的需求相比較加以選擇。 ①齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，型式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達近十萬千瓦，圓周速度可達200m/s。 齒輪傳動的主要特點有： a) 效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99％。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高1％，也有很大的經(jīng)濟意義。 b) 結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。 c) 工作可靠、壽命長 設(shè)計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。這對車輛及在礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。 d) 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設(shè)備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，齒輪也容易磨損，故只宜用于低速傳動。當(dāng)齒輪傳動裝有簡單的防塵罩，有時還把大齒輪部分的浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它的工作條件雖有改善，但仍然不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴密的箱體（機匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動（齒輪箱）。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。 ②鏈傳動的特點及應(yīng)用 鏈傳動是應(yīng)用較廣的一種機械傳動。它是由鏈條和主、從動鏈輪所組成。鏈輪上制有特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。 鏈傳動是屬于帶有中間撓性件的嚙合運動。與屬于摩擦傳動的帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較小；在同樣使用條件下，鏈傳動結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時鏈傳動能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠距離傳動時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多。鏈傳動的主要缺點是：在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動；運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比；磨損后容易發(fā)生跳齒；工作時有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應(yīng)用。 鏈傳動主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠，以及其它不宜齒輪傳動的場合。例如在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動，結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且使用方便可靠。鏈傳動還可以應(yīng)用于低速重型及極為惡劣的工作條件下，例如掘土機的運動機構(gòu)，雖常受到土塊、泥漿及瞬時過載的影響，但仍然很好地工作。 總的說來，在機械制造中，如農(nóng)業(yè)、礦山、起重運輸、冶金、建筑、石油、化工等機械都廣泛地應(yīng)用著鏈傳動。 按用途不同，鏈可分為：傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用在運輸和起重機械中，而在一般機械運動中，常用的是傳動鏈。 傳動鏈傳動的功率一般在100kW 以下，鏈速一般不超過15m/s，推薦使用的最大傳動比i=8。傳動鏈有短節(jié)距精密滾子鏈、齒形鏈等類型。其中滾子鏈使用最廣，齒形鏈使用較少。 ③鏈傳動與齒輪傳動的比較: a)鏈傳動的制造與安裝精度要求低。這是因為鏈傳動是一種具有中間撓性的非共軛嚙合傳動，鏈輪的齒形可以有較大的靈活性。鏈輪的加工與安裝精度、鏈傳動的中心精度都較齒輪傳動為低。對于已有的鏈傳動，欲改變其技術(shù)參數(shù)（如傳動比、中心距等）也比較容易實現(xiàn)。在安裝與維修方面簡單方便。 b)鏈輪齒受力較小、強度較高、磨損也較輕。