导管床升降系统设计

第1章 序言1.1课题研究的目的和意义人们通过X线可以隔着皮肉看到某些内部器官的形态，因此便产生了X线拍片和透视的检查。拍片和透视只能分辨密度相差较大的组织器官，如骨、心、肺等，而对于人体大量密度相差较小的器官和组织，便显得无能为力。于是人们想到了造影检查，即先用高于或低于人体软组织密度的造影剂灌注检查部位，然后进行X线检查。由于已灌注造影剂的组织器官与周围部位密度差异变大，在X线下形成鲜明对比，便可以发现形态或功能是否异常。因此造影技术在现在医学上用途非常广泛，造影技术也得到飞速的发展。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:2215891151升降系统虽然不是血管造影机的核心部件，但它也是造影机实现其造影必不可少的部件。该升降床系统要求患者躺在上面能够上下，左右自如的移动。这次设计的目的主要是通过设计对大学四年所学的知识进行巩固和提高。1.2国内外现状和发展趋势造影设备随着科学技术的日新月异而不断发展，它根据介入检查和治疗的深入开展而日趋完善。为了适应DSA技术的微创性、可重复性强、定位准确和疗效高、见效快的特点,DSA设备根据临床医生在介入放射学工作中的要求而不断完善发展。目前，介入放射学设备主要有以下3点新技术发展及应用。大型DSA设备采用旋转曝光方式的三维信息采集以实现三维图像显示，旋转速度从最初的每秒15度到目前最快每秒60度。快速的旋转使得在造影过程中造影剂的用量减少，缩短了“短暂缺血”的时间，使患者更安全。利用3D重建工作站，可以把三维血管成像应用，利用RSM-DSA技术，可以在采集过程中C臂进行三维运动，仅需一次曝光，无需病人屏气配合即可很方便地获得三维血管信息，避免了腹部检查需要病人长时间屏气，病人身体负担打的影响，并且极大地提高了检查成功率。随着FPD技术的完善以及计算机技术的发展。平板探测其2应用到最新的DSA设备中。DSA设备中的FPD有直接方式与间接方式2种类型。直接方式的检测元件采用非晶体硒加薄膜晶体管。间接方式则采用碘化铯与非晶体硅加TFR。直接方式的平板探测器空间分辨力优于间接方式，并且在临床有意义的空间分辨范围下具有更好的量子检出效果特性。FPD型DSA的主要优点与：平板探测器的动态范围与探测灵敏度和密度分辨率有关。当射线穿过探测器时，X射线被严格限制在很窄的缝隙中。克服了散射线造成的干扰，本底噪声几乎为0，探测灵敏度高，使原本被本底噪声与淹没的微弱的X射线也能被检测出来，能够分辨出面成像不能看到的人体组织更加细微密度差别，密度分辨率高，提高了图像质量；在FPD窄缝隙中。有消除了70%的散射线，仅需5毫秒扫描每一个像素。因此，只需很低辐射剂量，就可获得良好的图像质量。随着介入放射学的发展，检查由单纯的诊断向治疗扩展，平板探测器在DSA设备中的运用，新型C臂的发展使整个设备结构合理紧凑化。完善了整机设备的优化布局。使之灵活又美观大方。由于传统DSA的原理是采用注射造影剂的图像F蒙片像和注射造影剂后的图像进行相减而获得，因此在检测过程中。环志运动会造成剪影对的不能精准重合，即配准不良，致使剪影影像模糊，RSM-DSA作为一种新的下成像方法，不采集独立的蒙片像，采用蒙片像随时更新的方法。克服剪影影像中的移动伪影。对于已发生运动的部位。尤其是腹部的检查。提高二楼检查的成功率，减少不必要的重复曝光。缩短了因病人无法配合造影检查而重复采集的时间。节省了2次检查的成本。1.3导管床系统概述导管床系统是血管造影机的配套系统之一，其功能是患者躺在导管床的床板上面，通过电动和手动可实现床板的上下运动和前后、左右的移动，与血管造影机联合完成对患者特定体位的透视成像诊断。导管床系统主要由升降系统、纵向移动系统、床边控制盒和脚踏开关组成。升降系统是整个导管床系统的基础，起支承纵向移动系统和患者的作用，采用电机控制，实现上下运动，升降系统下部与地基固定。1.4导管床系统主要技术指标的确定 （1）碳纤维床板长度宽度： 2880mm680mm（2）最大前伸： 3330mm（3）最大行程： 1550mm（4）最大长度： 3330mm（5）横向行程： 300mm（6）导管床最低高度： 800mm（7）导管床升起时最大高度： 1180mm（8）最大患者重量: 180kg（9）导管床上下移动的速度： 20mm/s第2章 方案的选定2.1总体方案的拟定导管床是血管造影机的配套系统之一，它要求患者躺在导管床的床板上面能够实现床板的上下运动和前后、左右的移动与血管造影机联合完成对患者特定体位的透视成像诊断。