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机械毕业设计147台式灭菌器,机械毕业设计论文
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摘 要 I 摘要 灭菌是指用物理或化学方法将所有致病和非致病的微生物全部 杀灭，灭菌法是指杀灭或除去所有微生物的繁殖体和芽孢或孢子的技术 。 我所设计的小型台式灭菌器，以 山东 新华医疗器械厂生产的 TMQ.J-2540 型 台式 灭菌器为参考，是一种以压力蒸汽为介质的小型高温、高压快速灭菌设备。适合于口腔科、眼科、手术室、实验室，对齿科器械、手术器械、玻璃器皿、敷料、和液体等可以耐受高压、高温蒸汽作用的物品的灭菌。 灭菌器的主要结构包括门组件、水箱 组件 、控制面板、主体部分、隔架 组件 、手柄组件、外罩、 底 脚、加热圈、控制支架等， 灭菌器中 大部分零件选用0Cr18Ni9 这种材料 ,渗铬零件具有优良的力学性能，耐蚀性和抗氧化性，碳化铬层具有高的耐磨性， 可提高钢在高温下的持久强度。 本 文 对 灭菌器的工作原理、零件设计、 建模技术的发展、技术基础、以及比较流行的三维软件作了简单的介绍。通过本 文 的介绍，使读者对 UG 软件及在UG 软件下灭菌器的具体实现有了一个客观性的了解 。 关键词： 灭菌， 灭菌器 ， 0Cr18Ni9， 建模技术 ntsAbstract II Abstract Sterilization refers to physical or chemical means all pathogenic and non-pathogenic microbes to kill all, the sterilization method is to kill or remove all the propagation of microbes and spores of Bacillus or technology. I designed a small desktop sterilizer to Xinhua production TMQ.J-2540-sterilizer for reference, is a steam pressure for medium to small high-temperature, high pressure rapid sterilization equipment. Suitable for dentistry, ophthalmology, the operating room, laboratory, dental equipment, surgical instruments, glassware, dressings, and liquid, can be tolerance of high pressure, high temperature steam sterilization . Sterilizer, including the main structure of the door components, water components, control panels, the main part of next-components, handle components, housings, pad feet, heating circle, control stent. Sterilizer in most parts optional 0Cr18Ni9 of such material, infiltration chrome parts have excellent mechanical properties, corrosion resistance and anti-oxidation, chromium carbide layer has a high wear resistance, increased at a high temperature of the lasting strength. This paper made a brief introduction about the working principle of sterilizer, part design, modeling technology development, technology infrastructure, as well as the more popular of the