通常鏈輪有較多的齒同時與鏈條嚙合，接觸位置接近齒根并且齒槽圓弧半徑很大，齒根應(yīng)力集中??；而直齒圓柱齒輪傳動一般只有1～2對齒接觸。因此，鏈輪的承載能力相對增大，齒面磨損也比齒輪輕。 c)鏈傳動有較好的緩沖、吸振性能。由于鏈條是撓性件并具有一定的彈性，再加上鏈條的每個鉸鏈內(nèi)部均能貯存潤滑油，因此它與只有1～2對剛性很大的齒嚙合傳動相比，有較好的緩沖和吸振的能力。 d) 鏈傳動中心距的適應(yīng)范圍大，特別在中心距較大或在多軸傳動場合，鏈傳動易于布置、安裝、調(diào)整，而且簡單、輕巧、經(jīng)濟。 e)在鏈條上配置適當(dāng)?shù)母郊?，易于實現(xiàn)輸送功能。 ④血管造影機三軸C臂機電系統(tǒng)的Ⅱ級減速機構(gòu)要求傳動機構(gòu)能保持準確的傳動比,結(jié)構(gòu)緊湊,成本低廉,傳動距離相對較遠,重量輕便等.相比較而言,在Ⅱ級減速機構(gòu)中選用鏈傳動比選用齒輪傳動合適. 3) Ⅲ級減速機構(gòu)的選擇 根據(jù)所學(xué)知識, Ⅲ級減速機構(gòu)一般使用的傳動機構(gòu)為齒輪傳動,同步帶傳動,鏈傳動等。下面將分別介紹同步帶傳動,齒輪傳動與鏈傳動的特點, 再與血管造影機三軸C臂機電系統(tǒng)的需求相比較,選出最佳的傳動方案。 ①同步帶相當(dāng)于在繩芯結(jié)構(gòu)平帶基體的表面沿帶寬方向成一定形狀（梯形，弧形等）的等距齒，與帶輪輪緣上相應(yīng)齒嚙合進行運動和動力的傳遞。其承載層由金屬絲繩，合成纖維線繩或玻璃纖維繩繞制而成，用以傳遞拉力，并保持帶齒的節(jié)距恒定。帶體多由模膠制成，也有用聚氨酯澆注而成的，后者只能用于載荷小或有耐油要求的傳動。為了提高橡膠同步帶辭的耐磨性，通常好在其齒面上覆蓋尼龍布或織物層。 有的同步帶還在其背面或側(cè)面制成各種形狀的突起，可以進行物料的輸送，零件的整理和區(qū)別，以及開關(guān)的啟停等。 同步帶雖然是靠齒的嚙合傳動，可以保持兩軸或多軸的同步，但其屬于非共軛的嚙合傳動。 同步帶傳動的預(yù)緊力小，工作平穩(wěn)，有良好的減振能力；其結(jié)構(gòu)緊湊，不需要維護與潤滑，可以在放射性介質(zhì)中工作，應(yīng)用十分廣泛。 同步帶齒有梯形齒和弧形齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒（H系列又稱HTD帶），平頂圓弧齒（S系列又稱STPD帶）和凹頂拋物線齒（R系列）。 ②齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，型式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達近十萬千瓦，圓周速度可達200m/s。 齒輪傳動的主要特點有： a) 效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99％。這對大功率傳動十分重要，因為即使效率只提高1％，也有很大的經(jīng)濟意義。 b) 結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小。 c) 工作可靠、壽命長 設(shè)計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。這對車輛及在礦井內(nèi)工作的機器尤為重要。 d) 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點。 但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格較貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 齒輪傳動可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及簡易的機械設(shè)備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，齒輪也容易磨損，故只宜用于低速傳動。當(dāng)齒輪傳動裝有簡單的防塵罩，有時還把大齒輪部分的浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它的工作條件雖有改善，但仍然不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。而汽車、機床、航空發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴密的箱體（機匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動（齒輪箱）。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。 ③鏈傳動的特點及應(yīng)用 鏈傳動是應(yīng)用較廣的一種機械傳動。它是由鏈條和主、從動鏈輪所組成。鏈輪上制有特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。 