血管造影機(jī)C-臂設(shè)計(jì)【醫(yī)療器材】
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血管造影機(jī)C-臂設(shè)計(jì)
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(jìn)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(jì)的對象“血管造影機(jī)”正是這樣一個(gè)設(shè)備，他方便大夫診治的同時(shí)也極大地提高了診斷的準(zhǔn)確性，為醫(yī)學(xué)事業(yè)的長足發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。
C臂機(jī)電系統(tǒng)是血管造影機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其功能是帶動(dòng)球管和影像增強(qiáng)器實(shí)現(xiàn)多種空間位置運(yùn)動(dòng)，完成對患者特定方位的透視成像診斷。隨著經(jīng)濟(jì)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(zhǔn)備購置這種介入診斷和治療設(shè)備。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這種設(shè)備國內(nèi)市場每年的需求量為800臺(tái)左右，這其中少數(shù)是國外進(jìn)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(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，根據(jù)配置不同售價(jià)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(jìn)口的局面，光華公司于1998年投入資金進(jìn)行了“三軸中心定位C形臂機(jī)電系統(tǒng)”研究開發(fā)，現(xiàn)已達(dá)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(shí),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(gè)物理學(xué)家極為敏銳的眼光意識(shí)到,這是一種新的輻射現(xiàn)象1 經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn),拍下了人類第一張X 光照片,即他的夫人的左手像,同時(shí)寫出了“一種新的射線”的論文報(bào)告,由于不知其本質(zhì),稱之為X 射線11901 年倫琴成為第一個(gè)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的獲得者1 倫琴發(fā)現(xiàn)X 射線3 個(gè)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(shí)X射線是一種波長極短的電磁波,這時(shí)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(shí)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(qiáng)、定位準(zhǔn)確和療效高、見效快的特點(diǎn),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(diǎn)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(shí)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(shí)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(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)，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(shí)間屏氣，病人身體負(fù)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(jì)算機(jī)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(diǎn)與：平板探測器的動(dòng)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(shí)，X射線被嚴(yán)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(xì)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(gè)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(kuò)展，平板探測器在DSA設(shè)備中的運(yùn)用，新型C臂的發(fā)展使整個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)合理緊湊化。完善了整機(jī)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(jìn)行相減而獲得，因此在檢測過程中。環(huán)志運(yùn)動(dòng)會(huì)造成剪影對的不能精準(zhǔn)重合，即配準(zhǔn)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(dú)立的蒙片像，采用蒙片像隨時(shí)更新的方法?？朔粲坝跋裰械囊苿?dòng)偽影。對于已發(fā)生運(yùn)動(dòng)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(shí)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(biāo)
1.3.1 三軸C臂系統(tǒng)概述
三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)是血管造影機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其功能是帶動(dòng)球管和影像增強(qiáng)器實(shí)現(xiàn)多種空間位置運(yùn)動(dòng)，完成對患者特定方位的透視成像診斷。
三軸C臂機(jī)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(qiáng)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(jī)。
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(qiáng)器、高壓發(fā)生器、球管等構(gòu)成。
1.3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)及應(yīng)達(dá)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(dòng)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(jì)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(qiáng)器、高壓發(fā)生器、球管等構(gòu)成。L軸系統(tǒng)是整個(gè)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(jī)經(jīng)過帶傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速，通過雙鏈條傳動(dòng)帶動(dòng)導(dǎo)板實(shí)現(xiàn)影像增強(qiáng)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(jī)的性能有相當(dāng)大的影響，決定著血管造影機(jī)在檢查病人身體時(shí)有無“盲點(diǎn)”。本次設(shè)計(jì)主要就是要解決血管造影機(jī)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?yàn)獒t(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(jì)中應(yīng)以人性化為指導(dǎo)，力求減少患者的不便及達(dá)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(dòng)平穩(wěn)，無噪聲污染且使用方便，這一點(diǎn)應(yīng)在設(shè)計(jì)中有充分的體現(xiàn)。
綜合設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到的因素，初步擬定如下傳動(dòng)方案：
Ⅰ級(jí)減速機(jī)構(gòu)：蝸桿傳動(dòng)，降速比i=30;
Ⅱ級(jí)減速機(jī)構(gòu)：鏈傳動(dòng)，降速比i=1;
Ⅲ級(jí)減速機(jī)構(gòu)：同步帶傳動(dòng)，降速比i=26.
