【正文】 號(hào) : 指 導(dǎo) 教 師 : 完 成 時(shí) 間 : 20xx 年 6 月 5 日 I 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄 摘要 ?????????????????????????????? 1 前言 ?????????????????????????????? 1 1 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī) 可行性方案論證 ???????? ???????? 2 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī)的目的和意義 ?????????????? 2 碘 131 放射行同位素概況及發(fā)展應(yīng)用 ???????????? 2 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī)的市場(chǎng)需求分析 ????????????? 4 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī)的 原理方案及關(guān)鍵技術(shù) ?????????? 4 碘 131 膠囊生產(chǎn)機(jī)的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)前景分析 ???????? 8 該產(chǎn)品的成本與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析 ????????????? 9 2 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī) 功能原理設(shè)計(jì) ????????????? ???? 10 總體分析 ???????????????????????? 10 膠囊生產(chǎn)機(jī)功能分解 ??????????????????? 11 功能結(jié)構(gòu)圖 ?????????????? ????????? 12 分功能求解 ??????????????????????? 14 功能元求解 ??????????????????????? 15 3 同位素 膠囊生產(chǎn)機(jī) 總體設(shè)計(jì) ?????????????? ? ? ??? 17 總體布局設(shè)計(jì) ?????????????????????? 17 總體方案設(shè)計(jì) ?????????????????????? 18 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ????????????????? ? 18 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ?????????????????? 19 執(zhí)行系統(tǒng)和操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ????????????? 20 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 ????????????????????? 21 工作循環(huán)圖的確定 ????????????????? 21 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析 ???????????????? 22 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的確定 ?????????? ????????? 28 4 同位素 膠囊生產(chǎn)機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ? ???????????? ??????? 29 合模裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ???????????????????? 29 II 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 出藥、收集結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ??????????????????? 31 其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ??????????????????? 33 整機(jī)的裝配設(shè)計(jì) ????????????????????? 34 5 零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ???????????????????????? 37 膠囊帽壓蓋的設(shè)計(jì) ???????????????????? 37 滴液架的設(shè)計(jì) ?????????????????????? 38 頂桿的設(shè)計(jì) ??????????????????????? 40 設(shè)計(jì)總結(jié) ???????????????????????????? ? 42 心得體會(huì) ???????????????????????????? ? 43 致謝詞 ????????????????????????????? ? 44 參考文獻(xiàn) ????????????????? ??????????? ? 45 1 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是完成高放射性碘 131 膠囊分裝系統(tǒng)的機(jī)械裝置設(shè)計(jì)， 它能 生產(chǎn)出不同放射性劑量的同位素膠囊供給患者服用 ， 避免了患者服用同位素放射性液體對(duì)人體所帶來(lái)的副作用。臨床上越來(lái)越多的無(wú)創(chuàng)性或低創(chuàng)性診治技術(shù)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了大量相關(guān)新型醫(yī)療器械的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。 甲亢是一種自身免疫性疾病，在治療上有兩種選擇．一是服用抗甲狀腺藥 物，干擾甲狀腺激素的產(chǎn)生，期待免疫學(xué)問(wèn)題的自行決解；二是采用手術(shù)或者碘 131治療，去除甲狀腺激素產(chǎn)生的來(lái)源。 2 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī) 可行性方案論證 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī) 的 目 的和意義 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī) 一種新研制開(kāi)發(fā)的用于醫(yī)療行業(yè)的 醫(yī)療 機(jī)械 。后來(lái)，科學(xué)家又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，同一位元素的原子并不完全一樣，有的原子重些，有的原子輕些；有的原子很穩(wěn)定，不會(huì)變，有的原子有放射性，會(huì)變化，衰變后成了另一種元素的原子。 