鏈傳動是屬于帶有中間撓性件的嚙合運動。與屬于摩擦傳動的帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較??；在同樣使用條件下，鏈傳動結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時鏈傳動能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠距離傳動時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多。鏈傳動的主要缺點是：在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動；運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比；磨損后容易發(fā)生跳齒；工作時有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應(yīng)用。 鏈傳動主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠，以及其它不宜齒輪傳動的場合。例如在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動，結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且使用方便可靠。鏈傳動還可以應(yīng)用于低速重型及極為惡劣的工作條件下，例如掘土機的運動機構(gòu)，雖常受到土塊、泥漿及瞬時過載的影響，但仍然很好地工作。 總的說來，在機械制造中，如農(nóng)業(yè)、礦山、起重運輸、冶金、建筑、石油、化工等機械都廣泛地應(yīng)用著鏈傳動。 按用途不同，鏈可分為：傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用在運輸和起重機械中，而在一般機械運動中，常用的是傳動鏈。 傳動鏈傳動的功率一般在100kW 以下，鏈速一般不超過15m/s，推薦使用的最大傳動比i=8。傳動鏈有短節(jié)距精密滾子鏈、齒形鏈等類型。其中滾子鏈使用最廣，齒形鏈使用較少。 ④三軸C臂機電系統(tǒng)要求第Ⅲ級減速機構(gòu)傳動比準確，傳動功率小，跨距相對較遠，傳動平穩(wěn)，能吸振緩沖，且要求只要能承載小重量即可。對比可知，選用同步帶傳動較為合適。 通過主傳動機構(gòu)，C臂已經(jīng)可以完成一定的運動，但血管造影機對這一運動提出了更高的要求，即:如何對主傳動機構(gòu)所完成的運動進行精確的控制，以實現(xiàn)對患者全方位的診斷，而不能由于設(shè)備的精度不夠，導(dǎo)致診斷時出現(xiàn)“盲點”，延誤了患者的治療。為解決這一問題，我們在設(shè)計傳動鏈時在必要的位置插入副傳動機構(gòu)。下面將對副傳動機構(gòu)方案進行選擇。　 2.3.2 副傳動機構(gòu)方案的選擇 副傳動機構(gòu)主要的作用就是實現(xiàn)對主傳動機構(gòu)所輸出的運動進行控制，以使其達到一定的精度。這一作用主要由副傳動機構(gòu)的執(zhí)行原件---電位器來實現(xiàn)。 電位器是可變電阻器的一種。通常是由電阻體與轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成，即靠一個動觸點在電阻體上移動，獲得部分電壓輸出。電位器的作用——調(diào)節(jié)電壓（含直流電壓與信號電壓）和電流的大小。電位器的結(jié)構(gòu)特點——電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動觸點在電阻體上的位置，則改變了動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。 用于分壓的可變電阻器。在裸露的電阻體上，緊壓著一至兩個可移金屬觸點。觸點位置確定電阻體任一端與觸點間的阻值。按材料分線繞、炭膜、實芯式電位器；按輸出與輸入電壓比與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系分直線式電位器(呈線性關(guān)系)、函數(shù)電位器(呈曲線關(guān)系)。主要參數(shù)為阻值、容差、額定功率。廣泛用于電子設(shè)備，在音響和接收機中作音量控制用。 電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成。 　　當(dāng)電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關(guān)系的電壓。 它大多是用作分壓器，這是電位器是一個四端元件。電位器基本上就是滑動變阻器，有幾種樣式，一般用在音箱音量開關(guān)和激光頭功率大小調(diào)節(jié) 電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關(guān)系的電壓。 　　