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长 春 大 学 毕业设计（论文）纸开题报告1. 设计题目卧式颈椎牵引治疗仪设计2. 课题研究的目的、意义随着社会节奏的加快，工作压力的增大，颈椎病成为现代人较为常见的病症之一，在我国发病率高达15.9%上升的趋势。临床统计表明年龄大于50者40%以上颈、腰椎有活动受限情况；其中60%会产生颈腰椎病变，压迫神经系统出现病症；约10-15%的患者最终发展到脊椎压迫，乃至截瘫。现代社会随着工作、生活节奏的变快，颈椎病越来越多，成为一种常见病。牵引疗法是治疗颈椎病的常用而有效的方法之一。它通过外力牵拉脊柱颈段及相关组织结构，使颈椎间隙增大，调节颈椎椎间孔大小，缓解由损伤、退变或椎间盘突出造成的神经根刺激或压迫性疼痛。间歇牵引还可改善血流循环，松解肌纤维粘连，刺激关节和肌肉感觉神经，起到按摩、镇痛的作用。颈椎病这种常见病越来越引起人们的重视，由于社会竞争力加剧，中青年患者的工作压力大，长期伏案工作，有的甚至通宵在电脑前工作所至颈椎病严重影响了人们的正常工作和生活质量，已成为社会问题。结合临床治疗手段的匮乏，常规的治疗方法药物和推拿已不满足患者的需求人们希望有一种方便、适用的治疗仪器，既能用于医院又能用于家庭而且是有省时、省力、省钱、无毒副作用、疗效好的治疗方法因此研制适合大众需求的颈椎治疗仪是一项具有积极意义的工作。3. 国内外现状和发展趋势 3.1 国内卧式颈椎牵引治疗仪概况 在发达国家，医疗设备与器械产业和制药业的产值大体相当。而在我国，前者产值只是后者的1/5，这种比例的严重失调预示着医疗设备与器械产业在我国还有巨大的发展空间。据相关资料不完全统计我国患有颈椎病或有颈椎病前兆的约在1.08亿人以上，这是一支相当庞大的需求人群,我国政府对医疗器械康复事业也给以了大力的支持，因此康复治疗产品巨大的市场潜力有待开发。另外，因为大多数的患者将在医院得到第一手的康复治疗方案，这就需要医院配备齐全的医疗器械与设备，这个趋势必将带动整个医疗康复器械产业的发展。但由于患有颈椎病的患者人数在逐年升高，患病人群年龄不断下降，颈椎病康复治疗已刻不容缓。而颈椎病属慢性病，需要长时间不间断的治疗，大多数患者因工作、学习的原因不能保证经常去医院治疗，还有相当大的一部分老年患者，因年老体弱不易走动，不适合到医院去，众多患者趋向于选择在家完成治疗过程，所以家用式颈椎牵引仪器将备受青睐。由于国内现有资料中缺少专门关于颈椎康复器市场评估报告，我们可参考医疗器械2002-2004年行业产值来推算预测今后几年市场需求情况。这三年中在国内医疗器械市场年平均容量约为40亿人民币，社会需求量为980万台，每年的报废数为40万台以上。根据世界经理人网中国医械产业现状调查分析报告，全国医疗器械行业产值年平均增长率为15%，根据统计，现有颈椎康复器产品只开发了康复器市场的25%-35%左右，不足需求量的1/3市场潜力非常巨大。考虑市场增长情况，三年后康复器年销售额估计可达3000万元以上。综上所述，力可控型颈椎牵引治疗仪是基于物理疗法的医疗器械，使用它可以明显缓解颈椎病患者的症状，对辅助康复起到重要作用。同时因其合理的性价比适合于家庭使用，是一种便于普及推广应用的产品。 3.2 国外卧式颈椎牵引治疗仪概况在卧式颈椎牵引治疗仪的发展历程中，传动系大多采用传统而成熟的机械传动方式以及在此基础上发展起来的液力-机械传动方式。20世纪80年代后，液压传动或液压-机械传动的卧式颈椎牵引治疗仪传动方式得到了较快的发展。REXROTH、SAUER-DAN-FOSS公司的卧式颈椎牵引治疗仪上得到广泛应用主要是因为这种传动方式发挥了液压传动系统和机械传动传统的特点及其相对的低成本优势，实现了卧式颈椎牵引治疗仪的分段无级变速控制和传动系统的高效率，在一定程度上提高了卧式颈椎牵引治疗仪的性能，操作简单舒适。静液压闭式传动系统成为现代卧式颈椎牵引治疗仪传动系的重要形式。4. 研究内容及方案拟定 4.1 设计内容设计一个卧式实验装置，可以进行牵引治疗。完成总体设计和主要结构设计和部分零件设计。参数：最大牵引力矩15；采用手自动控制方式；以单片机为主要的控制电路； 数据采集精度0.1N。4.2 总体方案拟定4.2.1 机械部分设计 （1）原动机的选择 1）选择原则 应满足工作环境对原动机的要求。如能源供应，降低噪声和环境保护等要求。 原动机的机械特性和工作制度应与机械系统的负载特性（包括功率、转矩、转速等）相匹配，以保证机械系统有稳定的运行状态。 原动机应满足工作机的启动，制动、过载能力和发热的要求。 应满足机械系统整体布置的需要。 在满足工作机要求的前提下，原动机应具有较高的性能价格比，运行可靠、经济性指标（原始购置费用、运行费用和维修费用）合理。 2）选择步骤 确定机械系统的负载特性 机械系统的负载由工作负载和非工作负载组成。工作负载可根据机械系统的功能由执行机构或构件的运动和受力求得；非工作负载指机械系统所有额外消耗，如机械内部的摩擦消耗，可用效率加以考虑；辅助装置的消耗，如润滑系统，冷却系统的消耗等。确定工作机的工作制度 工作机的工作制度是指工作负载随执行系统的工艺要求而变化的规律，包括长期工作制、短期工作制和断续工作制三大类，常用载荷时间曲线表示。有恒载和变载、断续和连续运行、长期和短期运行等形式。由此来选择相应工作制度的原动机。 