1、血管造影机 L 轴、P 轴系统设计摘要本次设计，以长春光华微电子设备工程中心有限公司研发的三轴中心定位 C臂血管造影机为研究对象，分析了其它血管造影仪的不同特点以及存在的问题，由此对血管造影仪的 L 轴与 P 轴机电传动系统进行设计计算。在设计中采用了三轴 C臂传动系统，通过链传动和涡轮蜗杆传动比的变化范围，可以满足血管造影机在不同的工况下的要求，实现多种空间位置运动的要求，系统平稳，结构简单，噪声降低，易于生产、使用和维修。在深入了解血管造影仪“ 三轴中心定位 C 形臂机电系统 ”的功能原理基础上，针对设计中遇到的不同问题，本文对此进行了计算和说明；另外，分析了此类型“三轴中心定位 C 形臂
2、机电系统”的动力学参数，并对在机器运作过程中容易出现问题的传动系统，轴，轴承等方面，在设计中进行了设计计算，如：蜗杆传动，链传动，同步带传动的设计计算等。关键词 C 臂 血管 造影机 Abstract The design, micro-electronics equipment to Changchun Guanghua Engineering Co., Ltd. R In addition, this type of “three-axis Centre C-arm positioning mechanical and electrical systems, “the dynamic pa
3、rameters, And in the course of machines vulnerable to the transmission, axle, bearings, etc., in the design of a design, such as: worm transmission, chain drive, the belt drive design calculation.Keywords: C-arm vascular imaging machine目 录摘要1Abstract .2第一章 序言.41.1 课题研究的目的和意义41.2 国内外现状和发展趋势41.3 三轴 C
4、臂系统概述及主要技术指标51.4 L 轴与 P 轴传动系统概述 6第二章 设计方案论证.82.1 总体方案的确定82.2 动力源的选择 92.3 设计方案的选择 .102.4 所选方案的特点 .182.5 调整系统方案的拟定.18第三章 机械部分设计203.1 伺服电机的选择.203.2 蜗轮蜗杆的设计计算.213.3 链传动的设计计算.253.4 同步带的设计计算.283.5 轴的设计计算.303.6 轴承的选择及寿命计算.35第四章 设计总结37结束语.38参考文献.39第一章 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
5、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。数字血管造影机（DSA）是应用计算机程序将组织图像转变为数字信号输入存储，然后经动脉或静脉造影剂注入血管内，在再将第二次图像输入计算机，两次数字信号相减后再转变成一个新的只充满造影剂的血管图像。该设备为数字化
6、移动 C 臂 X光系统，操作简便，移动灵活，能满足全身各部位的透视和拍片需要。主要用于脑血管病以及全身各脏器恶性肿瘤等疾病的检查和介入治疗。近几年来，国内外血管造影装置行业发展迅速，X 例如德国西门子 ARTIS-FA 型C 臂数字减影血管造影机（DSA） ，国内外生产技术不断提升，长春光华电子科技公司于 1998 年投入资金进行了“三轴中心定位 C 形臂机电系统”研究开发，现已达到小批量生产的能力。本文是根据机械制造技术、机械设计原理，在已有成功设计实例的基础上，参考以前设计者的经验和结论进行设计。在设计中，以长春光华电子科技公司研发的三轴中心定位 C 臂血管造影机为研究对象，分析了其它血管
7、造影仪的不同特点以及存在的问题，由此对血管造影仪的 L 轴与 P 轴机电传动系统进行设计计算。通过链传动和涡轮蜗杆传动比的变化范围，可以满足血管造影机在不同的工况下的要求，实现多种空间位置运动的要求，系统平稳，结构简单，噪声降低，易于生产、使用和维修。 在深入了解血管造影仪“三轴中心定位 C 形臂机电系统”的功能原理基础上，针对设计中遇到的不同问题，本文对此进行了计算和说明；另外，分析了此类型“三轴中心定位 C 形臂机电系统”的动力学参数，并对在机器运作过程中容易出现问题的轴承，轴，传动系统等方面，在设计中进行了力学分析和结构设计。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
8、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
9、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，病人身体负担大的影响，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。平板探测器应用到最新的 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
