一种CT患者床预装工装设计

摘要 本次毕业设计是关于CT患者床预装工装的结构设计，首先对CT患者床作了简单的概述；接着分析了该CT患者床中预装工装的结构的方案布局及工作原理，然后根据这些设计准则按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的CT患者床预装工装的结构各主要零部件进行了校核。CT患者床预装工装由立柱，机械臂，吸盘组件以及气缸等几个部分组成。目前，CT患者床预装工装正朝着功能复合化，高效化，低摩擦的方向发展，近年来出现的夹持式CT患者床预装工装就是其中的一个。在患者床预装工装的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造患者床预装工装过程中存在着很多不足。本次设计是关于CT患者床预装工装的结构设计，通过对传统的CT患者床患者床预装工装的结构进行了改进和优化，使得此种类型的CT患者床患者床预装工装的结构的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。关键词：CT患者床预装工装；结构；改进；价值 Abstract With development of all kind of science technology and global economy, F manipulator is a automated 16 devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heay labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompress engt F hthdirec tionpro cedurework. Artificial intelligence and the relationship between mechanical engineering in the brain and the hand. Key words：CTpneumatic manipulator ；cylinder ；pneumatic loop ；Fout degrees of freedom目 录绪论1 1.课题的来源与研究的目的和意义2 1.1本课题研究的内容3 1.2 Solidworks设计基础6 1.2.1 草图绘制7 1.2.2 基准特征，参考几何体的创建10 1.2.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建12 1.2.4 工程图的设计12 1.2.5 装配设计12 2. CT患者床预装工装结构的设计12 2.1 CT患者床预装工装总体方案图12 2.2 CT患者床预装工装的工作原理13 2.3 CT患者床预装工装的功能特点13 2.4 机械传动部分的设计计算14 2.4.1真空吸盘的选型计算15 2.4.2气缸的选型计算17 2.4.3 轴承的选型计算17 2.5 方管强度的校核计算17 2.6 CT床支架强度的校核计算17 3. CT患者床预装工装中主要零件的三维建模18 3.1 立柱的三维建模19 3.2 前臂的三维建模20 3.3 CT患者床预装夹具的三维建模20 3.4 CT患者床预装工装的三维建模214. 三维软件设计总结21结 论22致 谢23参考文献2417绪论 在20世纪开始，欧美西方资本主义国家都不断地研发和设计新型CT患者床预装工装机构，通过尝试各种机械结构的设计来弥补以往CT患者床预装工装机构不足的缺陷。 2010年，国家各部委进行详细的调查和论证后认为：CT患者床预装工装机构这个大产业在接下来的几十年内产值和市场占有率都会是井喷式的。 在2013七月，在测量市场大小的根本上行使2010之“CT患者床预装工装机构产业的市场趋势考查”后续。情况即中国市场正在急剧膨胀，然后韩国，日本和德国都在拼命瓜分市场。 对于我国来说，由于国民经济的萧条，导致CT患者床预装工装机构的发展也出现过了萧条的景象，由于加工设备和开发的能力有限，所以CT患者床预装工装机构的发展也有一定的局限性，但随着工业水平的提高，CT患者床预装工装机构的发展也越来越先进，不断地朝着方便及智能化等方向发展。 本次毕业设计是关于CT患者床预装工装的结构设计，首先对CT患者床作了简单的概述；接着分析了该CT患者床中预装工装的结构的方案布局及工作原理，然后根据这些设计准则按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的CT患者床预装工装的结构各主要零部件进行了校核。CT患者床预装工装由立柱，机械臂，吸盘组件以及气缸等几个部分组成。目前，CT患者床预装工装正朝着功能复合化，高效化，低摩擦的方向发展，近年来出现的夹持式CT患者床预装工装就是其中的一个。