人體甲狀腺的工作需要碘 。我院核醫(yī)學(xué)科已開(kāi)展甲狀腺癌碘 131 治療根治術(shù)。 4 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 在歐美等國(guó)家碘 131 已成為治療甲亢的主要方法，但該方法需在有相當(dāng)技術(shù)和設(shè)備條件的醫(yī)院方可進(jìn)行。由于放射性液體在保存和運(yùn)輸方面很不方便，具有局限性，同時(shí)也容易對(duì)病人的食道等非病灶部位造成傷害，因此提出了一種碘 13l 生產(chǎn)單位直接生產(chǎn)碘 131 膠囊提供給患者服用的方法。該膠囊自動(dòng)分裝系統(tǒng)總體控制方案如圖 11 所示，它主要由 3 個(gè)部分組成，即計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、單片機(jī)控制系統(tǒng)和膠囊分裝及活度檢測(cè)系統(tǒng)。因此設(shè)計(jì)上采用 Pc 機(jī)加單片機(jī)聯(lián)合控制，Pc 機(jī)向單片機(jī)發(fā)出操作指令，單片機(jī)對(duì)各功能機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。它使操作人員能夠遙控操作分裝機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)同位素稀釋分裝的全自動(dòng)化，既提高了稀釋分裝計(jì)量精度和工作效率，又改善了工人的勞動(dòng)條件，避免同位素 輻射對(duì)人體的影響，工作安全可靠。 整機(jī)工作過(guò)程比較復(fù)雜，相應(yīng)的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)也比較復(fù)雜 。 (1)為避免地線串人干擾，將單片機(jī)控制器與被控設(shè)備分別進(jìn)行了接地，而且保護(hù)地和信號(hào)地嚴(yán)格分開(kāi)。 碘 131膠囊生產(chǎn)機(jī)的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)前景分析 至西部大開(kāi)發(fā)以后，各行各業(yè)正在飛速的發(fā)展，人們的生活水平大大提高，而城市污染嚴(yán)重，國(guó)內(nèi)外對(duì)核武器生產(chǎn)加大，所以核污染、核泄漏嚴(yán)重， 自然 界中則包含了很多有害的放射性物質(zhì)，人體一旦被這些放射性物質(zhì)輻射， 甲亢的得病 就會(huì) 率越來(lái)越高。 放射性同位素膠囊生產(chǎn)機(jī)的技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)：全自動(dòng)化、高速化和多樣化。也會(huì)受到廣大醫(yī)療機(jī)構(gòu)的支持。 而該設(shè)備基本上都是全自動(dòng)的，操作人員只需控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，這樣只消耗了極小的人力成本。因此該設(shè)備對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益都有很大的幫助與提高。還要分析內(nèi)、外系統(tǒng)及系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系因素，并作出評(píng)價(jià)，為得到最優(yōu)系統(tǒng)方案 提供依據(jù)。 此次的膠囊生產(chǎn) 機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的總體步驟如下的流程圖： 確定產(chǎn)品的總共能 黑箱圖 分功能 分功能組合 確定總功能的方案 作出功能結(jié)構(gòu)圖 功能求解 求出形態(tài)學(xué)矩陣 選出幾種總體的原理方案 評(píng)價(jià) 得出最優(yōu)方案 。 我們?cè)谧?任何一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是從總功能出發(fā)，然后分清主要功能和次要功能，接下來(lái)的工作就是對(duì)總共能的分解。 功能結(jié)構(gòu)圖 上一節(jié)中由膠囊生產(chǎn)機(jī)的功能分解圖只能清楚的看出所有的分功能但不能從分的表達(dá)各分功能之間的相互配合的關(guān)系。 通過(guò)前面進(jìn)行的各個(gè)工作步驟，已經(jīng)弄清楚了該 膠囊生產(chǎn)機(jī)的總功能、分功能、功能元之間的關(guān)系。功能分解圖如圖 26所示： 液體分裝 灌裝蠕動(dòng)泵 橫向工作電機(jī) 活度檢測(cè) 下模板左移 滴液 檢測(cè) 15 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 26 膠囊合囊功能分解圖 （ 3）、膠囊脫囊與收集 當(dāng)上、中模板與下模板合囊后，啟動(dòng) 頂桿 電機(jī)，通過(guò)絲桿傳動(dòng)帶動(dòng)頂桿機(jī)構(gòu)上移，使膠囊脫 囊。在變體中，對(duì)主要分功能解的發(fā)展有了較清楚的認(rèn)識(shí)，各備選方案在機(jī)構(gòu)、產(chǎn)品發(fā)展演化中的地位有了大致的了解；在這些工作基礎(chǔ)上，把分功能加以組合，需求整體方案最優(yōu)。 2179。 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī)的主要目的是生產(chǎn)出含不同劑量的放射性元素碘 131 膠囊。這樣電機(jī)的放置通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞執(zhí)行機(jī)構(gòu)，才能方便有效的在每個(gè)工位完成相應(yīng)的工作。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在一般的現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品中的控制系統(tǒng)都是由將機(jī)械控制和電氣控制結(jié)合起來(lái)的，在一個(gè)好的機(jī)械產(chǎn)品中一般不會(huì)只存在機(jī)械的控制或是電 氣的控制。 而針對(duì)本產(chǎn)品中的控制系統(tǒng)要求控制的精度比較高，要求的靈活性也很高，所以也采用的是電氣控制。所以傳動(dòng)系統(tǒng)是將動(dòng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置。 從絲桿的選擇來(lái)講， 滾珠絲桿在使用上有很多的優(yōu)點(diǎn)：高效率、可逆性、零 背隙、高剛性，導(dǎo)程精度高等。膠囊體移動(dòng)裝置是在水平方向上作直線運(yùn)動(dòng)，合模裝置則是在豎直方向上作直線運(yùn)動(dòng)，出藥、收集裝置是在水平和豎直兩個(gè)方向上作直線運(yùn)動(dòng)， 雖然都很簡(jiǎn)單，但是各執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系要求叫精準(zhǔn)，這樣才能準(zhǔn)確無(wú)誤的生產(chǎn)出成品，所以要求各執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)的誤差很小。