three-dimensional software. through the introduction of this article so that readers of UG in UG software and software under the sterilizer to achieve a specific understanding of objectivity. Keywords: sterilization, sterilizer, 0Cr18Ni9, modeling technology nts目 录 III 目 录 摘要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 第一章 引言 . 1 1.1 台式灭菌器的课题介绍 . 1 1.1.1 产品的概述 . 1 1.1.2 技术参数 . 2 1.1.3 性能特点 . 2 1.1.4 工作原理 . 2 1.2 国内外研究现状 . 3 1.3 国内其他生产厂家生产的几款台式灭菌器 . 5 1.4 本章总结 . 6 第二章 灭菌器压力部件设计及计算 . 7 2.1 灭菌器圆筒 . 8 2.1.1 灭菌器圆筒的设计 . 8 2.1.2 灭菌器圆筒的壁厚计算 . 8 2.2 灭菌器后封头 . 10 2.2.1 灭菌器后封头的设计 . 10 2.2.2 灭菌器后封头的壁厚计算 . 11 2.3 本章小结 . 12 第三章 灭菌器主要零部件的结构设计 . 13 3.1 灭菌器密封门的结构设计 . 13 3.2 灭菌器门组件的结构设计 . 14 3.3 灭菌器手柄组件的结构设计 . 16 3.4 灭菌器的外壳结构设计 . 17 3.5 灭菌器消毒盘结构设计 . 17 3.6 灭菌器水箱的结构设计 . 18 nts目 录 IV 3.7 本章小结 . 19 第四章 灭菌器整体结构的三维实现 . 20 4.1 三维建模技术及相关软件 . 20 4.1.1 三维建模技术的发展概况以及最新的动态 . 20 4.1.2 产品设计与三维建模 . 20 4.1.3 计算机三维模型的理论基础 . 20 4.1.4 关于三维造型软件 UG 的介绍 . 21 4.2 UG 的基本功能 . 22 4.2.1 UG 软件的三维造型功能 . 22 4.2.2 UG 软件的装配功能 . 24 4.2.3 UG 软件的二维制图功能 . 25 4.3 UG 下灭菌器的零件造型、总体装配及二维制图 . 26 4.3.1 基于 UG 软件台式灭菌器具体零件的三维建模 . 26 4.3.2 基于 UG 软件的台式灭菌器装配体的具体实现 . 30 4.3.3 UG 下台式灭菌器零件工程图的生成 . 34 4.3.4 台式灭菌器的总装配体 . 35 4.4 本章总结 . 35 第五章 总结与展望 . 36 5.1 总结 . 36 5.2 展望 . 37 参考文献 . 38 致 谢 . 39 nts第一章 引言 - 1 - 第一章 引言 1.1 台式灭菌器的 课题 介绍 灭菌是杀灭或除去外环境中一切微生物的过程。在医疗用品中，凡是接触病人的血液或进入无菌组织和柔软黏膜的器材，都必须达到灭菌。 消毒灭菌是医院最重要的基础工作之一，随着医疗工作的需要和医疗器械产品的发展，医学界对消毒灭菌工作提出了更高的要求和期望，因此，企业界也在努力研究开发适于当今需要的新型灭菌设备。新型灭菌设备必需具备高效、低温、低湿、无毒的某些特点，各国科技人员正致力于更完善的医用灭菌设备研究。 因此灭菌设备即灭菌器（ Sterilizer）在医疗方面应用很广。 台式灭菌器是一种 适于口腔科、眼科、手术室、实验室，对齿科器械、手术器械、玻璃器皿、敷料等可耐受压力蒸汽作用物品灭菌 的设备，目前应用非常广泛。它利用真空密闭容器，将要灭菌消毒的物品放入灭菌室内，然后利用高温来杀灭病菌。灭菌器要求密封性能好，灭菌速度快。因此该课题的研究对灭菌器行业、医疗卫生行业的发展都具有重要的意义。 我所设计的小型台式灭菌器，以 新华医疗器械厂生产的 TMQ.J-2540 型 台式灭菌器 为参考， 是一种以压力蒸汽为介质的小型高温、高压快速灭菌设备。 适合于口腔科、眼科、手术室、实验室，对齿科器械、手术器械、玻璃器皿、敷料、和液体等可以耐受高压、高温蒸 汽 作用的物品的灭菌。 1.1.1 产品的 概述 （ 1）超稳温自动保护装置：超过设定温度范围，系统自动切断电源。 （ 2）门安全连锁装置：室内有压力，灭菌器的门无法打开。 （ 3）超压自动泄压的安全阀：超过设置的压力范围，安全 阀 自动打开。 （ 4）温度在 100 134 可以调节。 （ 5）左开门 nts第一章 引言 - 2 - 1.1.2 技术参数 （ 1）内部腔体尺寸： 250440mm （ 2）内部腔体容积： 23L （ 3）托盘尺寸： 440195mm （ 4）外包装尺寸： 700530380mm （ 5）消耗电量： 2.2KW （ 6）电源： 220V （ 7）灭菌时间 /灭菌温度： 20/121min/ (4/134min/ ) （ 8）真空度： -0.07MPa 1.1.3 性能特点 （ 1） 微电脑控制技术，触摸式按键。菜单化程序设计选择 ，液晶数字选择。内部设置进口真空泵 三次脉动真空。真空度可以达到 -0.07Mpa。可以将敷料、消毒袋内和牙科手机间隙内空气完全抽出，以达到最佳蒸 汽 饱和状态。高渗透功能，保证高温蒸汽快速渗透到多孔物品（敷料）、消毒袋内和牙科手机间隙，确保灭菌彻底。 （ 2） 温度、压力、时间、液晶动态显示。 故障显示系统。故障自动检索，液晶显示故障信息。 （ 3） 设置有 4 个灭菌程序，和一个培养基灭菌保温程序，一个培养基溶解保温程序，供用户选择。 （ 4） 设置有 B/D 测试、真空检测 程序，真空泄露率小于 0.13KPa/min。 0.2m 细菌空气过滤器。保证破除真空的空气为 无菌空气。避免再次污染。可以选择配置打印机，记录灭菌过程信息。灭菌循环结束，蜂鸣显示。 1.1.4 工作原理 TMQ.J-2540 台式灭菌器是受压力与温度的复合控制，以温度控制为主，采用 PID 控制算法。控制原理先进、恒温灭菌、精度高、稳定性可靠性高；功能nts第一章 引言 - 3 - 多、使用简便、显示直观；适应性好，在不同的环境温度、加热功率、电压波动条件下，均有高的控制精度。采用内外加热方式。它是利用饱和水蒸 汽 作为工作介质，在短时间内有效地灭菌。 按灭菌工艺要求，其蒸汽灭菌工艺过程含准备、脉动真空、升温灭菌、排气、干燥、无菌等几个阶段 ，各阶段的控制要求如下： （ 1）准备阶段：灭菌物品置入箱体，关闭密封门，接通控制电源，蒸汽发生器开始工作，并在蒸汽压力达到灭菌要求时发出进入脉动真空阶段控制信号。 （ 2）脉动真空阶段：抽真空和送蒸汽交替进行数次。抽真空时真空泵工作，真空阀开启；送蒸汽时真空阀关闭，蒸汽阀开启。 （ 3）升温灭菌阶段：蒸汽阀开启，送蒸汽，使灭菌器内蒸汽温度达灭菌温度，保温一段时间。 （ 4）排气阶段：打开排气阀，放出灭菌器内蒸汽。 （ 5）干燥阶段：抽真空，以保持灭菌器内负压，以利灭菌物干燥。 （ 6）无菌阶段：开启 回气阀，使干净空气 进入灭菌器。打开密封门，灭菌工作结束。 1.2 国内外研究现状 随着科学技术的不断发展，消毒灭菌技术及设备在国内外均有新的进展，尤其是在发达国家这方面发展得更快。目前应用较广发展较快的几种灭菌方法有热力灭菌、微波等离子消毒灭菌、电离辐射灭菌等。 高压蒸汽灭菌设备是沿用历史最长、应用面最广的一种灭菌方式 之一 ，如今仍在广泛应用。但是人们已经在传统的方式上进行了改进，推出了脉动真空方式的蒸汽式灭菌设备，提高了灭菌质量，缩短了灭菌周期。国内已有山东新华医疗器械集团公司和连云港千樱医疗设备有限公司生产这种设备，其他生 产企业也在积极开发这种产品。 近期国外文献又报道了一种在脉动真空方式基础上发展出来，被称为 “动态脉动式 ”的灭菌方式，这种灭菌方式突破了脉动真空方式的在常压与负压之间的脉动方式，在负压与正压之间反复进行增压减压，达到进一步增强蒸汽浸透性nts第一章 引言 - 4 - 的目的。这种动态脉动方式比脉动真空方式更具有升温速度快，灭菌彻底并可进一步缩短灭菌周期，预计将来动态脉动方式的蒸汽灭菌设备将会成为蒸汽灭菌的主流产品。 另一种趋势是向小型快速方向发展。为适应口腔科器械和其它手术器械快速灭菌的需要，国外许多公司推出了小型快速蒸汽灭菌器。这种灭菌器 多采用高温高压的方式，使灭菌仓的温度可达 121-134 。一般容积在 10 升左右的，灭菌仅需 6-9 分钟，可满足大部分临床的需要 。 现在使用的预真空压力蒸汽灭菌器也有很多不足之处。对密闭容器的性能要求极为严格，根据美国国家标准： AN-SI/AAMI ST8 的规定，预真空压力蒸汽灭菌器柜室内的空气的拥入率不得超过 1.33Kpa/min，而灭菌器在长期使用过程中因密封圈、管道闸门部件的磨损、老化等，柜室内密闭性能不可避免的受到影响，特别是柜室密封性能下降的初期表现是隐形密封不良，一般很难发现，影响灭菌效果。要监 测泻涌量是否在标准范围内，可将设备开启，利用设备的真空泵抽真空，抽真空到 -0.05MPa，关闭电源让设备内部保持负压状态 30min，正常状态下，负压值应不变，否则设备系统就有泄漏。 