选择原动机的类型 影响原动机类型选择的因素较多，首先应考虑能源供应及环境要求，选择确定原动机的种类，再根据驱动效率、运动精度、负载大小、过载能力、调速要求、外形尺寸等因素，综合考虑工作机的工况和原动机的特点，具体分析，以选得合适的类型。 选择原动机的转速 可根据工作机的调速范围和传动系统的结构和性能要求来选择。转速选择过高，导致传动系统传动比增大，结构复杂、效率降低；转速选择过低，则原动机本身结构增大、价格较高。 确定原动机的容量 原动机的容量通常用功率表示。在确定了原动机的转速后，可由工作机的负载功率（或转矩）和工作制来确定原动机的额定功率。 （2）步进电机参数的选择步进电机的参数要求： 1）最大移动速度 2）系统脉冲当量3）电机轴上的等效负载力矩及惯性矩之和 4）步进电机的步距角 5）步进电机的启动力矩的计算 6）步进电机的最高工作频率步进电机的静态指标术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9/1.8、三相的为0.75/1.5、五相的为0.36/0.72 。在没有细分驱动器时，主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。固有步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）。最大静转矩：也叫保持转矩，电机在额定静态电作用下（通电），电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩，即定子锁住转子的力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化。最大静力矩的选择：步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。 （3）传动类型的拟定与选择 1）蜗轮蜗杆传动 2）齿轮传动选择的基本原则小功率传动，应在满足工作性能的需要下，选用结构简单的传动装置，尽可能降低初始费用。大功率转动，应优先考虑传动的效率，节约能源，降低运转和维修费用。当工作机要求变速时，若能与动力机调速比相适应，可直接连接或采用定传动比装置；当工作机要求变速范围大，除工作机需要连续变速外，尽量采用有级变速。当载荷变化，且可能出现过载时，应考虑保护装置。工作机要求与动力机同步时，应采用无滑动的传动装置。传动装置的选用必须与制造技术水平相适应，应尽可能选用专业厂生产的标准元件。最后选择蜗轮蜗杆传动。 （4）设计计算 a.选择蜗杆，蜗轮材料，确定许用应力选择材料b.选择 c.按齿面接触疲劳强度进行设计 d.验算初设参数 e.验算齿根弯曲疲劳强度 f.热平衡计算 g.蜗杆轴的刚度验算 h.蜗杆蜗轮几何尺寸计算 i.主轴的刚度验算 j.选择齿轮材料，确定基本参数 （5）传感器的选择 4.2.2 控制部分设计 （1） 单片机的步进电机控制系统的具体设计要求 1）电机正反转及转数由键盘设定 2）数码管显示0 或1 表示电机的正反转状态 3）显示器显示转数 4）每转一转，显示器显示减1，直至转数为0，电机停转 （2） 此系统具有以下单元功能模块 1）键盘控制模块 2）显示方向、速度、步数模块 3）步进电机驱动模块 4）单片机接口模块 5）软件设计模块5. 毕业设计进度安排03.06-3.24 调研、开题报告03.27-04.07 总体方案设计04.10-04.21 牵引机构部件设计、计算分析04.24-05.12 装配图、部件图设计05.15-05.19 零件图设计05.22-05.26 撰写设计说明书05.27-05.31 提交设计说明书、设计图纸06.01-06.05 资格审查，答辩材料审阅修改06.08-06.23 答辩、整理毕业设计资料、修改图纸6. 参考文献1 吴宗泽主编.机械机构设计准则与实例M.北京：机械工业出版社，2006年.2 余学飞主编.医学电子仪器原理与设计M.广州：华南理工大学出版社，2006年4月.3 机械设计手册编委会编著.机械设计手册（新版.第5卷）M.北京：机械工业出版社，2004年9月.4 （美）斯克莱特，（美）奇罗尼斯编.机械设计实用机构与装置图册M.北京：机械工业出版社，2007年4月.5 寇尊权.机械设计课程设计M. 长春：吉林科学技术出版社 ，1999.6 崇凯.机械制造技术基础课程设计指南M.北京：化学工业出版社，2007年2月.7 侯洪生.机械工程图学M. 北京：科学出版社，2002.8 陆银春.多功能颈椎治疗仪的研制R，北京：机械工业出版社，2007年11月.9 孙恒.机械原理第八版M.北京：高等教育出版社，2013年5月.10 濮良贵.机械设计第九版M.北京：高等教育出版社，2013年5月. 11 GUO Jun, WANG Shen-shen, LI Xiao-lei. Dynamic Simulation of Tracked Vehicle Using the ADAMS SoftwareM. Journal of Beijing Institute of Technology, 2001,Vol.4.12 Carl L. all. Technical Foundations of Client/ServerM. John Wiley& Sons, inc 1994.13 Eiben A E, vander Hauw J K.Solving 3-SAT with adaptive genetic alg