10、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。1.3 三轴 C 臂系统概述及主要技术指标1.3.1 三轴 C 臂系统概述三轴 C 臂机电系统是血管造影机的关键系统
11、之一，其功能是带动球管和影像增强器实现多种空间位置运动，完成对患者特定方位的透视成像诊断。三轴 C 臂机电系统由 L 轴系统、P 轴系统、C 轴系统、Z 轴系统和电控系统组成，再配以影像增强器，高压发生器和球管等，就可构成一套完成的血管造影机。如图所示：1L 轴系统 2.P 轴系统 3.C 轴系统 4.Z 轴系统图 1-1 C 臂系统构成1.3.2 主要技术指标 C 臂开口深度: 820 mm 运动范围: 50/-45(2) 旋转速度: 16/S(快速) 6(慢速) P 轴转动范围 : MAX 90 (2)在侧位时应有安全限位功能,保证其角度不大于45 P 轴转动速度 : 16/S (快速)
12、6(慢速) L 臂转动范围: 90 最大转动速度: 10/S 5/S 各轴传动重复定位精度: 0.5 影响增强器上、下移动范围： 300 mm 影响增强器上、下移动速度： 15 mm/s 中心高： 1100 mm SID： 8001100 mm 管球焦点距 C 臂中心争取达到： 720mm 整机重量： 950Kg1.4 L 轴与 P 轴传动系统概述1.4.1 L 轴系统L 轴系统是整个系统的基础，对上起到支撑 P 轴、C 轴、Z 轴系统作用，对下与地基相连接并实现绕 L 臂回转做90的回转。系统由 L臂、传动部分、回转轴系三个部分构成，如图 2 所示。1.4.2 P 轴系统P 轴系统位于 L
13、轴系统和 C 轴系统之间，其作用是带动 C 轴系统，使其绕 P 轴作90回转，该系统由箱形立柱、传动系统、复合轴承三个部分组成。如图所示：第二章 设计方案论证C 臂系统构成如图 1-1 所示。由 L 轴系统、P 轴系统、C 轴系统、Z 轴系统以及影像增强器、高压发生器、球管等构成。L 轴系统是整个系统的基础，对上起支撑P 轴、C 轴、Z 轴的作用，对下与地基连接并实现绕 L 臂回转中心作90 。 的回转。P 轴系统位于 L 轴系统和 C 轴系统之间，其作用是带动 C 轴系统，使其绕 P 轴90 。回转。C 轴系统位于 P 轴系统和 Z 轴系统之间，其作用是带动 Z 轴系统回转。Z 轴系统由两根
14、直线导轨来导向，由伺服电机经过带传动、蜗轮蜗杆传动机构减速，通过双链条传动带动导板实现影像增强器的位置调整。其中 L 轴与 P 轴的定位精度对血管造影机的性能有相当大的影响，决定着血管造影机在检查病人身体时的精准。本次设计主要就是要解决血管造影机所面临的这一问题。2.1 总体方案的确定 考虑到此器械为医疗器械这一前提。因为医疗器械所直接面对的使用对象为患者，所以我们的设计中应以人性化为指导，力求减少患者的不便及达到最好的治疗效果。 由于是医疗器械，且直接面对的患者，所以要求仪器传动平稳，无噪声污染且使用方便，这一点应在设计中有充分的体现。 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
15、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 L 臂转动范围: 90，最大转动速度: 10/S ，P 轴转动范围 MAX 90 (2)，转动速度:16/S (快速) 6(慢速 )， L 轴与 P 轴传动系统的回转速度比较小，转矩较大所以要求的降速比比较小。所以，首先选用了进行降速。然后，选择的是通过链传动。因为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：L 轴传动系统是电动机传输的动力通过蜗轮、蜗杆传动达到第一次减速，然后通过同步带传递达到第二次减速，再通过链传动第三次减速，最后把动力传递给 L臂。位置检测电位器装在第二级传动之后。在第一级
16、减速传动机构上，装有电磁离合器，以实现 L 轴传动手动和 电动的切换。传动关系如图 7 所示。同步带传动 id=1M i1=20 i2=2 i3=1.8 I =9.48电位器 PML=648电机 蜗杆传动 同步带传动 同步带传动 链传动 L 轴传动图 2-1 传动关系图P 轴传动系统是电动机传输的动力通过蜗轮、蜗杆传动达到第一次减速，然后通过链传动达到第二次减速，最后把动力传递给 P 轴做回转运动。位置检测电位器装在蜗杆减速器之后。总体传动关系如图 8 所示电机 蜗杆传动 链传动 链传动 P 轴传动图 2-2 传动关系图2.2 动力源的选择三轴 C 臂机电系统的机械传动部分为断续工作,要求电压
17、一旦取消,电动机必须立即停转,且要求其技术性能稳定可靠,动作灵敏,精度高,体积小,重量轻,耗电少.伺服电动机的特点:调速范围广, 伺服电动机的转速随着控制电压改变,能在同步带传动 id=1.2M i1=30 i2=3 i3=6 P=540电位器 PM宽广的范围内连续调速;转子的惯性小,即能实现迅速启动,停转;控制功率小,过载能力强,可靠性好.把三轴 C 臂机电系统对动力源的需求与伺服电动机的特点相比较可知,该动力源选为伺服电动机最为合适,所以此三轴 C 臂机电系统的动力源采用伺服电动机. 2.3 设计方案的选择2.3.1 主传动机构方案的选择 1）级减速机构的选择级减速机构直接与电动机相联,属