在设备技术方面：国内： (1)微 电脑控制技术，触摸式按键。菜单化程序设计选择，液晶数字选择。内部设置进口真空泵三次脉动真空。真空度可以达到-0.09Mpa。可以将敷料、消毒袋内和牙科手机间隙内空气完全抽出，以达到最佳蒸 汽 气饱和状态。高渗透功能，保证高温蒸汽快速渗透到多孔物品（敷料）、消毒袋内和牙科手机间隙，确保灭菌彻底。 (2)温度 、 压力、时间、液晶动态显示。故障显示系统。故障自动检索，液晶显示故障信息。 国外： (1)设置有 4 个灭菌程序，和一个培养基灭菌保温程序，一个培养基溶解保温程序，供用户选择。 (2)设 置有 B/D 测试、真空检测程序，真空泄露率小于 0.13KPa/min。 0.2m 细菌空气过滤器。保证破除真空的空气为无菌空气。避免再次污染。可以选择配置打印机，记录灭菌过程信息。灭菌循环结束，蜂鸣显示。 nts第一章 引言 - 5 - 1.3 国内 其他 生产厂家生产的几款台式灭菌器 图 1-1 TMQ-300E 型台式灭菌器 图 1-2 LMQ.R-3260B 自动立式灭菌器 内腔容积： 23L；耗电量： 2.5(220V)；净重： 60Kg 图 1-3 真空台式灭菌器 采用微电脑控制技术，触摸式按键 ， 温度、时间液晶动态显示 ,故障显示系统 。 图 1-4（ 1） 小型一次预真空高温灭菌器（ 12L） （ 2） 日本 SANYO 高压蒸汽灭菌器 nts第一章 引言 - 6 - 图 1-5（ 1） LMQ.R-3260B 自动立式灭菌器 （ 2） XG1.X(Y)系列卧式压力蒸汽灭菌器 在以上列举的几种台式灭菌器中，都采用了国内比较先进的密封技术，图1-1、图 1-2 采用的是螺旋机构，利用螺纹的自锁功能实现密封， 而 TMQ.J-2540型 台式 灭菌器的密封技术是采用插销式的密封方式，在控制方面这些灭菌器的原理也都大同小异，他们的机械结构和其它许多技术特点，都有相似之处。 1.4 本章总结 本章 对设计课题及 台式灭菌器在 技术参数、性能特点和工作原理 等 方面进行了简单的介绍，给读者展示了 TMQ.J-2540 型 台式 灭菌器的三维装配图，灭菌器的机械结构不是特别复杂 ，包括门组件、水箱、控制面板、主体部分、隔架、手柄组件、外罩、垫脚、加热圈、控制支架，等子装配体组成，还有部分其他的零件 。 在最后还介绍了 灭菌器国内外研究现状及 几款国内的 灭菌器 。 在后面的章节中将对灭菌器零件的三维建模，即装配过程进行讨论 。 nts第二章 灭菌器压力部件设计及计算 - 7 - 第二章 灭菌器压力部件设计及计算 真空容器是石油、化工生产中常见的设备。其壳体外受大气压力的均匀作用。当真空容器根据工艺需要，于壳体上装设夹套并向夹套内通入加热或冷却介质时，由于介质本身的压力作用，使壳体除承受上述大气压的作用外，还要承受夹套内介质的压力作用。真空容器或承受介质外压作用的真空容器，均属于外压容器范畴。 外压容器在工作时，其壁厚截面内产生压应力，最大压应力为周向应力。设计外压容器时，除保证最大压应力应小于许用应力外，尚要保证容器壳体的稳定性。这是因为外压容器工作时，常会发生失稳现象。即壳壁的压应力还远远小于材料的 屈服极限时，容器就会突然被压扁或被压成波形而丧失稳定。失稳的筒体其筒壁金属环向 “纤维 ”发生了弯曲，所以筒体抗弯能力的强弱会直接影响容器的稳定性。从大量实验发现： （ 1） 筒壁厚 S 与直径 D 之比愈大，筒体的抗弯能力愈强，则稳定性愈好。 （ 2）筒体上的封头、法兰、塔盘和加强圈等构件较筒体抗弯能力强。受到上述构件加强的筒体，构件间距愈小，则筒身抗弯能力愈强，其稳定性愈好。 （ 3）容器的稳定性与材料的弹性模量有关，与材料的强度指标无关，弹性模量愈大，筒身的稳定性愈高。 （ 4） 容器的椭圆度 e 大小，对自身的稳定性有较大影响，椭圆度愈大，则容器愈易失稳。 （ 5）材料的均匀性（愈均匀稳定性愈高）、容器的空间位置（立式较卧式稳定性高）以及受力是否均匀等对容器的稳定性有关。 在设计时除选定适当的公式确定 壁厚外，还需考虑上述因素，就结构、材料、受力状态和制造等提出有利于增强稳定性的方案和要求，使设计合理、安全。 灭菌器中受部件 压力 主要为圆筒和后封头，为使其能够满足使用要求，防止被压扁或被压 成波形而丧失稳定，因此需对 圆筒和后封头 进行外形设计和厚nts第二章 灭菌器压力部件设计及计算 - 8 - 度计算。 2.1 灭菌器圆筒 2.1.1 灭菌器圆筒的设计 根据灭菌器的设计要求，灭菌器在工作时承受内、外压作用，如受压容器外形 采用矩形，则会产生容器受压不均匀，部分区域应力 过于 集中， 稳定性差，且 设计容器时各处厚度不一，难以设计制造。