繪制傳動(dòng)關(guān)系圖如圖（圖 2-1）：
同步帶傳動(dòng)
id=1
M
i1=30
i2=1
i3=26
C=780
電位器
P．M
電機(jī) 蝸桿傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 同步帶傳動(dòng) C軸傳動(dòng)
圖 2-1 傳動(dòng)關(guān)系圖
2.2 動(dòng)力源的選擇
三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)部分為斷續(xù)工作,要求電壓一旦取消,電動(dòng)機(jī)必須立即停轉(zhuǎn),且要求其技術(shù)性能穩(wěn)定可靠,動(dòng)作靈敏,精度高,體積小,重量輕,耗電少.
伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn):①調(diào)速范圍廣, 伺服電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)迅速啟動(dòng),停轉(zhuǎn);③控制功率小,過載能力強(qiáng),可靠性好.
把三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)對動(dòng)力源的需求與伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)相比較可知,該動(dòng)力源選為伺服電動(dòng)機(jī)最為合適,所以此三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)力源采用伺服電動(dòng)機(jī).
2.3 設(shè)計(jì)方案的選擇
2.3.1主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇
1）Ⅰ級(jí)減速機(jī)構(gòu)的選擇
Ⅰ級(jí)減速機(jī)構(gòu)直接與電動(dòng)機(jī)相聯(lián),屬于高速級(jí).根據(jù)所學(xué)知識(shí)可知,一般適合布置在高速級(jí)的傳動(dòng)裝置有帶傳動(dòng),蝸桿傳動(dòng)等,下面將分別介紹帶傳動(dòng)與蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn), 再與血管造影機(jī)三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)的需求相比較加以選擇.
①帶傳動(dòng)是由固聯(lián)于主動(dòng)輪上的帶輪、固聯(lián)于從動(dòng)輪上的帶輪和緊套在兩輪上的傳動(dòng)帶組成的。當(dāng)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動(dòng)從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并傳遞一定的動(dòng)力。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、造價(jià)低廉以及緩沖吸震等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中被廣泛應(yīng)用。帶傳動(dòng)的承載能力小，傳遞相同的轉(zhuǎn)距時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸較其他形式的大，但他傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸震，適宜布置在高速級(jí)。
②蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，兩軸線交錯(cuò)的夾角可為任意值，常用的為90度。這種傳動(dòng)由于具有下術(shù)特點(diǎn)，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(shí)，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中，一般傳動(dòng)比i=5～80;在分度機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)的餓傳動(dòng)中，傳動(dòng)比可達(dá)300；若只傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比可達(dá)1000。由于傳動(dòng)比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。
b）在蝸桿傳動(dòng)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(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動(dòng)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(shí)，蝸桿傳動(dòng)便具有自鎖性。
d）蝸桿傳動(dòng)與螺旋齒輪傳動(dòng)相似，在嚙合處有相對滑動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)速度很大，工作條件不夠良好時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)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(dòng)具有自鎖性時(shí)，效率僅為0.4左右。同時(shí)由于摩擦與磨損嚴(yán)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(dòng)摩擦副。
蝸桿傳動(dòng)通常用于減速裝置，但也有個(gè)別機(jī)器用作增速裝置。
③血管造影機(jī)三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)對傳動(dòng)系統(tǒng)的要求:傳動(dòng)比較大,沖擊載荷小,傳動(dòng)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(jí)減速機(jī)構(gòu)選用蝸桿傳動(dòng)比較合適。
2） Ⅱ級(jí)減速機(jī)構(gòu)的選擇
根據(jù)所學(xué)知識(shí), Ⅱ級(jí)減速機(jī)構(gòu)一般使用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng),鏈傳動(dòng)等。 下面將分別介紹齒輪傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)的特點(diǎn), 再與血管造影機(jī)三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)的需求相比較加以選擇。
①齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，型式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)近十萬千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。
齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有：
a) 效率高 在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率最高。如一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的效率可達(dá)99％。這對大功率傳動(dòng)十分重要，因?yàn)榧词剐手惶岣?％，也有很大的經(jīng)濟(jì)意義。
b) 結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。
c) 工作可靠、壽命長 設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命可長達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對車輛及在礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。
d) 傳動(dòng)比穩(wěn)定 傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點(diǎn)。
但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場合。
齒輪傳動(dòng)可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動(dòng)沒有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)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(dòng)。當(dāng)齒輪傳動(dòng)裝有簡單的防塵罩，有時(shí)還把大齒輪部分的浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動(dòng)。它的工作條件雖有改善，但仍然不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng)，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體（機(jī)匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動(dòng)（齒輪箱）。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場合。
②鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用
鏈傳動(dòng)是應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。它是由鏈條和主、從動(dòng)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間撓性件的嚙合運(yùn)動(dòng)。與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時(shí)鏈傳動(dòng)能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便得多。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后容易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng)用。
鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其它不宜齒輪傳動(dòng)的場合。例如在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且使用方便可靠。鏈傳動(dòng)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(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，雖常受到土塊、泥漿及瞬時(shí)過載的影響，但仍然很好地工作。
總的說來，在機(jī)械制造中，如農(nóng)業(yè)、礦山、起重運(yùn)輸、冶金、建筑、石油、化工等機(jī)械都廣泛地應(yīng)用著鏈傳動(dòng)。
按用途不同，鏈可分為：傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用在運(yùn)輸和起重機(jī)械中，而在一般機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，常用的是傳動(dòng)鏈。
傳動(dòng)鏈傳動(dòng)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(dòng)比i=8。傳動(dòng)鏈有短節(jié)距精密滾子鏈、齒形鏈等類型。其中滾子鏈?zhǔn)褂米顝V，齒形鏈?zhǔn)褂幂^少。
③鏈傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)的比較:
a)鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求低。這是因?yàn)殒渹鲃?dòng)是一種具有中間撓性的非共軛嚙合傳動(dòng)，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(dòng)的中心精度都較齒輪傳動(dòng)為低。對于已有的鏈傳動(dòng)，欲改變其技術(shù)參數(shù)（如傳動(dòng)比、中心距等）也比較容易實(shí)現(xiàn)。在安裝與維修方面簡單方便。
b)鏈輪齒受力較小、強(qiáng)度較高、磨損也較輕。通常鏈輪有較多的齒同時(shí)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)相比，有較好的緩沖和吸振的能力。
d) 鏈傳動(dòng)中心距的適應(yīng)范圍大，特別在中心距較大或在多軸傳動(dòng)場合，鏈傳動(dòng)易于布置、安裝、調(diào)整，而且簡單、輕巧、經(jīng)濟(jì)。
e)在鏈條上配置適當(dāng)?shù)母郊?，易于?shí)現(xiàn)輸送功能。
④血管造影機(jī)三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)的Ⅱ級(jí)減速機(jī)構(gòu)要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比,結(jié)構(gòu)緊湊,成本低廉,傳動(dòng)距離相對較遠(yuǎn),重量輕便等.相比較而言,在Ⅱ級(jí)減速機(jī)構(gòu)中選用鏈傳動(dòng)比選用齒輪傳動(dòng)合適.
3) Ⅲ級(jí)減速機(jī)構(gòu)的選擇
根據(jù)所學(xué)知識(shí), Ⅲ級(jí)減速機(jī)構(gòu)一般使用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng),同步帶傳動(dòng),鏈傳動(dòng)等。下面將分別介紹同步帶傳動(dòng),齒輪傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)的特點(diǎn), 再與血管造影機(jī)三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)的需求相比較,選出最佳的傳動(dòng)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(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(dòng)。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(jìn)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(dòng)，可以保持兩軸或多軸的同步，但其屬于非共軛的嚙合傳動(dòng)。
同步帶傳動(dòng)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(hù)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(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，型式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)近十萬千瓦，圓周速度可達(dá)200m/s。
齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有：
a) 效率高 在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率最高。如一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的效率可達(dá)99％。這對大功率傳動(dòng)十分重要，因?yàn)榧词剐手惶岣?％，也有很大的經(jīng)濟(jì)意義。
b) 結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。
c) 工作可靠、壽命長 設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命可長達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。這對車輛及在礦井內(nèi)工作的機(jī)器尤為重要。
d) 傳動(dòng)比穩(wěn)定 傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對傳動(dòng)性能的基本要求。齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具有這一特點(diǎn)。
但是齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過大的場合。
齒輪傳動(dòng)可做成開式、半開式及閉式。如在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動(dòng)沒有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)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(dòng)。當(dāng)齒輪傳動(dòng)裝有簡單的防塵罩，有時(shí)還把大齒輪部分的浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動(dòng)。它的工作條件雖有改善，但仍然不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng)，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體（機(jī)匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動(dòng)（齒輪箱）。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場合。
③鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用