初中電學(xué)實驗中常用的滑動變阻器就是一種常見的線繞電位器。 C臂轉(zhuǎn)時，對應(yīng)電位器轉(zhuǎn)角為： C形臂與電位器轉(zhuǎn)角對應(yīng)關(guān)系為： 由于位置檢測電位器安裝在鏈傳動之后，所以副傳動機構(gòu)的前兩級傳動方案與主傳動機構(gòu)方案的選擇是一致的，只是在第Ⅲ級傳動有可能不同。下面就副傳動機構(gòu) 第Ⅲ級傳動方案進行選擇。 根據(jù)所學(xué)知識, Ⅲ級減速機構(gòu)一般使用的傳動機構(gòu)為齒輪傳動,同步帶傳動,鏈傳動等。下面將分別介紹齒輪傳動，同步帶傳動與鏈傳動的特點, 再與血管造影機三軸C臂機電系統(tǒng)的需求相比較,選出最佳的傳動方案。 ①齒輪傳動的特點 齒輪是機械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零件。齒輪傳動是傳遞機器動力和運動的一種主要形式。它與帶、鏈、摩擦、液壓等機械傳動相比，具有功率范圍大，傳動效率高，傳動比準確，使用壽命長，安全可靠等特點，因此它已成為許多機械產(chǎn)品不可缺少的傳動部件。進幾年來，雖然其他機械部件的制造技術(shù)與電傳動技術(shù)有了較大的發(fā)展，但在生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位的傳動形式仍然為各種齒輪傳動。齒輪傳動有以下優(yōu)缺點： (1)優(yōu)點 a)瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)性高。 b)采用非圓齒輪，瞬時傳動比可按所需變化規(guī)律設(shè)計。 c)傳動比變化范圍大，特別是采用行星傳動時，傳動比可到100～200（單級），適用于減速或增速傳動。 d)速度范圍大，齒輪的圓周速度可從v<0.1m/s達到200m/s，或更高；轉(zhuǎn)速可從n<1r/min到20000r/min以上。 e)傳遞功率范圍大，承載能力高。高速齒輪的傳動功率可達50000kW或更大，低速重載齒輪的轉(zhuǎn)距可達到以上。 f)傳動效率高，特別是精度較高的圓柱齒輪副，其效率可達到以上。 g)結(jié)構(gòu)緊湊，如使用行星傳動、少齒差傳動，或諧波齒輪傳動，可使部件更為縮小，成為同軸線傳動。 k)維護簡便。 (2)缺點 a)運轉(zhuǎn)中有振動，沖擊和噪聲，并產(chǎn)生動載荷。 b)無過載保護作用。 c)要求齒輪的切齒精度較高或具有特殊齒形時，需要高精度的機床，特殊的刀具和測量儀器來保證，制造工藝復(fù)雜，成本較高。 ②同步帶相當(dāng)于在繩芯結(jié)構(gòu)平帶基體的表面沿帶寬方向成一定形狀（梯形，弧形等）的等距齒，與帶輪輪緣上相應(yīng)齒嚙合進行運動和動力的傳遞。其承載層由金屬絲繩，合成纖維線繩或玻璃纖維繩繞制而成，用以傳遞拉力，并保持帶齒的節(jié)距恒定。帶體多由模膠制成，也有用聚氨酯澆注而成的，后者只能用于載荷小或有耐油要求的傳動。為了提高橡膠同步帶辭的耐磨性，通常好在其齒面上覆蓋尼龍布或織物層。 有的同步帶還在其背面或側(cè)面制成各種形狀的突起，可以進行物料的輸送，零件的整理和區(qū)別，以及開關(guān)的啟停等。 同步帶雖然是靠齒的嚙合傳動，可以保持兩軸或多軸的同步，但其屬于非共軛的嚙合傳動。 同步帶傳動的預(yù)緊力小，工作平穩(wěn)，有良好的減振能力；其結(jié)構(gòu)緊湊，不需要維護與潤滑，可以在放射性介質(zhì)中工作，應(yīng)用十分廣泛。 同步帶齒有梯形齒和弧形齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒（H系列又稱HTD帶），平頂圓弧齒（S系列又稱STPD帶）和凹頂拋物線齒（R系列）。 ③鏈傳動的特點及應(yīng)用 鏈傳動是應(yīng)用較廣的一種機械傳動。它是由鏈條和主、從動鏈輪所組成。鏈輪上制有特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。 鏈傳動是屬于帶有中間撓性件的嚙合運動。與屬于摩擦傳動的帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較?。辉谕瑯邮褂脳l件下，鏈傳動結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時鏈傳動能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠距離傳動時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動輕便得多。鏈傳動的主要缺點是：在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動；運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比；磨損后容易發(fā)生跳齒；工作時有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應(yīng)用。 