为了使容器 稳定性好， 各处 受力均匀 ，因此采用圆筒形容器，而且 圆筒形容器 焊接时方便， 便于设计制造。 如图 2-1 所示： 图 2-1 灭菌器圆筒 三维图 2.1.2 灭菌器圆筒的壁厚计算 长圆筒在丧失稳定时的外压称为临界压力 。 302 . 2 ( / )tkpP E S D （ 2-1）式中：kpP临界压力（ Pa）； tE 材料在工作温度下的弹性模量（ Pa）； 0S筒体的理论壁厚（ cm）； D 筒体的中性面直径（为设计方便近似取筒体外径 D0，使设计偏于nts第二章 灭菌器压力部件设计及计算 - 9 - 安全）（ cm）。 由上式可得出壁厚： 30 2 . 2 tmPS D CE（ 2-2） 式中： S 设计壁厚（ cm）； 0D筒体外径（ cm）； m稳定系数。我国取 m=3。 1 2 3C C C C （ 2-3） 式中： C 附加厚度（ cm）； 1C钢板负偏差（ cm），按表 2-1 选取； 2C腐蚀裕量，腐蚀裕量根据介质的腐蚀速度和容器的设计寿命确定。在一般情况下，对碳钢和低合金钢取2C 0.1cm；对不锈钢（当介质腐蚀性极微弱时） 取2C=0； 3C壁厚在加工过程中由于拉伸作用而产生的减薄量。 该值可根据生产厂实际经验取之。一般情况下，对冷卷的筒体3C=0，对热压成型的封头可按计算壁厚（不包括壁厚附加量的厚度）的 10%取之，但不大于0.4cm； P设计外压 力（ Pa）。 表 2-1 钢板厚度负偏差1C值（ cm） 钢板 厚度 2.0 10-1 2.2 10-1 2.5 10-1 2.83.0 10-1 3.23.5 10-1 3.84.0 10-1 4.55.5 10-1 负偏差 C1 0.18 10-1 0.19 10-1 0.2 10-1 0.22 10-1 0.25 10-1 0.30 10-1 0.50 10-1 钢板 厚度 67 10-1 825 10-1 2630 10-1 3234 10-1 3640 10-1 4250 10-1 5256 10-1 负偏差 C1 0.6 10-1 0.8 10-1 0.9 10-1 1.0 10-1 1.1 10-1 1.2 10-1 1.3 10-1 nts第二章 灭菌器压力部件设计及计算 - 10 - 外压容器的设计压力应取不小于在实际工作过程中任何时间内可能产生的最大内外压力差。而真空容器是按外压容器设计的，其设计压力为：当装有安全控制装置时，取 1.25 倍的最大内外压力差或 105 Pa 两者中的较小者；当无安全控制装置时，取 105 Pa。对带有夹套的真空容器，按上述原则再加夹套压力。 最小壁厚：当设计的真空容器壁厚 S 很小，不能满足制造、运输和安装的刚 度要求时，应适当增加壁厚。 对于一般真空容器，当采用碳钢和低合金钢时： 3800tD mm ， 则 m i n 2 / 1 0 0 0tSD 且不小于 3mm。 3800tD mm ， 则 minS 按运输和现场制造条件确定。 对不锈钢制真空容器，取minS不小于 2mm。 由已知条件得：0 25D cm； m=3； 0.27aP MP查相关资料得： 20 时不锈钢的 51 . 9 3 1 0taE M P； 205 时不锈钢的 51 . 7 9 1 0taE M P。 由插入法计算得； 150 时不锈钢的 51 . 8 3 1 0taE M P由式 2-2， 将所有值带入，可得： S=3.16mm； 查表 2-1 得，钢板厚度负偏差1C=0.2mm； 2C =0mm 所以容器计算壁厚为3.36mm。 根据最小壁厚理论，m i n 2 / 1 0 0 0tSD(其中tD约等于 250mm)及 不锈钢制真空容器，取minS不小于 2mm，因此 现 取 S=4mm。 2.2 灭菌器 后封头 2.2.1 灭菌器后封头的设计 真空操作下封头型式常见有半球形、椭圆形、无折边球形和锥形、平板盖，对比之下，半球形后封头外表美观， 受力均匀 ， 便于与圆筒进行焊接， 并且制造时容 易，因此 我选用半球形后封 头。如图 2-2 示： nts第二章 灭菌器压力部件设计及计算 - 11 - 图 2-2 半球形 密 封头三维图 2.2.2 灭菌器后封头的壁厚计算 当半球形在真空操作条件或承受外压条件下工作时，壳体发生压瘪的临界外压力 Pkp 为 202223 (1 )tkpESPR (2-4) 式中：kpP临界外压力（ Pa）； R 球壳中性面半径（ cm）； 泊桑系数，对钢材可取 =0.3； tE 壁温下的弹性模量（ Pa）； 0S理论厚度（ cm）。 