鏈傳動(dòng)是應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。它是由鏈條和主、從動(dòng)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間撓性件的嚙合運(yùn)動(dòng)。與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時(shí)鏈傳動(dòng)能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便得多。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后容易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng)用。
鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其它不宜齒輪傳動(dòng)的場合。例如在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且使用方便可靠。鏈傳動(dòng)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(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，雖常受到土塊、泥漿及瞬時(shí)過載的影響，但仍然很好地工作。
總的說來，在機(jī)械制造中，如農(nóng)業(yè)、礦山、起重運(yùn)輸、冶金、建筑、石油、化工等機(jī)械都廣泛地應(yīng)用著鏈傳動(dòng)。
按用途不同，鏈可分為：傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用在運(yùn)輸和起重機(jī)械中，而在一般機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，常用的是傳動(dòng)鏈。
傳動(dòng)鏈傳動(dòng)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(dòng)比i=8。傳動(dòng)鏈有短節(jié)距精密滾子鏈、齒形鏈等類型。其中滾子鏈?zhǔn)褂米顝V，齒形鏈?zhǔn)褂幂^少。
④三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)要求第Ⅲ級(jí)減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)功率小，跨距相對較遠(yuǎn)，傳動(dòng)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(dòng)較為合適。
通過主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，C臂已經(jīng)可以完成一定的運(yùn)動(dòng)，但血管造影機(jī)對這一運(yùn)動(dòng)提出了更高的要求，即:如何對主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所完成的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確的控制，以實(shí)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(shí)出現(xiàn)“盲點(diǎn)”，延誤了患者的治療。為解決這一問題，我們在設(shè)計(jì)傳動(dòng)鏈時(shí)在必要的位置插入副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。下面將對副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案進(jìn)行選擇?！?
2.3.2 副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇
副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要的作用就是實(shí)現(xiàn)對主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所輸出的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，以使其達(dá)到一定的精度。這一作用主要由副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行原件---電位器來實(shí)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(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成，即靠一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上移動(dòng)，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(hào)電壓）和電流的大小。電位器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——電位器的電阻體有兩個(gè)固定端，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上的位置，則改變了動(dòng)觸點(diǎn)與任一個(gè)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(gè)可移金屬觸點(diǎn)。觸點(diǎn)位置確定電阻體任一端與觸點(diǎn)間的阻值。按材料分線繞、炭膜、實(shí)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(jī)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(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。
當(dāng)電阻體的兩個(gè)固定觸電之間外加一個(gè)電壓時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)改變觸點(diǎn)在電阻體上的位置，在動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間便可得到一個(gè)與動(dòng)觸點(diǎn)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(gè)四端元件。電位器基本上就是滑動(dòng)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(gè)電阻體和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個(gè)固定觸電之間外加一個(gè)電壓時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)改變觸點(diǎn)在電阻體上的位置，在動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)之間便可得到一個(gè)與動(dòng)觸點(diǎn)位置成一定關(guān)系的電壓。
初中電學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的滑動(dòng)變阻器就是一種常見的線繞電位器。
C臂轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)之后，所以副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的前兩級(jí)傳動(dòng)方案與主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的選擇是一致的，只是在第Ⅲ級(jí)傳動(dòng)有可能不同。下面就副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
第Ⅲ級(jí)傳動(dòng)方案進(jìn)行選擇。
根據(jù)所學(xué)知識(shí), Ⅲ級(jí)減速機(jī)構(gòu)一般使用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng),同步帶傳動(dòng),鏈傳動(dòng)等。下面將分別介紹齒輪傳動(dòng)，同步帶傳動(dòng)與鏈傳動(dòng)的特點(diǎn), 再與血管造影機(jī)三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)的需求相比較,選出最佳的傳動(dòng)方案。
①齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)
齒輪是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零件。齒輪傳動(dòng)是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種主要形式。它與帶、鏈、摩擦、液壓等機(jī)械傳動(dòng)相比，具有功率范圍大，傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，使用壽命長，安全可靠等特點(diǎn)，因此它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)部件。進(jìn)幾年來，雖然其他機(jī)械部件的制造技術(shù)與電傳動(dòng)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(dòng)形式仍然為各種齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)有以下優(yōu)缺點(diǎn)：