18、于高速级.根据所学知识可知,一般适合布置在高速级的传动装置有带传动,蜗杆传动等,下面将分别介绍带传动与蜗杆传动的特点, 再与血管造影机三轴 C 臂机电系统的需求相比较加以选择.带传动是由固联于主动轮上的带轮、固联于从动轮上的带轮和紧套在两轮上的传动带组成的。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合） ，便拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲吸震等特点，在近代机械中被广泛应用。带传动的饿承载能力小，传递相同的转距时，结构尺寸较其他形式的饿大，但他传动平稳，能缓冲吸震，适宜布置在高速级。蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传
19、动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为 90 度。这种传动由于具有下术特点，故应用颇为广泛。a）当使用单头蜗杆（相当于单线螺纹）时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过一个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比 i=580;在分度机构或手动机构的饿传动中，传动比可达 300；若只传递运动，传动比可达 1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。b）在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。c）当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。d）蜗杆传动与螺旋齿轮
20、传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率底；当传动具有自锁性时，效率仅为 0.4 左右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮（或轮圈） ，以便与钢制蜗杆配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。蜗杆传动通常用于减速装置，但也有个别机器用作增速装置。血管造影机三轴 C 臂机电系统对传动系统的要求:传动比较大,冲击载荷小,传动平稳,噪声小,最好具有自锁性,结构紧凑,占用空间小。将与作比较可知, 级减速机构选用蜗杆传动比较合适。2）级减速机构的选择根据所学知识, 级减速机构一般使用的传动机构
21、为齿轮传动,链传动等。 下面将分别介绍齿轮传动与链传动的特点, 再与血管造影机三轴 C 臂机电系统的需求相比较加以选择。齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式很多，应用广泛，传递的功率可达近十万千瓦，圆周速度可达 200m/s。齿轮传动的主要特点有：a) 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高 1，也有很大的经济意义。b) 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。c) 工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传
22、动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。d) 传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。如在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，齿轮也容易磨损，故只宜用于低速传动。当齿轮传动装有简单的防尘罩，有时还把大齿轮部分的浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它的工作条件虽有改善，但仍然不能做到严密
23、防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体（机匣）内，这称为闭式齿轮传动（齿轮箱） 。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。链传动的特点及应用链传动是应用较广的一种机械传动。它是由链条和主、从动链轮所组成。链轮上制有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。链传动是属于带有中间挠性件的啮合运动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构