设计壁厚时，可将式 2-4 改变为： 2400 3 ( 1 ) / 2 tS S C R m P E C (2-5) 式中：0R球壳外半径（ cm）； m稳定系数对球壳取 m=15； nts第二章 灭菌器压力部件设计及计算 - 12 - P设计外压（ Pa）； C壁厚附加量（ cm）。 真空操作下的半球形封头或球壳，其设计外压 P=2.7105 Pa，如取钢材的泊桑系数： =0.3; C=0.2; 稳定系数 m=15 则上式可简化为： 003 . 5 / 4 /ttS R E R E C （ 2-6） 式中：0R球壳外半径（ cm）； tE 球壳材料壁温下的弹性模量（ Pa）。 t E =1.83 105MPa 将数值带入，所以理论厚度为：0S=1.22mm， 为了提高安全性，因此取 S=2mm。 2.3 本章小结 本章主要对灭菌器中主要受压部件进行了外形设计以及最小安全壁厚计算，通过设计计算，使读者从中了解到外压容器选择 时应从哪几方面入手 以及应如何计算 其最小壁厚，为下面的设计奠定了良好的基础。 nts第三章 灭菌器主 要零部件的结构设计 - 13 - 第三章 灭菌器主要零部件的结构设计 灭菌器的主要结构包括门组件、水箱 组件 、控制面板、主体部分、隔架 组件 、手柄组件、外罩、垫脚、加热圈、控制支架等， 为使灭菌器达到预定的使用功能且外表美观，需 对灭菌器 的 一些主要结构进行设计。 3.1 灭 菌器密封门的结构设计 为 防止工作介质从机器和设备中泄露或 防止外界杂质侵入机器和设备内部的一种装置或措施称为密封。密封 性能是评价机械产品质量的一个重要指标。 图 3-1 密封门结构图 密封可分为静密封和动密封两大类， 灭菌器工作时密封 门关闭，因此选用静密封，静密封主要有垫密封、密封胶密封和直接接触密封三大类。其中垫密封广泛用于管道、压力容器以及各种壳体的接合面密封中。密封垫有非金属密封垫、非金属与金属组合密封垫和金属密封垫三类。一般来讲，在常温低压时，选用非金属软密封垫；中压高温时，选用非金属与金属组合密封垫或金属密封垫； 灭菌器属于中压高温范畴，因此可选用非金属与金属组合密封垫或金属密封垫，但是金属密封垫对材料的表面粗糙度要求非常高，况且在门的经常性开关过程中容易使垫片的表面产生划伤或碰伤，从而使得密封 性能下降。因此我nts第三章 灭菌器主 要零部件的结构设计 - 14 - 选用非金属与金属组合密封垫，二者结合可以产生双重 密封 保障 。 灭菌器密封门是为防止抽真空时外部气体在大气压的作用下进入圆筒内部，通过考虑压力、温度、速度、腐蚀情况及材料因素等，我选用门胶圈 （硅橡胶） 与 O 形 金属压圈 组合来进行密封，利用门胶圈来将 O 形压圈固定，以达到良好的密封效果，如图 3-1 所示， 其具有以下优点： （ 1） 材料致密性好，不易泄漏介质 （ 2） 压缩性和回弹性好，永久性变形小 （ 3） 抗腐蚀性能好 （ 4） 耐磨性好 （ 5） 具有与密封面贴合的柔软性 （ 6） 经济性好 3.2 灭菌器 门 组件的结构设计 为了 能够实现 门的固定与旋转 ，用门栓销 将门组件与面罩连接，这里简单的介绍一下设计过程： 首 先从所设计的零件库中调用柜门作为固定件放置在绝对原点，接着调用门胶圈，利用配对使门胶圈与内门在同一平面上，再利用中心对齐 使两零件 配合，要实现门的良好密封性，必须安装压圈，采用上述的两种约束 就可以把压圈固定在门胶圈上，这时密封门就装配完毕。 其装配过程如下面几个图： 图 3-2 门胶圈 的调用 nts第三章 灭菌器主 要零部件的结构设计 - 15 - 图 3-3 利用中心 、 配对 实现门胶圈的装配 图 3-5 门压圈 装配 成功 再次，从零件库 中调用门罩 ，密封门的凸耳与门罩加强筋上所开的螺纹孔同心 、面重合就可以装配，这时门组件就装配完成。但是要实现门组件的旋转，就必须 使 左铰链与门组件左侧 直径为 10 的孔配合 时有一定的距离，否则，若此处不留距离，只能实现固定不能实现旋转。因此，经过计算，取此处的距离为5.5mm。完成上述步骤后只能在理论上实现旋转，要让门在实际中自由的转动还要将门组件与左铰链连接起来。在查阅了机械设计手册后，我在这里选择了销连接。将门栓销与左铰链通过同心和面重合实现装配，这时的门便转动自如了。 图 3-6 门罩 与柜门的中心对齐 图 3-7 十字盘头螺栓的装配 nts第三章 灭菌器主 要零部件的结构设计 - 16 - 图 3-8 门的固定 图 3-9 门的 旋转 门安装完成后，为了实现它的密封，要在门罩右侧装配上右铰链，使其与面罩上的铰链装配。