(1)優(yōu)點(diǎn)
a)瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)性高。
b)采用非圓齒輪，瞬時(shí)傳動(dòng)比可按所需變化規(guī)律設(shè)計(jì)。
c)傳動(dòng)比變化范圍大，特別是采用行星傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)比可到100～200（單級(jí)），適用于減速或增速傳動(dòng)。
d)速度范圍大，齒輪的圓周速度可從v<0.1m/s達(dá)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(dòng)功率可達(dá)50000kW或更大，低速重載齒輪的轉(zhuǎn)距可達(dá)到以上。
f)傳動(dòng)效率高，特別是精度較高的圓柱齒輪副，其效率可達(dá)到以上。
g)結(jié)構(gòu)緊湊，如使用行星傳動(dòng)、少齒差傳動(dòng)，或諧波齒輪傳動(dòng)，可使部件更為縮小，成為同軸線傳動(dòng)。
k)維護(hù)簡便。
(2)缺點(diǎn)
a)運(yùn)轉(zhuǎn)中有振動(dòng)，沖擊和噪聲，并產(chǎn)生動(dòng)載荷。
b)無過載保護(hù)作用。
c)要求齒輪的切齒精度較高或具有特殊齒形時(shí)，需要高精度的機(jī)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(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(dòng)。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(jìn)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(dòng)，可以保持兩軸或多軸的同步，但其屬于非共軛的嚙合傳動(dòng)。
同步帶傳動(dòng)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(hù)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(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用
鏈傳動(dòng)是應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。它是由鏈條和主、從動(dòng)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間撓性件的嚙合運(yùn)動(dòng)。與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)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(dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊。同時(shí)鏈傳動(dòng)能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，成本低廉；在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便得多。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：在兩根平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后容易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng)用。
鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，且兩軸相距較遠(yuǎn)，以及其它不宜齒輪傳動(dòng)的場合。例如在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)上大為簡化，而且使用方便可靠。鏈傳動(dòng)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(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，雖常受到土塊、泥漿及瞬時(shí)過載的影響，但仍然很好地工作。
總的說來，在機(jī)械制造中，如農(nóng)業(yè)、礦山、起重運(yùn)輸、冶金、建筑、石油、化工等機(jī)械都廣泛地應(yīng)用著鏈傳動(dòng)。
按用途不同，鏈可分為：傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用在運(yùn)輸和起重機(jī)械中，而在一般機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，常用的是傳動(dòng)鏈。
傳動(dòng)鏈傳動(dòng)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(dòng)比i=8。傳動(dòng)鏈有短節(jié)距精密滾子鏈、齒形鏈等類型。其中滾子鏈?zhǔn)褂米顝V，齒形鏈?zhǔn)褂幂^少。
④三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)要求第Ⅲ級(jí)減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)功率小，跨距相對較遠(yuǎn)，傳動(dòng)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(dòng)較為合適。
2.4所選方案的特點(diǎn)
三軸C臂機(jī)電系統(tǒng)C軸傳動(dòng)的各級(jí)傳動(dòng)方案均為比較擇優(yōu)選擇而定，充分考慮到了各級(jí)傳動(dòng)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(diǎn)：
①充分考慮到此器械為醫(yī)療器械這一前提。因?yàn)獒t(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(jì)中始終以人性化為指導(dǎo)，力求減少患者的不便及達(dá)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(dòng)平穩(wěn)，無噪聲污染且使用方便，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)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(qiáng)，所以我們選用了伺服電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，而未用噪聲大的氣動(dòng)馬達(dá)或控制能力較差的其他類電動(dòng)機(jī)。
總的來說，此設(shè)計(jì)充分考慮了患者這一特殊人群的使用特點(diǎn)，充分體現(xiàn)了人性化的設(shè)計(jì)理念。
3 機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
參考前面給出的設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)(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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)是示意圖
校核所選電機(jī)是否滿足要求：
C軸系統(tǒng)中C形臂的驅(qū)動(dòng)力矩為800Nm，驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用2500rmp轉(zhuǎn)矩為2Nm的直流伺服電機(jī)，則傳動(dòng)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(jì)計(jì)算
[1].選擇蝸桿傳動(dòng)類型及其材料
①選擇蝸桿傳動(dòng)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(hào)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(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。由公式得，傳動(dòng)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(dòng)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(shí)起動(dòng)次數(shù)
〈25
25～50
〉50