24、较为紧凑。同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本低廉；在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便得多。链传动的主要缺点是：在两根平行轴间只能用于同向回转的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后容易发生跳齿；工作时有噪声；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜齿轮传动的场合。例如在摩托车上应用了链传动，结构上大为简化，而且使用方便可靠。链传动还可以应用于低速重型及极为恶劣的工作条件下，例如掘土机的运动机构，虽常受到土块、泥浆及瞬时过载的影响，但仍然很好地工作。总的说来，在机械制造中
25、，如农业、矿山、起重运输、冶金、建筑、石油、化工等机械都广泛地应用着链传动。按用途不同，链可分为：传动链、输送链和起重链。输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，而在一般机械运动中，常用的是传动链。传动链传动的功率一般在 100kW 以下，链速一般不超过 15m/s，推荐使用的最大传动比 i=8。传动链有短节距精密滚子链、齿形链等类型。其中滚子链使用最广，齿形链使用较少。链传动与齿轮传动的比较:a)链传动的制造与安装精度要求低。这是因为链传动是一种具有中间挠性的非共轭啮合传动，链轮的齿形可以有较大的灵活性。链轮的加工与安装精度、链传动的中心精度都较齿轮传动为低。对于已有的链传动，欲改变其技术参
26、数（如传动比、中心距等）也比较容易实现。在安装与维修方面简单方便。b)链轮齿受力较小、强度较高、磨损也较轻。通常链轮有较多的齿同时与链条啮合，接触位置接近齿根并且齿槽圆弧半径很大，齿根应力集中小；而直齿圆柱齿轮传动一般只有 12 对齿接触。因此，链轮的承载能力相对增大，齿面磨损也比齿轮轻。c)链传动有较好的缓冲、吸振性能。由于链条是挠性件并具有一定的弹性，再加上链条的每个铰链内部均能贮存润滑油，因此它与只有 12 对刚性很大的齿啮合传动相比，有较好的缓冲和吸振的能力。d) 链传动中心距的适应范围大，特别在中心距较大或在多轴传动场合，链传动易于布置、安装、调整，而且简单、轻巧、经济。e)在链条上
27、配置适当的附件后，易于实现输送功能。血管造影机三轴 C 臂机电系统的级减速机构要求传动机构能保持准确的传动比,结构紧凑,成本低廉,传动距离相对较远,重量轻便等.相比较而言,在级减速机构中选用链传动比选用齿轮传动合适.3) 级减速机构的选择根据所学知识, 级减速机构一般使用的传动机构为齿轮传动,同步带传动,链传动等。下面将分别介绍同步带传动,齿轮传动与链传动的特点, 再与血管造影机三轴 C 臂机电系统的需求相比较,选出最佳的传动方案。同步带相当于在绳芯结构平带基体的表面沿带宽方向成一定形状（梯形，弧形等）的等距齿，与带轮轮缘上相应齿啮合进行运动和动力的传递。其承载层由金属丝绳，合成纤维线绳或玻璃
28、纤维绳绕制而成，用以传递拉力，并保持带齿的节距恒定。带体多由模胶制成，也有用聚氨酯浇注而成的，后者只能用于载荷小或有耐油要求的传动。为了提高橡胶同步带辞的耐磨性，通常好在其齿面上覆盖尼龙布或织物层。有的同步带还在其背面或侧面制成各种形状的突起，可以进行物料的输送，零件的整理和区别，以及开关的启停等。同步带虽然是靠齿的啮合传动，可以保持两轴或多轴的同步，但其属于非共轭的啮合传动。同步带传动的预紧力小，工作平稳，有良好的减振能力；其结构紧凑，不需要维护与润滑，可以在放射性介质中工作，应用十分广泛。同步带齿有梯形齿和弧形齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿（H 系列又称 HTD带） ，平顶圆弧齿（S 系
29、列又称 STPD 带）和凹顶抛物线齿（R 系列） 。齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式很多，应用广泛，传递的功率可达近十万千瓦，圆周速度可达 200m/s。齿轮传动的主要特点有：a) 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达 99。这对大功率传动十分重要，因为即使效率只提高 1，也有很大的经济意义。b) 结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。c) 工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。d) 传动比稳
30、定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。齿轮传动可做成开式、半开式及闭式。如在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，齿轮也容易磨损，故只宜用于低速传动。当齿轮传动装有简单的防尘罩，有时还把大齿轮部分的浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它的工作条件虽有改善，但仍然不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。而汽车、机床、航空发动机等所用