鏈傳動主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠，以及其它不宜齒輪傳動的場合。例如在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動，結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且使用方便可靠。鏈傳動還可以應(yīng)用于低速重型及極為惡劣的工作條件下，例如掘土機的運動機構(gòu)，雖常受到土塊、泥漿及瞬時過載的影響，但仍然很好地工作。 總的說來，在機械制造中，如農(nóng)業(yè)、礦山、起重運輸、冶金、建筑、石油、化工等機械都廣泛地應(yīng)用著鏈傳動。 按用途不同，鏈可分為：傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用在運輸和起重機械中，而在一般機械運動中，常用的是傳動鏈。 傳動鏈傳動的功率一般在100kW 以下，鏈速一般不超過15m/s，推薦使用的最大傳動比i=8。傳動鏈有短節(jié)距精密滾子鏈、齒形鏈等類型。其中滾子鏈使用最廣，齒形鏈使用較少。 ④三軸C臂機電系統(tǒng)要求第Ⅲ級減速機構(gòu)傳動比準確，傳動功率小，跨距相對較遠，傳動平穩(wěn)，能吸振緩沖，且要求只要能承載小重量即可。對比可知，選用同步帶傳動較為合適。 2.4所選方案的特點 三軸C臂機電系統(tǒng)C軸傳動的各級傳動方案均為比較擇優(yōu)選擇而定，充分考慮到了各級傳動的需求，相對來說方案可行性較好。 總體來說，該方案具有以下特點： ①充分考慮到此器械為醫(yī)療器械這一前提。因為醫(yī)療器械所直接面對的使用對象為患者，所以我們的設(shè)計中始終以人性化為指導(dǎo)，力求減少患者的不便及達到最好的治療效果。 ②由于是醫(yī)療器械，且直接面對的患者，所以要求儀器傳動平穩(wěn)，無噪聲污染且使用方便，這一點在設(shè)計中有充分的體現(xiàn)。 ③由于設(shè)備為斷續(xù)工作，且要求控制能力強，所以我們選用了伺服電動機作為動力源，而未用噪聲大的氣動馬達或控制能力較差的其他類電動機。 總的來說，此設(shè)計充分考慮了患者這一特殊人群的使用特點，充分體現(xiàn)了人性化的設(shè)計理念。 3 機械部分設(shè)計計算 3.1 電動機的選擇 參考前面給出的設(shè)計參數(shù)，根據(jù)此設(shè)備的具體使用情況，查表3-1可得知，選日本松下公司MSMA082A1G型伺服電動機(如圖3-1)，其參數(shù)如下： 額定功率（KM）： 0.75 額定轉(zhuǎn)矩（NM）： 2.4 最大轉(zhuǎn)矩（NM）： 7.1 額定轉(zhuǎn)速(rpm): 3000 最高轉(zhuǎn)速(rpm): 4500 表3-1 伺服電動機參數(shù) MSMA系列（小慣量） MQMA系列（小慣量，扁平型） 額定功率（KW） 0.03 0.05 0.1 0.2 0.4 0.75 0.1 0.2 0.4 額定轉(zhuǎn)距（NM） 0.095 0.16 0.32 0.64 1.3 2.4 0.32 0.64 1.3 最大轉(zhuǎn)距（NM） 0.28 0.48 0.95 1.91 3.8 7.1 0.95 1.91 3.82 額定轉(zhuǎn)速（rpm） 3000 3000 最高轉(zhuǎn)速（rpm） 5000 4500 5000 圖 3-1 伺服電動機是示意圖 校核所選電機是否滿足要求： C軸系統(tǒng)中C形臂的驅(qū)動力矩為800Nm，驅(qū)動電機選用2500rmp轉(zhuǎn)矩為2Nm的直流伺服電機，則傳動鏈經(jīng)終端可獲得的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩分別為： 轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)矩： 滿足要求。 3.2 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 [1].選擇蝸桿傳動類型及其材料 ①選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T10085——1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI） ②選擇材料 根據(jù)庫存材料情況，并考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45號鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45——55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1, 金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。 [2].按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由公式得，傳動中心距 ① 確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2 按z1=2,估取效率，則 ② 確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)K=1；由下表選取使用系數(shù)KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊載荷不大，可取動載荷系數(shù)KV=1.05； 表3-2 使用系數(shù) 工作類型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 載荷性質(zhì) 均勻、無沖擊 不均勻、小沖擊 不均勻、大沖擊 每小時起動次數(shù) 〈25 25～50 〉50 起動載荷 小 較大 大 KA 1 1.15 1.2 則 ③ 確定彈性影響系數(shù)ZE 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故ZE=160 MPa ④ 確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1和傳動中心a的比值d1/a=0.35,從圖中可查得=2.9。 ⑤ 確定許用接觸應(yīng)力[] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZcuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度，可從下表中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268 MPa。 表 3-3 鑄錫磷青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力 蝸輪材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面的硬度 鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1 砂模鑄造 150 180 金屬模鑄造 220 268 鑄錫鋅鉛青銅 ZCuSn5Pb5Zn5 砂模鑄造 113 135 金屬模鑄造 128 140 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 壽命系數(shù) 則 ⑥ 計算中心距 取中心距a=200 mm ,因i=30,故從表中取模數(shù)m=8，蝸桿分度圓直徑d1=80 mm。這時d1/a=0.4,從圖中可查得接觸系數(shù)=2.74，因為，因此以上計算結(jié)果可用。 表 3-4 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配 中心距 a /mm 模數(shù) M /mm 分度圓直徑 d1 /mm m2d1 /mm 蝸桿頭數(shù) z1 直徑系數(shù) q 分度圓導(dǎo)程角 蝸輪齒數(shù) Z2 變位系數(shù) X2 160 (200) (225) 8 80 5120 1 10.00 31 (41) (47) -0.500 (-0.500) (-0.375) 2 4 [3].蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ① 蝸桿 軸向齒距pa=25.133 mm;直徑系數(shù)q=10;齒頂圓直徑da1=96 mm;齒根圓直徑df1=60.8 mm;分度圓導(dǎo)程角；蝸桿軸向齒厚sa=12.5664 mm。 ② 蝸輪 蝸輪齒數(shù)z2=60; 驗算傳動比 蝸輪分度圓直徑 蝸輪喉圓直徑 蝸輪齒根圓直徑 蝸輪咽喉母圓直徑 [4].校核齒根彎曲疲勞強度 當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù)x2=-0.5,zV2=433.48,從圖中可查得齒形系數(shù)YFa2=2.87。 螺旋角系數(shù) 許用彎曲應(yīng)力 從表中查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力。 壽命系數(shù) 彎曲強度是滿足的。 [5].精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T 10089——1988 圓柱蝸桿，蝸輪精度中選擇8級精度， 考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T10089——1988圓柱蝸桿，蝸輪精度中選擇8級精度，側(cè)隙種類為f,標注為8f GB/T10089—1988。