起動(dòng)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(dòng)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(jì)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(shí)d1/a=0.4,從圖中可查得接觸系數(shù)=2.74，因?yàn)?，因此以上?jì)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(yàn)算傳動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)度是滿足的。
[5].精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定
考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T 10089——1988 圓柱蝸桿，蝸輪精度中選擇8級(jí)精度，
考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從GB/T10089——1988圓柱蝸桿，蝸輪精度中選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類為f,標(biāo)注為8f GB/T10089—1988。然后由有關(guān)手冊查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度。
3.3 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
采用磙子鏈傳動(dòng)，設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)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(dòng)力種類
內(nèi)燃機(jī)－液力傳動(dòng)
電動(dòng)機(jī)或氣輪機(jī)
內(nèi)燃機(jī)－機(jī)械傳動(dòng)
平穩(wěn)載荷
液體攪拌機(jī)，中小型離心式鼓風(fēng)機(jī)，離心式壓縮機(jī)，谷物機(jī)械，均勻載荷輸送機(jī)，發(fā)電機(jī)，均勻載荷不反轉(zhuǎn)的一般機(jī)械
１.０
１.０
１.２
中等沖擊
半液體攪拌機(jī)，三缸以上往復(fù)壓縮機(jī)，大型或不均勻負(fù)載輸送機(jī)，中型起重機(jī)和升降機(jī)，重載天軸傳動(dòng)，金屬切削機(jī)床，食品機(jī)械，木工機(jī)械，印染紡織機(jī)械，大型風(fēng)機(jī)，中等脈動(dòng)載荷不反轉(zhuǎn)的餓一般機(jī)械
１.２
１.３
１.４
嚴(yán)重沖擊
船用螺旋槳，制磚機(jī)，單，雙往復(fù)壓縮機(jī)，挖掘機(jī)，往復(fù)式，振動(dòng)式輸送機(jī)，破碎機(jī)，重型機(jī)械，石油鉆井機(jī)械，鍛壓機(jī)械，線材拉撥機(jī)械，沖床，嚴(yán)重沖擊，有反轉(zhuǎn)的機(jī)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(jì)，鏈工作在功率曲線頂點(diǎn)左側(cè)時(shí)，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(hào)為08A單排鏈。同時(shí)也證實(shí)原估計(jì)鏈工作在額定功率曲線頂點(diǎn)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(shí)際中心距
取
[6].驗(yàn)算鏈速
與原假設(shè)相符。
[7].驗(yàn)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(dòng)機(jī)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(jì)計(jì)算
[1].設(shè)計(jì)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(hào)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(shí)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(hào)為200的H型帶，其bs=50.8 mm.
[14].帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸
傳動(dòng)選用的同步帶為510H200GB11616
小帶輪：
大帶輪：
結(jié) 論
本次設(shè)計(jì)為血管造影機(jī)三軸C臂系統(tǒng)的C軸的機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，擬訂如下C臂傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖：
圖 4-1 C臂傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖
C軸系統(tǒng)由C臂支架，傳動(dòng)系統(tǒng)和C臂組件三部分組成。
C臂系統(tǒng)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)方法：C臂導(dǎo)向采用滾輪導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，并分為主導(dǎo)向輪機(jī)構(gòu)和副導(dǎo)向輪機(jī)構(gòu)。
主導(dǎo)向組件：若C臂運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)可調(diào)節(jié)主導(dǎo)向機(jī)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(gè)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(shí)現(xiàn)的。
電位計(jì)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(diǎn)。
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(dòng)在傳動(dòng)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(dòng)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(jī)構(gòu)調(diào)整。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的在于應(yīng)用我們四年所學(xué)的參與實(shí)際設(shè)計(jì)的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等工科院校教學(xué)計(jì)劃中的一個(gè)重要組成部分，是我們在學(xué)校期間最后一次運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)自己綜合能力的餓實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，同時(shí)也是我們從學(xué)校步入社會(huì)并轉(zhuǎn)向?qū)嶋H工作的過度橋梁。此次設(shè)計(jì)是檢驗(yàn)我們的能力，培養(yǎng)我們設(shè)計(jì)能力的手段，我們必須嚴(yán)肅對待，端正態(tài)度，樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃枷?，認(rèn)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(jī)械方面知識(shí)的增多，我會(huì)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(jì)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(dòng)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(zhǔn)備設(shè)計(jì)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(dòng)中抽出時(shí)間，從選題的角度到提綱的確立，從理論的把握到個(gè)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(xì)心、認(rèn)真的指導(dǎo)，對我設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)的專業(yè)老師們，是你們在課堂上對知識(shí)的精細(xì)、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(shí)。使我學(xué)到了許多有用的東西，豐富了自己的知識(shí)體系，為今后的學(xué)習(xí)、工作打下了堅(jiān)實(shí)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(xiàn)資料的作者們，他們總是無私的幫助我，他們的鼓勵(lì)和幫助，是我戰(zhàn)勝困難的最大動(dòng)力！同時(shí)我還要感謝我的父母養(yǎng)育我、供我上大學(xué)?？傊?，感謝所有在論文完成過程中給予過我?guī)椭娜恕?
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