31、的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体（机匣）内，这称为闭式齿轮传动（齿轮箱） 。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。链传动的特点及应用链传动是应用较广的一种机械传动。它是由链条和主、从动链轮所组成。链轮上制有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。链传动是属于带有中间挠性件的啮合运动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比，
32、链传动的制造与安装精度要求较低，成本低廉；在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便得多。链传动的主要缺点是：在两根平行轴间只能用于同向回转的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后容易发生跳齿；工作时有噪声；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。链传动主要用在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其它不宜齿轮传动的场合。例如在摩托车上应用了链传动，结构上大为简化，而且使用方便可靠。链传动还可以应用于低速重型及极为恶劣的工作条件下，例如掘土机的运动机构，虽常受到土块、泥浆及瞬时过载的影响，但仍然很好地工作。总的说来，在机械制造中，如农业、矿山、起重运输、冶金、建筑、石油、化工等机械都广泛地应用着
33、链传动。按用途不同，链可分为：传动链、输送链和起重链。输送链和起重链主要用在运输和起重机械中，而在一般机械运动中，常用的是传动链。传动链传动的功率一般在 100kW 以下，链速一般不超过 15m/s，推荐使用的最大传动比 i=8。传动链有短节距精密滚子链、齿形链等类型。其中滚子链使用最广，齿形链使用较少。三轴 C 臂机电系统要求第级减速机构传动比准确，传动功率小，跨距相对较远，传动平稳，能吸振缓冲，且要求只要能承载小重量即可。对比可知，选用同步带传动较为合适。通过主传动机构，C 臂已经可以完成一定的运动，但血管造影机对这一运动提出了更高的要求，即:如何对主传动机构所完成的运动进行精确的控制，以
34、实现对患者全方位的诊断，而不能由于设备的精度不够，导致诊断时出现“盲点” ，延误了患者的治疗。为解决这一问题，我们在设计传动链时在必要的位置插入副传动机构。下面将对副传动机构方案进行选择。 2.3.2 副传动机构方案的选择副传动机构主要的作用就是实现对主传动机构所输出的运动进行控制，以使其达到一定的精度。这一作用主要由副传动机构的执行原件-电位器来实现。电位器是可变电阻器的一种。通常是由电阻体与转动或滑动系统组成，即靠一个动触点在电阻体上移动，获得部分电压输出。电位器的作用调节电压（含直流电压与信号电压）和电流的大小。电位器的结构特点电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触
35、点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小。用于分压的可变电阻器。在裸露的电阻体上，紧压着一至两个可移金属触点。触点位置确定电阻体任一端与触点间的阻值。按材料分线绕、炭膜、实芯式电位器；按输出与输入电压比与旋转角度的关系分直线式电位器(呈线性关系)、函数电位器(呈曲线关系)。主要参数为阻值、容差、额定功率。广泛用于电子设备，在音响和接收机中作音量控制用。电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点
36、位置成一定关系的电压。 它大多是用作分压器，这是电位器是一个四端元件。电位器基本上就是滑动变阻器，有几种样式，一般用在音箱音量开关和激光头功率大小调节 电位器是一种可调的电子元件。它是由一个电阻体和一个转动或滑动系统组成。当电阻体的两个固定触电之间外加一个电压时，通过转动或滑动系统改变触点在电阻体上的位置，在动触点与固定触点之间便可得到一个与动触点位置成一定关系的电压。初中电学实验中常用的滑动变阻器就是一种常见的线绕电位器。C 臂转 时，对应电位器转角为：50 )2.7(60210圈C 形臂与电位器转角对应关系为： 1形 臂C由于位置检测电位器安装在链传动之后，所以副传动机构的前两级传动方案与
37、主传动机构方案的选择是一致的，只是在第级传动有可能不同。下面就副传动机构第级传动方案进行选择。根据所学知识, 级减速机构一般使用的传动机构为齿轮传动,同步带传动,链传动等。下面将分别介绍齿轮传动，同步带传动与链传动的特点, 再与血管造影机三轴 C 臂机电系统的需求相比较,选出最佳的传动方案。齿轮传动的特点齿轮是机械产品的重要基础零件。齿轮传动是传递机器动力和运动的一种主要形式。它与带、链、摩擦、液压等机械传动相比，具有功率范围大，传动效率高，传动比准确，使用寿命长，安全可靠等特点，因此它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件。进几年来，虽然其他机械部件的制造技术与电传动技术有了较大的发展，但在生