在患者床预装工装的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造患者床预装工装过程中存在着很多不足。1 课题的来源与研究的目的和意义 随着国际标准化（SIO）的实施，世界CT患者床预装工装以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19世纪80年代，美国一家专业生产CT患者床预装工装的公司将新开发的CT患者床预装工装应用到欧美市场，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国的这家生产CT患者床预装工装的公司之后，日本的古来森公司也看到了CT患者床预装工装的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制CT患者床预装工装，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行CT患者床预装工装的研发工作。现在国外等著名CT患者床预装工装的品牌中，都有CT患者床预装工装的销售，全世界CT患者床预装工装的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，CT患者床预装工装的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此CT患者床预装工装是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的CT患者床预装工装销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。 机械研究领域的发展与时俱进，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。 CT患者床预装工装自从上世纪九十年代开始就陆续地被应用在农业方面，但传统的CT患者床预装工装由于预装精度不高，速度缓慢，有好多工厂仍然采用人工预装的方式，这种人工预装的方式劳动效率低下，所以此次设计的CT患者床预装工装，在传统的CT患者床预装工装的基础上进行改进创新，应用合理的结构以及动力机构，从而来克服以往的CT患者床预装工装所不能克服的问题，对后续的CT患者床预装工装的设计制造有一定的参考意义和价值。 1.1 本课题研究的内容本设计主要针对正CT患者床预装工装进行设计，先规划处正CT患者床预装工装的整体方案，然后从这个方案入手，具体细化出具体内部结构。本次正CT患者床预装工装的设计，采用了两种常规的研究方法如下：一是文献法，通过查找各类关于正CT患者床预装工装的设计资料，最终确定了该机械的设计方案。二是分析法，通过查阅相关的正CT患者床预装工装的设计资料，拟采用灵活多功用的机械手作为安装预装工装的载体，由于机械手本身能够承受相对应的负载，并且成本低廉，所以此方案可行。 CT患者床预装工装作为医疗辅助机械的一种，在现代化大生产中占有越来越重要的地方，本文从从CT患者床预装工装的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：1、到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集出各类CT患者床预装工装的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。2、分析CT患者床预装工装的结构与参数。3、确定设计总体方案。4、确定具体设计方案。5、CT患者床预装工装的装配图、零件图的绘制。6、说明书的整理。1.2 国内外发展现状 1927年，我国协和临床医学研究所预言了正电子的存在。5年后，协和医院的张华博士观察到第一个正电子，并进行了相应的物理实验，在这些物理实验后不久，对正电子发射体在医学影像中的应用就开始了探索。1957年，经过不断改进，第一台用于生产短半衰期正电子核素的医用小型加速器在北京协和医院启用。利用加速器生产的正电子核素进行正电子显像却经历了半个多世纪的发展过程。从正电子扫描仪的机型上，经历了电子平面扫描机、正电子照相机和正电子发射计算机断层3个阶段。 20世纪60年代后半期，华盛顿大学的Ferpogossian Phelps和加利福利亚大学的Edward Hoffman等设计出一种带铅准直器的探测器用以探测正电子，这就是初期的正电子平面扫描机，但其显像结果不是很理想。1966年，Anger Ho等设计出了正电子照相机的技术模型。不久后，David E Kuhl等证实用虑波反投影重建技术可产生正确的横断层图像。 20世纪70年代初，Gordon Brownd等建立了第一台医用正电子照相机。70年代初，Jame S Robertson等设计出一种环状的、不连续的探测仪来进行正电子断层显像的第一步。 1973年，Hounsfied GN发明了X射线CT。