因此导管床系统必须要有控制盒床板上下移动的升降系统和控制床板纵横向移动的纵向移动系统。因为在透视成像时操作人员时不能靠近血管造影机的所以升降系统的控制系统和开关必须要单独设计要脱离导管床系统。这里我们设计床边控制盒和脚踏开关。因此导管床系统构成如图2-1所示，由升降系统、纵向移动系统、床边控制盒和脚踏开关组成。图2-1 导管床系统2.2升降系统方案的拟定 升降系统的作用主要是把电动机传递过来的圆周运动变成上下运动的直线运动。要把转动变成直线运动有很多种方法，比如曲柄滑块机构、凸轮平顶机构、螺纹传动、丝杠还有齿轮、齿条传动。因为我们这里设计的升降系统非常简单，没有精确的速度限制，速度比较小，载荷也比较小，没有太大的变力冲击。只要求人躺在上面能够平稳的机构就行。综合上面几个方案的比较。我选择了齿轮、齿条机构来实现导管床的升降系统。图2-2是升降系统的构成图。1底托组件 2.电机3.底座4.多楔带及带轮5.减速器6.齿轮和轴组件7.下罩组件8.副导向机构9.主导向机构10.减速器安装版11.外支架12.上罩组件13.内支架与导轨组件14,支撑板图2-2导管床升降系统2.3传动系统方案的拟定传动系统的主要作用是把电动机高速的旋转通过几级减速最终达到满足要求的转速。皮带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮、蜗杆传动都可以实现减速传动。由于升降系统上下移动的速度应比较小所以要求的降速比比较小。所以，首先选用了蜗轮、蜗杆传动进行降速。然后，电动机出来的动力选择的是通过多携带传动。因为多携带能满足传动比大而且机构比较紧凑。最终传动系统的方案定为：电动机出来的动力通过多携带传递达到第一次减速，然后通过蜗轮、蜗杆传递达到第二次减速，最后把动力传递给齿轮、齿条。各级传动的类型及传动比分配如下： 第一级 多楔带传动 传动比 i1=4第二级 蜗轮蜗杆传动 传动比 i2=20总传动比 传动关系如图2-3所示： 图2-3传动关系2.4导向机构方案的拟定由于该导管床升降系统的载荷比较小，而上下移动的速度也比较小。所以升降系统在正常升降情况下应该比较稳定。所以不必要求设计过于复杂的导向机构，但为了患者能够安全、平稳的升降，设计比较简易的导向机构。因此此导向机构主要包括六个副导向机构和八个主导向机构。其中副导向机构为偏心机构，主导向机构为不带偏心的结构。为了防止挑错副导向机构做成带有可调节的结构，而主导向机构做成不可调节的结构。通过调整副导向机构是偏心论与内支架与导轨组件的接触松紧适当，保证内支架上下运动自如。导向机构如图2-4所示: 主导向机构 副导向机构图2-4导向机构2.5纵向移动系统方案的拟定实现纵向移动的动力来源可以是机动，也可以是手动。由于床板仅是承受一个患者的重量载荷不是很重。而且纵向移动主要是克服摩擦力做功，有加上移动是没有严格的速度要求。所以手动就可以满足要求。这样既简化了机构有节省了能源，而且也很方便。手动实现纵向移动也有很多种方案。但是常用的就是采用导轨装置，而导轨又可以分为滑动导轨和滚动导轨。滚动导轨虽然滚动是摩擦力比较小做功少，操作人员好操作。但是当位置确定好后它容易自动滚动。使床板位置不易固定。所以选择了滑动导轨。由于一个患者的重量不是特别的大，一个人完全能够通过手动实现患者的纵向移动。纵向移动系统的横梁如图2-5所示:图2-5 导向机构横梁2.6调整系统方案的拟定2.6.1齿轮和齿条的调整 齿轮和齿条的调整主要是调整齿轮和齿条的齿间间隙，使其保持在一个合适的位置，使齿条上下移动自如，无卡滞的现象。因为齿条很长，又必须固定在上支架上，要调整齿条的位置比较难。所以就必须通过调整齿轮的位置来达到要求。齿轮是安装在齿轮轴上的，而我们在设计时齿轮轴组件是安装在蜗轮、蜗杆的减速器上的，减速器又是安装在减速器安装板上的。所以要达到对齿轮位置的调整就可以通过调整安装板的位置来达到要求。减速器的安装板如图2-6所示。图2-6 减速器安装板2.6.2偏心轮的调整 为了使内支架上下运动自如，不出现卡滞的现象或出现卡滞现象使能够得到及时的调整。导向机构必须能够调整。