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度。 3.3 鏈傳動的設(shè)計計算 采用磙子鏈傳動，設(shè)計步驟及方法如下： [1].選擇鏈輪齒數(shù)z1,z2 假定鏈速v=3～5mm/s，由下表選取小鏈輪齒數(shù)z1=21;從動鏈輪齒數(shù)。 表 3-5 小鏈輪齒數(shù) Z1的選擇 鏈速v/(m/s) 0.6～3 3～8 >8 >25 齒數(shù)z1 ≥17 ≥21 ≥25 ≥35 [2].計算功率PCA 由下表查得工作情況系數(shù)KA=1， 表 3-6 工作情況系數(shù)KA 工況 輸入動力種類 內(nèi)燃機－液力傳動 電動機或氣輪機 內(nèi)燃機－機械傳動 平穩(wěn)載荷 液體攪拌機，中小型離心式鼓風(fēng)機，離心式壓縮機，谷物機械，均勻載荷輸送機，發(fā)電機，均勻載荷不反轉(zhuǎn)的一般機械 １.０ １.０ １.２ 中等沖擊 半液體攪拌機，三缸以上往復(fù)壓縮機，大型或不均勻負載輸送機，中型起重機和升降機，重載天軸傳動，金屬切削機床，食品機械，木工機械，印染紡織機械，大型風(fēng)機，中等脈動載荷不反轉(zhuǎn)的餓一般機械 １.２ １.３ １.４ 嚴重沖擊 船用螺旋槳，制磚機，單，雙往復(fù)壓縮機，挖掘機，往復(fù)式，振動式輸送機，破碎機，重型機械，石油鉆井機械，鍛壓機械，線材拉撥機械，沖床，嚴重沖擊，有反轉(zhuǎn)的機械 １.４ １.５ １.７ 故 [3].確定鏈條鏈節(jié)數(shù)LP 初定中心距a0=40p，則鏈節(jié)數(shù)為 取LP=101節(jié) [4].確定鏈條的節(jié)距p 由圖中按小鏈輪的轉(zhuǎn)速估計，鏈工作在功率曲線頂點左側(cè)時，可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞。由表中查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù) ； ； 選取單排鏈，由表中查得多排來鏈系數(shù)，故得所需傳遞的功率為 根據(jù)小鏈輪轉(zhuǎn)速n1=100r/min及功率P0=0.75kW，由圖中選鏈號為08A單排鏈。同時也證實原估計鏈工作在額定功率曲線頂點左側(cè)是正確的。再由表中查得鏈節(jié)距p=12.70mm. [5].確定鏈長L及中心距a 中心距減小量 實際中心距 取 [6].驗算鏈速 與原假設(shè)相符。 [7].驗算小鏈輪轂孔dk 由表中查得小鏈輪轂孔許用最大直徑dkmax=59mm,大于電動機軸徑D=42mm,故合適。 [8].作用在軸上的壓軸力 有效圓周力 按水平布置取壓軸力系數(shù)KFp=1.15,故 3.4 同步帶的設(shè)計計算 [1].設(shè)計功率Pd 由表查得KA=1.6，Pd=KAP=1.6*4=6.4 KW [2].選定帶型和節(jié)距 根據(jù)PD=6.4 KW和n1=1440r/min,由圖可確定為H型，節(jié)距PD=12.7 mm. [3].小帶輪齒數(shù)z1根據(jù)帶型H和小帶輪轉(zhuǎn)速n1,由表中查得小帶輪的最小齒數(shù)z1min=18,此處取z1=20. [4]. 小帶輪節(jié)圓直徑d1 由表查得其外徑 [5].大帶輪齒數(shù) [6].大帶輪圓直徑 由表查得其外徑 [7].帶速V [8].初定軸間距a0 取a0=450 mm [9]. 帶長及齒數(shù) 由表中查得，應(yīng)選用帶長代號為510的H型同步帶，其節(jié)線長Lp=1295.4 mm，節(jié)線長上的齒數(shù)z=102. [10].實際軸間距a 此結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整 [11].小帶輪嚙合齒數(shù) Zm [12].基本額定功率P0 由表查得Ta=2100 N,m=0.448 kg/m [13]. 所需帶寬bs 由表中查得，應(yīng)選帶寬代號為200的H型帶，其bs=50.8 mm. [14].帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸 傳動選用的同步帶為510H200GB11616 小帶輪： 大帶輪： 結(jié) 論 本次設(shè)計為血管造影機三軸C臂系統(tǒng)的C軸的機械傳動部分的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計結(jié)果，擬訂如下C臂傳動系統(tǒng)示意圖： 圖 4-1 C臂傳動系統(tǒng)示意圖 C軸系統(tǒng)由C臂支架，傳動系統(tǒng)和C臂組件三部分組成。 C臂系統(tǒng)導(dǎo)向機構(gòu)調(diào)節(jié)方法：C臂導(dǎo)向采用滾輪導(dǎo)向機構(gòu)，并分為主導(dǎo)向輪機構(gòu)和副導(dǎo)向輪機構(gòu)。 主導(dǎo)向組件：若C臂運動不穩(wěn)可調(diào)節(jié)主導(dǎo)向機構(gòu).