受其启发，Phelps Hoffman和Terpogossian放弃了原有的设计，建立了一台最早的可行断层显像的CT患者床扫描仪原型，CT患者床扫描仪原型整合了所有现代CT患者床扫描仪的基本原理，但其分辨率较差。1976年，第一台商业化CT患者床扫描仪面世。 80年代始，CT患者床生产厂家CTI和Scanditronix分别与西门子和CE公司合作。大公司的介入使CT患者床扫描仪的发展进入新的阶段。90年代始，CT患者床开始从学院性研究进入临床竞技场。90年代后，多环探测器的应用使CT患者床的射线探测能力和分辨率都有了明显的提高，促使了CT患者床临床应用的推广。1998年，美国健康卫生财政管理局同意将多种18F-FDG CT患者床适应症纳入医保范围，CT患者床从而获得了一张广泛临床应用的“绿卡”，促使其进一步发展。国外的CT患者床预装工装技术始于六十年代，到七十年代已经发展成熟，八十年代中期，大部分CT患者床预装工装都可以实现对患者床的全自动装配，泰国金衫公司的卧式圆CT患者床预装工装，装配直径可调。八十年代中期后的一、两年，装配技术发展到了鼎盛时期，从而诞生了世界上一些著名的CT患者床预装工装厂家，1987年，日本最大的玉米壳加工公司把CT患者床预装工装投放市场，获得成功。美洲的BDJE 公司也将新开发的CT患者床预装工装投入亚洲市场取得了巨大的成功。CT患者床预装工装自1795年被发明以来，经过两个世纪的发展，已被世界各国的肉类加工行业广泛采用。特别是第三次工业革命带来了新材料、新技术的应用，使CT患者床预装工装的发展步入了一个新纪元。随着时代的发展，CT患者床预装工装在国外将会得到越来越广泛的应用和发展。2 CT患者床预装工装结构的设计 2.1 CT患者床预装工装的总体方案图本次设计的CT患者床预装工装采取的方案是：工作人员将CT床外罩，包括外罩安装支架、床板尾堵和床上罩从存放区取出摆放到CT患者床组装线旁边的周转车上，当CT患者床床主体随着输送线移动到装配工位时，工作人员打开机械手的控制开关，通过手扶机械手的操作架将机械手移动到存放CT患者床配件的周转车上面，并将预装配的夹具放在方便吸取CT患者床配件的位置，接着按吸取按钮，这样真空吸盘就会把患者床配件吸附住，操作人员移动机械手到装配工位，对准位置，松开吸附按钮，这样CT患者床配件就可以装配到CT患者床床主体上了，实现轻松移载，其具体方案布局图如下： 2.2 CT患者床预装工装的工作原理 CT患者床预装工装的工作原理为：工作人员将CT床外罩，包括外罩安装支架、床板尾堵和床上罩从存放区取出摆放到CT患者床组装线旁边的周转车上，当CT患者床床主体随着输送线移动到装配工位时，工作人员打开机械手的控制开关，通过手扶机械手的操作架将机械手移动到存放CT患者床配件的周转车上面，并将预装配的夹具放在方便吸取CT患者床配件的位置，接着按吸取按钮，这样真空吸盘就会把患者床配件吸附住，操作人员移动机械手到装配工位，对准位置，松开吸附按钮，这样CT患者床配件就可以装配到CT患者床床主体上了，实现轻松移载。 2.3 CT患者床预装工装的功能特点本文所设计的机械手，具有全程悬浮功能，模块化结构和符合人机工程学操作原理的特性能够更好的满足客户需求。现有产品，主机负载能力可从80Kg350Kg（含夹具）；提升有效行程可达1400mm，最大工作半径可达R3m；也可通过铺设滑轨来实现覆盖范围的有效扩展，以满足不同的现场工作情况。CT患者床预装工装在机械结构上来说，主关节旋转角度可以实现360度自由旋转，特有的四连杆机构能够有效保证机械手前段始终处于水平状态，以达到工件状态的始终如一；本身的刚性特点能够有效抵抗工件的偏心，以满足更复杂的工序装配移载要求。CT患者床预装工装在安全上也做有足够的保护措施，在给定的气压下只能够提起相应的负载，有效的避免超负荷工作而带来的风险。设备设有断气保护功能，当气源突然断气时，止回阀可以有效的防止因工作气体回流而导致的工件下坠现象的方式。同时还可以根据工况需要选配增压稳压系统，以提高设备的稳定性，保护操作人员在正常使用过程中不会受到伤害。此类机械手广泛运用于食品、医疗、化工、印刷、机械制造、电子、陶瓷及汽车等行业的生产加工车间的物件移载与装配工位，对偏心工件的移载与装配，或工件的探入操作具有很强的适应性。 2.4 机械传动部分的设计计算 2.4.1真空吸盘的选型计算选择最合适的真空吸盘可以得到最佳的使用效果,不同的吸盘可以适合多种不同表面的工件,如圆形,倾斜状的,带起伏的甚至不规则表面工件,不同的吸盘可以吸取不同类型的工件。吸盘的选择主要取决于现实工件或者目标工件的构成材质,表面状况,工件形状等要素,对于真空吸盘，可以根据一下公式计算出当前工况所需要的吸盘数据。在本次设计中，真空吸盘所要吸附的是CT患者床的配件，已知CT患者床的配件的材料为板材，总重量为40KG，则有：由以上公式可知，真空吸盘的直径为130MM。 