用门插销把它们连接起来，这样 就可以实现 圆筒 的密封了。 3.3 灭 菌器 手柄组件 的结构设计 设计思路一：开关采用螺旋拧紧方式，此种方案操作复杂，外观丑陋，且使用过程中 螺纹 磨损严重，容易产生松动，导致密封性能下降。 设计思路二：将开关设计成如下图 3-10 所示 滑块 形式： 图 3-10 灭菌器的 手柄组件 nts第三章 灭菌器主 要零部件的结构设计 - 17 - 这种方案具 有操作方便，外观优美，磨损较小 ，密封性能好 等优点。 通过以上两种方案的比较，我采用设计方案二。 3.4 灭菌器的外壳结构设计 我所设计的灭菌器外壳总体为矩形，外观大方，包装方便，在相应外壳表面开有通气孔，使内部热量能够及时散发出来， 各外罩之间采用螺钉连接，便于拆装。 其各部分结构如图 3-11、 3-12、 3-13 所示。 图 3-11 灭 菌器底板 结构图 图 3-12 灭 菌器后罩结构图 图 3-13 灭 菌器顶罩结构图 3.5 灭菌器消毒盘结构设 计 消毒盘工作时将作为盛具放入圆筒中对器皿进行消毒，为了能更好的利用nts第三章 灭菌器主 要零部件的结构设计 - 18 - 圆筒空间，提高消毒量，我所设计的 消毒盘总体外形为长矩形 ，这样设计能够分层同时对多个消毒盘中器皿进行消毒。消毒盘 带有外翻边， 这样不但 便于拿放， 而且能够平放在隔架角铁上，可以进行自由推拉， 同时为了使器皿能够更好的与高温蒸汽接触，达到良好的灭菌效果，我所设计的消毒盘中开有若干通孔，从而更大程度的加大接触面 。 其结构如图 3-14 所示。 图 3-14 消 毒盘结构图 3.6 灭菌器水箱的结构设计 灭菌器的水箱要求能够在一定的空间内最大限度的装水，并能耐受 水汽，防止变形老化，因此设计时我采用聚丙烯材料，其外形如下图所示，这样在有限空间内达到最大蓄水量，同时，为了固定水箱，防止其产生滑动，在水箱两侧分别安装支架对其进行固定。 其结构如图 3-15 所示。 图 3-15 水箱结构图 nts第三章 灭菌器主 要零部件的结构设计 - 19 - 3.7 本章小结 本章中对台式灭菌器的主要零部件结构进行了具体的设计，通过查阅资料和方案对比，从中选择了较优方案，使灭菌器的性能趋于良好，为下面的三维结构设计打下了基础。nts第 四 章 灭菌器 整体结构的三维实现 - 20 - 第四章 灭菌器 整体结构 的三维 实现 4.1 三维建模技术及相关软件 4.1.1 三维建模技术的发展概况以及最新的动态 随 着计算机硬件的发展 ， 三维建模的理论日趋成熟 ， 所谓三维建模 ， 也就是通常所说的三 维 造型 。 就是从二维信息中提取三维信息 ， 通过对这些信息进行分析和分类 ， 综合等一系列的处理 ， 在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体 ， 恢复形体的点 、线、面及其拓扑关系，从而实现形体的重建 。 近些年来，不断有高水平，功能强大的三维设计软件推出，国内的软件处于研发为主向应用逐渐过度的阶段，但是，相关的关键技术的研究已经具备相当的深度，大规模的普及和推广工作仅仅是一个时间问题。 4.1.2 产品设计与三维建模 所谓产品设计不仅仅包 含单个零件的设计，也包括将所有零件总装成一个整体。因而，设计的意义可理解为总装、布局、外型和结构造型，还有设计人员的构思、创作想象和发明。在以往的常规设计中，只能得到机械产品的工程投影图，没有产品的三维模型，因而，无法预知产品设计中的潜在错误和不合理结构，也无法分析产品的装配性能、结构性能和动力学性能，致使设计周期延长。在现代产品设计中，引用三维建模技术可以获得结构的立体模型，并对其进行虚拟的综合设计与分析。在三维建模技术的支持下，产品设计已不再停留在传统的原理符号设计阶段，而逐步由产品的二维平面设计转向三 维模型设计。 4.1.3 计算机三维模型的理论基础 三维 CAD 是随着计算机图形学，虚拟现实技术以及 CAD 的应用的深入而发展起来的，基于工程图纸的三维形体重建，三维形体重建就是从二维信息中提取三维信息，通过这些信息进行分类，综合等一系列处理，在三维空间中 重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及拓扑关系，从而实现形体的重建。 nts第 四 章 灭菌器 整体结构的三维实现 - 21 - 三维软件在实现过程中应考虑的关键技术有： 1.实体的造型能力（含复杂曲面造型）。 2.大型装配体（大于 100 个零件）的处理能力。 3.二维工程图的处理能力。 4.与上下游 的 CAD/CAE 软件的接口。 