毕业设计（论文）-一种CT患者床预装工装设计（全套图纸三维）.pdf

I 摘要摘要 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：关键词：CT 患者床预装工装；结构；改进；价值 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II 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 III 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 . 21 4. 三维软件设计总结 . 21 结 论 . 22 致 谢 . 23 参考文献 . 24 1 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。 2 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 3 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。 4 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 5 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： 6 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。 7 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： MM X X X bXs mXc XD32.129 26 . 0 440 2 . 112 .11= 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； 8 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=315.1N FA2=FS2=315.1N； (3)计算当量载荷 P1、P2 根据课本 P263 表（11-9）取 f P=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