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 這里 確定各部件的動(dòng)力源主要是從 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算 來(lái)確定 ，從上章節(jié)中知道，該生產(chǎn)機(jī)中的動(dòng)力源全部選擇的是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖時(shí)，它便轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。 了解 各部件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，清楚各執(zhí)行構(gòu)件在完成工作任務(wù)時(shí)的作用和動(dòng)作過(guò)程，運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作的先后次序、豈止時(shí)間和運(yùn)動(dòng)范圍。步進(jìn)電機(jī)的選擇包括步距角的選擇、保持轉(zhuǎn)矩的選擇 、電流的選擇、力矩的選擇和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的選擇，一般用三相的電機(jī)， 步距角就有 176。 一、 膠囊體移動(dòng)電機(jī)的計(jì)算 ： 運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算： 根據(jù)工作循環(huán)圖可知該機(jī)構(gòu)來(lái)回運(yùn)動(dòng)時(shí)間共為 30s，單向運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t=15s， 23 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 根據(jù)整機(jī)的機(jī)構(gòu)與工作要求，單向行程取 s=340mm。 95%=89%。 )／ (2179。 103 )/32 =179。 )]2= =179。 cm178。從特性曲線中可以看出該轉(zhuǎn)速 不 在穩(wěn)定的范圍之內(nèi)， 不 可取。 103 kg/m179。 102N178。= g178。= g178。 三、頂桿機(jī)構(gòu)電機(jī)的計(jì)算： 運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算： 根據(jù)工作循環(huán)圖可知該機(jī)構(gòu)來(lái)回運(yùn)動(dòng)時(shí)間共為 4s，單向運(yùn)動(dòng)時(shí)間 t=2s，根據(jù)整機(jī)的機(jī)構(gòu)與工作要求，單向行程取 s=30mm。 98%179。η )=(30179。 179。 [(2179。+178。 =12mm 導(dǎo)程 Ph =4mm 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n=V/ Ph =10/4=。 103 kg/m179。 102N178。=61 g178。= g178。 經(jīng)過(guò)以上對(duì)四個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算之后，我們就可以根據(jù)結(jié)果對(duì)每個(gè)機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行選擇，將以上數(shù)據(jù)整理之后得出各機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)矩與等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的結(jié)果，如表 31所示： 28 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 步進(jìn)電機(jī)型號(hào)的確定 從表 31 中可以看出，膠囊體移動(dòng)裝置的電機(jī)與出藥、收集裝置的電機(jī)等效轉(zhuǎn)矩與等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的差別不是很大， 因此可以選擇同 一 型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)就可以滿足工作要求。 頂桿機(jī)構(gòu)電機(jī) KH42JM2951 6 110 42 176。 102 29 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 4 同位素膠囊生產(chǎn)機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本章節(jié) 主要介紹的是該膠囊生產(chǎn)機(jī)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該膠囊生產(chǎn)機(jī)共分為 5個(gè)部件組成：膠囊體移動(dòng)裝置、合模裝置、滴液裝置、蠕動(dòng)泵定量裝置、檢測(cè)裝置、出藥收集裝置。由于膠囊的體積小且易變形，因此在膠囊合并過(guò)程中，要對(duì)膠囊上、下殼的位置進(jìn)行精確的定位，才能保證膠囊上、下殼的精確合并。 另外在膠囊帽壓蓋 3和膠囊帽合座 1 之間使用了彈簧 2 來(lái)緩慢傳遞速度，這樣就避免了合模時(shí)快速?zèng)_擊導(dǎo)致 31 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 膠囊損壞。 出藥 、收集 裝置 是 當(dāng)合模裝置 完整膠囊合藥后，為了要取出完整的膠囊。在安全方面也得到了保障。 首先從整機(jī)的外形來(lái)分析，在該裝置中步進(jìn)電機(jī)的安裝時(shí)，電機(jī)的軸心與執(zhí)行部件中絲桿的軸心不能同軸心，因此 在設(shè)計(jì)時(shí)在該傳動(dòng)系統(tǒng)中添加了一個(gè)同步帶傳統(tǒng) ，這樣就能保證傳動(dòng)到位，而且該裝置的外形尺寸也很合理，安裝電機(jī)時(shí)也很方便。 本章節(jié)主要是對(duì)合模裝置與出藥收集裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述。 102 頂桿機(jī)構(gòu)電機(jī) 179。） 重量 (kg) 機(jī)身長(zhǎng) (mm) 步距角 膠囊體移動(dòng)電機(jī) DM366 8 300 56 176。=178。 107 kg178。 106 kg178。 179。絲桿直徑 d0=12mm，絲桿總長(zhǎng)度取 L=382mm。 ≤ 63mm 既 ≤ d。 傳遞到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JL JL= JS+JW=22 g178。 2)