38、产中占主导地位的传动形式仍然为各种齿轮传动。齿轮传动有以下优缺点：(1)优点a)瞬时传动比恒定，工作平稳性高。b)采用非圆齿轮，瞬时传动比可按所需变化规律设计。c)传动比变化范围大，特别是采用行星传动时，传动比可到 100200（单级） ，适用于减速或增速传动。d)速度范围大，齿轮的圆周速度可从 v8 25齿数 z1 17 21 25 35载荷物机械，均匀载荷输送机，发电机，均匀载荷不反转的一般机械. . .中等冲击半液体搅拌机，三缸以上往复压缩机，大型或不均匀负载输送机，中型起重机和升降机，重载天轴传动，金属切削机床，食品机械，木工机械，印染纺织机械，大型风机，中等脉动载荷不反转的饿一般机械
39、. . .严重冲击船用螺旋桨，制砖机，单，双往复压缩机，挖掘机，往复式，振动式输送机，破碎机，重型机械，石油钻井机械，锻压机械，线材拉拨机械，冲床，严重冲击，有反转的机械. . .故3.确定链条链节数 LP初定中心距 a0=40p，则链节数为取 LP=101 节4.确定链条的节距 p由图中按小链轮的转速估计，链工作在功率曲线顶点左侧时，可能出现链板疲劳破坏。由表中查得小链轮齿数系数；1.021402140221201 ppzpzLp kWKAca101.92108.08. zK；选取单排链，由表中查得多排来链系数，故得所需传递的功率为 kWMKPpLZca 5.8106.0 根据小链轮转速 n
40、1=100r/min 及功率 P0=0.75kW，由图中选链号为 08A 单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点左侧是正确的。再由表中查得链节距p=12.70mm.5.确定链长 L 及中心距 a mpL28.107.1mmzzzpap4.105 218210217.24 212121 中心距减小量 mmaa4216.08. 4.105.02.实际中心距 a 1892.05974.1426.018.4.105取 m6.验算链速 smsmpznv /4./5.4/1067.2106 0.11026.26. LK与原假设相符。7.验算小链轮毂孔 dk由表中查得小链轮毂孔许用最大直径 dkm
41、ax=59mm,大于电动机轴径 D=42mm,故合适。8.作用在轴上的压轴力 FeKp有效圆周力 NNvPFe 170457010按水平布置取压轴力系数 KFp=1.15,故p5.19705.13.4 同步带的设计计算1.设计功率 Pd 由表查得 KA=1.6，P d=KAP=1.6*4=6.4 KW2.选定带型和节距根据 PD=6.4 KW 和 n1=1440r/min,由图可确定为 H 型，节距 PD=12.7 mm.3.小带轮齿数 z1根据带型 H 和小带轮转速 n1,由表中查得小带轮的最小齿数z1min=18,此处取 z1=20.4. 小带轮节圆直径 d1 mpzb85.07.121由
42、表查得其外径 mda48.7915.大带轮齿数 2z 4820.12iz6.大带轮圆直径 2dmpzb04.197.2482由表查得其外径 mda67.1927.带速 V smndv /1.606485.1068.初定轴间距 a0取 a0=450 mm9. 带长及齿数 maddaL91.38450.8.19 04.1985.2402021210 由表中查得，应选用带长代号为 510 的 H 型同步带，其节线长 Lp=1295.4 mm，节线长上的齿数 z=102.10.实际轴间距 a 此结构的轴间距可调整 25.48291.3154020 Lp11.小带轮啮合齿数 Z m 920485.271
43、012entzapztZb12.基本额定功率 P0 1020vmTPa由表查得 Ta=2100 N,m=0.448 kg/mKWP71.210.6.48.220 13. 所需带宽 bs mbs 74.1.26.714由表中查得，应选带宽代号为 200 的 H 型带，其 bs=50.8 mm.14.带轮结构和尺寸传动选用的同步带为 510H200GB11616小带轮： mdza48.795.0,21大带轮： za6.2.,可根据上列参数决定带轮的结构和全部尺寸。3.5 轴的设计计算3.5.1 轴的形状与材料的确定使用常用的圆截面阶梯形状直轴。通过轴承与机架相连，装在轴上的零件都围绕轴心线作回转运动，形成一个以轴为基础的轴系部件。轴的材料应满足强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等方面的要求。按照经济合理、适用的原则，根据本设计方案的具体情况，采用最常用的 45 号钢调质处理， , , , , ； 637BMPa35Sa1268MPa1268Pa098Ma1.初步估算轴径轴的直径按扭转强度条件计算，强度条件为：351T TRnPW式中轴的扭剪应力， ；TPaT轴传递的转矩， ；Nm轴的抗扭截面模量， ；W3P轴传递的功率，kW；N轴的转速，rpm；轴材料的许用扭剪应力， 。TMPa对于实心圆轴 ，轴的直径应满足：330.216Td