2.4.2气缸的选型计算根据系统工况可知，CT患者床预装工装的锁紧装置是通过气缸推动锁紧块来进行锁紧的，根据已知条件可知：对机械手的制动所需要的力为120N。 已知机械手锁紧部位各个零件的重量以及其他零部件的总重量为30KG，根据公式F=P*S=0.5(取气压0.6Mpa）*S,可得S=31.5mm。式中：F是所需要的输出力；P是系统压力；S就是活塞面积；n是安全系数，一般气缸水平使用取0.7，垂直使用取0.5；于是算出气缸缸径为63mm，行程根据实际情况我们选择20，所以我们选择AIRTAC63X20薄型气缸。 2.4.3 轴承的选型计算 根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时；(1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N；初先两轴承为深沟球轴承6204型。根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；(2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N；(3)计算当量载荷 P1、P2根据课本P263表（11-9）取fP=1.5;根据课本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N；P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N；(4)轴承寿命计算P1=P2故取P=750.3N；深沟球轴承 =3； 2.5 方管强度的校核计算 据方管承载力计算公式： M=Pac/L(M：弯矩，P集中力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座距离，L跨度，L=a+c) （仅用于矩形截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。M=Pac/L=11960xL，本次设计初定L为1000mm则M=13456N.M，初定方管为60x60x4的方管，计算W得出折算后位12Mpa；查的普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为375500Mpa，由于12Mpa远远小于375Mpa，所以初定方管100x100x5满足要求。2.6 CT床支架强度的校核计算 本次设计选取的CT床支架的大致尺寸为2698X1088，采用的是焊接工艺制作而成，众所周知，焊接件强度好，稳定性能高，且加工成本便宜。通过一下计算可知：M=Pac/L(M：抗拉强度，P应力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座距离，L跨度，L=a+c) （仅用于矩形截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。M=Pac/L=1088xL，本次设计初定L为1088mm则M=8907N.M折算后位10Mpa；查找强渡 校验公式，可以得知，该CT床支架的强度满足系统工况要求。3 CT患者床预装工装中主要零件的三维建模 3.1立柱的三维建模2.6 CT床支架强度的校核计算 3.2前臂的三维建模 3.3 CT患者床预装夹具的三维建模 3.4 CT患者床预装工装的三维建模4 三维软件设计总结本次设计的题目是CT患者床预装工装的设计，经过查找各类资料和参考文献，到今天总算完成了，通过本次设计，再次提出了利用绘图软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以开发映射一个更好的主意，并打破了新思想的规则。学习使用一些可以节省时间的命令，如镜像，阵列，能省则省”。在装配过沉重，曾给了我一个很大的障碍，是要花很多时间去找出为什么。在一个活跃的子组件，虽然活动范围会产生干扰，可以设置该复合物的活动范围，如先进的范围内，和角度范围，即使在这个范围内不影响母配体，不能设置。因为一旦设定的范围内，在父组件将被视为完全定义的组件模型，它将冲突分总成，将无法完成装配。看地图是最重要的任务是理解零件图，图表工具，没有工具是没有法律的零件图，所以不要急着写，想通过零件的结构，并认为通过线图，这是重中之重，映射。部分建模，一般应的特点进行深入分析，找出零件是由几个特点，摆脱所有的形状特点，它们之间的连接相对位置、表面，然后按主次特征造型的关系，按一定的顺序。一个复杂的部分，有许多简单的功能，通过切除或重叠相交，可理解性和实体模型。特别是在二维图纸，我们只能看到元器件的布局，并用虚线给说的内部特征，除了部分的相贯线，这条线各特征在路口出现。在选秀过程中零件，必须选择第一个草图平面，这是非常重要的，决定了后续的模型飞机的命令，使用简单的说，一个圆柱形围成一个圈，然后绘制，也可以作为一个长方体旋转，虽然他们的结果都是一样的，但草图平面和命令的使用。