为了保证运动平稳，导向机构的布局必须要对称和全面。所以这里设计了六个副导向机构和八个主导向机构。其中副导向机构就使偏心机构能够调整。为了防止调错，主导向击鼓偶设计成不可调节的结构这样就能达到导向机构调整的要求。偏心轮机构如图2-7所示。XXXXXXXXXX.此处删除无数+N个字，完整设计请加扣扣:2215891151图3-2 齿轮设计图形齿轮的主要参数模数m2齿数20齿形角a20变形系数X0精度等级8GB/T10095-1988齿轮副中心距及其极限偏差a配偶齿条件数2.07.01齿数齿圆径向跳动公差0.045公法线长度变动公差0.040齿形公差0.025齿距极限偏差0.018齿向公差0.0018（2）齿条图形及参数 齿条设计图形齿条的主要参数模数m2齿形角a20变形系数X0精度等级8GB/T10095-1988齿轮副中心距及其极限偏差a配偶齿条件数2.05.02齿数Z20齿槽跳动公差0.045齿距累积公差0.190齿形公差0.025齿距极限偏差0.020齿向公差0.00453.3蜗轮蜗杆传动设计（一）选择传动得类型，精度等级和材料考虑到传动得功率不大，速度也不时很快，故选用阿基米德涡轮蜗杆传动，精度8C GB10089-88蜗杆用40Cr,表面淬火，HRC=45-50,表面粗糙度Ra为1.6um。蜗杆轮缘选用ZcuSnP1金属模铸造。初选几何参数 传动比 取 Z1=1 （二）确定许用接触应力由公式： （3-4） 为涡轮材料得许用基础应力等于 为滑动速度影响系数ZVS ZN寿命系数 查得 =220 查得 涡轮应力循环次数 查得ZN=1.17（三）接触强度 由接触强度的设计公式： 其中T2为作用涡轮轴上的转矩 K为载荷系数 为许用基础接触应力 涡轮轴的转矩T2= 式中暂取P1=700W 则 可选用m=5mm d1=50mm（四）主要几何尺寸计算 蜗轮分度圆直径 传动中心距 导程角（五）求蜗轮的圆周速度并 核对传动的效率，蜗轮的圆周速度齿面间滑动速度 由公式： （3-5）（由表查得） 搅油损耗的功率，取 滚动轴承效率， 取 则 与假设值相近（六）校核接触强度 由公式： （3-6） 弹性系数ZE由表查得ZE=155 使用系数KA由表查得KA=1 动载系数Kv=1.1 齿向载荷分布系数 蜗轮轴上的转矩 查得滑动速度影响系数Zvs=0.8 于是，许用接触应力 符合要求。（七）齿轮弯曲强度校核 按公式： （3-7） 齿形系数按 查得 螺旋角系数 蜗轮的许用弯曲应力 为寿命系数，当时 查得 蜗轮材料时 则 选择符合要求。3.4 多楔带的设计3.4.1设计计算（一）确定计算功率Pca及选择带型由表3-6查得工作情况系数KA=1.1故 选取多楔带带型：带型J（二）确定带轮基本直径 查表3-7确定主动轮的基准直径计算从动轮的基准直径 验算带的速度 表3-6 工作情况系数工况软启动负载启动每天工作小时/h1616载荷变动微小液体搅拌机，通风机和鼓风机（）,离心式水泵和压缩机，轻型运送机1.01.11.21.11.21.3载荷变动小带式输送机（不均匀载荷），通风机（7.5Kw)旋转式水泵和压缩机，发电机，金属切屑机床，印刷机，旋转筛，锯木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动较大制砖机，斗式提升机，往复式水泵和压缩机，起重机，磨粉机，冲剪机床，橡胶机械，振动筛，纺织机械，重载输送机1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大磨碎机（旋转式，鄂式等），磨碎机（球磨，棒磨，管磨）1.31.41.51.51.61.8表3-7 带型基准直径带型YZSPZASPABSPBCSPCDE5053.2546366.2677174.275757980.58083.28485.58590.59093.29495.595100.5100103.2104105.5106111.5112115.2116117.5118128.2123.5125129130.5132132136137.5139140144145.5147150154155.5159160164165.5167170177180184185.5187200204205.5207209.6212219221.6224228229.5131233.6250143245.6265254255.5257259.6280284285.5274.6287289.6315319320.5355359360.5322324.6371.2375362364.6391.2400404405.5416.2425407409.6441.2450455.5457459.6466.2475491.2500504505.5507507516.2519.2带的速度合适。