為使C臂環(huán)面接觸好首先將下方第一對偏心輪向C臂的內(nèi)圓靠緊，第二對偏心輪向C臂外圓靠緊。然后將第三對偏心輪向C臂內(nèi)圓靠緊，第四對偏心輪向C臂外圓靠緊。 副導(dǎo)向組件：C臂內(nèi)軸向支撐導(dǎo)向由下往上第二對和第四對為副導(dǎo)向輪。為保證C臂對C臂支架置中，先將螺冒松開，然后調(diào)整四個螺柱，使輪面與C臂端面良好接觸，保證C臂對C臂支架置中。 C臂鏈輪預(yù)緊方法：小鏈輪預(yù)緊是通過整體下拉蝸輪箱實現(xiàn)的。 電位計如有誤差可打開電位器蓋板，將臂打到中間位置，將電位器調(diào)置零點。 鏈條潤滑：由于C軸系統(tǒng)有鏈條，所以必須定期加適當(dāng)?shù)臐櫥瑵櫥? 蝸輪蝸桿潤滑：由于C軸系統(tǒng)有蝸輪箱，所以可從箱上觀察孔在蝸輪上涂適當(dāng)?shù)臐櫥瑵櫥? 齒形帶調(diào)整：C軸系統(tǒng)中，因帶傳動在傳動鏈末端，預(yù)緊力必須調(diào)到適當(dāng)大。如果預(yù)緊力較小，一方面可能使產(chǎn)生振動的可能性增大，另一方面也可能導(dǎo)致鏈輪打滑，C臂失控下滑造成事故。預(yù)緊力可以通過同步帶兩端的調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)整。 這次畢業(yè)設(shè)計的目的在于應(yīng)用我們四年所學(xué)的參與實際設(shè)計的能力。畢業(yè)設(shè)計是高等工科院校教學(xué)計劃中的一個重要組成部分，是我們在學(xué)校期間最后一次運用所學(xué)的知識，培養(yǎng)自己綜合能力的餓實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，同時也是我們從學(xué)校步入社會并轉(zhuǎn)向?qū)嶋H工作的過度橋梁。此次設(shè)計是檢驗我們的能力，培養(yǎng)我們設(shè)計能力的手段，我們必須嚴肅對待，端正態(tài)度，樹立嚴謹?shù)乃枷?，認真對待。 本系統(tǒng)到現(xiàn)在雖然可以滿足一定的要求，但是在很多方面還存在問題。在以后的學(xué)習(xí)工作中，隨著我在機械方面知識的增多，我會不斷完善該系統(tǒng)的，以使它更能滿足用戶的需要。 致 謝 看著眼前的這份說明書，想著自己馬上就要離開這已生活了四年的長大，我不禁覺得有些傷感，這四年值得回憶的東西太多。這次的畢業(yè)設(shè)計更讓我印象深刻，學(xué)院的大力支持、老師的耐心指教、同學(xué)的熱心幫助，這些都是促使我克服困惑、擺脫迷茫并最終完本篇論文的動力源泉。 對此，首先要感謝我的指導(dǎo)老師李占國老師。在我準備設(shè)計的過程中，李占國老師常常是從繁忙的教學(xué)和公務(wù)活動中抽出時間，從選題的角度到提綱的確立，從理論的把握到個別措詞的推敲，從初稿的撰寫到最終的定稿，李占國老師給予了我許多細心、認真的指導(dǎo)，對我設(shè)計的順利完成起到了很大的幫助作用。在此真誠的感謝李占國老師在百忙之中給予我的所有幫助，這是我得以順利完成畢業(yè)設(shè)計的關(guān)鍵所在。 其次，我要感謝所有教授我相關(guān)專業(yè)知識的專業(yè)老師們，是你們在課堂上對知識的精細、透徹的講解，使我對自己的專業(yè)了解的更多，也更感興趣，謝謝各位專業(yè)老師教授給我的知識。使我學(xué)到了許多有用的東西，豐富了自己的知識體系，為今后的學(xué)習(xí)、工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 最后，我還要感謝曾經(jīng)幫助過我的同學(xué)以及感謝本論文中所引用和借鑒的相關(guān)文獻資料的作者們，他們總是無私的幫助我，他們的鼓勵和幫助，是我戰(zhàn)勝困難的最大動力！同時我還要感謝我的父母養(yǎng)育我、供我上大學(xué)。總之，感謝所有在論文完成過程中給予過我?guī)椭娜恕? 參考文獻 [1] 大連理工大學(xué)工程畫教研室編著.機械制圖.北京：機械工業(yè)出版社. 2003 [2] 余建明著.血管減影數(shù)字造影技術(shù). 北京：人民軍醫(yī)出版社. 1999 [3] 史習(xí)敏 ,黎永明著. 精密機械設(shè)計 . 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 .1987 [4] 鄭堤著.機電一體化設(shè)計基礎(chǔ). 北京:機械工業(yè)出版社.2001 [5] 甘永立著. 幾何量公差與檢測. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.2005 [6] 苗忠 ,尹桂敏著.機械設(shè)計課程設(shè)計.吉林：藍天出版社,2005年5月第4版. 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