5.与其他 CAD 文件的交换 。 4.1.4 关于 三维造型软件 UG 的介绍 UG 是当今世界应用最广泛 的三维系统软件之一。 UG 公司是世界领先并多次获得大奖的三维机械设计软件公司。新一代的设计软件 UG 是 “基于 Windows 的 CAD/CAE/CAM 桌面集成系统 ”的，建模核心是 UG 软件。 UG 软件 是 Windows原创软件的典型代表。 UG 软件是在总结和继承了大型机械 CAD 软件的基础上，在 Windows 环境下实现的第一个 CAD 软件。 UG 软件是面向产品级的机械设计工具，他全面采用非全约束的特征建模 技术，为设计师提供了极其强大的设计灵活性。其设计过程的全相关性，使得设计师可以在设计过程的任何阶段修改设计，同时，牵动相关部分的改变。 UG 完整的机械设计软件包括了设计师必备的设计工具： 零件设计、装配设计、工程图。 由于 UG 软件是在 Windows 环境下重新开发的，他能够充分利用 Windows的优秀界面，为设计师提供简易方便的工作界面。 UG 首创的特征管理员，能够将设计过程的每一步记录下来。并形成特征管理树，放在屏幕的左侧。设计师可以随时任意一个特征进行修改，还可以随意调整特征树的顺序，以改变零件的形状。由于 UG 全面采用 Windows 技术，因此在零件设计时 可以对零件的特征进行 剪切、复制、粘贴等等的操作。 UG 对大型装配的处理能力表明 UG 不是一个简单的实体建模工具 ,而是一个面向产品级的机械设计系统。他既提供自底向上的的装配方法，同时还提供自顶向下的装配方法。自顶向下的装配方法使工程师能够在装配环境中参考装配体其他零件的位置及尺寸设计新零件。 更加符合工程习惯。在装配设计中，特别是大 型 装配的情形下， UG 设计了具有独创性的 “封套 ”功能，分块处理复杂nts第 四 章 灭菌器 整体结构的三维实现 - 22 - 装配体。装配设计中的 “产品配置功能 ”，为用户设计不同 “构型 ”的产品提供 了解决方案，同时为产品数据管理系统的实施打下了坚实的基础。 4.2 UG 的基本功能 UG 软件基本功能主要为对零件进行三维造型，生成装配体以及 工程制图等 ，这些基本功能充分应用于灭菌器的设计中。 NX 是一个交互的计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程（ CAD/CAM/CAE）系统。 NX 是一全三维、双精度系统，它允许用户精确地描述几乎任一几何形状。通过组合这些形状，用户可以设计、分析产品和建立他们的工程图。 4.2.1 UG 软件 的 三维造型功能 大部分 UG 零件的特征都是 特征建模 开始的 .我们也可以使用 UG 生 成 3D草图。在 3D 草图中，实体存在于 3D 空间中，他们不与特征草图的基准面有关，基于 UG 的三维模型的建立通常采用以下几步： 第一步 草图绘制 草图绘制的主题包括： 1. 标注 草图的尺寸并添加和删除几何关系 2. 完全定义草图 3. 开始新的 2D 草图 4. 访问和使用草图绘制工具 5. 从一个草图派生新的草图 6. 在零件的面上绘制草图 7. 选择草图的起始基准面 8. 确定草图的复杂程度 第二步 将 2D 草图转换到 3D 模型 2D 草图可以是输入的工程图，或者是在 UG 中构建的草图。在这两种情况nts第 四 章 灭菌器 整体结构的三维实现 - 23 - 下，使用的都是 零件文件中的单个草图。转换过程大致如下： 1.编辑草图 2.为前视、上视、等中的视图中提取草图，草图折叠到合适的视向。 3.对齐草图 4.拉伸基体特征 5.切除或拉伸其他特征 第三步 对实体模型进行特征加工： 特征是一个专业术语，它兼有形状和功能两种属性，包括特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、制造技术和公差要求。 特征造型是 UG 中所采用的主要建模技术。特征建模就是 将一个一个的特征组合起来 ,形成一个三维的实体零件。 基于特征的设计是把特征作为产品设计的单元，并将机械产品描述成特征的有机集合 。 常用的 特征包括： 1. 拉伸 基体 /凸台 由截面轮廓草图经过拉伸形成，适合于构造等截面的实体特征，是最常用的特征。 2. 旋转 凸台 /基体 由特征截面围绕中心线旋转而成的一类特征，适合于构 造旋转体零件 。 3. 圆角 圆角特征可以在一个零件上生成一个内圆角或外圆 面，有助于造型上
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