（三）长度和传动中心距a0 根据公式： （3-8） 初步确定中心距 计算带所需的基准长度 由公式： （3-9） = 由查表3-8得选带的基准长度表 3-8 V带的基准长度系列及长度系数基准长度普通V带窄V带YZABCDESPZSPASPBSPC4501.000.895001.020.915600.946300.960.810.827100.990.820.848001.000.850.860.819001.030.870.810.880.8310001.060.890.840.900.8711201.080.910.860.930.890.8212501.110.930.880.940.910.8414001.140.960.900.960.930.8616001.160.990.930.841.000.950.8818001.181.010.950.851.010.960.900.8120001.030.980.911.020.980.920.8322401.061.000.931.051.000.940.8625001.091.031.07 计算实际中心距a由公式： （3-10）为了使传动平稳 则定Z=10（四）验算主动轮上的包角 由公式： （3-11）主动轮上的包角符合要求。（五）楔数Z的确定 由公式： （3-12） 式中：P 传递功率 kw P1 每楔的基本额定功率 查表P1=0.12 P 当i1时 额定功率的增值 kw Kb弯曲影响系数 其值为 KB=0565 KI 传动比系数 查表得：KI=1.4 KL 长度系数 查表得：KL=0.90 KA 工况系数 查表得：KA=1.1 包角修正系数 查表得：=0.92 则 则带轮的设计满足要求。带轮设计计算结束。 3.4.2 带轮图形及参数（一）大带轮图形及参数 图3-3 大带轮大带轮的参数槽型PJ槽距e楔数z10槽距累积公差有效直径dp122.4节圆直径de120有效线差1.2检测球或杆的直径dB（二）小带轮图形及参数小带轮的参数槽型PJ槽距e楔数z10槽距累积公差有效直径dp122.4节圆直径de120有效线差1.2检测球或杆的直径dB结 论 到今天为止，导管床系统设计就全部结束了。最后对导管床的优缺点作一个总结。 1.该系统采用了齿轮齿条把电动机传递来的圆周运动变成了上下运动的直线运动，满足了设计的要求，同时机构上下运动平稳可靠，患者躺在上面舒适安全。 2.在传动系统中采用了蜗轮蜗杆进行减速由于蜗轮蜗杆减速比比较大所以使结构紧凑。同时，蜗轮蜗杆还实现了上下运动的自锁功能。3.从电动机出来的动力通过多楔带的传递到达减速器，多楔带使机构传动平稳紧凑可靠。同时还实现了大的降速比。在为期十五周设计中，我完成了从总体方案的确定到升降系统、传动系统、导向机构、纵向移动系统和调整系统等的确定，然后是各个零部件的设计计算。完成了4张A0图纸的绘制。由于对很多基础知识掌握不会很牢固，设计起来也比较吃力，短短的十五周可以用艰巨来形容。不过在老师的孜孜教导和同学们的帮助下，按期圆满的完成了设计任务。通过本次设计，我对机械设计知识有了一个深刻的认识，对CAD绘图也得到了熟练的掌握，对所学的（例如机械设计、材料力学、机电传动控制、机械制造、机械原理、几何公差、机械制图等）专业知识结构进行一次重要的整合，将所学知识与工程问题相结合；使我掌握一定的设计方法和手段，熟悉国家标准和规范，积累一定的实践经验，培养分析问题解决问题的能力，从而全面掌握机械设计和机械制造等学科的知识和技能。此外，通过本次设计我的自学能力得到了大大提高，从而也增强了我学习新知识的自信心。在设计中我和大家积极探讨，广泛研究，培养了自己的团队意识。但设计是一个反复计算、实践、修改的过程，仍有部分数据和机构有待完善，希望可以在以后的实践中学到知识，获得真理。