如果我们想要一个轴，那么我们应该选择第二个方法以及。 由于该零件的设计不规则零件，用于为拉伸和旋转命令，许多零部件都是对称的，所以为了节省时间，提高效率，通常用于指挥镜特性。一个完整的工程图纸应该包含以下4个方面。一组视图：一组视图（包括视图，剖面，断面，局部视图）是正确的，完整的，对各部分的结构和形状表达清楚。尺寸：尺寸的确定和零件的形状各部分的位置技术要求：表明部分的一些要求必须在制造和检验完成，如表面粗糙度，尺寸公差，形位公差，材料和热处理的方法和指标。标题栏：注明产品名称，材料，数量，拉伸比和拉伸，等。单击新建图标以显示新的文件系统，SolidWorks文件”对话框中，单击“选项”对话框中的组件，你可以进入装配工作模式，进行以后的设计工作。结论直到今天，我的毕业设计总算完成了，心里充满感概和辛酸。这几个月以来，我一直不断地查询与设计相关的各种资料和文献，通过仔细分析和研究，我的论文总算完成了，再这里感到百感交集，今天，我的论文总算接近尾声了，心里充满了辛酸和苦辣，觉得自己大学四年所学的知识还远远不够，有的必要的需要掌握的知识也没有掌握好，只有希望以后自己更加努力工作，在工作中成长，在工作中学习，这样自己才会不断地进步，不断地提高自己，从而来实现自己的人身价值，让自己成为一个对社会，对人们有用的人。通过这次毕业设计，让我懂得了许多知识，感谢大家。感谢学校各位领导与老师给了我在滨海学院学习生活四年以及参加这次毕业设计的宝贵的锻炼机会，它使我深刻认识到在知识的汪洋大海面前我是多么无知和微不足道。这是一个最好的时代，也是尊重知识，充分学习知识，掌握知识的时代。只有持续的不间断地学习，才不会在激烈的竞争中落后于别人，也才能用自己的真才实学为社会做出自己应有的贡献。知识是无止境的，无价的，我愿在求真的道路上下而求索！参考文献1.牟文斌，张伟宏.医用CT新进展J.现代仪器，2002，（5）:1-3.2.童双立，多层螺旋CT的新进展J.CT理论与应用研究，2005,14（4）:50-53.3.机械制造工艺学/王先逵。机械工业出版社。1995.11 4.机械制造工艺学课程设计指导书/张龙勋 机械工业出版19935.机械制造装备及其设计 王正刚/南京大学出版社20126.机械制造基础/高波 大连理工大学出版社2006.87.成理，陈蔚，李涛，谭纪文，靳玉田，张国强.一种CT面板的研制.北京航空材料研究院，北京，100095.8.庞聪.西门子sensationCT床水平运动故障一例.常州市第一人民医院，江苏常州213000.9.杨瑞峰.SIEMENS PRIMUS直线加速器故障排除J.中国医疗设备.2009,24(4):122,125.10.孟少农主编机械加工工艺手册M第一版北京：机械工业出版社，1991.11.李华主编机械制造技术M第一版北京：机械工业出版社，1997.12.洪钟德主编机械设计手册M第二版北京：机械工业出版社，2002.13.Izzet Ynel, K. Burak Dalci. Detection of Bearing Defects in Three-phase Induction Motors Using Parks Transform and Radial Basis Function Neural Networks. Sdhan.2006, 31(3) :235244.14.SONG Ai-ping (宋爱平), WU Wei-wei (吴伟伟), ZHANG Jun (张军) (College of Mechanical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China) Shanghai Jiaotong University and Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010.致谢在此论文完成之际，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我的导师和同学们表示衷心的感谢！因为有了老师的谆谆教导，才让我学到了很多知识和做人的道理，同时在重新温故了以前课堂所学的知识。在做毕业设计的过程中，遇到难解的问题，老师都会及时和我解释，那么仔细和认真，让后收益很多，我打心里感谢我的导师。 在相关的实际问题的讨论中，我的导师总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。每周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提高。这些宝贵的品质影响着我，毫无疑问，它们对我以后的工作，学习，生活都会起到深远而长久的良好影响。也能为人生打下一个夯实地基础！在此致以教授我的导师深切感激和真挚感谢！另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。