致 谢历时十五周的的毕业设计就要走向尾声了，回顾这段时间，不仅有自己的汗水，更有数位老师的无私授予和指导，还有各位同学的帮助，所以在给“故事”写下结尾的时候，真挚的感谢曾今帮助过我的人，没有老师无私的指导，没有同学们热情的帮助我不可能这么顺利的完成这次设计，不可能有这么多的收获。首先我想感谢我的指导老师李占国老师，作为学校校长的李老师能够在百忙之中抽出时间对我们的设计作孜孜不倦的指导，老师您辛苦了！再次就是大学四年教过我的老师们，四年时间在你 们的教授下我学到了不少的专业知识，使我在这次设计中游刃有余同时你们在这次设计中也给与了无私的帮助，谢谢您们我的老师。最后我要感谢的就是在这次设计中的帮助过我的同学们，在我遇到困难时，你们总能给与我热情的帮助，谢谢你们我亲爱的同学。 参考文献1 大连理工大学工程画教研室编著.机械制图.北京：机械工业出版社. 20032 余建明著.血管减影数字造影技术. 北京：人民军医出版社. 19993 史习敏 ,黎永明著. 精密机械设计 . 上海：上海科学技术出版社 .19874 郑堤著.机电一体化设计基础. 北京:机械工业出版社.20015 甘永立著. 几何量公差与检测. 上海：上海科学技术出版社.2005 6 苗忠 ,尹桂敏著.机械设计课程设计.吉林：蓝天出版社,2005年5月第4版.7 濮良贵, 纪名刚著.机械设计.北京：高等教育出版社,2001 8 戴枝荣主编.工程材料.高等教育出版社.1992年9 岑军键等编.非标准设备设计手册.国防工业出版社.1980年10 汝元功,唐照民主编.机械设计手册.高等教育出版社.1995年11 周开勤主编.机械零件手册.高等教育出版社.1994年12 吴宗泽主编.机械结构设计.机械工业出版社.1988年13 刘文鸿编著.材料力学.高等教育出版社.2003年14 孙恒、陈作模主编.机械原理.高等教育出版社.2000年15 丁绪东主编.AutoCAD 2004实用教程.中国电力出版社.2002年16 徐颖编.机械设计手册.机械工业出版社.1991年17 王万钧编.农业机械设计手册.机械工业出版社.1988年18 中国机械工程学会.中国机械设计大典编委会编著.江西:江西科学技术出版社.2002 19 机械工程手册编委会. 机械工程手册（第二版）：第二篇机构. 机械工业出版社.1996年 20 孟宪源主编.现代机构手册.北京：机械工业出版社.1994年 21 机械工程手册编委会. 机械工程师手册 第七篇机械设计基础. 北京.机械工业出版社.1989年 22 郭芝俊等主编.机械设计便览.天津：天津科学技术出版社.1988年23 华大年主编. 机械原理.北京:高等教育出版社.1994年24 卜炎主编.机械传动装置设计手册上册.北京：机械工业出版社.199825 徐颖主编.新编机械设计师手册上册.北京.机械工业出版社.1995年26 Hindhede I, Uffe.Machine Design Fundamentals-A Practise Approach. New York:Wiley.198327 Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering. Katson Publ.house,198528 Orlov P.Fundmentals of Machine Design.Moscow:Mir Pub.198729 Nowacki W. Theory of Creep (Teoria Pe lzania). Warszawa: Arkady；1963.30 Fortuna Z, Macukow B, WTasowski J. Numerical methods (metody numeryczne). Warszawa;31 Jia Honglei, Yan Hongyu, Ma Chenglin, Liu Feng, Li Chunsheng, Fan Zhihua. Study and Optimum Design of Parameters of the Chopped Stalk Mulching-Stubble Breaking Combine. Conservation Tillage and Sustainable Farming. Beijing: China Agricultural Science And 168173；